Ordovician magmatism in the Antigonish Highlands, Nova Scotia, Canada: A tectonic model Magmatisme ordovicien dans les hautes terres d’Antigonish, Nouvelle-Écosse, Canada : modèle tectonique

Abstract

The Antigonish Highlands form part of Avalonia in mainland Nova Scotia and are predominantly underlain by ca. 620–600 Ma low grade Neoproterozoic arc-related volcanic and sedimentary rocks and coeval plutons. The highlands also preserve a record of magmatism that spans much of the Ordovician (ca. 495–455 Ma), during which time Avalonia drifted from the northern Gondwanan margin and migrated as a microcontinent ca. 2000 km northward before becoming involved in collisions with Baltica and Laurentia in the Silurian to Devonian. The longevity of Ordovician magmatism (ca. 50 Ma) is consistent with a subduction-related environment, a setting that is compatible with most paleogeographic reconstructions. However, the continental tholeiitic-alkalic within-plate affinity of the mafic rocks and the A-type signature of the felsic rocks is more typical of a back-arc setting, rather than that of a typical arc. Furthermore, the A-type felsic rocks were derived from a hotter, drier lower crust than is typical for felsic arc magmas.

Whole-rock Sm-Nd isotopic data for both mafic and felsic compositions lie within previously delineated tightly constrained envelopes that define, respectively, the evolution of the Avalonian and sub-continental lithospheric mantle (SCLM), and crustal sources. These data imply that (i) the crust remained coupled to SCLM from the rifting of Avalonia from Gondwana to its accretion to Baltica in the Silurian and to Laurentia in the Early Devonian, and (ii) the Antigonish Highlands were located far from the subduction zone(s) that closed the Iapetus Ocean as it migrated northward, and so were only mildly affected by the resulting collisions.

Résumé

Les hautes terres d’Antigonish font partie d’Avalonia dans la section continentale de la Nouvelle-Écosse et elles reposent principalement sur des roches volcaniques et sédimentaires d’arc du Néoprotérozoïque, à faible teneur, d’environ 620 à 600 MA ainsi que sur des plutons du même âge. Les hautes terres préservent par ailleurs des traces du magmatisme qui a duré la majeure partie de l’Ordovicien (environ 495 à 455 Ma), période pendant laquelle Avalonia s’est détaché de la marge septentrionale de Gondwana pour migrer sous les traits d’un microcontinent sur environ 2 000 km vers le nord avant d’entrer en collision avec Baltica et Laurentia au cours du Silurien jusqu’au Dévonien. La longévité du magmatisme de l’Ordovicien (environ 50 Ma) correspond à un environnement de subduction, un milieu compatible avec la majorité des reconstitutions paléogéographiques. L’affinité intraplaque tholéiitique-alcaline continentale des roches mafiques et de la signature de type A des roches felsiques est toutefois plus caractéristique d’un milieu d’arrière-arc que d’un arc typique. Les roches felsiques de type A proviennent en outre d’une croûte plus basse et plus sèche que celle caractéristique des magmas d’arc felsiques.

Les données isotopiques du Sm-Nd sur roche totale des compositions mafiques et felsiques se situent à l’intérieur des enveloppes strictement restreintes précédemment délimitées qui définissent, respectivement, l’évolution du manteau avalonien et lithosphérique subcontinental (MLS), ainsi que des sources crustales. Ces données laissent supposer que (i) la croûte est demeurée juxtaposée au MLS depuis le détachement d’Avalonia de Gondwana à son accrétion à Baltica au cours du Silurien, puis à Laurentia au cours du Dévonien précoce, et que (ii) les hautes terres d’Antigonish étaient éloignées de la ou des zones de subduction qui ont refermé l’océan Iapetus durant la migration vers le nord, de sorte qu’elles ont été peu affectées par les collisions consécutives.