The Dry River Diorite: Insights into mantle contributions to the younger White Mountain Magma Series, New Hampshire, USA La diorite de la rivière Dry : aperçu des contributions mantelliques à la série magmatique plus jeune des Montagnes Blanches, au New Hampshire (É.-U.)

Abstract

The Dry River Diorite is one of the few mafic bodies spatially associated with the White Mountain Batholith of New Hampshire, USA. However, new U–Pb zircon geochronology reveals a 119.92 ± 0.62 Ma emplacement age for the diorite, considerably younger than the ca. 200–180 Ma batholith and indicates that it is instead a member of the younger White Mountain Magma Series (ca. 130–100 Ma) of the New England–Quebec province. The diorite is mildly silica undersaturated, with chondrite-normalized REE and spider diagram patterns that indicate ocean island basalt compositions. Several tectonic discrimination diagrams indicate the magmas have within-plate basaltic compositions. Ce/Yb versus La/Ta and Sm/Yb versus La/Sm values indicate the magmas are 2–5% partial melts of garnet peridotites. ƐNd and initial 87Sr/86Sr values range between 4.27 to 3.44 and 0.7036 to 0.7040 respectively. All these geochemical characteristics are identical to those of the mafic rocks of eastern Monteregian Hills and the Ossipee complex basalts of central New Hampshire. Modeling of the Dry River Diorite as the mafic endmember of the felsic rocks of the younger White Mountain Magma Series indicates that the felsic rocks contain up to 50% crustal endmember.

Previous high-precision geochronological studies indicated a relatively brief period of magmatism across this region and have argued that observed age progressions of continental magmatism are consistent with the Great Meteor Hotspot hypothesis for their formation. The age produce here for the Dry River Diorite is consistent with this trend’ however, the younger-than-predicted age is likely the result of Pb-loss or complex geological factors. Although the Cretaceous magmatic rocks in this region do not easily fit a linear age progression as a simple hotspot model might predict, the confluence of geodynamic processes that have shaped this region over 200 myr are not simple and require a high standard of verification for any one hypothesis. Whether these magmas resulted from complex hotspot dynamics, asthenospheric upwelling, or some other mechanism or combination of mechanisms requires a clear path to deconvolve the role each process had in shaping the magmatic history we can now observe. The new geochronologic data we present is consistent with other ca. 120 Ma, geographically proximal plutons in the region and therefore consistent with the age progression a hot spot model would predict for a large fraction of the Cretaceous magmatism observed across the region; however this does not preclude other models, e.g., edge-driven convection, for parsimoniously explaining magmatism in the region that does not conform to this track.

Keywords:

• White Mountain Magma Suite,
• Alkaline Rocks

Résumé

La diorite de la rivière Dry compte parmi les rares corps mafiques spatialement associés au batholite des Montagnes Blanches, au New Hampshire (É.-U.). Cependant, une nouvelle géochronologie du zircon U–Pb révèle un âge de mise en place de la diorite de 119,92 ± 0,62 millions d’années (Ma), considérablement plus jeune que le batholite d’environ 200 à 180 Ma. Elle indique qu’il s’agit plutôt d’un membre de la série magmatique plus jeune des Montagnes Blanches (environ 130 à 100 Ma) de la province géologique Nouvelle-Angleterre–Québec. La diorite est légèrement sous-saturée en silice, avec des modèles d’éléments de terres rares (ETR) normalisées par la chondrite et des diagrammes en araignée qui indiquent des compositions de basalte d’île océanique. Plusieurs diagrammes de discrimination tectonique montrent que les magmas ont des compositions basaltiques intra-plaque. D’après les valeurs de Ce/Yb par rapport à La/Ta et de Sm/Yb par rapport à La/Sm, les magmas sont des fusions partielles de 2 à 5 % de péridotites à grenat. ƐNd et les valeurs initiales de 87Sr/86Sr se situent entre 4,27 et 3,44 et 0,7036 et 0,7040, respectivement. Toutes ces caractéristiques géochimiques sont identiques à celles des roches mafiques de l’est des Montérégiennes et des basaltes du complexe d’Ossipee dans le centre du New Hampshire. La modélisation de la diorite de la rivière Dry comme membre de l’extrémité mafique des roches felsiques de la série magmatique plus jeune des Montagnes Blanches indique que les roches felsiques contiennent jusqu’à 50 % d’éléments de la croûte terrestre.

De précédentes études géochronologiques de haute précision ont fait ressortir une période relativement brève de magmatisme dans cette région, ce qui a permis de soutenir que les progressions observées quant à l’âge du magmatisme continental sont compatibles avec l’hypothèse de la formation du point chaud du Grand Météore. L’âge produit ici pour la diorite de la rivière Dry est conforme à cette tendance. Toutefois, l’âge plus jeune que prévu est probablement le résultat d’une perte de Pb ou de facteurs géologiques complexes. Bien que les roches magmatiques du Crétacé dans cette région ne correspondent pas facilement à une progression linéaire de l’âge comme un simple modèle de point chaud pourrait le prédire, la confluence des processus géodynamiques qui ont façonné cette région sur 200 millions d’années n’est pas claire et nécessite une norme de vérification élevée pour toute hypothèse. Que ces magmas résultent d’une dynamique complexe de point chaud, d’une remontée asthénosphérique, d’un autre mécanisme ou d’une combinaison de mécanismes, il faut trouver une piste pour déterminer le rôle de chaque processus dans la formation de l’histoire magmatique que nous pouvons observer aujourd’hui. Les nouvelles données géochronologiques que nous présentons sont cohérentes avec d’autres plutons d’environ 120 Ma, géographiquement proches dans la région, et donc avec la progression en âge qu’un modèle de point chaud prédirait pour une grande part du magmatisme crétacé observé dans la région. Néanmoins, cela n’exclut pas d’autres modèles, comme le rouleau de convection, pour expliquer parcimonieusement le magmatisme dans la région qui ne se conforme pas à cette piste.