Chronology of pluton emplacement and regional deformation in the southern Sierra Nevada batholith, California

Saleeby, Jason B.; Ducea, Mihai N.; Busby, Cathy J.; Nadin, Elisabeth; Wetmore, Paul H.

doi:10.1130/2008.2438(14)

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“…Rocks included in a single pluton have field relationships and geochemistry that suggest they are derived from a single magma or several closely related batches of magma emplaced within a relatively short period of time (e.g., glazner et al 2004;Saleeby et al 2008). by mapping intrusive rocks as plutons, rather than simply focusing on lithology, we group together closely related rocks of the same age in a single map unit (cox & Allibone 1995).…”

Section: Approach and Methods Used In This Studymentioning

confidence: 99%

Plutonic rocks of the Median Batholith in eastern and central Fiordland, New Zealand: Field relations, geochemistry, correlation, and nomenclature

Allibone

Jongens

Scott

et al. 2009

New Zealand Journal of Geology and Geophysics

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This paper provides a comprehensive description of all major plutonic rock units in Fiordland between Lakes Poteriteri and Te Anau, and the heads of Doubtful and George Sounds. Plutonic rocks comprise c. 80% of the basement in the area described, the remainder being metase dim entary and metavolcaniclastic rocks. The plutonic rocks, of which c. 50% are granitoids, were emplaced in three phases-at c. 492 Ma, between c. 365 and 318 Ma, and between 168 and 116 Ma. Correlatives of the Devonian Karamea Suite emplaced between c. 375 and 367 Ma, and the Triassic to Early Jurassic part of the Darran Suite emplaced between c. 230 and 168 Ma, are not present in the area described here.

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Section: Approach and Methods Used In This Studymentioning

confidence: 99%

Plutonic rocks of the Median Batholith in eastern and central Fiordland, New Zealand: Field relations, geochemistry, correlation, and nomenclature

Allibone

Jongens

Scott

et al. 2009

New Zealand Journal of Geology and Geophysics

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“…Furthermore, the stratigraphy within pendants and wall rocks of Cordilleran batholiths provides no evidence of thick crust as they too sat at, or below, sea level during volcanism. The Sierra Nevada and Peninsular Ranges batholiths of North America were both low-standing during arc magmatism as documented by marine sedimentary rocks as young as 100 Ma interbedded with the volcanic rocks (Fife et al 1967;Allison 1974;Nokleberg 1983;Wetmore et al 2005;Busby et al 2006;Saleeby et al 2008;Memeti et al 2010;Centeno-García et al 2011). Similarly, the Casma arc volcanic rocks described here were marine prior to 105 Ma (Cobbing 1978Atherton et al 1985a) as were those of the Jurassic-Cretaceous Ocoite arc in northern Chile (Levi and Aguirre 1981;Åberg et al 1984).…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 82%

Arc and Slab-Failure Magmatism in Cordilleran Batholiths I – The Cretaceous Coastal Batholith of Peru and its Role in South American Orogenesis and Hemispheric Subduction Flip

