Geochemistry and Petrology of the Matokulma, Palojärvi, and Hongonniittu Gabbro intrusions, Central Finland Granitoid Complex

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201911153932
Title: Geochemistry and Petrology of the Matokulma, Palojärvi, and Hongonniittu Gabbro intrusions, Central Finland Granitoid Complex
Author: Karvinen, Seppo
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201911153932
http://hdl.handle.net/10138/307318
Thesis level: master's thesis
Discipline: Geologia
Abstract: Keski-Suomen granitoidikompleksi (myöh. granitoidikompleksi) on laaja (44000 km2), svekofennisen (paleoproterotsooinen, 1.91–1.82 Ga) kaarikompleksin plutoninen ydin, joka muodostui usean saarikaaren törmäyksistä ja akreetioista Karjalan kratonin päälle. Granitoidikompleksi koostuu suurimmaksi osaksi graniiteista ja granodioriiteista. Mafiset-ultramafiset kivet eivät ole yleisiä ja ne ovat useimmiten pienikokoisia gabro-dioriitti-intruusioita, joissa voi olla ultramafisia osueita. Granitoidikompleksin ympärillä on kaksi malmipotentiaalista vyöhykettä, Vammala ja Kotalahti, joissa mafisten-ultramafisten intruusioiden yhteydessä on Ni-Cu-mineralisaatioita. Näitä Ni-Cu-mineralisaatioita on hyödynnetty taloudellisesti. Vammala- ja Kotalahti-tyypin intruusiot muodostuivat granitoidikompleksin magmatismin päävaiheessa (1.89–1.87 Ga). Mineralisaatioiden isäntäkivinä ovat yleensä runsaasti oliviinia sisältävät ultramafiset kumulaatit. Nämä intruusiot muodostuivat vesipitoisesta tholeitiitisesta basaltista, joka sisälsi 10–12 p-% MgO ja oli hivenainekoostumukseltaan saarikaari-tyyppiä. Vammala-tyypin intruusioissa klinopyrokseeni on yleisempi, kun taas Kotalahti-tyypin intruusioissa ortopyrokseeni on hallitseva. Tämä koostumusero johtuu magman kontaminaatiosta, johon vaikuttaa assimiloidun isäntäkiven koostumus. Tässä pro gradu -työssä tutkitaan kolmea, aikaisemmin huonosti tunnettua tai tuntematonta Keski-Suomen granitoidikompleksin sisällä sijaitsevaa intruusiota, jotka ovat Matokulma, Palojärvi ja Hongonniittu. Työssä kuvataan intruusioiden petrologia, samankaltaisuus Vammala-Kotalahti-tyypin intruusioihin, kantamagman koostumus, intruusioiden malmipotentiaali sekä petrogenesis. Kivinäytteet sekä kenttähavainnot kerättiin kesällä 2017. Intruusioiden petrologia esitellään kokokivi-geokemian, mineraalikemian, isotooppigeokemian ja geofysiikan keinoin. Matokulma- ja Palojärvi-intruusiot tutkittiin yksityiskohtaisesti, mutta Hongonniittu-intruusiota ei tutkittu resurssipulan takia yhtä tarkasti. Matokulma on tutkituista intruusioista vähiten kehittynyt (kokokivikemian mediaani Mg#=72) ja koostuu tholeiittisista melagabroista, joiden päämineraaleina on klinopyrokseeni±ortopyrokseeni ja plagioklaasi kumulusfaaseina magmaattisen interkumulusamfibolin sisällä. Ortopyrokseeni ja plagioklaasi ovat interkumulusfaaseina joissain näytteissä. Gabroa ympäröivää tonaliittista isäntäkiveä leikkaavat myös mafiset juonet. Nämä juonet ovat geokemialtaan gabrojen kanssa samankaltaisia, vaikkakin kehittyneempiä. Hivenainekoostumuksen perusteella gabrot ja juonikivet liittyvät toisiinsa ja juonet edustavat mahdollisesti gabrojen jäännemagmaa. Palojärven intruusio on Matokulmaa huomattavasti kehittyneempi (kokokivikemian mediaani Mg#=49), joka näkyy kokokivi- ja mineraalikemiassa korkeina rauta- ja titaanipitoisuuksina. Palojärven melagabrot ovat voimakkaasti tholeiittisia ja ne koostuvat sekä orto- että klinopyrokseeneista kumulusfaaseina yhdessä plagioklaasin ja Fe-Ti-oksidin kanssa magmaattisen interkumulusamfibolin sisällä. Fe-Ti-oksidi on pääasiallisesti ilmenomagnetiittia, mutta sekä magnetiittia ja ilmeniittiä esiintyy erillisinä rakeina samoissa näytteissä. Ilmenomagnetiitti voi muutamien analyysien mukaan sisältää jopa 1.4 p-% V2O3. U-Pb iänmääritysnäytteiden intruusion sisältä leukogabrojuonesta ja melagabroa leikkavasta leukograniitista ovat painotetun keskiarvon mukaan vastaavasti 1883.4±4.8 Ma ja 1893.8±7.1 Ma. Nämä tulokset ovat ristiriidassa kenttähavaintojen kanssa, joiden perusteella graniitti leikkaa gabrointruusiota. Tulosten virhemarginaalien perusteella graniitti voi kuitenkin olla gabroa nuorempi – vastaavasti 1887 Ma ja 1888 Ma). Iänmääritysten mukaan intruusion ikä on noin 1.89 Ga, mikä ajoittuu svekofennisen magmatismin päävaiheen alkuun. Matokulman ja Palojärven kantamagmat olivat kehittyneitä ja sisälsivät vastaavasti 5 p-% ja 2 p-% MgO. Magmaattisen amfibolin yleisyys kertoo siitä, että kantamagma oli vesipitoinen. Kaikkien intruusioiden näytteet ovat samankaltaisia alkukantaisen vaipan (engl. Primitive Mantle) tai normaalin keskiselännebasaltin (engl. Normal Mid-Ocean Ridge Basalt, NMORB) mukaan normalisoiduilla hivenalkuaine spiderdiagrammeilla. Samankaltaiset trendit viittaavaat yhteiseen lähteeseen. Hivenalkuaine-geokemiassa on viitteitä subduktioon liittyvästä fluidimetasomatismista, jossa sopeutumattomien alkuaineiden ns. LILE (engl. Large Ion Lthophile