Phanerozoic vertical motions of Hudson Bay

Detlef Hanne, Nicky White, Andrew Butler, Stephen Jones
2004 Canadian journal of earth sciences (Print)  
We analyze the sedimentary record of the Hudson Bay basin, an intracratonic basin which is widely believed to have been formed by convective downwelling within the mantle. This belief largely stems from the coincidence of a long-wavelength negative gravity anomaly and an approximately circular basin which is filled with about 2 km of predominantly Paleozoic sedimentary rocks. Our starting point is a set of wells and seismic reflection profiles which demonstrate that the basin subsided rapidly
more » ... om Ordovician to Devonian times. One-and two-dimensional subsidence modeling show that water-loaded subsidence occurred in two stages and is too rapid to be accounted for by thermal contraction alone. Instead, we suggest that basin subsidence is consistent with minor phases of lithospheric thinning which occurred during Ordovician-Silurian and Early-Middle Devonian times. Stretching factors for these minor extensional episodes vary from 1.05 to 1.2 with vertical strain rates of 2-10 Ga -1 . Our interpretation of the subsidence record is corroborated by limited evidence for syn-rift normal faulting and crustal thinning inferred from legacy seismic reflection and refraction data sets. Subsidence modelling also suggests that about 1 km of expected thermal subsidence is missing. This discrepancy suggests that the basin was uplifted and denuded at least once, but possibly several times, between Late Devonian and Middle Cretaceous times (i.e., 360-100 Ma) and between Cretaceous and Quaternary times. We conclude that the Hudson Bay basin was not generated by convective downwelling that initiated in Paleozoic times and that remained coupled to the lithospheric plate. Résumé : Nous analysons les profils sédimentaires du bassin de la baie d'Hudson, un bassin intercratonique qui aurait été formé par un mouvement de plongée convective à l'intérieur du manteau. Cette croyance découle principalement de la coïncidence d'une anomalie gravitationnelle négative à grande longueur d'onde et d'un bassin approximativement circulaire qui est rempli de 2 km de roches sédimentaires datant surtout du Paléozoïque. Notre point de départ est une série de puits et de profils sismiques réflexion qui démontrent que le bassin s'est abaissé rapidement entre l'Ordovicien et le Dévonien. Une modélisation de la subsidence à une et deux dimensions montre que la subsidence gorgée d'eau a eu lieu en deux stages et qu'elle était trop rapide pour que seule la contraction thermique soit en cause. Au lieu, nous suggérons que la subsidence du bassin concorde avec des épisodes mineurs d'amincissement lithosphérique à l'Ordovicien-Silurien et au Dévonien moyen précoce. Les facteurs d'étirement pour des épisodes d'extension mineurs varient de 1,05 à 1,2 avec des taux de contraintes verticales de 2 à 10 Ga -1 . Notre interprétation des données de la subsidence est soutenue par des évidences limitées pour des failles syn-rift normales et par l'amincissement de la croûte, évidences qui nous proviennent des ensembles de données de sismique réflexion et de sismique réfraction. La modélisation de la subsidence suggère aussi qu'il manque environ 1 km de subsidence thermique. Cette différence suggère que le bassin ait été soulevé et dénudé au moins une fois, mais possiblement plusieurs fois, entre le Dévonien tardif et le Crétacé moyen (c'est-à-dire 360-100 Ma) et entre le Crétacé et le Quaternaire. Nous concluons que le bassin de la baie d'Hudson n'a pas été généré par une plongée convective qui a débuté au Paléozoïque et est demeuré attaché à la plaque lithosphérique. [Traduit par la Rédaction] Hanne et al. 1200
doi:10.1139/e04-047 fatcat:cpnljkemzbdybfrh3nhe36pdri