Geophysical studies of the structure of the Appalachian orogen in the Atlantic borderlands of Canada

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Abstract

Results of 6000 km of crustal seismic profiling are presented with gravity and aeromagnetic maps for the Appalachian orogen in eastern Canada. Wide-angle seismic surveys show that the central mobile belt of the orogen has a thinner crust than its margins. High-velocity lower crust, attributed to underplating, is found below the former Laurentian continental margin in Newfoundland and below the Magdalen basin. Potential field data are used to trace the surface zones of the orogen from the northeast Newfoundland shelf to Cape Breton, but extrapolation to New Brunswick and Quebec is unclear because of late Paleozoic basin development. The central mobile belt of the orogen is only a few tens of kilometres wide in southwest Newfoundland and Cape Breton, but broadens substantially to around 200 km elsewhere. Reflection images show a strong deep-crustal fabric that runs along the orogen, with a margin that crosses into the Avalon zone in southern Newfoundland but coincides with the Avalon-Gander zone boundary elsewhere. The fabric formed during mid-Silurian continental collision and (or) during postorogenic collapse. Variation in fabric pattern and metamorphic grade, tightening of structures towards southwest Newfoundland and Cape Breton, and voluminous plutonism in southern Newfoundland are all in accord with maximal crustal thickening followed by erosion and isostatic readjustment in southwest Newfoundland and Cape Breton, and relatively little in northeast Newfoundland and its adjacent shelf. Reflection fabrics in the upper crust appear to be detached from those in the deeper crust; this is attributed to rheological contrast across the base of a quartz-rich upper crust.

Nous présentons les résultats d'un profil sismique crustal complété sur une longueur de 6000 km et des cartes de levés gravimétriques et aéromagnétiques de l'orogène des Appalaches de l'Est au Canada. Les relevés de sismique grand-angle montrent que la ceinture mobile centrale de l'orogène possède une croûte qui est plus mince que ses marges. La vitesse élevée dans la croûte inférieure, attribuée au sous-placage, est observée sous l'ancienne marge continentale Laurentienne de Terre-Neuve et sous le bassin de la Madeleine. Les données de champ de potentiel sont utilisées pour tracer les zones de surface de l'orogène comprises entre le nord-est de la plate-forme de Terre-Neuve et le Cap Breton, quoique l'extrapolation au Nouveau-Brunswick et au Québec n'est pas claire en raison du développement tardif du bassin paléozoïque. La largeur de la ceinture mobile centrale de l'orogène n'est que de quelques dizaines de kilomètres dans le sud-ouest de Terre-Neuve et au Cap Breton, mais ailleurs elle augmente substantiellement jusqu'à environ 200 km. Les images des réflexions montrent une fabrique crustale profonde très bien développée qui s'étend le long de l'orogène, avec une marge qui traverse la zone d'Avalon dans le sud de Terre-Neuve, mais ailleurs elle coïncide avec la limite des zones de Avalon-Gander ailleurs. La fabrique s'est formée durant la collision continentale au Silurien moyen et (ou) durant l'affaissement post-tectonique. La variation dans le type de fabrique et le degré métamorphique, le resserrement des structures vers le sud-ouest de Terre-Neuve et au Cap Breton et le plutonisme volumineux dans le sud de Terre-Neuve sont tous en accord avec un épaississement crustal maximum, suivi d'une érosion et d'un réajustement isostatique de la région sud-ouest de Terre-Neuve et au Cap Breton, tandis que dans le nord-est de Terre-Neuve et dans sa plate-forme adjacente, ces éléments sont relativement peu présents. Les fabriques des réflexions dans la croûte supérieure sont détachées de celles dans la croûte plus profonde; ceci est attribué au contraste rhéologique à travers la base d'une croûte supérieure riche en quartz.

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