Zircon and titanite age determinations of felsic and mafic igneous rocks from Orijärvi, southwestern Finland
Toivanen, Elisa (2023-05-18)
Zircon and titanite age determinations of felsic and mafic igneous rocks from Orijärvi, southwestern Finland
(18.05.2023)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
suljettu
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023052648814
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023052648814
Tiivistelmä
The bedrock in southern Finland has formed during the Svecofennian orogeny, which initiated at 1920 Ma, when a subduction zone begun to form along the Archean crust in northern and eastern Finland. The Svecofennian orogeny included two compressional stages that took place between 1.89–1.87 Ga and 1.84–1.79 Ga. Between these compressional phases there was an extensional intra-orogenic phase. The evolving subduction zone was associated with a back-arc system, in which the bedrock of southern Finland has formed in. Later the rocks in southern Finland have migmatized during crustal melting. The Orijärvi area in southwestern Finland provides a special place to study the stages of Svecofennian orogeny. The Orijärvi triangle is enveloped by large shear zones and preserves some of the primary structures. In this study, new zircon and titanite U-Pb age determinations of volcanic rocks from the Orijärvi triangle are presented to provide more information on the chronostratigraphic relationships in the area to complement the previous stratigraphic models.
The Orijärvi area has been previously divided into different formations by geochemical and age determination studies. The formations are interpreted to represent different phases within the evolution of the arc and back-arc system. The Kisko formation is interpreted to locate inside the Orijärvi triangle. Four rock samples were collected for age determination purposes: two from the Kisko formation, one from the Kisko Shear Zone and one from the Salittu formation. Both zircons and titanites were analysed from these samples except the sample from the Kisko Shear Zone which was made into thin sections and only titanites were analysed. The U-Pb analyses were done by using the LA-ICP-MS facility.
The zircon age determination results defined the stratigraphic relationships within the Kisko formation and its boundaries. The zircon age of 1886 ± 5 Ma from the Sorvasto rhyolite complements the previous stratigraphic models about the location of the Kisko formation’s southern boundary. The zircon age of the Kavasto rhyolite from the western part of the Kisko formation yielded zircon age of 1878 ± 6 Ma which is the same age as previously determined for the northern part of the Kisko formations as well as for the Toija formation that lies outside of the Orijärvi triangle, west of the Kisko formation. This challenges the previous interpretation of the western boundary and the size of the Kisko formation. The mafic gabbro from the Salittu formation yielded a zircon age close to the previously inferred age, which is younger than the age of the Kisko and Toija formations, but the reliability of the age result is compromised and so is not applicable for further conclusions.
The titanite ages 1.77–1.76 Ma from the Kavasto and Sorvasto rhyolites were distinctly younger than the zircon ages. The titanite ages might represent the time when the temperatures in the area decreased to the blocking temperature of titanite.
The Kavasto rhyolite included multiple age populations of inherited zircons between 2.90 and 1.90 Ga. The rounded grains are interpreted to represent populations of detrital zircons. The Sorvasto rhyolite contained distinctly less inherited zircons, and ages varied between 1.90–1.92 Ga. Etelä-Suomen kallioperä on muodostunut Svekofennisessä orogeniassa, joka alkoi n. 1920 Ma, kun Itä- ja Pohjois-Suomen arkeeisen kuoren reunaan muodostui subduktiovyöhyke. Svekofenninen orogenia sisälsi kaksi kompressionaalista vaihetta, jotka tapahtuivat 1.89–1.87 Ga ja 1.84–1.79 Ga välillä. Näiden kompressionaalisten vaiheiden välissä oli intra-orogeeninen ekstensionaalinen vaihe. Syntyneeseen subduktiovyöhykkeeseen liittyi saarikaari systeemi, jollaisessa ympäristössä Etelä-Suomen kallioperä on muodostunut. Myöhemmin Etelä-Suomen kallioperä on migmatisoitunut kuoren sulamisprosesseissa. Lounais-Suomessa sijaitseva Orijärven kolmio tarjoaa erityisen sijainnin tutkia Svekofennisen orogenian vaiheita, sillä aluetta rajaavat suuret hiertovyöhykkeet, joiden ansiosta sisään jäänyt alue on säilyttänyt alkuperäiset rakenteensa. Tässä tutkimuksessa esitellään uusia zirkoni ja titaniitti U-Pb ikämäärityksiä Orijärven kolmion vulkaanisista kivistä, jotta saadaan lisää tietoa alueen kronostratigrafisista suhteista ja voidaan tarkentaa alueelta aiemmin tehtyjä stratigrafisia tulkintoja.
