Contractional uplift of deep crustal rocks along the Legs Lake shear zone, western Churchill Province, Canadian Shield

Kevin H. Mahan, Michael L. Williams, and Julia A. Baldwin

Abstract: The Legs Lake shear zone juxtaposes high-pressure (1.0+ GPa) granulite- and eclogite-facies rocks with low-pressure (~0.5 GPa) amphibolite- to granulite-facies rocks, and thus may represent an important crustal-scale, exhumation-related structure in the western Canadian Shield. Field mapping and structural and petrologic analysis document the deformation and metamorphic history of rocks within and adjacent to the shear zone. At least two important phases of deformation are recorded: (1) early oblique thrusting (D₂) that placed high-grade rocks over lower grade rocks, and (2) more discrete and lower grade brittle–ductile normal faulting (D₃) that may represent the later part of the exhumation history. The northwest-dipping shear zone consists of 5–8 km of mylonite in map view, which bounds the southeast margin of the East Athabasca mylonite triangle. High-pressure granulite-facies metamorphism (~750–850 °C, 1.0–1.2 GPa) occurred in the East Athabasca mylonite triangle at ca. 1900 Ma, prior to D₂ juxtaposition with the adjacent low-pressure Hearne domain. Thermobarometry from Grt–Crd–Sil–Bt–Qtz metapelites in the Hearne domain suggests peak conditions reached 600–700 °C and 0.45–0.5 GPa, which are interpreted to have occurred late during D₂. Published and preliminary U–Pb isotope dilution - thermal ionization mass spectrometry (ID-TIMS) zircon geochronology and electron microprobe monazite geochronology suggest that deformation in the Legs Lake shear zone coincided with the ca. 1830–1810 Ma terminal collision in the Trans-Hudson orogeny. Extensional faulting during D₃ most likely occurred after ca. 1780 Ma. A multi-stage process of exhumation involving both thrust and normal-sense shearing, may serve as a model for the exhumation of other regionally extensive deep-crustal exposures.

Résumé : La zone de cisaillement du lac Legs juxtapose des roches de haute pression (1,0+ GPa), aux faciès des granulites et des éclogites, et des roches de basse pression (~0,5 GPa), aux faciès des amphibolites et des granulites; elle peut ainsi représenter une importante structure, d'échelle crustale, reliée à l'exhumation, dans l'ouest du Bouclier canadien. De la cartographie sur le terrain ainsi que des analyses structurales et pétrologiques documentent la déformation et l'histoire métamorphique des roches à l'intérieur de la zone de cisaillement et adjacentes à cette dernière. Au moins deux phases importantes de déformation sont enregistrées : (1) un chevauchement oblique précoce (D₂) qui a placé les roches à métamorphisme élevé au-dessus des roches à faible métamorphisme et (2) des failles normales moindres, plus distinctes et cassantes-ductiles (D₃) qui peuvent représenter la partie tardive de l'historique de l'exhumation. Tel que vu sur les cartes, la zone de cisaillement à pendage NW consiste en 5–8 km de mylonites qui bordent la limite SE du triangle de mylonites de l'est de Athabasca. Un métamorphisme de haute pression, au faciès des granulites (~750–850 ºC, 1,0–1,2 GPa), a eu lieu dans le triangle de mylonites de l'est de l'Athabasca vers 1900 Ma, avant la juxtaposition D₂ avec le domaine adjacent à basse pression de Hearne. De la thermobarométrie sur des métapélites Grt–Crd–Sil–Bt–Qtz dans le domaine de Hearne suggère que les conditions de pic ont été atteintes à des températures de 600–700 ºC et à des pressions de 0,45–0,5 GPa; ces conditions auraient été atteintes tardivement au cours de D₂. Les données publiées et préliminaires de géochronologie U–Pb ID-TIMS (isotope dilution - thermal ionization mass spectrometry) sur des zircons et de la géochronologie par microsonde électronique sur des monazites suggèrent que la déformation dans la zone de cisaillement du lac Legs coïncide avec la collision terminale dans l'orogène trans-hudsonien vers 1830–1810 Ma. Les failles d'extension au cours de D₃ ont très probablement eu lieu après ~1780 Ma. Un processus d'exhumation en plusieurs stages, impliquant du chevauchement et du cisaillement dans le sens normal, peut servir de modèle pour l'exhumation d'autres vastes affleurements régionaux qui étaient profonds dans la croûte.

[Traduit par la Rédaction]