The Jurassic Laberge Group in the Whitehorse Trough of the Canadian Cordillera: Using Detrital Mineral Geochronology and Thermochronology to Investigate Tectonic Evolution

The Laberge Group is an Early to Middle Jurassic sequence of mostly siliciclastic sedimentary rocks that were deposited in a marginal marine environment in the northern Canadian Cordillera. It forms a long narrow belt with a total thickness of 3–4 km extending for more than 600 km across southern Yukon and northwestern British Columbia. These sedimentary rocks overlap the Yukon-Tanana, Stikinia and Cache Creek terranes that form the main components of the Intermontane superterrane. The Laberge Group contains a record of the erosion of some of these terranes, and also offers some constraints on the timing of their amalgamation and accretion to the Laurentian margin. The Laberge Group was deposited with local unconformity on the Late Triassic Stuhini Group (in British Columbia) and correlative Lewes River Group (in Yukon), both of which are volcanic-rich, and assigned to the Stikinia terrane. The Laberge Group is in turn overlain by Middle Jurassic to Cretaceous clastic rocks, including the Bowser Lake Group in BC and the Tantalus Formation in Yukon. Clast compositions and detrital zircon populations within the Laberge Group and between it and these bounding units indicate major shifts in depositional environment, basin extent and detrital sources from Late Triassic to Late Jurassic. During the Early Jurassic clast compositions in the Laberge Group shifted from sediment- and volcanic-dominated to plutonic-dominated, and detrital zircon populations are dominated by grains that yield ages that approach or overlap their inferred depositional ages. This pattern is consistent with progressive dissection and unroofing of (an) active arc(s) to eventually expose Triassic to Jurassic plutonic suites. Detrital rutile and muscovite data from the Laberge Group indicate rapid cooling and then exhumation of adjoining metamorphic rocks during the Early Jurassic, allowing these to contribute detritus on a more local scale. The most likely source for such metamorphic detritus is within the Yukon-Tanana terrane, and its presence in the Laberge Group may constrain the timing of amalgamation and accretion of the Yukon-Tanana and Stikinia terranes. Thermochronological data also provide new insights into the evolution of the Laberge Group basin. Results from the U–Th/(He) method on detrital apatite suggest that most areas experienced post-depositional heating to 60°C or more, whereas U–Th/(He) results from detrital zircon show that heating to more than 200°C occurred on a more local scale. In detail, Laberge Group cooling and exhumation was at least in part structurally controlled, with more strongly heated areas situated in the footwall of an important regional fault system. The thermochronological data are preliminary, but they suggest potential to eventually constrain the kinematics and timing of inversion across the Laberge Group basin and may also have implications for its energy prospectivity. In summary, the Laberge Group is a complex package of sedimentary rocks developed in an active, evolving tectonic realm, and many questions remain about the details of its sources and evolution. Nevertheless, the available information demonstrates the potential of combined geochronological and thermochronological methods applied to detrital minerals to unravel links between regional tectonics, basin development and clastic sedimentation.Le groupe de Laberge est une séquence du Jurassique inférieur à moyen composée principalement de roches sédimentaires silicoclastiques qui se sont déposées dans un milieu margino-marin, dans le nord de la Cordillère canadienne. Il forme une longue ceinture étroite d'une épaisseur totale de 3 à 4 km s'étendant sur plus de 600 km à travers le sud du Yukon et le nord-ouest de la Colombie-Britannique. Ces roches sédimentaires chevauchent les terranes Yukon-Tanana, Stikinia et Cache Creek qui forment les principales composantes du superterrane Intermontagneux. Le groupe de Laberge contient un enregistrement de l'érosion de certains de ces terranes, et offre également certaines contraintes sur la datation de leur amalgamation et de leur accrétion à la marge laurentienne. Le groupe de Laberge a été déposé avec une discordance locale sur le groupe de Stuhini du Trias supérieur (en Colombie-Britannique) et le groupe corrélatif de Lewes River (au Yukon), tous deux riches en volcans et attribués au terrane de Stikinia. Le groupe de Laberge est à son tour recouvert de roches clastiques du Jurassique moyen à Crétacé, comprenant le groupe de Bowser Lake en Colombie-Britannique et la formation de Tantalus au Yukon. Les compositions de clastes et les populations de zircons détritiques au sein du groupe de Laberge et entre celui-ci, et ces unités limitrophes indiquent des changements majeurs dans l'environnement de dépôt, l'étendue du bassin et les sources détritiques du Trias supérieur jusqu’au Jurassique supérieur. Au cours du Jurassique inférieur, les compositions des clastes du groupe de Laberge sont passées d'une prédominance sédimentaire et volcanique à une prédominance plutonique, et les populations de zircons détritiques sont dominées par des grains qui donnent des âges qui se rapprochent ou chevauchent l’âge présumé de leur déposition. Ce modèle est cohérent avec la dissection progressive et le dévoilement d'un ou plusieurs arcs actifs pour éventuellement exposer les suites plutoniques du Trias au Jurassique. Les données sur le rutile détritique et la muscovite du groupe de Laberge indiquent un refroidissement rapide puis une exhumation des roches métamorphiques adjacentes au cours du Jurassique inférieur, permettant à celles-ci d’ajouter des débris à une échelle plus locale. La source la plus probable de ces débris métamorphiques se trouve dans le terrane Yukon-Tanana, et sa présence dans le groupe de Laberge peut apporter des contraintes sur la datation de l'amalgamation et de l'accrétion des terranes Yukon-Tanana et Stikinia. Les données thermo-chronologiques apportent également de nouveaux éclairages sur l'évolution du bassin du groupe de Laberge. Les résultats de la méthode U–Th/(He) sur l'apatite détritique suggèrent que la plupart des régions ont été soumises à des conditions de température post-dépôt de 60°C ou plus, tandis que les résultats U–Th/(He) sur zircon détritique montrent que des conditions de température de plus de 200° C se sont produites à une échelle plus locale. Dans le détail, le refroidissement et l'exhumation du groupe de Laberge étaient au moins en partie structurellement contrôlés, avec des régions plus fortement chauffées situées dans le mur d'un important système de failles régionales. Les données thermo-chronologiques sont préliminaires, mais elles suggèrent un potentiel pour éventuellement contraindre la cinématique et le moment de l'inversion à travers le bassin du groupe de Laberge et peuvent également avoir des implications sur sa capacité énergétique.En résumé, le groupe de Laberge est un ensemble complexe de roches sédimentaires développées dans un domaine tectonique actif et en évolution, et de nombreuses questions demeurent quant aux détails de ses sources et de son évolution. Néanmoins, les informations disponibles démontrent le potentiel de la combinaison des méthodes géochronologiques et thermo-chronologiques appliquées aux minéraux détritiques pour démêler les liens entre la tectonique régionale, le développement du bassin et la sédimentation clastique

