Volume 18, Number 4 (1991)
Articles

Paleotectonic Setting of Cambro-Ordovician Volcanic Rocks in the Canadian Appalachians

L. R. Fyffe
Department of Natural Resources and Energy, Geological Surveys Branch, Fredericton, New Brunswick.
H. S. Swinden
Newfoundland Department of Mines and Energy, Geological Survey Branch, St. John's, Newfoundland.
Published December 12, 1991
How to Cite
Fyffe, L. R., & Swinden, H. S. (1991). Paleotectonic Setting of Cambro-Ordovician Volcanic Rocks in the Canadian Appalachians. Geoscience Canada, 18(4). Retrieved from https://journals.lib.unb.ca/index.php/GC/article/view/3739

Abstract

Recent advances in the understanding of petrogenetic processes at plate boundaries, coupled with improved trace-element and geochronological analytical techniques, permit a more sophisticated approach to paleogeographic reconstructions of ancient volcanic environments. This paper reviews published geochemical data on Cambro-Ordovician volcanic rocks of the Canadian Appalachians and uses these data to interpret the plate tectonic setting of the volcanic activity. Synthesis of the data suggests that some spatial relationships among the various volcanic suites may have been maintained with respect to the Laurentian and Avalonian continental margins despite considerable crustal shortening across, and transcurrent displacement parallel to, the Appalachian Orogen. Six tectonovolcanic environments are recognized, including passive-margin rift volcanic rocks, oceanic island volcanic rocks, sub-arc ophiolites, island-arc volcanic rocks, back-arc ophiolites, and continental-margin back-arc volcanic rocks. Passive-margin, rift-related volcanic rocks include Late Precambrian to Early Cambrian, within-plate, tholeiitic to transitional alkalic basalts and associated per alkaline rhyolites of the Sutton Mountains in Québec and the Cloud Mountain and Deer Lake are as of Newfoundland. These volcanic rocks were extruded onto Grenville crust along the northwestern margin of the Appalachian Orogen and, together with the Late Precambrian Long Range dyke swarm, indicate that a period of crustal extension, related to the formation of an ancient ocean basin, persisted for at least 60 million years. Sub-arc ophiolites include Early Ordovician ophiolite complexes from the Eastern Townships of Québec and Baie Verte Peninsula of northwestern Newfoundland. The presence of boninites and primitive-arc volcanic rocks suggests that these ophiolites represent the foundation to arc systems rather than ocean floor generated at a mid-oceanic ridge. Volcanic-arc suites in central Newfoundland range from Late Cambrian to Early Ordovician in age and commonly vary in composition from primitive-arc tholeiites to mature-arc, calc-alkaline volcanic rocks in the lower parts, to rocks similar to ocean floor and ocean island basalts in the upper parts of the successions. This variation in geochemistry suggests a change in tectonic environment from long-established subduction-related to back-arc-related volcanism. Early Ordovician ophiolite complexes in parts of central Newfoundland contain volcanic rocks with ocean floor geochemical characteristics and are believed to have been generated in back-arc basins. An ophiolite complex in northern New Brunswick, which is some 20 million years younger than those in Newfoundland, contains volcanic rocks that are transitional between ocean floor and island-arc basalts — a feature typical of many back-arc oceanic settings. Early Ordovician volcanic rocks in northwestern New Brunswick possess a mature-arc character, but do not appear to record a period of back-arc development; non-arc volcanic rocks are, however, abundant in adjacent areas of Maine. Volcanic rocks in central and northern New Brunswick and in southern Newfoundland are dominated by Early Ordovician, silica-rich felsic flows and tuffs that are intercalated with, and overlain by, Early to Late Ordovician mafic volcanic rocks ranging in composition from continental tholeiites to within-plate alkali basalts. These bimodal suites are interpreted to have formed within back-arc basins underlain by sialic crust of possible Avalonian affinity. Résumé De récentes percées réalisées dans la compréhension des processus pétrogénétiques aux frontières des plaques tectoniques, ainsi