Regional Stratigraphic Framework of Surficial Sediments and Bedrock Beneath Lake Ontario

Abstract

Approximately 2550 km of single-channel high-resolution seismic reflection profiles have been interpreted and calibrated with lithological and geochronological information from four representative piston cores and one grab sample to provide a regional stratigraphie framework for the subbottom deposits of Lake Ontario. Five units overlying Paleozoic bedrock were identified and mapped. These are classified as informal units and represent, from oldest to youngest: (A) subglacial till (?) deposited by the Port Huron ice at the end of the Wisconsin glaciation; (B) an ice-marginal (?) unit confined to the western part of the lake that was probably deposited during retreat of the Port Huron ice shortly after 13 ka; (C) a regionally extensive unit of laminated glacio-lacustrine clay that accumulated until about 11 ka; (D) a weakly laminated to more massive lake clay deposited during a period of reduced water supply and rising water levels after the drawdown of the high-level glacial lakes (Iroquois and successors); and (E) modern lake clay less than 10 m thick that began accumulating around 6-8 ka with the subsequent return of upper Great Lakes drainage through the Ontario basin. Seismic reflections also define the configuration of the bedrock surface and pre-glacial stream valleys incised in the bedrock surface. Several anomalous bottom and subbottom features in the surficial sediments are mapped, such as discontinuous and offset reflections, furrows, gas pockets, and areas of large subbottom relief. None of these features appear to be spatially correlative with the diffuse seismicity that characterizes the lake area or with deeper structures such as Paleozoic bedrock faults or crustal-penetrating faults in the Precambrian basement.On a interprété et étalonné environ 2550 km de profils de sismique réflexion monocanal à haute résolution selon les données lithologiques et géochronologique de quatre sondages représentatifs faits par carottier à piston et un échantillon prélevé avec une benne afin d'établir le cadre stratigraphique des dépôts accumulés sous le fond du lac Ontario. Cinq unités recouvrant le substratum paiéozoïque ont été identifées et cartographiées. Ces unités informelles, de la plus ancienne à la plus jeune, sont : (A) un till sous-glaciaire (?) déposé par les glaces de Port Huron à la fin de la glaciation wisconsienne; (B) une unité de limite glaciaire (?) confinée à la partie ouest du lac et qui a probablement été déposée pendant le retrait des glaces de Port Huron, peu après 13 ka; (C) une unité d'étendue régionale d'argile glaciolacustre feuilletée qui s'est accumulée jusqu'à environ 11 ka; (D) une argile lacustre, de faiblement feuilletée à massive, mise en place au cours d'une période où il y eut approvisionnement en eau réduit et hausse du niveau de l'eau après l'abaissement des lacs glaciaires (Iroquois et ultérieurs); et (E) une argile lacustre moderne de moins de 10 m d'épaisseur qui a commencé à s'accumuler à partir de 6-8 ka après la reprise du drainage des Grands Lacs par le bassin Ontario. La sismique réflexion a aussi permis de délimiter la configuration de la surface du socle et des vallées pré-glaciaires qui y sont entaillées. Plusieurs éléments des sédiments de surface du fond du lac et sous le fond ont été cartographies, comme des réflexions de discontinuités et de décalages, des rainures, des poches de gaz et des zones de grandes formes enfouies. Aucun de ces éléments ne semble correspondre spatialement à la sis-micité diffuse qui caractérise la région du lac ou aux structures profondes comme les failles de substratum paiéozoïque ou celle du socle précambrien.Ungefàhr 2550 km seismischer Reflexionsprofile wurden interpretiert und kalibiriert mit lithologischen und geochronologischen Informationen von vier repràsentativen Kolbenbohrkernen und einer ausges-chùrften Probe, um den regionalen stratigraphischen Rahmen fur die unter dem Bett des Ontariosees gelegenen Ablagerungen zu erhalten. Man hat fùnf Einheiten, die das anstehende Gestein aus dem Palàozoikum ùberlagern, identifiziert und kartographiert: (A) eine subglaziale Grundmoràne (?), die durch das Eis von Port Huron am Ende der Wisconsin-Vereisung abgelagert wurde; (B) eine auf den westlichen Teil des Sees begrenzte Eisrand (?)-Einheit, die wahrs-cheinlich wàhrend des Rùckzugs des Port Huron-Eises kurz nach 13ka abgelagert wurde; (C) eine regional ausgedehnte Einheit von blâttrigem glaziallimnischem Lehm, die sien bis etwa 11 ka ansammelte, (D) ein schwachbis massivblàttriger Seelehm, der wàhrend einer Période verminderter Wasserzufuhr und steigenden Wasserspiegeln sich ansammelte; und (E) moderner Seelehm von weniger als 10 m Dicke, der sich um etwa 6-8 ka anzusammeln begann, mit der Rùckkehr der Drainage der oberen GroRen Seen durch das Ontariobecken. Seismische Reflexionen las-sen auch die Konfiguration der Sockeloberflàche und der pràglazialen in die Sockeloberflàche eingeschnittenen FluBtàler erkennen. Mehrere unregelmàfîige Grundund Untergrunderscheinungen der Oberflàchensedimente wurden kartographiert, wie Diskontinuitàt und Hôhenunschiede der Reflexionen, Mulden, Gastaschen und Gebiete mit breitem Untergrundrelief. Keine dieser Erscheinungen scheint ràumlich mit der fur das Seen-Gebiet charakteristischen Seismik zu korrelieren oder mit tieferen Strukturen, wie die Verwerfungen des anstehenden Gestems aus dem Palàozoikum order durch die Kruste dringende Verwergungen im pràkambrischen Untergrund.