Coupling the ductile and brittle bedrock structures of Hyvinkää area, southern Finland

Abstract

In this study, brittle and ductile structures of bedrock underlying the first Salpausselkä ice marginal formation, in Hyvinkää area, are examined and interpreted. The study was done as part of a larger aquifer modelling project where the aim is to deepen the understanding about the control of deformation zones in the bedrock over end moraine deposits and improve modelling of these aquifers, in particular their crystalline basement. The structural data and interpretations from this study will be used as input in implicit modelling and developing bedrock surface interpolations to more realistically reflect structural orientations of the bedrock. The regional scale Hyvinkää shear zone and related secondary splays, partly overlain by the first Salpausselkä ice marginal formation makes Hyvinkää an optimal place for this study. End moraine formations are utilized as freshwater source and so numerous groundwater related studies exist from the area, some of which were used as source data for this study. Structural mapping was conducted within the study area with special focus on fractures and fracture properties. Previous interpretation of ductile structures was revised and the study area was subdivided into three main, structurally more homogeneous sub-areas (A1-3). It was found that ductile structures have a strong influence on the brittle in all subareas, as fractures sub-parallel with foliation tend to be the most abundant. Two other distinct facture orientations are also present, one in a high angle to the foliation and one gently-dipping to sub-horizontal. The three fracture orientations form roughly cubic-type fracture patterns in most areas but show exceptions in locations of non-coaxial deformation, i.e. along the shear-zone splays (sub-area 1) but also at the hinge of the regional-scale fold structure (subarea 3), where major fracture orientations are at oblique angles. Kinematic interpretation was created based on field measurements and oriented thin-sections in effort to understand the regional fracture patterns and their possible origin. Evidence of multi-phase deformation suggests that fractures were formed in different and successive stress settings.

Tutkimuksessa tarkastellaan ja tulkitaan kallioperän duktiileja ja hauraita rakenteita Ensimmäisellä Salpausselällä, Hyinkään alueella. Tämä tutkimus on tehty osana suurempaa pohjavesialueiden mallinnusprojektia, jossa pyrkimyksenä on syventää ymmärrystä deformaatiovyöhykkeiden vaikutuksesta reunamuodostumien paikallistumiseen sekä kehittää näissä olevien akviferien mallintamista, etenkin alapuolisen kalliopinnan suhteen. Tämän tutkimuksen tuloksia ja tulkintoja hyödynnetään rakenteiden implisiittisessä mallinnuksessa ja kallioperän pinta-interpolaatioiden kehittämisessä. Hyvinkään hiertovyöhyke ja sen sekundääriset rakenteet määrittävät ensisijaisesti kallioperän rakenteita Ensimmäisen Salpausselän alla, mikä tekee Hyvinkään alueesta tälle työlle optimaalisen tutkimusalueen. Näitä reunamuodostumia hyödynnetään pohjavesilähteinä, joten alueelta löytyy lukuisia pohjavesitutkimuksia, joista saataviin tietoihin tämä tutkimus osin pohjautuu. Tutkimusalueella tehtiin omaa rakennegeologista kartoitusta kiinnittäen erityistä huomiota kallioperän rakoiluun ja sen ominaisuuksiin. Olemassa oleva rakennetulkinta päivitettiin ja alue pilkottiin rakenteellisesti homogeenisempiin osa-alueisiin (A1-4). Duktiileilla rakenteilla on selvästi vaikusta myöhempään rakoiluun, sillä yleisin rakosuunta on lähes aina samansuuntainen liuskeisuuden kanssa kaikissa osa-alueissa. Edellisen lisäksi, liuskeisuutta lähes kohtisuorassa oleva rakoilu sekä loiva-vaakaasentoinen rakosuunta määrittävät alueen rakoilun esiintymistyypiltään karkeasti kuutiolliseksi. Tästä poikkeuksena ovat ei-koaksiaaliset deformaatioalueet (osa-alue 1) ja poimurakenteen harja (osa-alue 3), joissa päärakosuunnat ovat selvästi vinoissa kulmissa toisiinsa nähden. Alueen rakenteista tehtiin kenttämittauksiin ja suunnattuihin ohuthieisiin perustuvaa kinemaattista tulkintaa aluetta määrittävien päärakosuuntien ymmärtämiseksi. Todisteet monivaiheisesta deformaatiohistoriasta vihjaavat rakoilun syntyneen erillisissä peräkkäisissä stressikentissä.