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Geology of the Sverdrup Basin

1971; Canadian Society of Petroleum Geologists; Volume: 19; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.35767/gscpgbull.19.3.659

2368-0261

Bernard P. Plauchut,

Paleontology and Stratigraphy of Fossils

ABSTRACT The Sverdrup Basin occupies some 25,000 sq km in the northern part of the Canadian Arctic Archipelago. It was developed above the Franklinian geosyncline of early Paleozoic age, and contains a substantial thickness of deposits ranging in age from Carboniferous to early Tertiary. Two major stratigraphic cycles can be distinguished. The first extends from the Carboniferous to the lowermost Cretaceous and includes sediments that were deposited within the true basin. The Carboniferous and Permian are represented by a number of facies which vary in both time and lateral distribution, and include conglomerates, sandstones, siltstones, limestones, shales, evaporites and volcanic rocks. Deposits of Early Mississippian age are unknown in the Sverdrup Basin, and continental deposits of Late Mississippian age outcrop in both the northern and axial parts. In general, the Lower Pennsylvanian marks the beginning of the marine transgression. The evaporites, which have formed many diapiric structures in the region, are probably Early Pennsylvanian in age. Rocks of latest Permian age are unknown, and thus the boundary with the Mesozoic is marked by a period of non-deposition. Depending on their position in the Basin, Triassic deposits consist of a marginal and a basinal facies. The basinal facies is very thick; 6,000 m (20,000 ft) have been measured at Buchanan Lake. The uppermost limestones in the Sverdrup Basin succession are of Middle Triassic age. The succeeding Jurassic and lowermost Cretaceous are represented by alternating sandstone, siltstone and shale, the relative amounts of which vary from place to place. The Hettangian Stage is unknown, and there is commonly a disconformity between Middle and Upper Jurassic, the Middle Jurassic formations being more or less truncated. The second major cycle ranges from Early Cretaceous to Early Tertiary and consists of three divisions. The first is of Early Cretaceous age, and contains three formations: Isachsen, Christopher, and Hassel. The transgressive sands of the Isachsen spread across most of the Sverdrup Basin and other parts of the Arctic as far west as Alaska. The Christopher Formation, consisting of a monotonous succession of shales of Early to Middle Albian age, is overlain by sands of the Hassel. The succeeding division, Late Cretaceous in age, consists of shales of the Kanguk Formation, of Senonian age (except on Graham Island). There was thus an interval of nondeposition during the lower part of the Upper Cretaceous. The major cycle ends with Lower Tertiary sandstones, sands, conglomerates, and coal of the synorogenic Eureka Sound Formation. This formation is transgressive on all Mesozoic and Paleozoic sediments. End_Page 659------------------------ Volcanic rocks outcrop in the eastern part of the Basin. Basalt flows occurred only during the Cretaceous, gabbroic dykes and sills are common in Carboniferous to Cretaceous deposits. There structural regions may be defined: a western region, semicircular in form, extending as far east as Ellef Ringnes Island and consisting of a perisyncline plunging towards the centre of the basin, without other structural elements except radial faults; a structurally deformed eastern region, in which folding and erosion of the Upper Cretaceous and Tertiary strata exposes Triassic rocks in the core of folds, and diverse faulting strikes north-south; and an axial region between Sabine and Fosheim Peninsulas, characterized by numerous diapiric structures of varying origins. The name Sverdrup has been given to a vast sedimentary basin situated in the northern part of the Canadian Arctic Archipelago, in which accumulated a thick sequence of strata ranging from Carboniferous (at the base) to Tertiary. Until about 15 years ago little was known about this basin. Since then, the Sverdrup Basin has ben the object of systematic geological studies carried out by the Geological Survey of Canada. In 1955, Operation Franklin, led by Y. O. Fortier, helped considerably to increase our knowledge of the north-central part of the Arctic Archipelago. Since then the whole of the Sverdrup Basin has been progressively studied by numerous geologists of the Geological Survey of Canada, in