Geological setting and petrochemistry of early Middle Devonian volcanic and gabbroic rocks in the Guysborough area, Nova Scotia

Mapping, petrological studies, and U-Pb dating of volcanic and plutonic units have provided a new understanding of the stratigraphy and paleotectonic setting of rocks in the Guysborough area. From base to top, the stratigraphic sequence is interpreted to consist of: (1) volcanic flows and pyroclastic rocks, with minor interlayered sedimentary rocks (Sunnyville Formation), (2) varied conglomerate (Glenkeen Formation), (3) quartz wacke with minor interlayered quartz arenite and conglomerate, and (4) massive to shaly or laminated siltstone. These volcanic and sedimentary units arc intruded by small gabbroic plutons, sills, and dykes. All the units are early Middle Devonian, based on a U-Pb (zircon) age of 389 ± 2 Ma for rhyolitic tuff from the Sunnyville Formation, and a preliminary U-Pb (baddelcyite) age of ca. 38S Ma for one of the gabbroic plutons in the siltstone unit. Based on whole-rock chemistry, the mafic volcanic and gabbroic rocks are similar, and formed in a continental within-plate setting. However, the rocks in the eastern part of the map area are more alkalic than those in the west, which are dominantly tholeiitic. The mafic magmas are interpreted to have formed by partial melting of the subcontinental upper mantle and to have evolved by crystal fractionation processes; the more alkalic magmas in the east may represent lesser amounts of partial melting in that area. This interpretation is consistent with the presence of felsic volcanic rocks only in the western part of the area. They may represent crustal melts formed as a result of mafic magma underplating of the crust. The regional tectonic significance of these igneous rocks is not yet resolved, but they are clearly older than Late Devonian to Carboniferous igneous units elsewhere in northern mainland Nova Scotia and in Cape Breton Island with which they were previously assumed to be correlative. RESUME Des travaux de cartographic, des etudes petrologiques et la datation au U-Pb d'unites volcaniques et plutoniques ont permis une meilleure comprehension de la stratigraphic et du cadre paleotcctonique des roches du secteur de Guysborough. On interprets la composition de la sequence stratigraphique comme suit, de sa base a son sommet : 1) des ecoulements volcaniques et des roches pyroclastiques, avec une proportion mineure de roches sedimentaires intercalecs (Formation Sunnyville); 2) un conglomerat diversify (Formation Glenkeen); 3) de la wacke qurtzeuse avec une presence mineure de conglomerat et de quartzite sedimentaire interstratifies; et 4) des siltstones massifs a schistcux ou feuilletes. Ces unites volcaniques et sedimentaires sont penetries par de petits dykes, filons-couches et plutons gabbrolques. Toutes les unites remontent au debut du Devonien moyen d'apres une datation au U-Pb (zircon) situant a 389+2 Ma le tuf rhyolitique de la Formation Sunnyville ainsi qu'une datation au U-Pb (baddeleyite) situant provisoirement l'un des plutons gabbrolques de l'unite de siltstones a environ 38S Ma. D'apres la chimie des roches, les roches volcanomaflques et gabbrolques sont semblabes et elles se sont formees dans un cadre intra-plaque continental. Les roches de la partie orientate du secteur cartographique sont cependant plus alcalines que celles de l'ouest, en predominance tholeeiitiques. Selon l'interpretation avancee, les magmas mafiques se seraient formes par suite d'une fonte partielle du manteau sous-continental superieur et ils auraient evolue au moyen de processus de differenciation magmatique; les magmas plus alcalins de l'est pourraient representor une fonte partielle moins importante dans ce secteur. Cette interpretation est compatible avec la presence de roches volcano-felsiques limitee a la partie ouest du secteur. Elles pourraient representor des elements crustaux fondus formes par suite d'une remontee de magma mafique sous les plaques de la croute. On n'a pas encore determine ('importance tectonique regionale dc ces roches ignees, mais elles sont clairement plus anciennes que les unites ignees du Devonien superieur au Carbonifere des autres regions de L'interieur de la Nouvelle-Ecosse et de l'ile du Cap-Breton avec lesquelles on les supposait auparavant correlatives. [Traduit par la redaction]