Geochemistry of North Shore Hypabyssal dikes and sills in the Midcontinent Rift of Minnesota: an example — the 47th Avenue sill

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Abstract

This study presents geochemical data for several of the numerous small to large dikes and sills, including the 47th Avenue sill, exposed along the shore of Lake Superior in and north of Duluth, Minnesota. These intrusions are late magmatic features of the Proterozoic Midcontinent Rift System and together form the North Shore Hypabyssal Group. The dikes are geochemically distinct from the sills, and, when the two are exposed together, the younger dike intrudes the older sill. Dikes are primitive with Mg# up to 68, have positive εNd values, and are oriented approximately north–south with steep westerly or near vertical dips. The older sills are more evolved, usually have εNd values near or below 0, and have the same gentle easterly dip as the thick sequence of North Shore Volcanic Group flows they intrude. Dike compositions correlate best with a mixture of widespread basalt compositions types 4 and 5, with primitive geochemistry and positive εNd values, whereas sill compositions are similar to widespread basalt composition type 4 typical of most North Shore Volcanic Group flows. The 47th Avenue sill in Duluth is an evolved single intrusion North Shore Hypabyssal Group diabase sill with trough banding, sharp lower and upper contacts, and a spectacular fractured and undulating roof zone containing blocks of the overlying ferroandesite flow.

Cette étude présente des données géochimiques pour plusieurs des nombreux dykes et filon couches, petits à grands, incluant le filon-couche de la 47e Avenue, qui affleurent le long de la berge du lac Supérieur, dans et au nord de la ville de Duluth, au Minnesota. Il s'agit d'intrusions magmatiques tardives du système de rift du milieu du continent au Protérozoïque et, ensemble, elles forment le Groupe hypabyssal North Shore. Les dykes sont géochimiquement distincts des filons-couches et, lorsque les deux affleurent ensemble, le dyke, plus jeune, pénètre le filon-couche, plus ancien. Les dykes sont primitifs avec des valeurs Mg# atteignant 68, leurs valeurs εNd sont positives et ils ont une orientation nord-sud avec des pendages ouest abrupts ou presque verticaux. Les filons-couches, plus anciens, sont encore plus évolués, leurs valeurs εNd sont nulles ou négatives et ils ont le même faible pendage vers l'est que l'épaisse séquence de coulées du Groupe volcanique North Shore dans lequel ils pénètrent. La composition des dykes correspond le mieux à un mélange de compositions basaltiques communes de type 4 et 5, avec la géochimie primitive et des valeurs εNd positives, alors que les compositions des filons-couches sont semblables aux compositions basaltiques communes de type 4, ce qui est typique de la plupart des coulées du Groupe volcanique de North Shore. Le filon-couche de la 47e Avenue dans la ville de Duluth est une intrusion simple, évoluée, de filon-couche de diabase du Groupe hypabyssal North Shore avec un rubanement de fosse, des contacts inférieur et supérieur nets et une zone de toit remarquable avec des fractures et contenant des blocs de la coulée de ferro-andésite sus-jacente.

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