Localized metasomatism of Grenvillian marble leading to its melting, autoroute 5 near Old Chelsea, Québec

The recent (2009) opening of an extension of Autoroute 5 north of Old Chelsea, Quebec, has produced striking road cuts over a length of 2 km, with a wide variety of rock types and a very complex and bewildering juxtaposition of igneous, metamorphic, and metasomatic assemblages of minerals. The focus here is on the mineralogy of the "regional" white marble; it is compared to calcite-dominant rocks, orange, pink, yellow, and blue in color. The orange to pink calcite is dominant in phenocryst-bearing dikes with a selvage of euhedral crystals of diopside. pargasite, phlogopite, titanite and betafite are the dominant phenocrysts. The orange calcite in those dikes [δ13C ≈ –1‰, δ18O ≈ 16‰] is isotopically intermediate between the regionally developed white marble [δ13C ≈ 3‰, δ18O ≈ 24‰] and a typical mantle-derived carbonatite [δ13C ≈ –5‰, δ18O ≈ 6‰]. The evidence points to the local metasomatism of regional marble by an alkaline fluid of mixed crust + mantle derivation, then melted, possibly at the end of the Ottawan orogenic phase, at approximately 1020 m.y., or the Rigolet orogenic phase, at approximately 980 m.y. The orange pigment in the calcite is possibly bastnäsite-(Ce) or hydroxylbastnäsite-(Ce), and the pink calcite may well be due to exsolution-induced blebs of ferroan dolomite. Above the dikes are diffuse zones of fracture-controlled reddening of the gray gneiss, in which the original mineralogy is replaced by a K-feldspar-dominant "syenitic" material. There are signs of rheomorphism of fenites developed at the expense of the gray gneiss. The road cut displays the products of melting of marble in the crust, leading to a crustal silicocarbonatite. The phenomenon is widespread but localized in the Central Metasedimentary Belt of the Grenville Province.La construction récente (2009) d'un nouveau tronçon de l'Autoroute 5 au nord de Old Chelsea, Québec, a produit des coupes imposantes sur une longueur de plus de 2 km, révélant ainsi une grande variété de types de roches et une juxtaposition surprenante d'assemblages de minéraux ignés, métamorphiques, et métasomatiques. Cette thèse porte surtout sur la minéralogie du marbre blanc "regional", ainsi que d'échantillons de roches carbonatées orange, rose, jaune, et bleu. Les roches à calcite orange ou rose se présentent en filons avec phénocristaux, et ceux-ci ont un liseré de cristaux idiomorphes de diopside le long de leur contact. La pargasite, la phlogopite, la titanite et la bétafite sont les phénocristaux prédominants. La calcite orange dans ces filons [δ13C ≈ –1‰, δ18O ≈ 16‰] est isotopiquement intermédiaire entre la calcite du marbre blanc "régional" [δ13C ≈ 3‰, δ18O ≈ 24‰] et la calcite typique d'une carbonatite mantellique [δ13C ≈ –5‰, δ18O ≈ 6‰]. D'après les données nouvelles, le marbre régional a aurait subi les effets d'une métasomatose locale par une phase fluide alcaline de dérivation mixte (croûte + manteau), et a aurait ensuite fondu, possiblement à la fin de la phase orogénique Ottawa, à environ 1020 millions d'années, ou la phase orogénique Rigolet, à environ 980 millions d'années. Le pigment orange dans la calcite est possiblement la bastnäsite-(Ce) ou l'hydroxylbastnäsite-(Ce), et la couleur de la calcite rose pourrait bien être due aux micro-inclusions de dolomite ferrifère, attribuées à l'exsolution. Au contact supérieur des filons de carbonate se trouvent des zones diffuses de transformation rougeâtre du gneiss gris, distribuées le long de fractures. Ces zones transformées contiennent un matériau "syénitique" à dominance de feldspath potassique, dû au rhéomorphisme des fénites créées aux dépens du gneiss gris. Les affleurements démontrent les produits de la fusion du marbre dans la croûte, et donc la formation de silicocarbonatite crustale. Le phénomène est répandu mais localisé dans la Ceinture Métasédimentaire Centrale de la Province du Grenville