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The Hudson Bay Lithospheric Experiment (HuBLE): insights into Precambrian plate tectonics and the development of mantle keels

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Hudson Bay is arguably the largest geoscience feature in Canada, having important implications for earthquake seismicity, glacial rebound of the surface (shorelines) and thus resource exploration. Yet its origin remains poorly understood. Ten years ago an internationalcollaborative project associated with the GEM program attempted to learn more about Hudson Bay. This article summarizes the results of that project. The mechanism for formation remains unclear but Hudson Bay is a geologically temporary feature, caused by combined incomplete glacial rebound, surfacetopography dynamically supported by flow and the temperature-chemical structure deep within the Earth.

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La baie d'Hudson est sans doute le plus grand attrait géoscientifique du Canada, en raison de son importante incidence sur l'activité sismique, le relèvement glaciaire de la surface (rivages) et donc, sur l'exploration des ressources. Cependant, son origine demeure peucomprise. Il y a 10 ans, un projet de collaboration internationale associé au programme GEM a tenté d'en apprendre plus sur la baie d'Hudson. L'article résume les résultats de ce projet. Le mécanisme de formation demeure imprécis, mais la baie d'Hudson est un attrait temporaire sur le plangéologique, en raison du relèvement glaciaire incomplet combiné, de la topographie de la surface soutenue dynamiquement par le débit, ainsi que la température et la structure chimique dans les profondeurs de la Terre.

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Hudson Bay Lithospheric Experiment (HuBLE) was designed to understand the processes that formed Laurentia and the Hudson Bay basin within it. Receiver function analysis shows that Archaean terranes display structurally simple, uniform thickness, felsic crust. Beneath thePalaeoproterozoic Trans-Hudson Orogen (THO), thicker, more complex crust is interpreted as evidence for a secular evolution in crustal formation from non-plate-tectonic in the Palaeoarchaean to fully developed plate tectonics by the Palaeoproterozoic. Corroborating this hypothesis, anisotropystudies reveal 1.8 Ga plate-scale THO-age fabrics. Seismic tomography shows that the Proterozoic mantle has lower wavespeeds than surrounding Archaean blocks; the Laurentian keel thus formed partly in post-Archaean times. A mantle transition zone study indicates 'normal' temperatures beneath theLaurentian keel, so any cold mantle down-welling associated with the regional free-air gravity anomaly is probably confined to the upper mantle. Focal mechanisms from earthquakes indicate that present-day crustal stresses are influenced by glacial rebound and pre-existing faults. Ambient-noisetomography reveals a low-velocity anomaly, coincident with a previously inferred zone of crustal stretching, eliminating eclogitization of lower crustal rocks as a basin formation mechanism. Hudson Bay is an ephemeral feature, caused principally by incomplete glacial rebound. Plate stretching is theprimary mechanism responsible for the formation of the basin itself.

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L'Étude lithosphérique de la baie d'Hudson a été conçue pour comprendre les processus qui ont mené à la formation de la Laurentie et du bassin de la baie d'Hudson qui s'y trouve. Une analyse des fonctions récepteur montre que les terrains archéens présentent une croûtestructuralement simple, d'épaisseur uniforme et de composition felsique. Sous l'orogène transhudsonien du Paléoprotérozoïque, une croûte plus épaisse et complexe constituerait la manifestation d'une évolution à long terme de la croûte, passant d'un régime sans tectonique de plaques au Paléoarchéen àun régime de tectonique de plaques mature avant le Paléoprotérozoïque. En appui à cette hypothèse, les études de l'anisotropie révèlent une fabrique contemporaine de l'orogenèse transhudsonienne (1,8 Ga) à l'échelle de la plaque. La tomographie sismique montre que le manteau du Protérozoïqueprésente des vitesses des ondes plus lentes que les blocs de l'Archéen tout autour; la quille de la Laurentie s'est donc formée en partie aux temps postarchéens. Une étude de la zone de transition mantellique indique des températures "normales" sous la quille de la Laurentie, de sorte que toutmouvement descendant de manteau froid associé à une anomalie à l'air libre d'étendue régionale est probablement limité au manteau supérieur. Les mécanismes au foyer de tremblements de terre indiquent que les contraintes actuelles dans la croûte sont influencées par le soulèvement postglaciaire et del'existence de failles anciennes. Une tomographie du bruit de fond révèle une anomalie de vitesse lente qui coïncide avec une zone d'étirement crustal, dont on avait précédemment soupçonné l'existence, éliminant ainsi l'hypothèse d'une éclogitisation des roches de la croûte inférieure commemécanisme de formation du bassin. La baie d'Hudson semble témoigner d'un phénomène de courte durée et son existence tiendrait d'un soulèvement postglaciaire incomplet. L'étirement de plaque constitue le principal mécanisme responsable de la formation du bassin

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The Hudson Bay Lithospheric Experiment (HuBLE): insights into Precambrian plate tectonics and the development of mantle keels