Geochemistry of Early Devonian calc-alkaline plutons in the Merrimack Belt: implications for mid-Paleozoic terrane relationships in the New England Appalachians

A series of northeast-trending plutons extending from northeastern Massachusetts to southeastern Maine intruded the metasedimenlary rocks of the Merrimack belt. The Early Devonian Dracut, Sweepstakes, Island Pond. Exeter, and Webhannet plutons are metaluminous and, with the exception of the granitie Webhannet pluton, are dominantly mafic to intermediate in composition. The plutons are calc-alkaline in character and have major, minor, and trace clement compositions typical of magmas generated at destructive plate margins. These characteristics include mid- to high-K contents, enrichment of LII.E, LREE, Ba. and Sr. and negative Nb and Ta anomalies. Whole-rock chemical data indicate that the plutons of the Merrimack belt arc similar in every measured geochemical parameter to ca. 400 Ma mafic to intermediate rocks of the New Hampshire Plutonic Suite. These similarities suggest that both groups of plutons were emplaced within the same magmatic arc and belong to the same magmatic suite. A magmatic suite common to both the Merrimack belt and Central Maine terrane suggests that the two lithotectonic zones were proximal to each other at ca. 400 Ma. Trace element differences between Merrimack belt and Sharpners Pond rocks suggest (hat the Putnam-Nashoba terrane represents a separate arc. Located in the Central Maine terrane of New Hampshire, the Rochester pluton is geochemically distinct from the Siluro-Devonian plutons of the Merrimack belt and New Hampshire Plutonic Suite. The Rochester pluton has alkaline affinities but retains overall calc-alkaline features. High concentrations of incompatible elements (K, Ti, P, Ba, Rb, Zr) in the Rochester pluton are markedly similar to those observed in the 360 Ma Hardwick Tonalite of Massachusetts. The strong geochemical correlation between the Rochester and Hardwick plutons implies derivation from the same magmatic event and a common, Late Devonian origin. We suggest that these plutons may have originated in response to pull-apart rifting related to late-stage Acadian transpression. RESUME Une serie de plutons orientee vers Ie nord-est s'elendant du nord-est du Massachusetts au sud-est du Maine, fait intrusion dans les roches metasedimentaires de la ceinture de Merrimack. Les plutons du Devonien inferieur Dracut Sweepstakes. Island Pond. Exeter et Webhannet constituent des intrusions metalumincuses et, mis a part le pluton granitique Webhannet, ils ont une composition en predominance mafique a intermediare. Les plutons ont une conformation calco-alcalinc et leur composition du point de vue des principaux elements presents, de ceux presents en quantite restreinie et des elements traces est representative des magmas produits aux frontiers de plaques destructives. Leurs caracteristiques component nolamment une teneur movenne a elevee en potassium, un enrichissement en LILEen elements de terres rares legeres. en BA et en SR. de meme que des anomalies negatives de Nb et Ta. Les donnees de la roche totale revelent que les plutons de la ceinture de Merrimack sont semblables. sous le rapport de chacun des parametres geochimiques mesures. aux magmas mafiques a intermediaires d'il y a environ 400 Ma du cortege plutonique du New Hampshire. Ces similarites permeltent de supposer que les deux groupes de plutons ont ete inseres a l’interieur du meme arc magmatique et qu'ils appartienment au meme cortege magmatique. L'existence d'un cortege magmatique commun a la ceinture de Merrimack et au terrane de Central Maine permet de supposer que les deux zones lithotectoniques etaient proximales I'une de 1'autre il y a environ 400 Ma. Les differences par rapport aux elements traces entre les magmas de la ceinture de Merrimack et ccux de Sharpners Pond laissent supposer que le terrane de Putnam-Nashoba rcprisenie un arc distinct Le pluton Rochester, situe dans le terrane de Central Maine du New Hampshire, est geochimiquement distinct des plutons siluro-devoniens de la ceinture de Merrimack et du cortege plutonique du New Hampshire. Le pluton Rochester presente des affinites alcalines tout en conservant ses carecteristiques calco-alcalines generales. Les concentrations elevees d'elements incompatibles (K, Ti, P, Ba, Rb, Zr) dans le pluton Rochester sont manifestement semblables a celles observers dans la tonalite d'il y a 360 Ma de Hardwick, au Massachusetts. La correlation geochimique prononcee entre les plutons Rochester et Hardwick suppose qu'ils decoulent du meme phenomene magmatique et qu'ils ont une origine commune remontant au Devonien superieur. Nous pensons que ces plutons tirent probablement leur origine d'une reaction a une distension d'ecartemcnt apparentee a une transpression acadienne tardive. Traduit par la redaction