Assessing the role of orogen-parallel faulting in post-orogenic exhumation: low-temperature thermochronology across the Norumbega Fault System, Maine

摘要

As a part of a regional effort to determine the extent of low-temperature thermochronological discontinuities across major orogen-parallel faults in northern New England, 41 apatite fission track (AFT) ages and 11 (U-Th)/He ages are used to constrain the ~65 to 100°C cooling history of rocks flanking a 160km long segment of the Norumbega fault system in southern and south-central Maine. These data are used to evaluate the role of this structure in the late Mesozoic and younger exhumation history of the northern Appalachians. AFT ages flanking the fault system range from 159 to 95 Ma and record cooling below ~100°C in the late Mesozoic. (U-Th)/He ages from the same region range from 126 to 100Ma and record cooling below ~65°C. Previously published AFT ages from an ~40km long segment of the fault system just north of Casco Bay reveal a dramatic time-temperature discontinuity across the structure and suggest kilometre-scale late Mesozoic displacement in this region. However, new AFT and (U-Th)/He ages along the strike of the Norumbega fault system to the northeast and southwest of this discontinuity show no significant differences in late Mesozoic cooling and suggest no significant displacements occurred along these portions of the fault system during this time. Collectively the data suggest differential late Mesozoic reactivation of the Norumbega fault system with the reactivation localized in areas that had previously experienced episodes of vertical displacement in the late Paleozoic (i.e., the “Casco Bay restraining bend”).nnDans le cadre d'un effort régional pour déterminer l'étendue des discontinuités thermochronologiques de basse température dans les principales failles parallèles à l'orogenèse en Nouvelle-Angleterre, 41 âges obtenus par l'analyse des traces de fission de l'apatite (AFT) et 11 âges déterminés par (U-Th)/He sont utilizés pour encadrer l'historique de refroidissement, ~65 à 100°C, des roches qui se trouvent le long d'un segment de 160km du système de failles de Norumbega dans le sud et le centre-sud du Maine. Ces données servent à évaluer le rôle de cette structure dans l'historique de l'exhumation des Appalaches septentrionales au Mésozoïque tardif et plus récemment. Les âges déterminés par AFT le long du système de failles varient de 95 à 159 Ma et enregistrent des températures de refroidissement inférieures à ~100°C au Mésozoïque tardif. Des âges (U-Th)/He provenant de la même région varient de 100 à 126 Ma et enregistrent des températures de refroidissement inférieures à ~65°C. Des âges AFT publiés antérieurement et provenant d'un segment d'environ 40km le long du système de failles juste au nord de la baie Casco révèlent une discontinuité temps-température impressionnante dans la structure et suggèrent un déplacement, au Mésozoïque tardif, d'ordre kilométrique dans cette région. Toutefois, de nouveaux âges AFT et (U-Th)/He le long de la direction du système de failles de Norumbega, au nord-est et au sud-ouest de cette discontinuité, ne montrent pas de différence importante dans le refroidissement au Mésozoïque tardif et suggèrent qu'aucun déplacement significatif n'ait alors eu lieu le long de ces portions du système de failles. L'ensemble des données suggère une réactivation différentielle au Mésozoïque tardif du système de failles de Norumbega avec une réactivation localisée dans des secteurs qui avaient subi auparavant des épisodes de déplacement vertical au Paléozoïque tardif (c.-à-d. l'inflexion contraignante de la baie de Casco).