Lawrence Head Volcanics and Dunnage Mélange, Newfoundland Appalachians: Origin by Ordovician Ridge Subduction or in Back-Arc Rift?

This paper reviews the geological setting and reports new geochemical trace element data from the Ordovician Lawrence Head Volcanics (LHV) and the underlying gabbro sills in the Exploits Group. In combination with existing published analyses and ages of these rocks, the volcanic rocks and sills are indistinguishable in composition and age, and the data are consistent with the hypothesis that they represent the same (mostly E-MORB composition) magmatic event in the early–mid Darriwilian (~465 ± 2 Ma). The LHV and their enclosing strata show regional evidence for: 1) upward decline of volume and grain size of arc-derived volcaniclastic materials over the uppermost interval of turbidite sedimentary strata below the LHV; 2) change to shallow marine conditions locally by the end of the LHV event, followed immediately by significant subsidence, and 3) no evidence of coarse-grained clastic input, nor of normal faulting, during or immediately after LHV magmatism. Ridge–trench interaction (ridge subduction) at a subduction system is consistent with all of these features and spatial distribution of related elements, but a rift (back-arc) origin over a subduction zone can only accommodate the compositions, and is inconsistent with the geological evidence. The Dunnage Melange (DM) has been interpreted either as olistostromal in a developing back-arc rift basin, or as a subduction accretionary prism. Peraluminous intrusions in the melange (Coaker Porphyry ― CP) are more readily explained by ridge subduction, and a previously reported zircon age (469 ± 4 Ma) is consistent with the age of the LHV and gabbro sills, also interpreted as products of ridge subduction. Localization of the CP in the eastern area of DM, and of most of the large LHV-derived volcanic blocks in the western DM, suggests a slightly younger age, and perhaps a different mechanism, for the origin of the western DM. SOMMAIRE Cet article passe en revue le contexte geologique et presente de nouvelles donnees geochimiques d’elements traces des roches volcaniques ordoviciennes de Lawrence Head (LHV) et des filons-couches de gabbro sous-jacents du Groupe Exploits. Considerant la combinaison des donnees d’analyse publiees et des datations de ces roches, les roches volcaniques et les filons-couches sont indiscernables tant en composition qu’en âge, et les donnees sont compatibles avec l’hypothese selon laquelle ils representent le meme evenement magmatique (principalement E-MORB) du Darriwilien precoce a moyen (~465 ± 2 Ma). Les LHV ainsi que les strates de l’encaissant renferment des indices regionaux qui montrent : 1) que le volume et la granulometrie des materiaux volcanoclastiques d’arc diminuent vers le haut dans l’intervalle superieur des strates de turbidites sedimentaires sous les LHV; 2) que le changement vers des milieux marins peu profonds localement vers la fin de l’evenement des LHV a ete suivi immediatement par une subsidence importante, et 3) qu’il n’existe pas d’indices d’apports clastiques a gros grains, non plus que de formation de failles normales, durant ou immediatement apres le magmatisme des LHV. L’interaction crete-fosse (subduction de la crete) au lieu d’un systeme de subduction concorde avec toutes ces caracteristiques et la repartition spatiale des elements relies, alors qu’une origine de crete (arriere-arc) au-dessus d’une zone de subduction ne peut expliquer que les compositions et qu’elle est incompatible avec l’evidence geologique. Le Dunnage Melange (DM) a ete interprete soit comme un olistostome dans un bassin d’arriere-arc en developpement, ou comme un prisme d’accretion de subduction. Les intrusions hyperalumineuses dans le melange (Porphyre Coaker — CP), s’explique plus facilement par une subduction de crete, et un âge de datation sur zircon de (469 ± 4 Ma) correspond a l’âge des LHV et des filons-couche de gabbro, aussi interpretes comme produits d’une subduction de crete. La localisation du CP dans la portion orientale du DM, et de la majeure partie des grands blocs volcaniques derives des LHV de la portion ouest du DM, suggere un âge legerement plus jeune, et peut-etre un mecanisme different, pour l’origine de la portion ouest du DM.