Arc-continent collision: The making of an orogen

Peer Reviewe

The Jurassic Laberge Group in the Whitehorse Trough of the Canadian Cordillera: Using Detrital Mineral Geochronology and Thermochronology to Investigate Tectonic Evolution

The Laberge Group is an Early to Middle Jurassic sequence of mostly siliciclastic sedimentary rocks that were deposited in a marginal marine environment in the northern Canadian Cordillera. It forms a long narrow belt with a total thickness of 3–4 km extending for more than 600 km across southern Yukon and northwestern British Columbia. These sedimentary rocks overlap the Yukon-Tanana, Stikinia and Cache Creek terranes that form the main components of the Intermontane superterrane. The Laberge Group contains a record of the erosion of some of these terranes, and also offers some constraints on the timing of their amalgamation and accretion to the Laurentian margin. The Laberge Group was deposited with local unconformity on the Late Triassic Stuhini Group (in British Columbia) and correlative Lewes River Group (in Yukon), both of which are volcanic-rich, and assigned to the Stikinia terrane. The Laberge Group is in turn overlain by Middle Jurassic to Cretaceous clastic rocks, including the Bowser Lake Group in BC and the Tantalus Formation in Yukon. Clast compositions and detrital zircon populations within the Laberge Group and between it and these bounding units indicate major shifts in depositional environment, basin extent and detrital sources from Late Triassic to Late Jurassic. During the Early Jurassic clast compositions in the Laberge Group shifted from sediment- and volcanic-dominated to plutonic-dominated, and detrital zircon populations are dominated by grains that yield ages that approach or overlap their inferred depositional ages. This pattern is consistent with progressive dissection and unroofing of (an) active arc(s) to eventually expose Triassic to Jurassic plutonic suites. Detrital rutile and muscovite data from the Laberge Group indicate rapid cooling and then exhumation of adjoining metamorphic rocks during the Early Jurassic, allowing these to contribute detritus on a more local scale. The most likely source for such metamorphic detritus is within the Yukon-Tanana terrane, and its presence in the Laberge Group may constrain the timing of amalgamation and accretion of the Yukon-Tanana and Stikinia terranes. Thermochronological data also provide new insights into the evolution of the Laberge Group basin. Results from the U–Th/(He) method on detrital apatite suggest that most areas experienced post-depositional heating to 60°C or more, whereas U–Th/(He) results from detrital zircon show that heating to more than 200°C occurred on a more local scale. In detail, Laberge Group cooling and exhumation was at least in part structurally controlled, with more strongly heated areas situated in the footwall of an important regional fault system. The thermochronological data are preliminary, but they suggest potential to eventually constrain the kinematics and timing of inversion across the Laberge Group basin and may also have implications for its energy prospectivity.In summary, the Laberge Group is a complex package of sedimentary rocks developed in an active, evolving tectonic realm, and many questions remain about the details of its sources and evolution. Nevertheless, the available information demonstrates the potential of combined geochronological and thermochronological methods applied to detrital minerals to unravel links between regional tectonics, basin development and clastic sedimentation.Le groupe de Laberge est une séquence du Jurassique inférieur à moyen composée principalement de roches sédimentaires silicoclastiques qui se sont déposées dans un milieu margino-marin, dans le nord de la Cordillère canadienne. Il forme une longue ceinture étroite d'une épaisseur totale de 3 à 4 km s'étendant sur plus de 600 km à travers le