Silurian tectonic history of Penobscot Bay region, Maine

Abstract

Early Paleozoic amalgamation of composite terranes was contemporaneous at widely separated regions that were later accreted to either ancestral North America or to Gondwana as those two continents approached each other. Terranes closer to Laurentia amalgamated in the Late Cambrian to Middle Ordovician Penobscottian orogeny and were accreted to ancestral North America in the Middle and to Late Orodovician Taconic orogeny. Peri-Gondwanan terranes formed from Late Cambrian and Early Ordovician rocks were amalgamated in the Late Ordovician and Early Silurian to form the Salinic orogenic belt, now exposed from western Europe to southern New England. Salinic orogenic activity involved extensive thrust faulting and metamorphism, large strike-slip faults, and plutonism, all of which are represented in coastal Maine. In the Penobscot Bay region, Maine, the peri-Gondwanan St. Croix terrane was thrust northwest in the Silurian(?) upon middle amphibolite facies Ordovician and Early Silurian rocks of the Fredericton trough. Seismic reflection profiles show that the thrust fault dips southeasterly at -30° and becomes listric at about 13 ± 2 km. The thrust sheet was broken initially by the Late Silurian Penobscot Bay-Smith Cove-North Blue Hill dextral strike-slip fault which juxtaposed the peri-Gondwanan Ellsworth terrane, followed by emplacement of the South Penobscot Intrusive Suite and by a sequence of strike-slip fault zones each with up to 20 km of dextral Silurian and Early Devonian(?) movement. The strike-slip faults are interpreted to either remain steep until they reach the sole of the thrust sheet or to become listric within the thrust sheet. In the Devonian Acadian orogeny, more outboard terranes with Gondwanan affinities, like the Avalonian terranes in southern New Brunswick and in eastern Massachusetts, were amalgamated with the Silurian orogenic belt, and the resulting composite terrane was accreted to ancestral North America. Acadian deformation, mcta-morphism, and plutonism are superimposed on the Silurian orogen, blurring or obliterating the evidence of Silurian orogeny.
 
 RÉSUMÉ
 Le fusionnement du Paléozoique inférieur des formations géologiques composites a été simultané dans des régions très separées qui ont ultérieurement été accolées, soit à l'Amérique du Nord ancestrale, soit au Gondwana, au fur et à mesure que les deux continents se sont rapprochés l'un de l'autre. Les formations géologiques plus proches du bouclier laurentien se sont fusionnées à l'Amérique du Nord au cours de l'orogénèse Taconique de l'Ordovicien moyen à supérieur. Les formations géologiques périgondwaniennes formées de roches du Cambrien supérieur à l'Ordovicien inférieur ont été fusionnées au cours de l'Ordovicien supérieur et du Silurien inférieur pour former la ceinture orogénique Salinique, maintenant découverte à partir de l'Europe occidentale jusqu'au sud de la Nouvclle-Angleterre. L'activité orogénique salinique a comporté un métamorphisme et une dislocation de compression importants, des décrochcments étendus et le plutonisme, des phénomènes qui sont tous représentés sur la côte du Maine. Dans la région de Penobsquot Bay, au Maine, la formation géologique périgondwanienne de St. Croix a été poussée vers le nord-ouest pendant le Silurien (?) sur les roches de l'Ordovicien et du Silurien inférieur du facies intermédiate à amphibolite de la dépression de Fredericton. Les profits de réflexion sismique montrent que la faille de compression s'incline vers le sud-est selon un angle de 30° et qu'elle devient courbe après environ 13 ± 2 km. La nappe avait initialement été fracturée par le décrochement dextre du Silurien supérieur de Penobsquot Bay-Smith Cove-North Blue Hill qui avait juxtaposé la formation périgondwanienne d'Ellsworth, événement suivi par le positionnement du cortege intrusif de South Penobsquot et par une séquence de zones de décrochements accusant chacun jusqu'à 20 km de déplacement dextre au cours du Silurien et du Dévonien inférieur (?). On interprète les décrochements comme des accidents qui restent abrupts jusqu'à ce qu'ils atteignent la surface inférieure de la nappe ou comme des failles devenant courbes à l'intérieur de la nappe. Au cours de l'orogénèse Acadienne du Dévonien, d'autres formations géologiques extérieures ayant des affinites avec le Gondwana, comme la formation géologique d'Avalon, dans le sud du Nouveau-Brunswick, et dans Test du Massachusetts, ont été fusionnées avec la ceinture orogénique Silurienne, et la formation composite qui en est résultée a été accoiée à l'Amérique du Nord ancestrale. La déformation, le métamorphisme et le plutonisme Acadiens sont superposed par-dessus l'orogène du Silurien, ce qui efface et brouille la preuve de l'orogénèse Silurienne.
 