particular R. Thorsteinsson and E. T. Tozer. RESUME Le Bassin de SVERDRUP qui se developpe sur plus de 1.000 kilometres de long au Nord de l'archipel arctique canadien, fait suite au Geosynclinal Franklinien d'age Paleozoique inferieur et est caracterise par une puissante serie geologique couvrant la periode allant du Carbonifere a la base du Tertiaire. Stratigraphiquement, on peut distinguer un premier grand ensemble d'age Carbonifere a Cretace tout a inferieur, au cours duquel les depots se sont contonnes dans les limites propres du Bassin de SVERDRUP. A la base, le Carbonifere et le Permien presentent une grande diversite de facies dans le temps et dans l'espace : conglomerats, gres, silts, calcaires, argiles, evaporites, roches volcaniques ... La partie inferieure du Mississipien n'a jamais ete observee dans le Bassin de SVERDRUP, tandis que sa partie superieure n'existe en surface que sporadiquement sous forme de depots continentaux qu'on rencontre dans sa partie septentrionale ainsi qu'a proximite de sa zone axiale. C'est en fait le Pennsylvanien inferieur qui marque generalement le debut de la serie dans le Bassin. Les evaporites qui ont donne naissance aux nombreuses manifestations diapiriques de la region, sont vraisemblablement d'age Pennsylvanien inferieur. On note une coupure tres nette au sommet du Permien inferieur, coupure qui delimite deux ensembles distincts. Enfin, la partie superieure du Permien n'a jamais ete mise en evidence, aussi la limite avee le Mesozoique, ainsi soulignee par une lacune, est bien tranchee. Au-dessus, suivant sa position regionale, le Trias comprend des facies de bordure et des facies de Bassin; dans le premier cas il peut etre tres reduit et n'etre represente que par un seul de ses termes, dans le second cas, il peut etre tres puissant et depasser localement 6.000 m d'epaisseur a Buchanan Lake. A noter que dans sa partie moyenne, le Trias renferme les derniers importants niveaux calcaires de la serie geologique du Bassin de SVERDRUP. Enfin, le Jurassique et la base du Cretace presentent des alternances cycliques de gres, de siltstone et d'argile, dont la succession varie d'un point a l'autre du Bassin. L'Hettangien et le Pliensbachien n'ont jamais ete mis en evidence, et, par ailleurs, le Jurassique superieur repose frequemment en discontinuite sur le Jurassique moyen qui est alors plus ou moins tronque. Avec les sables transgressifs de la formation Isachsen, commence au Cretace inferieur le second ensemble qui deborde largement le cadre du Bassin de SVERDRUP et qui recouvre la plus grande partie de l'arctique sedimentaire jusqu'en ALASKA. Il comprend un premier cycle d'age Cretace inferieur qui renferme en son milieu les argiles de la formation Christopher, d'age Albien inferieur a moyen, remarquables par leur continuite, et qui se termine par les sables de la formation Hassel. Au-dessus, un second cycle d'age Cretace superieur est represente par les argiles de la formation Kanguk, qui en dehors de l'ile de Graham, pourrait etre d'un age Senonien eleve, auquel cas il y aurait a sa base lacune de la partie inferieure du Cretace superieur. L'ensemble se termine au End_Page 660------------------------ Tertiaire inferieur par les gres sables, conglomerats et charbons de la formation Eureka Sound dont le caractere synorogenique est certain. Elle est en outre transgressive et discordante sur n'importe quel niveau du Mesozoique. Dans la partie orientale du Bassin, les manifestations eruptives sont frequentes. On note des niveaux de basalte dans le Cretace, tandis que dykes et sills de gabbro sont nombreux dans l'ensemble de la serie d'age Carbonifere a Cretace. Enfin d'un point de vue structrual, on peut distinguer trois regions principales dans le Bassin de SVERDRUP: a) sa partie occidentale jusque sensiblement a l'ile d'Ellef Ringnes. Elle a une forme presque semi-circulaire, et se presente comme un perisynclinal doux plongeant vers le centre, ne presentant pas d'elements structuraux marques et comportant essentiellement des failles radiales, b) sa partie orientale, qui est profondement structuree a tel point que dans un contexte Cretace superieur-Tertiaire, la plupart des plis montrent en leur coeur le Trias. En outre on y recontre d'importantes failles de differentes natures dont la direction est generalement plus ou moins meridienne, c) sa partie axiale enfin entre Sabine et Fosheim Peninsula qui est le siege de nombreuses manifestations saliferes de styles diapiriques ayant differentes origines.