Koillismaan syväreiän happamien kivilajien iänmääritys sekä geokemiallinen ja petrografinen luokittelu

Abstract

Koillismaan ja Näränkävaaran kerrosintruusioita yhdistävää vyöhykettä on tutkittu geofysiikan avulla vuosikymmeniä. Vyöhyke esiintyy anomaliana magneettisissa- ja painovoimakartoissa ja anomalian syvyys on mallinnusten perusteella noin 1,5 km:n syvyydessä arkeeisessa pohjakompleksissa. Kerrosintruusiot ja niiden kehitys liitetään usein anorogenisiin tapahtumiin ja kuoren repeytymisiin, joissa esiintyy myös felsisiä intruusoita. Tässä työssä luokitellaan anomaliaan kairatun Koillismaan syväreiän happamat kivilajit ja keskustellaan niiden mahdollisista lähteistä sekä selvitetään kivilajiyksiköiden ikäsuhteita. Petrografian perusteella kivilajeista määritettiin mineraalikoostumukset, muuttuneisuusasteet, raekoot ja tekstuurit sekä kivilajikontaktien piirteet. Geokemialliset analyysit ja iänmääritykset olivat tukena ryhmittelyssä, lähteen arvioinnissa sekä intruusioiden kronologisessa tulkinnassa. Petrografisten tutkimusten perusteella granofyyriset yhteenkasvettumat ovat yleisiä leukokraattisten juonien sekä diabaasien kontaktien läheisyydessä. TTG-sarjan kivet ovat arkeeisia (⁓2,9–2,8 Ga) ja ne on jaettu transitionaalisiksi TTG-kiviksi (K2O/Na2O>0,5) sekä TTG-kiviksi (K2O/Na2O<0,5). Varhaisproterotsooiset leukogranitodit (⁓2,45 Ga) leikkaavat TTG-sarjaa sekä syvemmällä esiintyviä varhaisproterotsooisia kiviä ja niillä on korkea SiO2-pitoisuus (73,08–76,31 %), korkeat Na2O ja K2O -pitoisuudet (2,75–4,15 % ja 4,0–5,40 %) ja matalat ferromagneettiset alkuainepitoisuudet (FeOt+MgO+MnO+TiO2 = 0,56–3,04 %, mediaani 1,35 %). Diabaasijuonet ovat varhaisproterotsooisia (⁓2,43 Ga) ja niiden geokemialliset piirteet ovat tyypilliset lähellä esiintyville, noin 2,45 Ga ikäisille kalkkialkalisille mafisille juoniparville. Varhaisproterotsooiset biotiittigraniitit (⁓2,45) sekä granodioriitit (⁓2,44 Ga) ovat punertavia ja pienirakeisia ja ne sisältävät oppaakkeina mineraaleina magnetiittia sekä ilmeniittisuotaumia. Niillä on myös A-tyypin geokemiallisia piirteitä: pääalkuaineissa ovat korkeat SiO2-pitoisuudet (66,87–74,77 %) sekä K2O/Na2O ja Fe/Mg suhteet (K2O/Na2O ⁓1,15 ja [FeOt/(FeOt+MgO)] = 0,68–0,84) sekä matalat CaO-pitoisuudet (mediaani ⁓1,57 %). Kivet ovat myös fraktioituneet REE:n suhteen [(La/Yb)N ⁓16,5], vaikkakin heikommin verrattuna lähistöllä sijaitseviin A-tyypin granitoideihin. Syväreiän varhaisproterotsooiset mafiset ja felsiset kivet ovat kiteytyneet TTG-sarjan kivistä koostuvaan arkeeiseen kuoreen. Kuoren massiivinen osittaissulaminen ja granofyyrien esiintyminen ovat merkkejä laajasta ja dynaamisesta bimodaalisesta magmatismista.

The zone connecting Koillismaa and Näränkävaara layered intrusions has been under interest for decades. Results based on magnetic and gravimetric models, the depth of the anomaly is estimated to roughly 1.5 km deep. The bimodal magmatism and evolution of Paleoproterozoic layered intrusions are often connected to anorogenic events and rifting of the older Archean crust, in which the mafic-ultramafic magmas intruded. Rift-related felsic intrusions are widely, but sparsely spread in Archean complexes of Fennoscandian shield. The Koillismaa deep drill hole is located between the Koillismaa-Näränkävaara complexes and aim of this study is to reveal the source of the anomaly. The aim of this thesis is to characterize silicic rocks from obtained drill core and to discuss the geochronological relationships, especially in terms of the early Paleoproterozoic granitoids. Mineral compositions, alterations, grain sizes textures and character of the rock unit contacts were determined from the thin sections. Geochemical analyses and age determinations supported the characterization of the source and geochronology. Based on petrographic study, the rocks were altered since they contained sericite, saussurite and chlorite. Granophyric intergrowths were common, especially near the contact zones of leucocratic veins and diabase dikes. TTG-series rocks are Archean (2.9–2.8 Ga), which consist of transitional TTGs (K2O/Na2O>0.5) and true TTGs (K2O/Na2O<0.5). Paleoproterozoic leucocratic veins (⁓2.45 Ga) crosscut the TTG-rocks and deeper occurring Paleoproterozoic rocks. Leucocratic veins show high values of SiO2 (73.08–76.31 %), Na2O and K2O (2.75–4.15 % and 4.0–5.40 %) and low concentrations of ferromagnesian elements (FeOt+MgO+MnO+TiO2 = 0.56–3.04 %, median 1.35 %). Diabase dikes are Paleoproterozoic (⁓2.43 Ga) and their geochemical features are similar to close by 2.45 Ga calc-alkaline mafic dike swarms. Early Paleoproterozoic biotite granites (⁓2.45 Ga) and granodiorites (⁓2.44 Ga) are reddish and small grained and they contain magnetite and ilmenite as opaque minerals. They also show A-type oxidized geochemical characteristics: Major elements are high in SiO2 (66.87–74.77 %), Na2O/K2O and Fe/Mg {Na2O/K2O ⁓1.15 and [FeOt/(FeOt+MgO)] = 0.68–0.84} and low in CaO (median ⁓1.57 %). Rocks are enriched in REE [(La/Yb)N ⁓16,5], but slightly weaker than nearby A-type granitoids. Paleoproterozoic mafic and felsic rocks are intruded to Archean TTG-crust, and the bimodal magmatism must have been very dynamic since there are signs of large scale partial melting and crystallization of granophyres.