Hildebrand¹,

Whalen

2014

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We examined the temporal and spatial relations of rock units within the Western Cordillera of Peru where two Cretaceous basins, the Huarmey-Cañete and the West Peruvian Trough, were considered by previous workers to represent western and eastern parts respectively of the same marginal basin. The Huarmey-Cañete Trough, which sits on Mesoproterozoic basement of the Arequipa block, was filled with up to 9 km of Tithonian to Albian tholeiitic–calc-alkaline volcanic and volcaniclastic rocks. It shoaled to subaerial eastward. At 105–101 Ma the rocks were tightly folded and intruded during and just after the deformation by a suite of 103 ± 2 Ma mafic intrusions, and later in the interval 94–82 Ma by probable subduction-related plutons of the Coastal batholith. The West Peruvian Trough, which sits on Paleozoic metamorphic basement, comprised a west-facing siliciclastic-carbonate platform and adjacent basin filled with up to 5 km of sandstone, shale, marl and thinly bedded limestone deposited continuously throughout the Cretaceous. Rocks of the West Peruvian Trough were detached from their basement, folded and thrust eastward during the Late Cretaceous–Early Tertiary. Because the facies and facing directions of the two basins are incompatible, and their development and subjacent basements also distinct, the two basins could not have developed adjacent to one another. Based on thickness, composition and magmatic style, we interpret the magmatism of the Huarmey-Cañete Trough to represent a magmatic arc that shut down at about 105 Ma when the arc collided with an unknown terrane. We relate subsequent magmatism of the early 103 ± 2 Ma syntectonic mafic intrusions and dyke swarms to slab failure. The Huarmey-Cañete-Coastal batholithic block and its Mesoproterozoic basement remained offshore until 77 ± 5 Ma when it collided with, and was emplaced upon, the partially subducted western margin of South America to form the east-vergent Marañon fold–thrust belt. A major pulse of 73–62 Ma plutonism and dyke emplacement followed terminal collision and is interpreted to have been related to slab failure of the west-dipping South American lithosphere. Magmatism, 53 Ma and younger, followed terminal collision and was generated by eastward subduction of Pacific oceanic lithosphere beneath South America. Similar spatial and temporal relations exist over the length of both Americas and represent the terminal collision of an arc-bearing ribbon continent with the Americas during the Late Cretaceous–Early Tertiary Laramide event. It thus separated long-standing westward subduction from the younger period of eastward subduction characteristic of today. We speculate that the Cordilleran Ribbon Continent formed during the Mesozoic over a major zone of downwelling between Tuzo and Jason along the boundary of Panthalassic and Pacific oceanic plates.SOMMAIRENous avons étudié les relations spatiales et temporales des unités de roches dans la portion ouest de la Cordillère du Pérou, où deux bassins crétacés, la fosse d’accumulation de Huarmey-Cañete et la fosse d’accumulation péruvienne de l’ouest, ont été perçues par des auteurs précédents comme les portions ouest et est d’un même bassin de marge. La fosse de Huarmey-Cañete, qui repose sur le socle mésoprotérozoïque du bloc d’Arequipa, a été comblée par des couches de roches volcaniques tholéitiques – calco-alcalines de l’Albien au Thithonien atteignant 9 km d’épaisseur. Vers l’est, l’ensemble a fini par former des hauts fonds. Vers 105 à 101 Ma, les roches ont été plissées fortement puis recoupées par une suite d’intrusions vers 103 ± 2 Ma, durant et juste après la déformation, et plus tard dans l’intervalle 94 – 82 Ma, probablement par des plutons de subduction du batholite côtier. Quant à la fosse d’accumulation péruvienne de l’ouest, elle repose sur un socle métamorphique paléozoïque, et elle est constituée d’une plateforme silicoclastique – carbonate à pente ouest et d’un bassin contigu comblé par des grès, des schistes, des marnes et des calcaires finement laminés atteignant 5 km d’épaisseur et qui se sont déposés en continu durant tout le Crétacé. Les roches de la fosse d’accumulation péruvienne de l’ouest ont été décollées de leur socle, plissées et charriées vers l’est durant la fin du Crétacé et le début du Tertiaire. Parce que les facies et les profondeurs de sédimentation de ces deux fosses d’accumulation dont incompatibles, et que leur développement et leur socle sont différents, ces deux fosses ne peuvent pas s’être développées côte à côte. À cause de l’épaisseur accumulée, de sa composition et du style de son magmatisme, nous pensons que la fosse d’accumulation de Huarmey-Cañete représente un arc magmatique qui s’est éteinte vers 105 Ma, lorsque l’arc est entré en collision avec un terrane inconnu. Nous pensons que le magmatisme subséquent aux premières intrusions mafiques syntectoniques et aux réseaux de dykes de 103 ± 2 Ma sont à mettre au compte d’une rupture de plaque. Le bloc Huarmey-Cañete-batholitique côtier et son socle mésoprotérozoïque sont demeurés au large jusqu’à 77 ± 5 Ma, moment où il est entré en collision et a été poussé par-dessus la marge ouest sud-américaine partiellement subduite, pour ainsi former la zone de chevauchement de vergence est de Marañon. Nous croyons que la séquence majeure de plutonisme et d’intrusion de dykes qui a succédé à la collision finale à 73–62 Ma doit être reliée à une rupture de la plaque lithosphérique sud-américaine à pendage ouest. Le magmatisme de 53 Ma et plus récent qui a succédé à la collision finale, a été généré par la subduction vers l’est de la lithosphère océanique du Pacifique sous l’Amérique du Sud. Des relations temporelles et spatiales similaires qui existent tout le long des deux Amériques représentent la collision terminale d’un ruban continental d’arcs avec les Amériques durant la phase tectonique laramienne de la fin du Crétacé–début du Tertiaire. Elle a donc séparé la subduction vers l’ouest de longue date de la période de subduction vers l’est plus jeune caractérisant la situation actuelle. Nous considérons que le ruban continental de la Cordillère s’est constitué durant le Mésozoïque au-dessus d’une zone majeure de convection descendante entre Tuzo et Jason, le long de la limite entre les plaques océaniques Panthalassique et Pacifique.

