ABSTRACT

Apatites separated from Cretaceous, Devonian and Precambrian petroleum exploration drill core samples from the Peace River Arch area of the Western Canada Sedimentary Basin have been analyzed for their fission-track age and etchable track length distributions. The purpose of the study was to quantify the Phanerozoic thermal history of this region and to provide constraints on possible models for the evolution of the Peace River Arch and adjacent regions of the basin. Preliminary results indicate that the fission-track data mainly record the effects of Cretaceous and early Cenozoic heating. This heating was sufficiently intense to effectively erase any Paleozoic thermal record of the development of the Peace River Arch. The fission-track data do, however, provide valuable information on the Late Cretaceous and Cenozoic thermal history of the region.

A constrained random search inversion technique was used to calculate statistically valid time-temperature histories for each of the samples using the measured fission-track parameters. Maximum fission-track paleotemperatures and stratigraphic reconstructions imply that early Cenozoic geothermal gradients increased from west to east. In contrast, the spatial distribution of present geothermal gradients is quite variable and may correlate with erosional relief in the foreland.

These preliminary results are consistent with the concept of regional, gravity-driven paleo-groundwater flow in which heat is transported from elevated recharge zones in the west to discharge zones along the eastern flank of the basin, thereby reducing the geothermal gradient in the vicinity of the recharge and enhancing it at the discharge zone. Alternative explanations require systematic variations in crustal heat production or mantle heat flux, or unlikely erosion patterns, all of which are more difficult to justify on geological grounds. These results form the first part of a more comprehensive study designed to provide a thermal transect of the Western Canada Sedimentary Basin across the anomalous Peace River Arch region.

RESUME

Des echantillons d'apatite extrait de carottes de roches cretacees, devoniennes et precambriennes, obtenues de forages d'exploration dans la region de l'arche de Peace River du bassin sedimentaire de l'Ouest canadien, ont ete analyses afin de determiner leur age a partir des traces de fission et leur distribution de la longueur des traces gravables. Le but de cette etude etait de quantifier l'histoire thermique du Phanerozoique de cette region et d'obtenir les limites des modeles possibles pour l'evolution de l'arche de Peace River et des regions adjacentes du bassin. Les resultats preliminaires indiquent que les donnees des traces de fission refletent surtout les effets de rechauffement du Cretace et du Cenozoique inferieur. Ce rechauffement fut suffisamment intense pour effectivement effacer toute evidence de donnees thermiques ayant trait au developpement paleozoique de l'arche de Peace River. Les donnees de trace de fission, par contre, fournissent des informations precieuses sur l'histoire thermique du Cretace inferieur et du Cenozoique de la region.

1 Geological Survey of Canada Contribution no. 36290

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Une technique d'inversion de recherche au hazard contrainte a ete utilisee afin de calculer statistiquement des histoires de temps-temperature valides pour chacun des echantillons en utilisant les parametres de trace de fission mesures. Les paleotemperatures maximums, determinees a l'aide de donnees de trace de fission, et les recontructions stratigraphiques impliquent que les gradients geothermiques du Cenozoique inferieur augmenterent d'ouest en est. Par contraste, la distribution spatiale des gradients geothermiques actuels est assez variable et pourrait etre correlee avec le relief d'erosion dans l'avant-pays.

Ces resultats preliminaires sont d'accord avec un ecoulement des paleoeaux souterraines regional, regit par la gravite, dans lequel la chaleur est transportee des zones elevees d'apport dans l'ouest aux zones de decharge le long du flanc est du bassin, reduisant ainsi le gradient geothermique dans les environs de la zone d'apport et le rehaussant dans la zone de decharge. Des explications autres exigent des variations systematiques dans la production de chaleur crustale ou du flux thermique du manteau, ou des schemes d'erosion invraisemblables, etant toutes plus difficiles a justifier pour des raisons geologiques. Ces resultats forment la premiere partie d'une etude plus detaillee qui est concue pour fournir une coupe thermique du bassin sedimentaire de l'Ouest canadien a travers la region anormale de l'arche de Peace River.

Traduit par Marc Charest