Diagenesis to metamorphism transition in an episutural basin: the late Paleozoic St. Mary’s Basin, Nova Scotia, Canada.

GEOLOGICAL basins; ROCK-forming minerals; CARBONIFEROUS stratigraphic geology; X-ray diffraction; MICA; SEDIMENTARY basins

The Late Devonian – Early Carboniferous St. Mary’s Basin in the Canadian Appalachians consists of Horton Group fluviatile and lacustrine clastic rocks. The basin occurs along the boundary between the Avalon and Meguma terranes and developed during coeval dextral shear along that boundary. X-ray diffraction reveals that the rocks contain ubiquitous quartz, K-white mica, and albite; illite–smectite mixed layers and chlorite are very common and Na–K mica, kaolinite, chlorite–smectite mixed layers, K-feldspar, berthierine, and rutile occur in some samples. Crystal-chemical parameters of white mica indicate the pressure and temperature of mineral growth and discriminate between diagenetic, anchizone, and low-grade metamorphic processes. Kübler index values measured in the 5 Å peak and the presence of chlorite–mica stacks are indicative of high-anchizone–epizone grades, with a crystallinity (crystal size and number of defects) that increases towards the Chedabucto Fault, which defines the northern margin of the basin. Kübler index values measured in the 10 Å peak indicate that a late fluid-rich event could have produced the observed illite–smectite mixed layers. The overall clay-mineral content and the b-cell dimension of the K-white micas are typical of postdepositional evolution in extensional sedimentary basins with high heat flow (>35 °C/km). Taken together, our data record two superposed events related to deformation along the basin margins and coeval regional fluid flow, in which retrograde reactions at temperature T < 200 °C were superimposed on a pre-existing prograde assemblage typical of high-anchizone – lower greenschist-facies conditions (T > 300 °C). Regional syntheses indicate that this fluid flow may have occurred during episodes of Late Carboniferous dextral shear along the Avalon–Meguma terrane boundary. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Le bassin St. Mary’s (Dévonien tardif – Carbonifère précoce) dans les Appalaches canadiennes est composé de roches clastiques fluviatiles et lacustres du Groupe de Horton. Le bassin se situe le long de la bordure entre les terranes d’Avalon et de Meguma et il s’est développé le long de cette bordure durant une période de cisaillement dextre de même âge. Des diffractions aux rayons X révèlent que les roches contiennent du quartz, du mica blanc (K) et de l’albite de manière généralisée; des couches d’un mélange illite–smectite ainsi que de la chlorite sont très fréquentes et on retrouve, dans quelques échantillons, du mica Na–K, de la kaolinite, des couches d’un mélange chlorite–smectite, du feldspath K, de la berthiérine et du rutile. Les paramètres chimiques de cristaux du mica blanc indiquent la pression et la température de la croissance minérale et distinguent entre les processus diagénétiques, d’anchizone et un métamorphisme de faible intensité. Les valeurs de l’indice de Kübler mesurées dans un pic de 5 Å et la présence d’éperons chlorite–mica indiquent des degrés métamorphiques élevés, d’anchizone supérieur à épizone, avec une cristallinité (taille du cristal et nombre de défauts) qui augmente en direction de la faille Chedabucto, laquelle forme la limite nord du bassin. Les valeurs de l’indice de Kübler mesurées dans un pic de 10 Å indiquent qu’un événement tardif, riche en fluides, pourrait avoir produit les couches mélangées illite–smectite observées. Le contenu global en minéraux d’argile et le paramètre b de la maille du mica blanc K sont typiques d’une évolution post-dépôt dans des bassins sédimentaires d’extension à gradient thermique élevé (> 35 °C/km). Prises ensemble, nos données indiquent deux événements superposés, reliés à la déformation le long des bordures du bassin, et un écoulement régional contemporain de fluides, dans lequel des réactions métamorphiques rétrogrades à T < 200 °C ont été superposées à un assemblage métamorphique progressif existant typique de conditions anchizone élevée – faciès inférieur des schistes verts (T > 300 °C). Des synthèses régionales indiquent que cet écoulement de fluides s’est possiblement produit durant des épisodes de cisaillement dextre, au Carbonifère tardif, le long de la bordure du terrane Avalon–Meguma. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

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