ABSTRACT

Crustal-scale seismic reflection data, acquired in 1992 by Lithoprobe, have yielded a continuous seismic cross-section across central Alberta and provide new constraints on the nature and extent of basement controls over Phanerozoic depositional and diagenetic processes in this part of the Western Canada Sedimentary Basin (WCSB). In particular, we recognize three styles of basement influence that have distinct seismic expressions: passive topographic effects, indicated by onlap, drape and infill of basin sediments over relief on the basal unconformity; faulting of the basement and overlying Cambrian strata; and abrupt lateral facies changes of uncertain origin, vertically overlying a deep-seated tectonic boundary. Taken together, examples from the seismic profile clearly demonstrate that basement structures have exerted subtle, but significant, influence over Phanerozoic paleogeography in this part of the WCSB.

Overall basement relief in this region is dominated by flexural effects associated with the Alberta Foreland Basin. However, older and more localized paleotopographic elements, with maximum vertical relief of 175 m and horizontal scales ranging from tens of metres to more than 50 km, are superimposed on the smooth basement surface. The most prominent basement high underlies the Leduc southern Alberta shelf margin on the western edge of the Precambrian Loverna Block; on the basis of onlapping relationships and systematic traveltime-difference minima with respect to the Second White Specks reflection, it appears to have been an area of positive relief from the Late Cambrian to Devonian. In the same region, the basement surface is broken up by small vertical offsets along a number of faults that appear to extend upward to the top of the Middle Cambrian Earlie Formation. One of the most striking linear features of the basin is the Rimbey-Meadowbrook reef chain, which overlies the ca. 1825 Ma Rimbey magmatic arc. In map view there is an imperfect alignment of the Rimbey-Meadowbrook trend with the aeromagnetic fabric of the basement, suggesting that if basement structures had controlled the reef orientation, the control must have been indirect in nature. However, juxtaposition of seismic images from opposite sides of the reef trend reveals a series of abrupt facies changes within Middle Cambrian to Middle Devonian strata that directly overly the Rimbey arc. In addition, the top-of-basement reflection (TBR) is less coherent and preceded by a high-amplitude localized basement precursor (BP) event in the sediments. Deep-seated controls over the orientation of the reef foundation, and possibly over coeval fluid-circulation patterns in the basin, could explain the coincidence of these elements in the seismic profile.

RESUME

Des donnees de reflexion sismique recueillies a l'echelle de la croute terrestre, acquises en 1992 grace au projet LITHOPROBE, ont donne une coupe sismique continue a travers le centre de l'Alberta et fournissent de nouvelles contraintes sur la nature et l'etendue des facteurs controlant la sedimentation du Phanerozoique et les processus diagenetiques dans cette partie du bassin sedimentaire de l'Ouest canadien (BSOC). En particulier, nous reconnaissons trois

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styles d'influence du socle qui ont des expressions sismiques distinctes: 1) des effets topographiques passifs, indiques par le chevauchement, le drapage et le remblai de sediments de bassin par dessus le relief de la discordance de base; 2) la formation de failles dans le socle et les strates cambriennes sur-jacentes, et, 3) des changements de facies lateraux soudains, d'origine incertaine, situes immediatement au-dessus d'une profonde frontiere tectonique. Pris ensembles, des exemples provenant de la coupe sismique demontrent clairement que les structures du socle ont exerce une influence subtile mais importante sur la paleotopographie phanerozoique dans cette partie du BSOC.

Le relief du socle de la region dans son ensemble est domine par les effets de flexure associes au bassin d'avantpays de l'Alberta. Par contre, des elements paleotopographiques plus anciens et plus localises, ayant un relief vertical maximum de 175 m et des etendues horizontales allant de dizaines de metres a plus de 50 km, sont superpose a la surface egale du socle. La surface elevee du socle ("basement high") la plus proeminente est sous-jacente a la formation Leduc sur la marge de la plate-forme du sud de l'Alberta, sur le bord ouest de bloc precambrien Loverna; en se basant sur les relations de chevauchement et les minimums systematiques dans la difference de temps de propagation ("traveltime-difference minima") par rapport a la reflexion Second White Specks, il semble avoir ete une surface de relief positif du Cambrien superieur jusqu'au Devonien. Dans la meme region, la surface du socle est morcelee par de petits deplacements verticaux le long d'un certain nombre de failles qui semblent se prolonger jusqu'au haut de la formation Earlie du Cambrien moyen. L'une des caracteristiques lineaires les plus frappantes dans le bassin est la chaine recifale Rimbey-Meadowbrook, qui recouvre l'arc magmatique Rimbey de ca. 1825 Ma. Dans une vue cartographique il existe un alignement imparfait de la direction Rimbey-Meadowbrook avec la fabrique aeromagnetique du socle, suggerant que si les structures du socle avaient controle l'orientation des recifs, ce controle avait du etre de nature indirecte. Par contre, la juxtaposition d'images sismiques provenant de cotes opposes de la direction recifale revele une serie de changements de facies soudains au sein des couches du Cambrien moyen au Devonien moyen qui recouvrent directement l'arc Rimbey. En plus, la reflection au sommet du socle (RSS) est moins coherente et precedee par un precurseur de socle (PS) a haute amplitude localise dans les sediments. Des elements controlants, situes en profondeur, sur l'orientation de fondation des recifs, et peut-etre sur les schemes de circulation contemporains dans le bassin, pourraient expliquer la coincidence de ces elements dans la coupe sismique.

Traduit par Marc Charest