Slow post-orogenic cooling in a deeply eroded orogen: Reindeer Zone, Trans-Hudson Orogen, Saskatchewan

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Abstract

We present 40Ar/39Ar hornblende and muscovite data from a 200 km transect across the northern flank of the Paleoproterozoic Trans-Hudson Orogen (THO) exposed along Reindeer Lake in Saskatchewan, Canada. The transect crosses a series of distinct lithotectonic domains that experienced pressure–temperature (P–T) conditions of 600–730 °C at 4.5–6.0 kbar (1 kbar = 100 MPa) during D2 peak metamorphism at 1820–1790 Ma. The distribution of 40Ar/39Ar hornblende ages shows that most of the transect cooled through approximately 500 °C by ca. 1765 Ma, with two significant exceptions. At the north end of the transect, older ages in the Peter Lake Domain (up to 2200 Ma) suggest that this region did not experience high-grade metamorphism that affected the rest of the transect and may indicate a structural break between these Archean rocks and the Cree Lake Zone to the north. In the south-central part of the transect, U–Pb (monazite, titanite) and 40Ar/39Ar (hornblende, muscovite) ages indicate that rocks in the vicinity of the Duck Lake Shear Zone, a ductile thrust zone separating the Kisseynew and La Ronge domains, cooled at a rate of 6 °C/Ma and that cooling was delayed by ca. 20–25 million years relative to that of adjacent regions. Based on generic thermal–tectonic models for large hot orogens, we suggest that delayed cooling in the vicinity of the shear zone reflects post-orogenic thermal relaxation of lower crustal isotherms that were perturbed by the effects of convergence.

Nous présentons des données 40Ar/39Ar sur de la hornblende et de la muscovite provenant d'un transect de 200 km à travers le flanc nord de l'orogène Trans-Hudsonien (Paléoprotérozoïque) affleurant le long du lac Reindeer, en Saskatchewan, Canada. Le transect traverse une série de domaines lithotectoniques distincts qui ont subi des conditions de température et de pression de 600–730 °C, à des pressions de 4,5–6 kbar (1 kbar = 100 MPa) au cours de la crête D2 du métamorphisme vers 1820–1790 Ma. La distribution des âges 40Ar/39Ar sur la hornblende montre que la plus grande partie du transect s'était refroidie d'environ 500 °C vers environ 1765 Ma avec deux exceptions significatives. À l'extrémité nord du transect, des âges plus anciens dans le domaine du lac Peter (jusqu'à 2200 Ma) portent à croire que cette région n'a pas subi le degré élevé de métamorphisme qui a affecté le reste du transect et cela peut indiquer une rupture structurale entre ces roches archéennes et la zone du lac Cree, plus au nord. Dans la partie sud-centrale du transect, des âges U–Pb (monazite, titanite) et des âges 40Ar/39Ar (hornblende, muscovite) indiquent que les roches à proximité de la zone de cisaillement du lac Duck, une zone de chevauchement ductile séparant les domaines de Kisseynew et de La Ronge, ont refroidi à un taux de 6 °C/Ma qui a été retardé d'environ 20–25 Ma par rapport aux régions adjacentes. En se basant sur des modèles génériques thermo-tectoniques pour des grands orogènes chauds, nous suggérons que le refroidissement retardé à proximité de la zone de cisaillement reflète une relaxation thermique post-orogénique des isothermes de la croûte inférieure qui ont probablement été perturbés par les effets de la convergence.

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