Connecting Cape Breton Island and Newfoundland, Canada: Geophysical Modeling of pre-Carboniferous 'Basement' Rocks in the Cabot Strait Area

Abstract

Magnetic and gravity data from northeastern Cape Breton Island, southwestern Newfoundland, and the intervening Cabot Strait area were compiled and used to generate a series of maps displaying magnetic (filtered total field, first and second derivative) and gravity (Bouguer anomaly onshore, free-air anomaly offshore) information to enhance the anomaly pattern associated with regional geology. With further constraints from previously published seismic reflection interpretations and detailed maps of onshore geology, five two-dimensional subsurface models were generated. Potential field anomalies in the offshore can be correlated with onshore faults, rock units, and pre-Carboniferous terranes. In Newfoundland, the Cabot – Long Range Fault separates Grenvillian basement to the northwest from peri-Gondwanan Port aux Basques subzone basement in the southeast and can be traced to the Wilkie Brook Fault on Cape Breton Island. The Cape Ray Fault/Red Indian Line merges offshore with the Cabot – Long Range Fault so that Notre Dame subzone rocks do not extend across the Cabot Strait area. The Port aux Basques – Exploits subzone boundary crosses the strait but is likely buried by younger rocks onshore in Cape Breton Island. Magnetic halos in the Exploits subzone are probably caused by Silurian – Devonian plutons like those in the Burgeo Intrusive Suite. The Exploits – Bras d’Or terrane boundary is located within the Ingonish magnetic anomaly, which was resolved into four overlapping components representing basement sources intruded into metasedimentary rocks and dioritic and granodioritic plutons of the Bras d’Or terrane. The Bras d’Or terrane can be traced to the Cinq-Cerf block and Grey River areas in southern Newfoundland. The interpretations suggest that Bras d’Or terrane ‘basement’ may underlie all of Exploits subzone, and that the Aspy terrane of Cape Breton Island is part of that subzone. SOMMAIRELes données magnétométriques et gravimétriques du nord-est de l’île du Cap-Breton, dans le sud-ouest de Terre-Neuve, et de la région du détroit de Cabot contigu, ont été compilées et utilisées pour produire une série de cartes affichant les particularités magnétiques (champ total filtré, dérivé première et seconde) et gravimétriques (anomalie de Bouguer de la côte, anomalie à l’air libre extracôtière) pour ajouter à la compréhension des motifs d’anomalie de la géologie régionale. En tenant compte des limitations imposées par les interprétations de données de levés de sismique réflexion déjà publiées et de cartes détaillées de géologie continentale, cinq modèles 2D du sous-sol ont été produits. Des anomalies de champ potentiel en zone extracôtière peuvent être corrélées avec des failles, des unités lithologiques et des terranes pré-carbonifères sur la côte. Sur l’île de Terre-Neuve, la faille de Cabot-Long Range qui sépare le socle grenvillien au nord-ouest de la sous-zone de socle péri-gondwanienne, de Port-aux- Basques au sud-est, peut être reliée à la faille de Wilkie Brook sur l’île du Cap-Breton. La faille du Cap Ray et la linéation de Red Indian se fondent au large avec la faille de Cabot – Long Range, ce qui signifie que les roches de la sous-zone de Notre-Dame ne traversent pas la région du détroit de Cabot. La limite de la sous-zone de Port aux Basques-Exploits traverse le détroit, mais elle est vraisemblablement enfouie sous des roches plus jeunes sur l’île du Cap-Breton. Les halos magnétiques dans la sous-zone Exploits sont probablement causés par des plutons siluro-dévoniens comme c’est le cas de ceux de la séquence intrusive de Burgeo. La limite du terrane Exploits-Bras d’Or est située dans l’anomalie magnétique Ingonish, laquelle s’est révélée être constituée de quatre composantes superposées représentant des sources de socle engoncées dans des roches métasédimentaires, et dans des plutons dioritiques et granodioritiques du terrane de Bras d’Or. On peut suivre le terrane de Bras d’Or jusque dans les régions du bloc de Cinq-Cerf et de Grey River dans le sud de Terre-Neuve. Les interprétations permettent de penser que le « socle » du terrane de Bras d’Or pourrait constituer l’assise rocheuse de la sous-zone Exploits, et que le terrane Aspy de l’île du Cap-Breton ferait partie de cette sous-zone.

Field relations, age, and tectonic setting of metamorphic and plutonic rocks in the Creignish Hills – North Mountain area, southwestern Cape Breton Island, Nova Scotia, Canada

“…It extends to the northeast through the Boisdale Hills where it coincides with a Carboniferous fault system (MacIntosh BrookGeorges River). From there it has been postulated to extend across the Cabot Strait to the south coast of Newfoundland (Barr et al 1998(Barr et al , 2014aRogers et al 2006). To the southwest, the terrane boundary is suggested to be offset at the Strait of Canso by the Canso fault and inferred to follow the western margin of the Creignish Hills (King 2002;Barr et al 2012).…”

Geology and Hydrogeology of Faults on Cape Breton Island, Nova Scotia, Canada: an overview

“…1) shifted the tectonostratigraphic terranes dextrally by approximately 200 km (White et al 2003). Recent geophysical interpretations (Barr et al 2014) suggest no similar movement along the Cabot Strait to the north of Cape Breton Island.…”

Late Paleozoic strike-slip faults in Maritime Canada and their role in the reconfiguration of the northern Appalachian orogen

“…The subparallel Wilkie Brook and Aspy faults bound a narrow block of basement suggesting a positive flower structure that cuts the Horton, Windsor, and Mabou Groups. A similar configuration is postulated for St. Paul Island [ Barr et al , ].…”

“…Some authors [e.g., Bradley , ; Hibbard and Waldron , ; Hayward et al , ] have suggested major dextral strike‐slip motion along the Hollow fault, noting its parallel alignment to other Appalachian‐trend faults. Others, noting the large vertical offsets of basement along the fault, and the rapid offshore thickening of the Windsor Group [ Keppie et al , ; Giles , ], have emphasized normal faulting [e.g., McCutcheon and Robinson , ; Dehler and Potter , ; Cook et al , ; Barr et al , ]. Post‐Viséan thrust faults have also been interpreted at depth in St. Georges Bay and west of Cape Breton Island [ Durling and Marillier , ; Durling et al , ; Hayward et al , ], suggesting that shortening may also have played a role in the later history of this boundary.…”

“…More prominent Appalachian‐trend lineaments, which they correlated with the Cabot fault, lie to the SE, connecting with the Wilkie Brook and Aspy faults on land, and appear less disrupted (Figure c). Based on magnetic and gravity modeling, Barr et al [] also interpreted that the Wilkie Brook and Aspy faults merge in the Cabot Strait with the offshore extension of the merged Cabot and Cape Ray faults, the latter marking the boundary between Laurentian and peri‐Gondwanan terranes onshore in Newfoundland.…”