ABSTRACT

The Precambrian crystalline basement of western Canada commonly is hypothesized to have been reactivated during the Phanerozoic and “basement control” is used as an explanation for a variety of anomalous features of the sedimentary section including abrupt facies changes, the orientation of reef trends and clastic strandlines, development of fracture porosity, the localization of hydrothermal fluids and the accumulation of hydrocarbons. The inference of basement control is based almost universally on spatial coincidence of patterns observed on potential field maps and satellite images with those seen on maps of the sedimentary section. Lithoprobe seismic reflection data provide a framework for testing these concepts by first unravelling the nature and geometry of Precambrian basement structures and then examining their relationship to Phanerozoic tectonostratigraphic elements.

Based on interpretations of Lithoprobe crustal seismic profiles, aeromagnetic anomaly data and comparisons with Phanerozoic structure in the Alberta Basin, we can place an upper limit on the degree of direct control (in terms of seismically resolvable displacements) of Phanerozoic patterns by reactivation of Precambrian structures. Faults and shear zones that formed during the collisional assembly of the basement in the Precambrian can be mapped with both regional aeromagnetic anomaly data and crustal reflection profiles. These structures rarely are reactivated in the Phanerozoic Alberta Basin except in close proximity to the present Cordillera (e.g. Vulcan structure) and locally on the crest of the Peace River Arch area of northwest Alberta. With the exception of a region on the southeast flank of the Peace River Arch, the orientations of faults in the sedimentary section do not appear to coincide with underlying basement structures. These Phanerozoic faults exhibit little spatial collocation with antecedent fabrics within the basement and are associated only locally with an offset of the basement-cover contact. Thus, direct basement control of the presence and orientation of faults in the sedimentary section seems unlikely.

We attribute the general paucity of basement reactivation in the Alberta Basin to the thermal history and consequent strength of the region’s lithospheric mantle, which has acted as the main, load-bearing layer in the lithosphere and has limited stress transmission into the crust. This contrasts with areas of western Canada where the thermal structure of the mantle has been perturbed by Phanerozoic tectonic events, such as initiation of the Williston Basin ca. 500 Ma and the break-up of western Canada ca. 700 Ma, where basement structures clearly are reactivated.

RÉSUMÉ

L’hypothèse commune selon laquelle le socle cristallin du Précambrien de l’ouest du Canada a été réactivé pendant le Phanérozoïque et le “contrôle du socle” est utilisé pour expliquer une variété de caractères anomaliques de la coupe sédimentaire, incluant des changements abrupts de faciès, l’orientation d’alignements récifaux et des lignes de rivage clastiques, le développement de porosité de fracture, la localisation des fluides hydrothermaux et l’accumulation d’hydrocarbures. La déduction d’un contrôle par le socle est presqu’universellement basée sur la coïncidence spatiale entre les patrons observés sur des cartes de champs de potentiel et des images satellititaires comparativement aux cartes de la colonne sédimentaire. Les données de réflexion sismique de Lithoprobe fournissent un cadre d’ensemble pour évaluer ces concepts en éclaircissant d’abord la nature et la géométrie des structures du socle du Précambrien pour ensuite examiner leur relation avec les éléments tectonostratigraphiques du Phanérozoïque.

En se basant sur les interprétations des profils sismiques de la croûte de Lithoprobe, les données d’anomalies aéro-magnétiques et les comparaisons avec la structure du Phanérozoïque dans le bassin de l’Alberta, nous pouvons placer une limite supérieure quant au degré de contrôle direct (en terme de déplacements sismiquement résolubles) des patrons du Phanérozoïque par réactivation des structures du Précambrien. Les failles et zones de cisaillement qui se sont formées durant l’assemblage collisionnel du socle au Précambrien peuvent être cartographié à la fois par les données d’anomalies aéromagnétiques régionales et les profils de réflexion crustale. Ces structures sont rarement réactivées dans le bassin du Phanérozoïque de l’Alberta, à l’exception de celles situées à proximité de la Cordillère actuelle (ex. la structure Vulcan) et localement sur la crête de l’arche de Peace Riverau nord-ouest de l’Alberta. A l’exception d’une région sur le flanc sud-est de l’arche de Peace River, l’orientation des failles dans la coupe sédimentaire ne semble pas coïncider avec les structures sous-jacentes du socle. Ces failles du Phanérozoïque montrent peu de corrélation avec les fabriques antérieures à l’intérieur du socle et ne sont associées que localement avec un rejet du contact socle-couverture. Donc, un contrôle de la présence et de l’orientation des failles dans la coupe sédimentaire semble peu probable.

Nous attribuons la rareté générale de réactivation du socle dans le bassin de l’Alberta à l’histoire thermique et à la force conséquente du manteau lithosphérique régional, qui a agit comme la principale couche mise en charge dans la lithosphère et a limité la transmission de contrainte dans la croûte. Ceci contraste avec les régions de l’ouest du Canada où la structure thermale du manteau a été perturbée par les événements tectoniques du Phanérozoïque comme l’initiation du bassin de Williston approximativement à 500 Ma et le démembrement de l’ouest du Canada à approx. 700 Ma. où les structures de socle sont clairement réactivées.

Traduit par Lynn Gagnon.

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