Abstract

The LITHOPROBE seismic reflection project on Vancouver Island was designed to study the large-scale structure of several accreted terranes exposed on the island and to determine the geometry and structural characteristics of the subducting Juan de Fuca plate. In this paper, we interpret two LITHOPROBE profiles from southernmost Vancouver Island that were shot across three important terrane-bounding faults—Leech River, San Juan, and Survey Mountain—to determine their subsurface geometry and relationship to deeper structures associated with modem subduction.The structure beneath the island can be divided into an upper crustal region, consisting of several accreted terranes, and a deeper region that represents a landward extension of the modern offshore subduction complex. In the upper region, the Survey Mountain and Leech River faults are imaged as northeast-dipping thrusts that separate Wrangellia, a large Mesozoic–Paleozoic terrane, from two smaller accreted terranes: the Leech River schist, Mesozoic rocks that were metamorphosed in the Late Eocene; and the Metchosin Formation, a Lower Eocene basalt and gabbro unit. The Leech River fault, which was clearly imaged on both profiles, dips 35–45 °northeast and extends to about 10 km depth. The Survey Mountain fault lies parallel to and above the Leech River fault and extends to similar depths. The San Juan fault, the western continuation of the Survey Mountain fault, was not imaged, although indirect evidence suggests that it also is a thrust fault. These faults accommodated the Late Eocene amalgamation of the Leech River and Metchosin terranes along the southern perimeter of Wrangellia. Thereafter, these terranes acted as a relatively coherent lid for a younger subduction complex that has formed during the modem (40 Ma to present) convergent regime.Within this subduction complex, the LITHOPROBE profiles show three prominent bands of differing reflectivity that dip gently northeast. These bands represent regionally extensive layers lying beneath the lid of older accreted terranes. We interpret them as having formed by underplating of oceanic materials beneath the leading edge of an overriding continental place. The upper reflective layer can be projected updip to the south, where it is exposed in the Olympic Mountains as the Core rocks, an uplifted Cenozoic subduction complex composed dominantly of accreted marine sedimentary rocks. A middle zone of low reflectivity is not exposed at the surface, but results from an adjacent refraction survey indicate it is probably composed of relatively high velocity materials (~ 7.7 km/s). We consider two possibilities for the origin of this zone: (1) a detached slab of oceanic lithosphere accreted during an episodic tectonic event or (2) an imbricated package of mafic rocks derived by continuous accretion from the top of the subducting oceanic crust. The lower reflective layer is similar in reflection character to the upper layer and, therefore, is also interpreted as consisting dominantly of accreted marine sedimentary rocks. It represents the active zone of decoupling between the overriding and underthrusting plates and, thus, delimits present accretionary processes occurring directly above the descending Juan de Fuca plate. These results provide the first direct evidence for the process of subduction underplating or subcretion and illustrate a process that is probably important in the evolution and growth of continents.

Le projet de sismique réflexion LITHOPROBE sur l'île de Vancouver a été conçu pour étudier la structure à grande échelle de plusieurs terranes d'accrétion exposés sur l'île et pour déterminer la géométrie des traits structuraux de la plaque subductante Juan de Fuca. Dans le présent article, nous interprétons deux profils LITHOPROBE de l'extrémité sud de l'île Vancouver traversant trois importants terranes limités par des failles—Leech River, San Juan et Survey Mountain—afin de déterminer leur géométrie en subsurface et leurs relations avec les structures profondes dans la zone actuellement en voie de subduction.La structure sous-jacente à l'île peut être divisée en une région crustale supérieure formée de plusieurs terranes d'accrétion et en une région plus profonde qui représente une extension vers le continent d'un complexe océanique de subduction contemporaine. Dans la région supérieure, les failles Survey Mountain et Leech River apparaissent sur image sismique comme des chevauchements de pendage nord-est qui séparent le vaste terrane mésozoïque–paléozoïque Wrangellia de deux terranes d'accrétion plus petits : le schiste de Leech River, formé de roches mésozoïques métamorphisées durant l'Éocène supérieur; et la formation de Metchosin, une unité de basalte et gabbro d'âge de l'Éocène inférieur. La faille Leech River clairement réfléchie dans le profil sismique présente un pendage nord-est de 35–45°, et elle se prolonge jusqu'à environ 10 km de profondeur. La faille Survey Mountain apparaît au-dessus de la faille Leech River et se prolonge parallèle à cette dernière jusqu'à la même profondeur. La faille San Juan, la continuité accidentale de la faille Survey Mountain, n'apparaît pas dans le profil, cependant d'autres indices révèlent qu'elle est aussi une faille de chevauchement. Ces failles ont largement facilité l'amalgamation à l'Éocène des terranes Leech River et Metchosin sur le périmètre sud de la Wrangellia. Par la suite, ces terranes se comportèrent comme un couvercle relativement solidaire en un complexe de suduction plus récent formé durant le régime convergent de subduction (40 Ma à présent) contemporaine.Les profils sismiques LITHOPROBE dans le complexe de subduction révèlent trois bandes dominantes de réflectivité différente avec faible pendage nord-est. Ces bandes représentent des couches d'extension régionale sous-jacentes au couvercle formé des terranes accolés plus anciens. Nous croyons que les bandent sont dues à une pénétration sous-plaque de matériaux océaniques au-dessous du front de la plaque continentale chevauchante. La couche supérieure de réflexion peut être extrapolée vers le sud en montant le pendange en un lieu d'affleurement dans les monts Olympiques représenté par les roches de Core, un complexe cénozoïque de subduction soulevé et composé principalement de terrains marins sédimentaires accolés. La zone centrale de faible réflectivité n'est pas exposée en surface, mais les résultats obtenus par un levé adjacent de sismique réflexion indiquent qu'elle est formée principalement de matériaux de vitesse relativement rapide (~ 7,7 km/s). Cette zone peut être expliquée de deux façons : (1) une dalle détachée de la lithosphère océanique s'est accalée durant un incident tectonique, ou (2) un paquetage imbriqué de roches mafiques dérivées par un accrétion continue de la partie sommitale de la croûte océanique subductante. La couche inférieure de réflexion présente un profil sismique analogue à celui de la couche supérieure, et par conséquent nous la croyons formée aussi principalement de terrains marins sédimentaires accolés. Elle représente une séparation entre les plaques de chevauchement et de sous-charriage, et elle délimite ainsi le processus d'accrétion actuel apparaissant directement au-dessus de la plaque plongeante de Juan de Fuca. Ces résultats apportent pour la première fois une preuve directe d'un processus de subduction sous la plaque ou de subaccrétion et illustre un mécanisme probablement très significatif de l'évolution de la croissance des continents. [Traduit par le journal]