Abstract

The Parry Sound and Shawanaga domains of the Central Gneiss Belt along Georgian Bay, Ontario, contain monocyclic rocks that originated at or near the southeastern margin of Laurentia between ca. 1450 and 1120 Ma. Their deformation and metamorphism are entirely attributable to Grenvillian orogenesis. Metamorphic assemblages, fabrics, and P–T–t paths from these rocks therefore provide important constraints on Grenvillian thermal and tectonic history. Rocks in the interior and basal Parry Sound assemblages of the northern Parry Sound domain were metamorphosed to granulite-facies conditions during an early phase of Grenvillian tectonism, i.e., at ca. 1161 and 1163 Ma, respectively. The most likely setting for high-P – high-T granulite-facies metamorphism in the interior Parry Sound assemblage was at or near the base of crust that was underplated by voluminous mafic magma. In contrast, heat advected from anorthosite could account for intermediate-P granulite-facies metamorphism in the basal Parry Sound assemblage. In the upper part of the basal Parry Sound assemblage, retrogression from the granulite to upper-amphibolite facies likely occurred in response to thrust emplacement of the interior Parry Sound assemblage onto this part of the basal Parry Sound assemblage at ca. 1159 Ma. In the lower part of the basal Parry Sound assemblage, thrust deformation and re-equilibration at lower-amphibolite-facies conditions took place at ca. 1120 Ma. In the southern Parry Sound domain, a highly attenuated sequence of quartzites and mafic rocks, deposited some time after 1140–1120 Ma, was affected by upper-amphibolite-facies metamorphism before or at 1080 Ma. Northwest of and structurally below the Parry Sound domain, rocks in the Shawanaga domain were affected by eclogite-facies metamorphism at ca. 1090–1085 Ma, suggesting deep burial or partial subduction of the Laurentian margin beneath the Central Metasedimentary Belt at this time. Widespread upper-amphibolite-facies metamorphism after ca. 1080 Ma was associated with a major phase of northwest-directed thrusting and crustal thickening. Sillimanite-grade conditions in the Shawanaga domain were maintained until at least ca. 1020 Ma, the time of major extensional deformation. Data on metamorphic grade and age are consistent with progressive northwest-directed juxtaposition of lithotectonic assemblages metamorphosed at progressively later times, and may thus record progressive or multistage convergence at the southeastern margin of Laurentia. Evidence for multiple phases of Grenvillian high-grade metamorphism in the Parry Sound and Shawanaga domains suggests that construction and interpretation of P–T–t paths from these rocks require careful assessment of timing and overprinting relationships. Derived P–T–t paths suggest that exhumation of interior Parry Sound granulites resulted from thrusting soon after peak metamorphism, whereas those for rocks of the Shawanaga domain suggest that exhumation was likely associated with both thrusting and extension.

Abstract

Les domaines de Parry Sound et Shawanaga de la Ceinture gneissique centrale le long de la baie Georgienne, en Ontario, contiennent des roches monocycliques qui ont pris naissance à (ou près de) la marge sud-est de Laurentia entre environ 1450 et 1120 Ma. Leur métamorphisme et déformation sont dûs entièrement à l’orogenèse grenvillienne. Ainsi, les assemblages métamorphiques, les textures et les trajectoires P–T–t provenant de ces roches permettent d’établir des contraintes importantes quant à l’histoire thermique et tectonique grenvillienne. Dans la région nord du domaine de Parry Sound, les roches provenant de l’intérieur et de la base des assemblages de Parry Sound ont été métamorphisées au faciès granulite pendant une phase précoce du tectonisme grenvillien, soit vers 1161 et 1163 Ma, respectivement. Le milieu le plus probable pour le métamorphisme du faciès granulite de pression et température élevées à l’intérieur de l’assemblage de Parry Sound était à (ou près de) la base de la croûte sous-plaquée par des venues volumineuses de magma mafique. D’autre part, la chaleur émise durant la mise en place d’une anorthosite pourrait être la cause du métamorphisme au faciès granulite de pression intermédiaire à la base de l’assemblage de Parry Sound. Dans la partie supérieure de la base de l’assemblage de Parry Sound, la rétrogression du faciès granulite au faciès amphibolite supérieur était probablement en réponse au chevauchement de l’intérieur de l’assemblage de Parry Sound sur la base de l’assemblage de Parry Sound à environ 1159 Ma. Dans la partie inférieure de l’assemblage de Parry Sound, la déformation associée au chevauchement et le ré-équilibrage au faciès amphibolite inférieur ont eu lieu vers 1120 Ma. Dans la région sud du domaine de Parry Sound, une séquence très attenuée de quartzites et de roches mafiques, déposée peu de temps après 1140–1120 Ma, a subi un métamorphisme au faciès amphibolite supérieur avant ou vers 1080 Ma. Au nord-ouest du domaine de Parry Sound, les roches du domaine de Shawanaga qui occupent un niveau structural inférieur ont subi un métamorphisme au faciès éclogite vers 1090–1085 Ma, ce qui concorderait avec l’enfouissement ou la subduction partielle de la marge laurentienne sous la Ceinture métasedimentaire centrale. Le métamorphisme de grande étendue au faciès amphibolite supérieur postérieur à 1080 Ma résulterait d’une phase majeure de chevauchement vers le nord-ouest et d’un épaississement de la croûte. Les conditions au grade de sillimanite dans le domaine de Shawanaga ont été maintenues jusqu’à environ 1020 Ma, l’âge de la déformation majeure associée à l’extension. Les données métamorphiques et géochronologiques sont compatibles avec la juxtaposition progressive de direction nord-ouest d’unités lithotectoniques métamorphisées à des périodes progressivement plus tardives, et documentent une convergence progressive ou en multiples stades à la marge sud-est de Laurentia. Vue l’existence de phases multiples de métamorphisme grenvillien de degré élevé dans les domaines de Parry Sound et Shawanaga, la construction et l’interprétation des trajectoires P–T–t pour ces roches requièrent une évaluation consciencieuse des relations de temps et de superposition. D’après les trajectoires P–T–t dérivées, l’exhumation de l’intérieur du domaine de Parry Sound résulterait du chevauchement qui a eu lieu peu après l’apogée du métamorphisme, tandis que celles pour les roches du domaine de Shawanaga indiquent une exhumation probablement associée au chevauchement et à l’extension.

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