que l'amélioration des techniques analytiques basées sur les éléments-traces et la géochronologie permettent une approche plus sophistiquée de la reconstruction paléogéographique des anciens environnements volcaniques. Le présent document passe en revue les données géochimiques publiées sur les roches volcaniques cambro-ordoviciennes des Appalaches canadiennes, et utilise ces données pour interpréter le cadre de la tectonique de plaque associé à l'activité volcanique. La synthèse de ces données laisse supposer que certaines relations spatiales parmi les diverses paragenèses volcaniques auraient pu être maintenues par rapport aux marges continentales laurentiennes et avaloniennes en dépit d'un raccourcissement crustal transversal et d'un déplacement transcourant parallèle à l'orogène des Appalaches. On reconnaît six environnements tectonovolcaniques, notamment les roches volcaniques de fossés tectoniques à marge passive, les roches volcaniques d'îles océaniques, les ophiolites d'arc inférieur, les roches volcaniques d'arc insulaire, les ophiolites arrière-arc et les roches volcaniques arrière-arc de la marge continentale. Les roches volcaniques classées comme roches reliées aux fossés tectoniques à marge passive comprennent les basaltes tholéiitiques à l'intérieur des plaques jusqu'aux basaltes alcalins transitionnels du Précambrien supérieur au Cambrien inférieur et les rhyolites paralcalines connexes des monts Sutton, au Québec, et des régions du mont Cloud et du lac Deer, à Terre-Neuve. Ces roches volcaniques ont été expulsées sur l'écorce de Grenville le long de la marge nord-ouest de l'orogène des Appalaches et, conjointement au groupe de dykes de Long Range du Précambrien supérieur, elles révèlent qu'une période d'extension crustale, liée à la formation d'un ancien bassin océanique,a persisté pendant au moins 60 millions d'années. Les ophiolites d'arc inférieur comprennent les complexes ophiolitiques de l'Ordovicien inférieur des Cantons de l'est, au Québec, et de la péninsule de Baie Verte, à Terre-Neuve. La présence de boninites et de roches volcaniques d'arc primitif révèle que ces ophiolites constituent la fondation de systèmes d'arcs plutôt que d'un fond océanique produit à une crête de dorsale océanique. Les paragenèses d'arcs volcaniques dans le centre de Terre-Neuve s'étalent du Cambrien supérieur à l'Ordovicien inférieur, et leur composition varie habituellement des tholéiites d'arc primitif aux roches volcaniques calcaires alcalines d'arc évolué, dans les parties inférieures, jusqu'aux roches similaires au fond océanique et aux basaltes d'îles océaniques, dans les parties supérieures des paragenèses. Cette variation de la géochimie laisse supposer une modification de l'environnement tectonique, marquant le passage d'un volcanisme, lié à la subduction, établi de longue date, à un volcanisme arrière-arc. Les complexes ophiolitiques de l'Ordovicien inférieur de certaines parties du centre de Terre-Neuve sont formés de roches volcaniques ayant les caractéristiques géochimiques d'un fond océanique et auraient été produites dans des bassins arrière-arc. Un complexe ophiolitique dans le nord du Nouveau-Brunswick, de quelque 20 millions d'années plus jeune que ceux de Terre-Neuve, est formé de roches volcaniques transitionnelles entre un fond océanique et des basaltes d'arc insulaire — trait typique d'un grand nombre de cadre océaniques arrière-arc. Les roches volcaniques de l'Ordovicien inférieur, dans le nord-ouest du Nouveau-Brunswick, possèdent un caractère d'arc évolué, mais ne semblent pas comporter une période de développement arrière-arc. Les roches volcaniques non arciennes se trouvent toutefois en abondance dans les régions adjacentes du Maine. Les roches volcaniques du centre et du nord du Nouveau-Brunswick et du sud de Terre-Neuve sont dominées par des écoulements et des tufs felsiques riches en silice, de l'Ordovicien inférieur, intercalés et recouverts par des roches volcaniques mafiques, de l'Ordovicien inférieur à l'Ordovicien supérieur, et dont la composition varie des tholéiites continentales aux basaltes alcalins à l'intérieur des plaques. On considère que ces paragenèses bimodales se sont formées au sein de bassins arrière-arc reposant sur une écorce sialique ayant probablement une affinité avalonienne.