sud du Yukon et le nord-ouest de la Colombie-Britannique. Ces roches sédimentaires chevauchent les terranes Yukon-Tanana, Stikinia et Cache Creek qui forment les principales composantes du superterrane Intermontagneux. Le groupe de Laberge contient un enregistrement de l'érosion de certains de ces terranes, et offre également certaines contraintes sur la datation de leur amalgamation et de leur accrétion à la marge laurentienne. Le groupe de Laberge a été déposé avec une discordance locale sur le groupe de Stuhini du Trias supérieur (en Colombie-Britannique) et le groupe corrélatif de Lewes River (au Yukon), tous deux riches en volcans et attribués au terrane de Stikinia. Le groupe de Laberge est à son tour recouvert de roches clastiques du Jurassique moyen à Crétacé, comprenant le groupe de Bowser Lake en Colombie-Britannique et la formation de Tantalus au Yukon. Les compositions de clastes et les populations de zircons détritiques au sein du groupe de Laberge et entre celui-ci, et ces unités limitrophes indiquent des changements majeurs dans l'environnement de dépôt, l'étendue du bassin et les sources détritiques du Trias supérieur jusqu’au Jurassique supérieur. Au cours du Jurassique inférieur, les compositions des clastes du groupe de Laberge sont passées d'une prédominance sédimentaire et volcanique à une prédominance plutonique, et les populations de zircons détritiques sont dominées par des grains qui donnent des âges qui se rapprochent ou chevauchent l’âge présumé de leur déposition. Ce modèle est cohérent avec la dissection progressive et le dévoilement d'un ou plusieurs arcs actifs pour éventuellement exposer les suites plutoniques du Trias au Jurassique. Les données sur le rutile détritique et la muscovite du groupe de Laberge indiquent un refroidissement rapide puis une exhumation des roches métamorphiques adjacentes au cours du Jurassique inférieur, permettant à celles-ci d’ajouter des débris à une échelle plus locale. La source la plus probable de ces débris métamorphiques se trouve dans le terrane Yukon-Tanana, et sa présence dans le groupe de Laberge peut apporter des contraintes sur la datation de l'amalgamation et de l'accrétion des terranes Yukon-Tanana et Stikinia. Les données thermo-chronologiques apportent également de nouveaux éclairages sur l'évolution du bassin du groupe de Laberge. Les résultats de la méthode U–Th/(He) sur l'apatite détritique suggèrent que la plupart des régions ont été soumises à des conditions de température post-dépôt de 60°C ou plus, tandis que les résultats U–Th/(He) sur zircon détritique montrent que des conditions de température de plus de 200° C se sont produites à une échelle plus locale. Dans le détail, le refroidissement et l'exhumation du groupe de Laberge étaient au moins en partie structurellement contrôlés, avec des régions plus fortement chauffées situées dans le mur d'un important système de failles régionales. Les données thermo-chronologiques sont préliminaires, mais elles suggèrent un potentiel pour éventuellement contraindre la cinématique et le moment de l'inversion à travers le bassin du groupe de Laberge et peuvent également avoir des implications sur sa capacité énergétique.En résumé, le groupe de Laberge est un ensemble complexe de roches sédimentaires développées dans un domaine tectonique actif et en évolution, et de nombreuses questions demeurent quant aux détails de ses sources et de son évolution. Néanmoins, les informations disponibles démontrent le potentiel de la combinaison des méthodes géochronologiques et thermo-chronologiques appliquées aux minéraux détritiques pour démêler les liens entre la tectonique régionale, le développement du bassin et la sédimentation clastique

Geology of the Hoodoo Mountain Area (NTS 104B/14W)

International audienc

Dynamics of accretion of arc and backarc crust to continental margins: inferences from the Annieopsquotch accretionary tract, Newfoundland Appalachians