Orijärven alue on aikaisemmin jaettu eri muodostumiin, jotka on tulkittu geokemiallisten analyysien sekä aikaisempien ikämääritysten perusteella kuvaamaan saarikaari systeemin kehityksen eri vaiheita. Kiskon muodostuma on tulkittu sijaitsevan Orijärven kolmion sisällä. Tutkimuksen ikämäärityksiä varten kerättiin neljä näytettä, joista kaksi on otettu Kiskon muodostuman sisältä, yksi Kiskon hiertovyöhykkeestä ja yksi Salitun muodostumasta. Näytteistä analysoitiin sekä zirkoneita, että titaniitteja, paitsi Kiskon hiertovyöhykkeen näytteestä, josta valmistettiin ohuthieet ja analysoitiin vain titaniitteja. Kaikki U-Pb analyysit toteutettiin LA-ICP-MS laitteella.
Zirkoneista saadut ikätulokset tarkensivat Kiskon muodostuman stratigrafisia suhteita ja muodostuman rajoja. Sorvaston ryoliitista saatu 1886 ± 5 Ma zirkoni ikä vahvisti Kiskon muodostuman eteläisen rajan sijaitsevan aiemmin tulkitussa paikassa. Kavaston ryoliitista saatu zirkoni ikä 1878 ± 6 Ma on sama kuin Kiskon muodostuman pohjoisosan sekä alueen länsipuolella, Orijärven kolmion ulkopuolella sijaitsevan Toijan muodostuman ikä. Tämä haastaa vanhan tulkinnan Kiskon muodostuman länsirajan sijainnista sekä muodostuman koosta. Salitun muodostuman mafisesta gabrosta ei saatu luotettavaa zirkoni ikää, mutta suuntaa antava ikä oli nuorempi kuin Kiskon ja Toijan muodostumien ikä, kuten aiemmissa malleissa on tulkittu.
Titaniiteista määritetyt iät vaihtelivat 1.77–1.76 Ga välillä ja olivat huomattavasti nuorempia kuin näytteiden zirkoni iät. Saatujen ikien tulkittiin mahdollisesti edustavan kivien viilentymisikää titaniitin isotooppisysteemin lukkiutumislämpötilaan alueella.
Kavaston ryoliitti sisälsi useita populaatioita periytyneitä zirkoneja, joiden ikä vaihteli 2.90–1.90 Ga välillä. Pyöristyneistä rakeista saadut iät tulkittiin edustavan detritaalisten zirkonien populaatiota. Sorvaston ryoliitti sisälsi huomattavasti vähemmän periytyneitä zirkoneita, joiden ikä vaihteli 1.90–1.92 Ga välillä.
The Orijärvi area has been previously divided into different formations by geochemical and age determination studies. The formations are interpreted to represent different phases within the evolution of the arc and back-arc system. The Kisko formation is interpreted to locate inside the Orijärvi triangle. Four rock samples were collected for age determination purposes: two from the Kisko formation, one from the Kisko Shear Zone and one from the Salittu formation. Both zircons and titanites were analysed from these samples except the sample from the Kisko Shear Zone which was made into thin sections and only titanites were analysed. The U-Pb analyses were done by using the LA-ICP-MS facility.
