Geochemical characteristics of felsic and intermediate plutonic rocks in Pasalanmäki, Leppävirta on Archean-Proterozoic boundary

Abstract

The area of Pasalanmäki in Leppävirra has previously been studied from the point of ore potential, focusing especially on the mafic intrusions that can be found in the area. However, a more detailed description and classification of the rock species of the area, identification and study of their origin has been partially left undone. The aim of this study is to achieve a proper understanding of the petrology and the environment of origin of the intermediate and felsic plutonic tonalites, gneisses, granodiorites and dikes in the Pasalanmäki area. This is done by studying the petrography of different rock types and classifying the rocks, according to the rock type and it’s relation to the bedrock. Based on the concentrations of major elements, trace elements and rare earth metals, the original rock forming environment is determined. Mathematical modeling was used to calculate the effect of possible fractional crystallization on the composition of the rocks. The felsic and intermediate rock samples collected from Pasalanmäki were mainly biotite hornblende tonalites or plutonic gneisses with similar mineralogy. Granodiorites with a more felsic composition and dikes representing the youngest rocks of the area were also collected as samples. SiO2 varied between samples and sample groups, being at least 53 wt%. Eu/Eu* varied between 0.30 and 5.82 and (La/Yb)n varied between 2.0 and 74.0 in all samples, except for two dike samples. The seen Eu/Eu* and (La/Yb)n ratios are typical for adakites, for example, some of the examined samples are adakites based on La/Yb vs. Yb and Sr/Y vs. Y concentrations. The samples with adakitic geochemical characteristics found in this study are also presumably plagioclase cumulates, and according to the model presented in the study, several minerals may have crystallized as cumulates from the original magma during the formation of the bedrock. The felsic and intermediate plutonic bedrock of Pasalanmäki was, based on geochemistry, formed in an island arc environment and may belong to the earlier or later Svecofennian magmatism, which occurred at the Raahe-Ladoga zone.

Pasalanmäen aluetta Leppävirralla on tutkittu aikaisemmin malmipotentiaalin näkökulmasta, keskittyen erityisesti alueen mafisiin intruusioihin. Kuitenkin alueen tarkempi kivilajien kuvaus ja luokittelu, näiden alkuperän tunnistaminen ja tutkiminen on jäänyt osittain tekemättä. Tämän tutkimuksen tavoitteena on saavuttaa tarkka ymmärrys Pasalanmäen alueen kallioperän intermediääristen ja felsisten plutonisten tonaliittien, gneissien, granodioriittien ja juonien petrologiasta ja synty-ympäristöstä. Tämä toteutetaan kivinäytteiden mineraalien tutkimisella ja kivien luokittelulla, kivilajin ja esiintymistyypin mukaan. Pääalkuaineiden, hivenalkuaineiden ja harvinaisten maametallien pitoisuuksien perusteella selvitetään kivien alkuperäistä synty-ympäristöä. Matemaattisella mallinnuksella laskettiin mahdollisen fraktioituneen kiteytymisen vaikutusta kivien koostumukseen. Pasalanmäeltä kerätyt felsiset ja intermediaariset kivinäytteet olivat pääosin biotiitti sarvivälketonaliitteja tai plutonisia gneissejä, joilla on vastaava mineralogia. Myös koostumukseltaan felsisempiä granodioriitteja ja alueen nuorempia juonia kerättiin näytteiksi. SiO2 vaihteli näytteiden ja näyteryhmien välillä ollen alimmillaan 53 pp. %. Eu/Eu* oli kaikissa näytteissä 0,30 ja 5,82 välillä ja (La/Yb)n suhde vaihteli 2,0 ja 74,0 välillä, lukuun ottamatta kahta juoni näytettä. Tutkittujen näytteiden Eu/Eu* ja (La/Yb)n suhteet ovat tyypillisiä adakiiteille ja osa tutkituista näytteistä on La/Yb vs. Yb ja Sr/Y vs. Y suhteiden perusteella adakiitteja. Tässä tutkimuksessa löydetyt adakiittisia geokemiallisia piirteitä omaavat näytteet ovat plagioklaasi kumulaatteja. Tutkimuksessa esitetyn mallin mukaan useat mineraalit ovat kivien muodostumisen aikana kiteytyneet kumulaatteina alkuperäisestä magmasta. Pasalanmäen kallioperän felsiset ja intermediääriset plutoniset kivet ovat geokemian perusteella muodostuneet saarikaari ympäristössä ja kuuluvat varhaisempaan tai myöhäisempään Svekofenniseen magmatismiin, joka tapahtui Raahe-Laatokka vyöhykkeellä.