Original paper

Altered volcanic ashes in Palaeocene and Eocene sediments of the Eureka Sound Group (Ellesmere Island, Nunavut, Arctic Canada)

Reinhardt, Lutz; Estrada, Solveig; Andruleit, Harald; Dohrmann, Reiner; Piepjohn, Karsten; von Gosen, Werner; Davis, Donald W.; Davis, Bill

Abstract

The largely clastic sediments of the Palaeocene to Eocene Eureka Sound Group bear only few fossils such as palynomorphs that permit the identification of particular stratigraphic stages. Thin whitish horizons in coal-bearing sediments of the Mount Lawson Formation and the Margaret Formation of the Eureka Sound Group on south Ellesmere Island are laterally traceable in the field and are identified as altered volcanic ash layers. Mineralogically, the two layers within the Mount Lawson Formation are bentonites rich in dioctahedral smectite, i.e., smectite-bentonites, and the Margaret Formation horizon is a crandallite-rich layer. Within the latter, typical pseudomorphs after volcanic glass (shards, spherical and columnar structures) are preserved. U-Pb SHRIMP dating of rare primary volcanic zircons in the ash layers resulted in preliminary ages of 59.9 ± 1.0 Ma and 53.9 ± 3.1 Ma for the horizons within the Mount Lawson Formation and 52.6 ± 1.9 Ma for the horizon within the Margaret Formation. Possible sources for the ash falls are explosive volcanic activities related to the opening of the Labrador Sea/Baffin Bay, North Atlantic, and Eurasian Basin of the Arctic Ocean in the Palaeocene and early Eocene. The newly identified volcanic ash layers are tie-points for chronostratigraphic relations within the Eureka Sound Group. They help to establish a more precise framework for biostratigraphy and permit identifying individual stages of tectonic movements of the Eurekan deformation in the Palaeogene.

Kurzfassung

Die überwiegend klastischen Sedimente der paläozänen bis eozänen Eureka-Sound-Gruppe enthalten nur wenige Fossilien wie Palynomorphe, die die Identifikation von einzelnen stratigrafischen Stufen erlauben. Dünne weißliche Horizonte in kohleführenden Sedimenten der Mount-Lawson-Formation und der Margaret-Formation der Eureka-SoundGruppe auf der südlichen Ellesmere-Insel lassen sich im Gelände lateral verfolgen und wurden als alterierte vulkanische Aschenlagen identifiziert. Mineralogisch stellen die beiden Lagen in der Mount-Lawson-Formation Bentonite dar, die reich an dioktahedralem Smektit sind, d. h. Smektit-Bentonite, und der Horizont in der Margaret-Formation ist eine Crandallitreiche Lage. In Letzterem sind typische Pseudomorphosen nach vulkanischem Glas (Scherben, kugelige und säulenförmige Strukturen) erhalten. U-Pb-SHRIMP-Datierung der seltenen primären vulkanischen Zirkone in den Aschenlagen ergab vorläufige Alter von 59,9 ± 1,0 Ma und 53,9 ± 3,1 Ma für die Horizonte in der Mount-Lawson-Formation und 52,6 ± 1,9 Ma für den Horizont in der Margaret-Formation. Die Herkunft der Vulkanaschen geht auf explosiven Vulkanismus in Zusammenhang mit der Öffnung der Labrador See/Baffi n Bay, des Nordatlantiks und des Eurasischen Beckens des Arktischen Ozeans im Paläozän und frühen Eozän zurück. Die neu identifizierten vulkanischen Aschenlagen sind Anknüpfungspunkte für chronostratigrafische Beziehungen innerhalb der Eureka-Sound-Gruppe. Sie helfen, einen präziseren Rahmen für die Biostratigrafie zu etablieren und erlauben es, einzelne Phasen tektonischer Bewegungen während der Eureka-Deformation im Paläogen zu identifizieren.

Keywords

smectite-bentonitecrandallitemount lawson formationmargaret formationbentonite geochronology