 [Traduit par la rédaction]

Minimum age of the Neoproterozoic Seven Hundred Acre Island Formation and the tectonic setting of the Islesboro Formation, Islesboro block, Maine

“…2. Reports on various aspects of the geology and geophysics of the block were given by Stewart (1974), Stewart and Lux (1988), Stewart et al (1993Stewart et al ( , 1995aStewart et al ( , 1995bStewart et al ( , 1998. Seismic reflection data (Stewart 1998, Fig.…”

A Review of Proterozoic to Early Paleozoic Lithotectonic Terranes in New Brunswick, Canada and their Tectonic Evolution during Penobscot, Taconic, Salinic and Acadian Orogenesis

“…Avalonia effectively became part of Laurentia with the destruction of this last vestige of oceanic crust in the latest Silurian to earliest Devonian. However, considerable transcurrent displacement continued to be focused along this suture well into the Carboniferous (Leger and Williams 1988;Doig et al 1990;Eby and Currie 1993;Nance and Dallmeyer 1993;Park et al 1994Park et al , 2008Stewart et al 1995;Schreckengost and Nance 1996;Currie and McNicoll 1999).…”

“…Although basement rocks are concealed beneath Mascarene cover in the Passamaquoddy Bay area, the apparent westward continuation of Panel C into the Penobscot Bay area of Maine is overlain only in part by Silurian volcanic rocks. These older volcanic sequences exposed along the Maine coast are referred to as the Ellsworth Schist and Castine Volcanics (Stewart and Wones 1974;Stewart et al 1995;Schultz et al 2008). A felsic tuff of the Ellsworth Schist and a felsic dome in the Castine Volcanics yielded Middle Cambrian U-Pb zircon dates of 509 ± 1 Ma and 504 ± 3 Ma, respectively (Ruitenberg et al 1993;Schultz et al 2008).…”

“…There, the Turtle Head Fault separates the Ellsworth Schist of the New River (Ellsworth) terrane from Lower Paleozoic black shale (Penobscot Formation) of the St. Croix terrane. This fault is a steep structure that underwent mainly dextral transcurrent movement during Acadian orogenesis (Stewart et al 1995;van Staal et al 2009). The continuation of the Turtle Head Fault into New Brunswick has been obscured by the intrusion of the Saint George Batholith (Fig.…”

“…Basement rocks of the New River terrane trend toward coastal Maine, where they may underlie Penobscot volcanic rocks of the Ellsworth terrane (Stewart et al 1995;Fyffe et al 2009). The Ellsworth and New River terranes are cut internally by multiple faults constituting a large dextral transcurrent fault system that includes Acadian strike-slip duplexes of Late Silur-Copyright © Atlantic Geology, 2011 Fyffe et al -A review of Proterozoic to Early Paleozoic lithotectonic terranes … ian to Early Devonian age (Leger and Williams 1986;West et al 1992West et al , 1995Stewart et al 1995;Hibbard et al 2006;Lin et al 2007;van Staal et al 2009). …”