ABSTRACT

The results of Apatite Fission Track (AFT) analysis for Cretaceous, Paleozoic and Precambrian borehole samples along two major transects through the Western Canada Sedimentary Basin (WCSB) are reviewed here. The northern transect crosses the Peace River Arch (PRA) and extends approximately 700 km from northeast British Columbia to the Alberta-Saskatchewan border northeast of Fort McMurray; the southern transect through central Alberta extends from the edge of the disturbed belt near Rocky Mountain House to the Alberta-Saskatchewan border north of Cold Lake. Sample AFT age and length data show a wide range in the degree of annealing due to the complicated thermal history of the basin and require interpretation through use of a quantitative model. A temperature-dependent fission track annealing model and a controlled random search technique were used to determine sample thermal histories from measured AFT parameters.

Many of the Cretaceous samples along the PRA transect appear to have been deposited with effectively zero fission track age, implying a contemporaneous volcanic source for the apatite or rapid exhumation of the source area. Fully annealed samples yield an estimate of 60 Ma for the time of maximum temperature and inferred maximum burial. Maximum AFT paleotemperatures and maximum paleoburial depths (estimated from coal moisture data) were used to estimate paleogeothermal gradient distributions at 60 Ma. For the central Alberta transect, paleogeothermal gradients increase systematically from approximately 20°C/km near the deformation front in the southwest to as high as 60°C/km in the up-dip northeastern portion of the WCSB near the cratonic edge of the basin. Present geothermal gradients show a similar overall pattern but with a narrower range of values (~30°-45°C/km). For the PRA transect, paleogeothermal gradients are elevated in the oil sands region to the east (35°-60°C/km) and in the deep basin to the west (35°-40°C/km). The temporal and spatial variations in geothermal gradient are probably best explained by thermal disturbances caused by regional paleofluid flow across the WCSB near the end of the Laramide Orogeny.

RESUME

Les resultats de l'analyse des traces de fission de l'apatite (TFA) pour des echantillons de forage du Cretace, du Paleozoique et du Precambrien le long de deux profils majeurs traversant le bassin sedimentaire de l'ouest du Canada (BSOC) sont mis en revue. Le profil du nord traverse l'arche de Peace River (APR) et s'etend approximativement sur

1 Geological Survey of Canada Contribution no. 1998224.

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700 km, du nord-est de la Colombie-Britannique jusqu'a la frontiere Alberta-Saskatchewan, au nord-est de Fort McMurray; le profil du sud traverse le centre de l'Alberta, de la bordure de la ceinture de deformation a Rocky Mountain House jusqu'a la frontiere Alberta-Saskatchewan, au nord de Cold Lake. L'age de TFA d'echantillon et les donnees de longueur montrent une grande variation du degre de recuit, du a une histoire thermique compliquee dans le bassin et requiert une interpretation par le biais d'un modele quantitatif. Un modele de recuit, dependant de la temperature, des traces de fission et une technique de recherche aleatoire controlee, ont ete utilises pour determiner les histoires thermiques des echantillons a partir de parametres TFA.

Plusieurs des echantillons du Cretace, recueillis le long du profil APR, semblent s'etre deposes avec des ages effectifs zero de traces de fission, ce qui implique une source volcanique pour l'apatite ou un exhumation rapide a la region source. Des echantillons completement recuits produisent une estimation de 60 Ma pour la periode de temperature maximum et le maximum infere d'enfouissement. Les paleo-temperatures maximales TFA et les profondeurs de paleoenfouissement maximales (estimees par des donnees d'humidite du charbon) ont ete utilisees pour estimer les distributions de gradient paleo-geothermique a 60 Ma. Pour le profil du centre de l'Alberta, le gradient paleo-geothermique s'accroit systematiquement d'approximativement 20°/km pres du front de deformation au sud-ouest jusqu'a 60°C/km dans la section en amont-pendage au nord-est du bassin sedimentaire de l'Ouest canadien, pres de la marge cratonique du bassin. Les gradients geothermiques actuels montrent dans l'ensemble un patron similaire mais avec une gamme de valeurs plus etroite (~35°-40°C/km). Dans le cas du profil APR, les gradients geothermiques sont eleves dans la region des sables bitumineux a l'est (~35°-60°C/km) et dans la partie profonde du bassin a l'ouest (35-40°C/km). Les variations temporelles et spatiales du gradient geothermique sont probablement le mieux expliquees par les perturbations thermiques causees par l'ecoulement regional de paleo-fluides a travers le bassin sedimentaire de l'Ouest canadien, vers la fin de l'orogenie Laramide.

Traduit par Lynn Gagnon