Geochronology and geochemistry of zircon from Early to Middle Devonian granitic and felsic volcanic rocks from the Cashes Ledge igneous suite, central Gulf of Maine, USA Géochronologie et géochimie du zircon de roches volcaniques et plutoniques granitiques du Dévonien précoce à moyen provenant de la suite ignée Cashes Ledge, dans le centre du golfe du Maine, États-Unis

Abstract

New zircon U–Pb, trace element, and Lu–Hf laser ablation inductively coupled mass spectrometry (LA-ICP-MS) data are presented for five Early to Middle Devonian granitic and felsic volcanic rocks from the Cashes Ledge igneous suite, central Gulf of Maine, USA. These samples were previously analyzed by U–Pb LA-ICP-MS and whole-rock geochemical methods and the new data generally corroborate the earlier results. Coarse-grained alkali-feldspar granite from northwest of the Fundy magnetic anomaly, the interpreted fault boundary in the offshore between Gondwanan microcontinents Ganderia to the northwest and Avalonia to the southeast, yielded a crystallization age of 414 ± 2 Ma. Southeast of the inferred fault, crystallization ages are 385 ± 3 Ma and 386 ± 3 Ma for two crystal tuff samples near the fault, 403 ± 3 Ma for an alkali-feldspar granite ~50 km southeast of the fault, and 399 ± 5 Ma for syenogranite ~25 km southeast of the fault, which also yielded inherited grains at ~1.3 Ga and between 613 ± 15 Ma and 558 ± 9 Ma. Lu–Hf LA-ICP-MS data for zircon retaining igneous crystallization ages have εHf(t) between 2.9 and 13.1 and model ages based on felsic sources between 0.52 and 1.04 Ga, reflecting a mix of late Mesoproterozoic (Avalonian?) basement and primitive melt, possibly in an extensional setting. Zircon Nb/Hf ratios generally greater than 0.001 indicate a predominately within-plate/anorogenic/rift setting, consistent with their whole-rock chemistry. U/Yb-Nb/Yb and U/Yb-Hf tectonic setting discrimination diagrams show ocean island to continental arc signatures, with a stronger continental arc signature for the syenogranite. Most zircon grains have Eu/Eu* values less than 0.1, indicating a crustal thickness of ~30 km or less at the time of their crystallization.

Résumé

De nouvelles données de datation U–Pb sur zircon, d’analyse d’éléments traces et de spectrométrie de masse à plasma inductif et ablation par laser (LA-ICP-MS) à des fins de datation par le Lu–Hf sont présentées par rapport à cinq roches granitiques et volcanofelsiques du Dévonien précoce à moyen provenant de la suite ignée Cashes Ledge, dans le centre du golfe du Maine, aux États-Unis. Les échantillons en question avaient précédemment été analysés par les méthodes de l’étude géochimique sur roche totale et LA-ICP-MS de datation U–Pb, et les nouvelles données corroborent de façon générale les résultats antérieurs. Le granite alcalo-feldspathique à gros grains de l’anomalie magnétique du nord-ouest de Fundy, limite interprétée de la faille au large entre les microcontinents gondwaniens de Ganderia au nord-ouest et d’Avalonia au sud-est, a accusé un âge de cristallisation de 414 ± 2 Ma. Au sud-est de la faille inférée, les âges de la cristallisation sont de 385 ± 3 Ma et 386 ± 3 Ma dans le cas de deux échantillons de tuf cristallin près de la faille, 403 ± 3 Ma dans le cas d’un granite alcalo-feldspathique à une cinquantaine de kilomètres au sud-est de la faille, et 399 ± 5 Ma dans le cas du syénogranite à environ 25 km au sud-est de la faille, qui a aussi livré des grains hérités d’environ 1,3 Ga et d’entre 613 ± 15 Ma et 558 ± 9 Ma. Les données LA-ICP-MS de datation par le Lu–Hf du zircon révélant les âges de la cristallisation ignée situent les âges entre 2,9 et 13,1 s’inspirant de sources felsiques entre 0,52 et 1,04 Ga, ce qui témoigne d’un mélange d’une fusion primitive et d’une fusion du socle tardive mésoprotérozoïque (avalonienne?), possiblement dans un milieu d’extension. Les rapports Nb/Hf sur zircon généralement supérieurs à 0,001 signalent un milieu intraplaque/anorogénique/de rift correspondant à la composition chimique de sa roche totale. Des schémas de discrimination des milieux tectoniques U/Yb-Nb/Yb et U/Yb-Hf affichent des signatures d’îles océaniques à et des arcs continentaux dans le cas du syénogranite. La majorité des grains de zircon présentent des concentrations d’Eu/Eu* de moins de 0,1 témoignant d’une épaisseur de la croûte d’une trentaine de kilomètres ou moins au moment de leur cristallisation.