The zircon age determination results defined the stratigraphic relationships within the Kisko formation and its boundaries. The zircon age of 1886 ± 5 Ma from the Sorvasto rhyolite complements the previous stratigraphic models about the location of the Kisko formation’s southern boundary. The zircon age of the Kavasto rhyolite from the western part of the Kisko formation yielded zircon age of 1878 ± 6 Ma which is the same age as previously determined for the northern part of the Kisko formations as well as for the Toija formation that lies outside of the Orijärvi triangle, west of the Kisko formation. This challenges the previous interpretation of the western boundary and the size of the Kisko formation. The mafic gabbro from the Salittu formation yielded a zircon age close to the previously inferred age, which is younger than the age of the Kisko and Toija formations, but the reliability of the age result is compromised and so is not applicable for further conclusions.
The titanite ages 1.77–1.76 Ma from the Kavasto and Sorvasto rhyolites were distinctly younger than the zircon ages. The titanite ages might represent the time when the temperatures in the area decreased to the blocking temperature of titanite.
The Kavasto rhyolite included multiple age populations of inherited zircons between 2.90 and 1.90 Ga. The rounded grains are interpreted to represent populations of detrital zircons. The Sorvasto rhyolite contained distinctly less inherited zircons, and ages varied between 1.90–1.92 Ga.
Orijärven alue on aikaisemmin jaettu eri muodostumiin, jotka on tulkittu geokemiallisten analyysien sekä aikaisempien ikämääritysten perusteella kuvaamaan saarikaari systeemin kehityksen eri vaiheita. Kiskon muodostuma on tulkittu sijaitsevan Orijärven kolmion sisällä. Tutkimuksen ikämäärityksiä varten kerättiin neljä näytettä, joista kaksi on otettu Kiskon muodostuman sisältä, yksi Kiskon hiertovyöhykkeestä ja yksi Salitun muodostumasta. Näytteistä analysoitiin sekä zirkoneita, että titaniitteja, paitsi Kiskon hiertovyöhykkeen näytteestä, josta valmistettiin ohuthieet ja analysoitiin vain titaniitteja. Kaikki U-Pb analyysit toteutettiin LA-ICP-MS laitteella.
Zirkoneista saadut ikätulokset tarkensivat Kiskon muodostuman stratigrafisia suhteita ja muodostuman rajoja. Sorvaston ryoliitista saatu 1886 ± 5 Ma zirkoni ikä vahvisti Kiskon muodostuman eteläisen rajan sijaitsevan aiemmin tulkitussa paikassa. Kavaston ryoliitista saatu zirkoni ikä 1878 ± 6 Ma on sama kuin Kiskon muodostuman pohjoisosan sekä alueen länsipuolella, Orijärven kolmion ulkopuolella sijaitsevan Toijan muodostuman ikä. Tämä haastaa vanhan tulkinnan Kiskon muodostuman länsirajan sijainnista sekä muodostuman koosta. Salitun muodostuman mafisesta gabrosta ei saatu luotettavaa zirkoni ikää, mutta suuntaa antava ikä oli nuorempi kuin Kiskon ja Toijan muodostumien ikä, kuten aiemmissa malleissa on tulkittu.
Titaniiteista määritetyt iät vaihtelivat 1.77–1.76 Ga välillä ja olivat huomattavasti nuorempia kuin näytteiden zirkoni iät. Saatujen ikien tulkittiin mahdollisesti edustavan kivien viilentymisikää titaniitin isotooppisysteemin lukkiutumislämpötilaan alueella.
Kavaston ryoliitti sisälsi useita populaatioita periytyneitä zirkoneja, joiden ikä vaihteli 2.90–1.90 Ga välillä. Pyöristyneistä rakeista saadut iät tulkittiin edustavan detritaalisten zirkonien populaatiota. Sorvaston ryoliitti sisälsi huomattavasti vähemmän periytyneitä zirkoneita, joiden ikä vaihteli 1.90–1.92 Ga välillä.