The southernmost exposed rocks of the North American Midcontinent rift system (1100 Ma) consist of 3000 m of mafic volcanic flows and minor interflow sediment exposed along the St. Croix River in Minnesota and Wisconsin. The flows are mostly high-Fe tholeiitic basalt with plagioclase phenocrysts and ophitic to subophitic clinopyroxene. Abundant secondary chlorite, epidote, and actinolite indicate the group was metamorphosed to greenschist facies (~350 °C). Low sodium (M4 site) and tetrahedral aluminum (AlIV) contents of actinolite indicate low-pressure metamorphism (0.25 GPa) and imply a geothermal gradient of 45 – 50 °C/km. Low magnesium (Mg# = 0.37–0.58) and Ni contents (36–185 ppm) indicate the basalts have undergone significant fractionation and are not primary mantle melts. Incompatible element abundances are inversely correlated with Mg#, and most samples plot within either high or low trace element groups (e.g., Ti, P, Zr). The basalts are enriched in the light rare earth elements and Th, and are variably depleted in Ta and Nb relative to La and Th. Initial 143Nd/144Nd compositions of the group range from 0.51099 to 0.51122 (initial εNd = −4.5 to +0.1). Most flows have isotopic compositions within a relatively limited range (initial εNd = −2.5 to −1.6), but exhibit variable trace element abundances. Flows with the highest and lowest initial 143Nd/144Nd ratios have isotopic compositions that are inversely correlated with trace element abundances and ratios (e.g., La/Yb, Th/La, Th/Ta). The combined geochemical data suggest that the Chengwatana basalts originated from plume-derived melts and underwent variable fractional crystallization and crustal contamination. These melts may have interacted with lithospheric mantle enriched during Penokean subduction.

Les roches affleurées, à l'extrémité sud du système du rift Midcontinental de l'Amérique du Nord (1100 Ma), sont composées de 3000 m de coulées volcaniques mafiques incluant quelques couches sédimentaires déposées entre les coulées, elles affleurent le long de la rivière St. Croix dans le Minnesota et le Wisconsin. Les coulées sont formées principalement de basalte tholéiitique riche en Fe, avec des phénocristaux de plagioclase et des cristaux de clinopyroxène ophitique et sub-ophitique. Les minéraux secondaires abondants de chlorite, épidote et actinote indiquent que le groupe fut métamorphisé au faciès de schistes verts (~350 °C). La faible proportion de sodium (site M4) et les teneurs de l'aluminium tétraédrique (AlIV) dans l'actinote révèlent un métamorphisme de faible pression (0,25 GPa), et impliquant un gradient géothermique de 45–50 °C/km. Le nombre magnésium faible (Mg# = 0,37–0,58) et les teneurs en Ni (36–185 ppm) indiquent que la source des basaltes a subi une importante cristallisation fractionnée et qu'ils ne sont pas dérivés de magmas primaires du manteau. Les concentrations des éléments incompatibles sont inversement corrélées avec Mg#, et la majorité des données des échantillons apparaissent sur les diagrammes aussi bien dans l'un et l'autre des groupes d'éléments traces élevés ou faibles (ex. Ti, P, Zr). Les basaltes sont enrichis en terres rares légères et Th, et ils sont appauvris aléatoirement en Ta et Nb par rapport au La et Th. Les valeurs des rapports 143Nd/144Nd initiaux du groupe varient de 0,51099 à 0,51122 (εNd initial = −4,5 à +0,1). La plupart des coulées fournissent des compositions isotopiques qui varient à l'intérieur de certaines limites (εNd initial = −2,5 à −1,6); cependant leurs abondances en éléments traces sont variables. Les coulées caractérisées par les rapports 143Nd/144Nd initiaux les plus élevés et les plus faibles ont leurs compositions isotopiques inversement corrélées avec les teneurs en éléments traces et rapports (ex. La/Yb, Th/La, Th/Ta). Les données géochimiques combinées suggèrent que les basaltes de Chengwatana furent engendrés par des magmas dérivés d'un panache, et qu'ils ont subi les effets complexes de la cristallisation fractionnée et d'une contamination crustale. Ces magmas ont peut-être été modifiés par une interaction avec le manteau lithosphérique enrichi durant la subduction au Pénokéen. [Traduit par la rédaction]