Abstract

The late Cenomanian Kaskapau Formation records transgression of the Greenhorn Sea over deltaic strata of the Dunvegan Formation. However, stratigraphic and paleogeographic details of the initial stages of this profound reorganization of basin geography have not previously been determined. The basal Kaskapau strata above the Dunvegan Formation are assigned to the informal allostratigraphic ‘A-X unit’. Subsurface and outcrop correlation shows that five regionally-mappable allomembers, bounded by marine flooding surfaces, can be mapped within the A-X unit which, as a whole, forms a wedge that thickens south-westward from <5 to 60 m over approximately 300 km. Within each allomember, three main depositional environments can be distinguished. Sandy heterolithic facies in the north and west form few-metre scale, upward-shoaling successions that contain abundant brackish-water molluscs and are capped by paleosols and dinosaur-trampled surfaces. These rocks represent river-dominated deltas that prograded into a low-energy embayment, about 200 x 200 km, and open to the SE. The central part of the embayment accumulated mud-dominated heterolithic successions with a restricted fauna of lingulid brachiopods and inoceramids, suggestive of turbid, low-energy and reduced salinity conditions. The muddy facies enclose isolated units of well-sorted fine- to very fine-grained sandstone that form NE-SW elongate bodies up to 170 km long, 50 km wide and 11 m thick. Each sandstone body is interpreted to represent the shoreface of one or more strandplains and/or wave-dominated deltas that developed across the mouth of the embayment at sea-level lowstand. Isopach mapping shows that the A-X unit, as a whole, forms a prismatic wedge, thickest adjacent to the fold and thrust belt in the SW. This geometry indicates that accommodation was created by spatially uniform flexural subsidence in response to a linear tectonic load striking NW-SE. Isopach maps of individual allomembers, however, show that subsidence took place in a more complex pattern, with localized depocentres of approximately 100 km radius that suggest brief periods of subsidence before being superseded by a new depocentre along-strike. This pattern may reflect temporally and spatially discontinuous deformation in the adjacent orogenic wedge. During each relative sea-level cycle, the shoreline oscillated by about 150–200 km in a NW-SE direction. Shoreline movement was perpendicular to the direction that would be expected (i.e. SW-NE), if flexural subsidence had been the dominant control on relative sea-level change. This geometric relationship suggests that allomembers were generated by high-frequency, high rate eustatic changes that were superimposed on a lower rate of flexural subsidence. Isopach maps spanning Dunvegan allomembers C, A+B, and the Kaskapau A-X unit show a near 90° anticlockwise rotation of isopleths. This abrupt re-orientation of the axis of flexure marks a new phase of subsidence linked to the onset of NE-directed thrusting that was driven by dextral transpression across a restraining bend in the Northern Rocky Mountain Trench fault. This new stress regime was in turn linked to a change in the convergence direction between the North American and Farallon plates.

Résumé

La Formation de Kaskapau du Cénomanien tardif révèle une transgression de la mer de Greenhorn sur les strates deltaïques de la Formation de Dunvegan. Cependant, les détails stratigraphiques et paléogéographiques des stades initiaux de cette profonde réorganisation de la géographie du bassin n’ont pas été déterminés par le passé. Les strates basales de Kaskapau qui sont au-dessus de la Formation de Dunvegan sont assignées officieusement à l’ « unité allostratigraphique A-X ». La corrélation entre la subsurface et l’affleurement montre que cinq allomembres cartographiables sur le plan régional, bordés par des surfaces d’inondation marine, peuvent être cartographiés à même l’unité A-X, laquelle forme un biseau s’épaississant du sud vers l’ouest de < 5 m à 60 m sur environ 300 km. Dans chaque allomembre, on peut distinguer trois principaux milieux de sédimentation. Les faciès hétérolithiques de roche arénacée au Nord et à l’Ouest forment des successions de hauts-fonds ascendants de quelques mètres contenant d’abondants mollusques d’eau saumâtre couverts de paléosols et de piétinements dinosauriens. Ces roches représentent des deltas où prédominaient des rivières en progression dans l’échancrure à faible débit d’environ 200 km sur 200 km et ouverte au S.-E. La partie centrale de l’échancrure a accumulé des successions hétérolithiques à prédominance de boue avec une faune restreinte de lingulidae (c.-à-d. des brachiopodes) et d’inocérames. Le faciès boueux englobe les unités isolées de grès bien classé à grain fin jusqu’à très fin formant des corps allongés N.-E.– S.-O. de 170 km de longueur, de 50 km de largeur et de 11 m d’épaisseur. Selon les interprétations, chaque corps gréseux représenterait l’avant-plage d’une ou de plusieurs plaines intertidales et/ou des deltas dominés par les vagues qui se sont multipliés à l’embouchure de la baie échancrée au bas niveau de la mer. La cartographie isopaque montre que l’unité A-X, dans son ensemble, forme un amincissement en coin prismatique de plus grande épaisseur dans la partie adjacente du plissement et de la ceinture de chevauchement dans le S.-O. Cette géométrie indique que l’accommodation a été créée par la subsidence flexurale uniforme sur le plan spatial en réponse à la charge tectonique linéaire d’orientation N.-O.–S.-E. Toutefois, les cartes isopaques des allomembres individuels montrent que la subsidence a pris place dans un schéma plus complexe avec des dépôcentres localisés dans un rayon d’environ 100 km, ce qui nous porte à croire à de courtes périodes de subsidence avant qu’ils ne soient supplantés par un nouveau dépôcentre le long de l’axe. Ce schéma peut refléter temporairement et spatialement des déformations discontinues dans le biseau orogénique adjacent. Durant chaque cycle du niveau marin relatif, la ligne de côte oscillait d’environ 150 km à 200 km d’orientation N.-O.–S.-E. Le mouvement de la ligne de côte était perpendiculaire à l’orientation auquelle on pourrait s’attendre (c.-à-d. S.-O.–N.-E.) dans la mesure où la subsidence flexurale aurait été le mouvement prédominant régissant l’évolution du niveau marin relatif. Cette relation géométrique nous porte à croire que les allomembres étaient le produit d’un taux élevé de variations eustatiques très fréquentes superposées à un taux inférieur de subsidence flexurale. Les cartes isopaques couvrant les allomembres de Dunvegan C, A+B, et de Kaskapau A-X indiquent une rotation antihoraire des isoplèthes de près de 90°. Cette abrupte réorientation de l’axe des flexures marque une nouvelle phase de subsidence liée au début d’un chevauchement d’orientation N.E. entraîné par la transpression dextrale d’une courbe de retenue dans la faille du sillon des Rocheuses septentrionales. Ce nouveau régime de contrainte a été à son tour lié à l’évolution de l’orientation des convergences entre les plaques nord-américaines et celles de Farallon.

Michel Ory

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