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“…The Sierra Nevada was clearly lowstanding during magmatism, for it contains marine rocks deposited at about 100 Ma (Nokleberg 1981;Saleeby et al 2008;Memeti et al 2010). So was the western Peninsular Ranges arc, where the Santiago Peak and Alisitos volcanics are interbedded with sedimentary rocks containing marine fossils (Fife et al 1967;Allison 1974;Phillips 1993;Griffith and Hoobs 1993;Wetmore et al 2005;Busby et al 2006;CentenoGarcía et al 2011).…”

Section: Arcsmentioning

confidence: 99%

“…Just as with the Peninsular Ranges batholith, the western sector of the Sierra Nevada represents an ~125-100 Ma arc (Bateman 1992) constructed upon crust assembled mainly during the Jurassic, whereas the eastern half contains large compositionally zoned tonalite-granodiorite-granite complexes, such as the Tuolumne, Whitney, John Muir, Domelands, and Sonora (Fig. 17), emplaced during the 98-86 Ma Sierran Crest magmatic event (Coleman and Glazner 1998;Saleeby et al 2008). And just like the Peninsular Ranges batholith, rocks of the Sierra Nevada contain evidence of añ 103-100 Ma deformational event that postdated all known sedimentary and volcanic wall rocks within the western arc (Peck 1980;Nokleberg and Kistler 1980;Bateman et al 1983;Bateman 1992;Wood 1997;Memeti et al 2010;Hildebrand 2013) yet predated, or was partly coeval with, the compositionally zoned plutonic complexes of the Sierran Crest magmatic event (Greene and Schweickert 1995;Coleman and Glazner 1998;Davis et al 2012).…”

Section: Comparison With Other Cordilleran Batholithsmentioning

confidence: 99%

“…The Sierra Nevada has long been known to be composed of two halves: an older western sector and a younger eastern sector separated by an apparent break in the lithosphere, as defined by geochemistry, magnetic susceptibility, age, radiometric and stable isotopes, wall rock provenance, and basement types (Nokleberg 1983;Kistler 1990Kistler , 1993Chen and Tilton 1991;Bateman et al 1991;Coleman and Glazner 1998;Saleeby et al 2008;Lackey et al 2008Lackey et al , 2012aLackey et al , 2012bChapman et al 2012). Just as with the Peninsular Ranges batholith, the western sector of the Sierra Nevada represents an ~125-100 Ma arc (Bateman 1992) constructed upon crust assembled mainly during the Jurassic, whereas the eastern half contains large compositionally zoned tonalite-granodiorite-granite complexes, such as the Tuolumne, Whitney, John Muir, Domelands, and Sonora (Fig.…”

Section: Comparison With Other Cordilleran Batholithsmentioning

confidence: 99%

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Arc and Slab-Failure Magmatism in Cordilleran Batholiths II – The Cretaceous Peninsular Ranges Batholith of Southern and Baja California

