Tempestite frequency curves: a key to Late Ordovician and Early Silurian subsidence, sea-level change, and orbital forcing in the Anticosti foreland basin, Quebec, Canada

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Abstract

Following partial closure of the northern Iapetus Ocean along the Newfoundland segment of the St. Lawrence Promontory, subsidence along the Anticosti Platform was influenced by residual thermal subsidence, renewed tectonic loading by thrust sheets to the south, and sediment loading. Basement subsidence, calculated by removing the effects of sediment loading, was between 2 and 5 cm/ka in the Caradocian, increasing to 8.6 cm/ka in the Pusgillian and Cautleyan, and reaching a maximum of 17.7 cm/ka in the Rawtheyan, during deposition of the Princeton Lake and Vauréal Formations. A marked decline in subsidence, beginning in the Hirnantian and continuing into the Early Silurian, may reflect decoupling of thrust loads to the south, although a further stage of thrust loading may have occurred in the Aeronian during deposition of the lower part of the Jupiter Formation. Storm frequency curves, produced using tempestite abundance, thickness, and grain size through more than a kilometre of carbonate strata on Anticosti Island, allow recognition of long period, 3rd-order trends. These are in part similar to local sea-level trends deduced from direct interpretation of sedimentary structures, but depart significantly from paleontological-based sea-level curves. Shorter period 4th-order cycles appear to be related to orbital eccentricity with periods of 100 and 400 ka. These may reflect periods with falling sea levels, increasing storm activity, or enhanced sediment flux to the middle and outer shelf.

Après la fermeture partielle de l'océan Iapetus Nord le long du segment terre-neuvien du promontoire du Saint-Laurent, la subsidence le long de la plate-forme d'Anticosti a été influencée par la subsidence thermique résiduelle, le renouvellement du chargement tectonique par des nappes de charriage vers le sud et les charges exercées par les sédiments. La subsidence du socle, calculée en soustrayant les effets du chargement par les sédiments, était de 2 à 5 cm/ka au Caradocien; elle a augmenté à 8,6 cm/ka au Pusgillien et au Cautleyan et atteint un maximum de 17,7 cm/ka au Rawtheyen, lors de la déposition des formations de Princeton Lake et de Vauréal. Un déclin marqué de la subsidence, débutant au Hirnantien et se prolongeant au Silurien précoce, pourrait être le reflet du découplage des charges des nappes vers le sud, bien qu'un étage de renouvellement des charges des nappes puisse avoir eu lieu à l'Aéronien durant la déposition de la partie inférieure de la Formation de Jupiter. Les courbes de fréquence des tempêtes, basées sur l'abondance des tempestites, l'épaisseur et la granulométrie le long de plus d'un kilomètre de strates de carbonates sur l'île d'Anticosti, permettent de reconnaître des tendances de longues périodes du 3e ordre. Ces tendances sont en partie semblables aux tendances du niveau local de la mer déduites de l'interprétation directe des structures sédimentaires, mais elles diffèrent significativement des courbes du niveau de la mer établies à partir de données paléontologiques. Des cycles plus courts, du 4e ordre, semblent être reliés à excentricité orbitale avec des périodes de 100 à 400 ka. Ces cycles pourraient être le reflet de baisses du niveau de la mer, d'un accroissement du nombre de tempêtes ou d'un apport accru de sédiments sur la plate-forme moyenne et externe.

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