Protracted intra- and inter-pluton magmatism during the Acadian orogeny: evidence from new LA-ICP-MS U-Pb zircon ages from northwestern Maine, USA

Abstract

Devonian granitoid plutons comprise a major part of the bedrock of northwestern Maine representing the magmatic expression of the Acadian orogeny in this part of the northern Appalachian orogen. They are petrographically diverse with minerals characteristic of both I- and S-type granites, in some cases within the same intrusion, and some are compositionally zoned. New LA-ICP-MS ages presented here elucidate the timing and duration of this magmatism. The earliest phase of granitoid magmatism began around 410–405 Ma with the emplacement of the Flagstaff Lake Igneous Complex, and the presence of contemporaneous mafic rocks suggests that mantle-derived magmas were also produced at this time. Late Devonian ages, ca. 365 Ma, for many intrusions, such as the Chain of Ponds and Songo plutons, reveal that magmatism continued for 45 million years during which compositionally diverse I- and S-type magmas were produced. In addition, there is evidence that intrusive activity was prolonged within some plutons, for example the Rome-Norridgewock pluton and the Mooselookmeguntic Igneous Complex, with 10–15 myr between intrusive units. The new ages suggest a break in magmatism between 400 Ma and 390 Ma apparently separating Acadian magmatism into early and late pulses. The production of lower crustal I-type magmas appears to have been concentrated later, ca. 380–365 Ma, although several S-type granitoids were also emplaced during this period. These Late Devonian plutons display abundant zircon inheritance with ages around 385 Ma, which suggests that the crust was experiencing enhanced thermal perturbations during this extended timeframe. The new data for granitoid plutons in northwestern Maine are consistent with tectonic models for other parts of Ganderia which propose initial flat slab subduction followed by slab breakoff and delamination.

Résumé

Les plutons granitoïdes du Dévonien constituent une tranche importante du substrat rocheux du nordouest du Maine représentant l’expression magmatique de l’orogenèse acadienne dans cette partie de l’orogène appalachien septentrional. Ils constituent une succession pétrographiquement diversifiée, composée de minéraux caractéristiques tant des granites de type I que de type S, dans certains cas à l’intérieur de la même intrusion, alors que la composition des autres plutons régionaux est zonée. Les nouvelles datations par ablation laser et spectrométrie de masse à plasma inductif présentées ici élucident le moment où est survenu ce magmatisme et sa durée. L’épisode le plus ancien du magmatisme granitoïde a débuté vers 410–405 Ma avec la mise en place du complexe de roches éruptives du lac Flagstaff, même si la présence de roches mafiques contemporaines laisse supposer que des magmas d’origine mantellique ont également été produits à ce moment. Les datations du Dévonien tardif faisant remonter à environ 365 Ma de nombreuses intrusions, comme les plutons Chain of Ponds et Songo, révèlent que ce magmatisme s’est dans l’ensemble poursuivi durant 45 millions d’années au cours desquelles des magmas de type I et S de compositions diverses ont été produits. Il existe de plus des preuves que l’activité intrusive s’est prolongée à l’intérieur de certains plutons, par exemple le pluton Rome-Norridgewock et le complexe de roches éruptives de Mooselookmeguntic, qui accusent un écart de 10 à 15 Ma entre les unités intrusives. Les nouvelles datations permettent de supposer une interruption du magmatisme entre 400 et 390 Ma., qui semble séparer le magmatisme acadien en impulsions précoce et tardive. La production de magmas de type I crustaux inférieurs semble s’être concentrée à un moment ultérieur, vers 380 à 365 Ma, bien que plusieurs roches granitoïdes de type S se soient également mises en place durant cette période. Ces plutons du Dévonien tardif présentent un héritage abondant de zircons remontant à peu près à 385 Ma, ce qui laisse entendre que la croûte terrestre a subi des perturbations thermiques de plus en plus prononcées au cours de cet intervalle prolongé. Les nouvelles données sur les plutons granitoïdes du nord-ouest du Maine correspondent aux modèles tectoniques d’autres parties du terrane de Gander, qui supposent une subduction initiale de plaques plates suivie par une rupture des plaques et une délamination.