Early history of the Midcontinent Rift inferred from geochemistry and sedimentology of the Mesoproterozoic Osler Group, northwestern Ontario

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Abstract

The Mesoproterozoic 1108–1105 Ma Osler Group, a 3 km thick succession of basaltic flows and sedimentary units on the north shore of Lake Superior, is among the oldest expressions of the Midcontinent Rift. Basal sediments of the Simpson Island Formation (new name) deposited by braided fluvial systems record westward transport of debris eroded from local Archean and Proterozoic rock units. Strata deposited by this fluvial system are intercalated with, and overlain by, ocean-island basalt (OIB)-like basalts, which become increasingly contaminated up section (εNd(1100Ma) = +0.3 to –5.3). The light rare-earth element (LREE) enriched (La/Smn = 1.5–3.9) and heavy REE (HREE) fractionated (Gd/Ybn = 1.5–3.7) subaerial flows are divisible into two units that correlate with other sections of the Osler Group to the east, but simple correlations with more distant sequences are difficult. The volcanic rock dominated portion of the succession is overlain by a thin (25 m thick) conglomerate–sandstone assemblage representing southeast progradation of an alluvial fan in a semi-arid climatic setting. Clast lithologies and geochemistry indicate no extra-rift detritus was delivered from the hinterland of the fan. Various lines of evidence in both volcanic and sedimentary rocks support a scenario where early, pre-1108 Ma, subsidence along a north–south axis from the western arm of the rift to the Nipigon Embayment was replaced by subsidence along the east–west rift axis between 1108 and 1105 Ma.

Le Groupe d'Osler (Mésoprotérozoïque, 1108–1105 Ma), une succession de coulées basaltiques et d'unités sédimentaires d'une épaisseur de 3 km sur la rive nord du lac Supérieur, est l'une des plus anciennes expressions du rift mi-continental. Les sédiments à la base de la Formation Simpson Island (nouveau nom), déposés par un système fluvial anastomosé, enregistrent le transport vers l'ouest de débris érodés des unités rocheuses locales archéennes et protérozoïques. Des basaltes de points chauds recouvrent et sont intercalés avec les strates déposées par ce système fluvial; ces basaltes sont de plus en plus contaminés en remontant la section (εNd(1100Ma) = +0.3 to –5.3). Les écoulements sub-aériens de terres rares légères enrichies (La/Smn = 1,5–3,9) et de terres rares lourdes enrichies fractionnées (Gd/Ybn = 1,5–3,7) peuvent être divisés en deux unités qui correspondent à d'autres sections du Groupe d'Osler vers lst, mais de simples corrélations avec des séquences plus éloignées sont difficiles. La portion de la succession dominée par des roches volcaniques est recouverte d'un mince (25 m) assemblage conglomérat-grès qui représente la progradation vers le sud-est d'un delta alluvionnaire dans un environnement climatique semi-aride. La lithologie des clastes et la géochimie indiquent qu'aucun détritus hors du rift ne provient de l'arrière pays du delta. Diverses preuves à la fois dans les roches sédimentaires et les roches volcaniques soutiennent un scénario selon lequel une subsidence précoce (avant 1108 Ma) le long d'un axe nord–sud à partir du bras ouest du rift vers la baie Nipigon a été remplacée par de la subsidence le long de l'axe est–ouest du rift entre 1108 et 1105 Ma.

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