New Cryogenian, Neoproterozoic, and middle Paleozoic U–Pb zircon ages from the Caledonia terrane, southern New Brunswick, Canada: better constrained but more complex volcanic stratigraphy

Abstract

New U–Pb zircon ages from volcanic, plutonic, and sedimentary units in the Avalonian Caledonia terrane of southern New Brunswick provide better timing constraints in this geologically complex area. Previous ca. 620 Ma ages from the Broad River Group are now corroborated by additional dates from felsic tuff in the Gordon Falls Formation and rhyolite in the former Fairfield (now East Branch Black River) Formation of 620 ± 5 Ma and 622 ± 1.9 Ma, respectively. Combined with ages ranging from ca. 625 Ma to 615 Ma from crosscutting plutons, the data suggest that the minimum age of the Broad River Group is about 615 Ma. A quartzfeldspar porphyry dyke in mafic volcanic rocks of the previously undated Long Beach Formation yielded an igneous crystallization age of 685 ± 10 Ma, the oldest unit yet dated in the Caledonia terrane but similar in age to porphyry in the Stirling belt in the Avalonian Mira terrane of Nova Scotia. The age of the Coldbrook Group was constrained previously by U–Pb (zircon) ages of volcanic rocks between 560 and 550 Ma as well as by similar ages from comagmatic plutons. Five additional samples from both volcanic and plutonic units lie in the same range of 560–550 Ma, including errors, demonstrating that the Coldbrook Group and related plutons formed in less than 10 million years. Such a large volume of mainly felsic magma erupted and emplaced in a short time span suggests a “supereruption/supervolcano” environment such as the late Cenozoic southwestern USA but not yet recognized at ca. 560–550 Ma elsewhere in Avalonia. Two units yielded Paleozoic ages: felsite of the Bloomsbury Mountain Formation with a zircon population at 427 ± 9 Ma, indicating a Silurian maximum emplacement age, and dacite of the Grassy Lake Formation with several zircon grains at 382.8 ± 8.3 Ma, indicating a maximum age of middle Devonian, the first rocks of this age to be identified in the Caledonia terrane.

Résumé

De nouveaux âges U – Pb sur zircon provenant d’unités volcaniques, plutoniques et sédimentaires dans le terrane avalonien Calédonie du sud du Nouveau-Brunswick fournissent de meilleures contraintes temporelles dans cette région géologiquement complexe. Les âges d’environ 620 Ma précédemment obtenus du Groupe de Broad River sont maintenant appuyés par des dates supplémentaires provenant du tuf felsique dans la Formation de Gordon Falls et de la rhyolite dans l’ancienne Formation de Fairfield (maintenant East Branch Black River) de 620 ± 5 Ma et 622 ± 1,9 Ma, respectivement. Combiné avec des âges allant de 625 Ma à 615 Ma à partir de plutons encaissés, les données suggèrent que l’âge minimum du Broad River Group est d’environ 615 Ma. Un dyke de porphyre de quartz-feldspath dans des roches volcaniques mafiques de la Formation de Long Beach non datée a donné un âge de cristallisation ignée de 685 ± 10 Ma, la plus ancienne unité encore datée dans le terrane de Caledonie mais similaire en âge au porphyre dans la ceinture de Stirling dans le terrane avalonien Mira de la Nouvelle-Écosse. L’âge du Groupe de Coldbrook était auparavant limité par les âges U – Pb (zircon) des roches volcaniques entre 560 et 550 Ma, ainsi que par les âges similaires des plutons co-magmatiques. Cinq échantillons supplémentaires provenant des unités volcaniques et plutoniques se situent dans la même période de 560 à 550 Ma, y compris les erreurs, démontrant que le Groupe de Coldbrook et les plutons associés se sont formés en moins de 10 millions d’années. Un volume aussi important de magma principalement felsique ayant entré en éruption et mis en place dans un court laps de temps suggère un environnement de “super-éruption / supervolcan” tel que le sud-ouest du Cénozoïque supérieur aux États-Unis, mais pas encore reconnu entre 560–550 Ma ailleurs dans la zone d’Avalonia. Deux unités ont donné des âges paléozoïques: la felsite de la Formation de Bloomsbury Mountain avec une population de zircon à 427 ± 9 Ma, indiquant un âge de mise en place maximal du Silurien, et la dacite de la Formation de Grassy Lake avec plusieurs grains de zircon à 382,8 ± 8,3 Ma, indiquant un âge maximal du Dévonien moyen, premières roches de cet âge identifiées dans le terrane de Calédonie.