Very low- and low-grade metamorphism of mafic volcanic rocks of the Mira terrane (Avalonia), southeastern Cape Breton Island, Nova Scotia

Abstract

Late Neoproterozoic (680 Ma to 560 Ma) Avalonian rocks in the Mira terrane of southeastern Cape Breton Island have been metamorphosed inhomogeneously, at very low grade to low grade, as recorded in mafic volcanogenic rocks (metabasite). Local occurrences of higher grade (amphibolite-facies) rocks are limited to aureoles surrounding Devonian plutons. At the lowest grades, metabasite contains primary igneous textures and relict plagioclase and pyroxene. Chlorite, prehnite, and sporadically developed pumpellyite indicate that the rocks have reached prehniteactinolite facies conditions. Higher grade rocks contain actinolite and epidote indicative of greenschist-facies conditions. Pumpellyite was not observed to occur with actinolite, indicating that pumpellyite-actinolite facies was not attained. Relict pyroxene is diopsidic in composition, and along with mineral textures and chemographic projection analysis, suggests that clinopyroxene was an active participant in equilibria at the lowest grades. Calculation of the P-T position of equilibria involving diopside with chlorite, epidote, prehnite, and pumpellyite yields P-T values consistent with very low-grade conditions and with the P-T conditions determined using actinolite, chlorite, prehnite, and pumpellyite. With the exception of the youngest (ca. 560 Ma) rocks, the samples show the full range of P-T conditions from prehnite-actinolite to greenschist facies. The ca. 560 Ma samples record only very low-grade (prehniteactinolite facies or lower).Prehnite-actinolite- to greenschist-facies assemblages suggest that metamorphism occurred at temperatures between 250 °C and 350 °C with pressures less than ca. 3 kbar (300 MPa). The P-T calculations indicate that pressures were somewhat lower, at about 2 kbar (200 MPa). These conditions imply relatively high geothermal gradients (at least 50 °C/km), consistent with burial metamorphism in a volcanic-arc setting. Metamorphism in the area as a whole was an ongoing process throughout the formation and amalgamation of the components of the Mira terrane, rather than the product of a discrete orogenic event. RÉSUMÉ Les roches avaloniennes du Néoprotérozoïque tardif (680 à 560 Ma) dans le terrane de Mira, au sud-est de l’île du Cap-Breton, ont subi un métamorphisme hétérogène et produit des roches très faiblement à faiblement métamorphosées, comme l’attestent les roches volcanogéniques mafiques observées dans la région (métabasite). Les cas isolés de roches nettement plus métamorphosées (faciès amphibolitique) se limitent aux auréoles qui ceinturent des plutons du Dévonien. S’agissant des roches plus faiblement métamorphosées, la métabasite contient des roches à texture ignée primaire, des plagioclases reliques et du pyroxène. La chlorite, la prehnite et la pumpellyite minéralisée de façon éparse présentes, indiquent que les roches ont atteint le stade d’un faciès à prehnite-actinolite. Les roches plus métamorphosées contiennent de l’actinolite et de l’épidote, ce qui traduirait la présence d’un faciès à schistes verts. La pumpellyite observée ne semblait pas s’accompagner d’actinolite, ce qui indiquerait que le stade d’un faciès à pumpellyite-actinolite n’a pas été atteint. La composition du pyroxène relique présente un pôle diopsidique. Les textures minérales observées et l’analyse de projection chémographique portent à croire que le clinopyroxène a été un agent actif dans l’atteinte de l’équilibre aux stades de métamorphisme initiaux. Le calcul du point d’équilibre P-T (pression et température) faisant intervenir le diopside, la chlorite, l’épidote, la prehnite et la pumpellyite produit des valeurs de P-T qui correspondent à un état de roches très faiblement métamorphosées, tandis que les valeurs P-T ont été établies par l’analyse de la teneur en actinolite, chlorite, prehnite et pumpellyite. Sauf en ce qui a trait aux roches les plus récentes (environ 560 Ma), les roches présentent tout l’éventail des valeurs de P-T, soit celles correspondant au faciès à prehnite-actinolite jusqu’au faciès à schistes verts. Les roches dont la formation remonte à environ 560 Ma ne présentent qu’un métamorphisme très faible (faciès à prehnite-actinolite ou faciès moins développé).Les assemblages de faciès à prehnite-actinolite au faciès à schistes verts suggèrent que le métamorphisme est survenu à une température comprise entre 250 °C et 350 °C, et à une pression inférieure à environ 3 kbar (300 MPa). Le calcul des valeurs de P-T indique que la pression a été quelque peu plus faible, soit d’environ 2 kbar (200 MPa). Ces paramètres indiqueraient des gradients géothermiques relativement élevés (d’au moins 50 °C/km), ce qui serait caractéristique d’un métamorphisme d’enfouissement survenu dans un arc volcanique. Le métamorphisme dans l’ensemble de la région a été le fruit d’un long processus pendant toute la formation et le regroupement des éléments du terrane de Mira plutôt que le résultat d’un phénomène orogénique distinct. [Traduit par la redaction]