Hildebrand

Whalen

2014

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Ever since the late 1960s when Warren Hamilton proposed that the great Cordilleran batholiths of the western Americas are the roots of volcanic arcs like the Andes and were generated by longstanding eastward subduction, most geologists have followed suit, despite the evergrowing recognition that many Cordilleran batholiths are complex, composite bodies that developed with intervals of intense shortening and exhumation between and during periods of magmatism. The Peninsular Ranges batholith of Southern and Baja California provides a superb place to unravel the complexities because there is a lot of data and because it is longitudinally composed of two parts: an older western portion of weakly to moderately deformed, low-grade volcanic and epizonal plutonic rocks ranging in age from ~128–100 Ma; and a more easterly sector of deformed amphibolite grade rocks cut by compositionally zoned, mesozonal plutonic complexes of the La Posta suite, emplaced from 99–86 Ma. While plutons of the La Posta suite are generally considered to be the product of continued eastward subduction, they are enigmatic, because they and their wall rocks were rapidly exhumed from as deep as 23 km and eroded during, and just after, their emplacement, unlike plutons in magmatic arcs, which are generally emplaced in zones of subsidence. Here we resolve the enigma with a model where westward-dipping subduction led to arc magmatism of the western sector, the Santiago Peak–Alisitos composite arc, during the period ~128–100 Ma. Arc magmatism shut down when the arc collided with a west-facing Early Cretaceous passive margin at about 100 Ma. During the collision the buoyancy contrast between the continental crust of the eastern block and its attached oceanic lithosphere led to failure of the subducting slab. The break-off allowed subjacent asthenosphere to upwell, adiabatically melt, and rise into the upper plate to create the large zoned tonalite–granodiorite–granite complexes of the La Posta suite. While compositionally similar to arc plutons in many respects, the examples from the Southern California and Baja segments of the batholith have geochemistry that indicates they were derived from partial melting of asthenosphere at deeper levels in the mantle than typical arc magmas, and within the garnet stability field. This is consistent with asthenosphere upwelling through the torn lower-plate slab. We identify kindred rocks with similar geological relations in other Cordilleran batholiths of the Americas, such as the Sierra Nevada, which lead us to suggest that slab failure magmatism is common, both spatially and temporally.SOMMAIREDepuis la fin des années 1960, Warren Hamilton a proposé que les grands batholites de la Cordillère de l'ouest des Amériques sont les racines d’arcs volcaniques andéens issus de la subduction vers l'est de longue durée, et depuis la plupart des géologues ont emboîté le pas, bien qu’un nombre croissant d’indications montrent que de nombreux batholites de la Cordillère sont des entités composites complexes qui se sont développés lors d’intervalles intenses de contraction et d’exhumation, durant et entre les périodes de magmatisme. Le batholite Peninsular Ranges du Sud de la Californie et de Baja California est un excellent endroit permettant de démêler les choses parce qu'il y a beaucoup de données et parce qu'il est composé longitudinalement de deux parties: une partie occidentale plus ancienne, faiblement à modérément déformée, de roches volcaniques de faible métamorphisme et de roches plutoniques épizonales âgées d’environ 128 Ma à 100 Ma; et, d’un segment plus à l'est de roches amphiboliques déformées recoupées par des roches de composition zonée des complexes mésozonaux plutoniques de la suite de la Posta, mises en place entre 99 Ma et 86 Ma. Bien que les plutons de la suite La Posta sont généralement considérés comme le produit d’une subduction soutenue vers l’est, ils posent problème, parce qu'avec leurs roches encaissantes, ils ont été rapidement exhumés de profondeurs aussi grandes que 23 km, et érodées durant et juste après leur mise en place, contrairement aux plutons des arcs magmatiques, qui sont généralement mis en place dans les zones de subsidence. Dans le présent article, nous proposons une solution à ce problème, avec un modèle de subduction vers l'ouest qui conduit à un magmatisme d'arc du secteur ouest, l'arc composite de Santiago Peak-Alisitos, durant la période d’environ 128 Ma à 100 Ma. Le magmatisme d’arc s’est arrêté lorsque l'arc est entré en collision avec une marge passive à pendage ouest du début du Crétacé, il y a environ 100 Ma. Lors de la collision, le contraste de flottabilité entre la croûte continentale du bloc de est et la lithosphère océanique qui y est rattachée a conduit à l'avortement de la plaque plongeante. La cassure a entrainé la remontée de l’asthénosphère sous-jacente, sa fusion adiabatique, et sa remontée dans la plaque supérieure pour former les grands complexes zonés de tonalite-granodiorite-granite de La Posta. Bien que de composition similaire aux plutons d'arc à bien des égards, les exemples des segments de batholites de Californie du Sud et de Baja ont une géochimie qui indique qu'ils proviennent de la fusion partielle de l’asthénosphère à des niveaux plus profonds dans le manteau que les magmas d'arc typiques, à l’intérieur du domaine de stabilité du grenat. Ce qui correspond à une remontée d’asthénosphère à travers une dalle de plaque inférieure cassée. Nous connaissons des roches semblables avec les relations géologiques similaires dans d'autres batholites de la Cordillère des Amériques, tel celles de la Sierra Nevada, ce qui nous amène à penser que le magmatisme de cassure de plaque est commun, tant spatialement et temporellement.

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Chronology of pluton emplacement and regional deformation in the southern Sierra Nevada batholith, California

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Plutonic rocks of the Median Batholith in eastern and central Fiordland, New Zealand: Field relations, geochemistry, correlation, and nomenclature

Plutonic rocks of the Median Batholith in eastern and central Fiordland, New Zealand: Field relations, geochemistry, correlation, and nomenclature

Arc and Slab-Failure Magmatism in Cordilleran Batholiths I – The Cretaceous Coastal Batholith of Peru and its Role in South American Orogenesis and Hemispheric Subduction Flip

Arc and Slab-Failure Magmatism in Cordilleran Batholiths II – The Cretaceous Peninsular Ranges Batholith of Southern and Baja California

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