The Annieopsquotch accretionary tract comprises a thrust stack of Lower to Middle Ordovician arc and backarc terranes that were accreted to the Laurentian margin of Iapetus during Middle to Upper Ordovician. Geological relationships suggest that the constituent terranes of the Annieopsquotch accretionary tract initially formed outboard of a peri-Laurentian Dashwoods microcontinent in an extensional arc, but occupied a lower plate setting with respect to Dashwoods during accretion. Metamorphic mineral assemblages indicate that the terranes were underplated beneath the composite Laurentian margin at depths ranging from ~ 3 km up to > 18 km. We infer the accretion of the terranes to be controlled by the brittle–ductile transition in the hydrated crust. The decoupling of brittle from ductile crust resulted in very high aspect ratios of the terranes, which comprise thin (< 5 km) but very large (up to 25 × 250 km) slabs of supracrustal arc rocks and ophiolite crust. Arc basement and ophiolitic mantle are not preserved and were either underplated at a greater depth or subducted and recycled back in the mantle. The accreted crust forms a reasonable approximation to bulk continental crust requiring little post-accretionary modification; hence, the accretion of arc–backarc complexes which occupy a lower plate setting can form an important mechanism for creation of new continental crust required to balance crustal loss at convergent margins

A petrochronological approach for the detrital record: Tracking mm-sized eclogite clasts in the northern Canadian Cordillera

Sutures recording the accretion history of the Canadian Cordillera terranes are poorly preserved. The Whitehorse trough syn-orogenic basin formed during early Mesozoic terrane accretion at the western margin of Laurentia and contains a ∼300 m thick horizon that includes eclogite clasts possibly sourced from a suture zone. By applying petrochronological micro-analytical techniques to the mm-diameter eclogite clasts, including thermobarometry and in situ rutile thermochronology, as well as detrital zircon geochronology and thermal diffusion modeling, we constrain a source-to-sink path for the clasts. The eclogite clasts likely reached peak metamorphic conditions of 2.2–2.9 GPa and ≥800 °C, cooled through Pb closure in rutile during Early Jurassic at ≥610 °C and were deposited into the basin by latest Pliensbachian/earliest Toarcian. This history implies minimum mean cooling and exhumation rates on the order of ∼38 °C/myr and ∼4.1 km/myr, respectively, consistent with rates reported for subduction-related eclogite worldwide. We suggest the most likely source for the clasts is the suture between the Yukon–Tanana and Stikinia terranes, involving a latest Triassic collision, followed by rapid Early Jurassic exhumation of the lower plate Yukon–Tanana terrane, either by buoyant extrusion or in a plate boundary zone metamorphic core complex. Our study demonstrates that micro-analytical techniques used for petrochronology can be applied to very small lithic clasts in the sedimentary record towards the tectonic reconstruction of accretionary orogens

Structural evolution of a crustal-scale shear zone through a decreasing temperature regime: The Yukon River shear zone, Yukon-Tanana terrane, Northern Cordillera

We present the first detailed structural analysis of the Yukon River shear zone (YRSZ), which forms an important structural break within the Yukon-Tanana terrane of the Northern Cordillera in Yukon (Canada). The YRSZ is a NW-SE–striking shear zone that juxtaposes Mississippian orthogneiss hanging-wall rocks (Simpson Range suite) against pre-Late Devonian metasedimentary footwall rocks (Snowcap assemblage). Field and microstructural analyses, including quartz c-axis fabric investigation, indicate that the YRSZ initiated as a top-ESE mid-crustal shear zone active through a temperature range of ≥650–500 °C to ~540–440 °C. Constraints from the footwall associated with top-ESE shearing on the YRSZ at mid-crustal conditions record a decrease in deformation temperature toward the shear zone, coincident with a transition from coaxial to non-coaxial deformation and an increase in fabric intensity, strain rate, and differential stress estimates. Collectively, these spatial trends represent a classic example of a narrowing shear zone that progressively localizes and intensifies deformation as ambient temperature decreases. U-Pb zircon geochronometry of a deformed Permian orthogneiss from within the YRSZ combined with previously published thermochronometry bracket the timing of top-ESE mid-crustal shearing between 259 ± 2 Ma and 176–168 Ma, either during Late Permian–Middle Triassic metamorphism and lithospheric extension or latest Triassic–Early Jurassic metamorphism and crustal thickening. The YRSZ was subsequently reactivated as a top-WNW upper-crustal thrust fault zone during or after Early to Middle Jurassic cooling and exhumation at 176–168 Ma. This top-WNW thrusting within the YRSZ may be responsible for structural separation of Late Triassic and Early Jurassic plutonic rocks in the hanging wall of the YRSZ from Permian plutonic rocks in its footwall