Elements) konsentraatiot kivessä ovat kohonneita ja HFSE (High Field Strength Elements) ovat köyhtyneitä. Edellä mainitut geokemialliset piirteet viittaavat siihen, että tutkitut intruusiot kiteytyivät vesipitoisista, NMORB-tyyppisistä kehittyneistä basalttisista sulista, joiden koostumukseen vaikutti subduktioon liittyvä metasomatismi. Tutkitut intruusiot eroavat Vamma-Kotalahti-tyyppisistä, runsaasti oliviinia sisältävistä ultramafisista intruusioista kehittyneemmän, gabroidisen koostumuksensa perusteella, jonka takia ne eivät ole Ni-Cu-malmipotentiaalisia. Palojärven intruusio voi sisältää Fe-Ti-Vmineralisaation, jos intruusiosta löytyy magnetiitti-rikkaita kerroksia.The Central Finland Granitoid Complex (CFGC) is a large (44,000 km2) plutonic core of a Svecofennian (Paleoproterozoic, 1.91–1.82 Ga) arc complex, formed from collisions of several volcanic arcs and their accretion over the Karelian craton. The CFGC consists mostly of granitic to granodioritic rock types. Mafic-ultramafic plutonic rock types are not common, and they consist of mostly small gabbro-diorite intrusions, which may have ultramafic parts. There are two distinct belts around the CFGC, where Ni-Cu potential mafic-ultramafic intrusions are situated – Vammala and Kotalahti. The intrusions within these belts were formed during the height of magmatism within the CFGC (1.89–1.87 Ga). They host Ni-Cu mineralizations, some of which have been economically exploited. The mineralizations are hosted by olivine-rich ultramafic cumulates. The intrusions formed from hydrous tholeiitic basalts (10–12 wt-% MgO) with arc-type trace element chemistry. The difference between Vammala and Kotalahti type intrusions (clinopyroxene and orthopyroxene-dominated, respectively) are attributed to the rock type of the assimilated country rock. In this thesis, three previously unknown or poorly studied mafic-ultramafic intrusions (Matokulma, Palojärvi, and Hongonniittu) within the CFGC are studied in detail. The petrology, similarity to Vammala-Kotalahti type intrusions, parental magma compositions, ore potential, and petrogenesis of the intrusions are described. Rock samples and field observations were gathered during the summer of 2017. Whole-rock geochemistry, mineral geochemistry, isotope geochemistry, and geophysics are used to describe the petrology of the intrusions. Matokulma and Palojärvi intrusions are studied in detail, compared to Hongonniittu intrusion, which was not studied as intricately. The Matokulma intrusion is the least evolved (whole-rock median Mg#=72) of the studied intrusions and consists of tholeiitic melagabbros where clinopyroxene±orthopyroxene and plagioclase are the main cumulus phases within interstitial, magmatic amphibole (magnesiohastingsite to pargasite in composition). Orthopyroxene and plagioclase are intercumulus phases in some samples. There are also mafic dikes that intrude the tonalitic country rock that surrounds the gabbro. The dikes are similar to the gabbros in geochemistry although they are generally more evolved. Trace element geochemistry suggests that the gabbros and dikes are genetically connected, and the dikes possibly represent the residual magmas of the gabbros. The Palojärvi intrusion is noticeably more evolved than the Matokulma intrusion (median Mg#=49), which is apparent in the iron and titanium rich mineral and whole-rock geochemistry. The strongly tholeiitic melagabbros are composed of both orthopyroxene and clinopyroxene as cumulus phases with plagioclase and common Fe-Ti oxide, often within interstitial magmatic amphibole (magnesio-hastingsite to magnesioferri-hornblende in composition). The Fe-Ti oxides are mostly ilmenomagnetite but both magnetite and ilmenite grains are present in same samples. Based on a few mineral analyzes, the ilmenomagnetite contains up to 1.4 wt-% V2O3. U-Pb age determination samples from a leucogabbro dike within the intrusion and granite that crosscuts the intrusion yielded weighted average 206Pb/207Pb ages of 1883.4±4.8 Ma and 1893.8±7.1 Ma, respectively. The age results are in contrast to the intrusive relationship observed in the field. However, considering the margin of error of the results, the granite can be younger than the gabbro, 1887 Ma and 1888 Ma, respectively. The age of ca. 1.89 Ga is at the early stage of the most voluminous mafic-ultramafic magmatism in the Svecofennian terrane. The parental magmas of the Matokulma and Palojärvi intrusions were evolved and contained approximately 5 wt-% and 2 wt-% MgO, respectively. The presence of magmatic amphiboles in most samples indicate that the parental magmas were hydrous. Samples from all intrusions plot similarly in primitive mantle normalized Rare Earth Element (REE) and Normal-Mid-Ocean Ridge Basalt (NMORB) normalized spider diagrams. Similar patterns indicate a similar source for the parental magmas. The trace element geochemistry has signatures of subduction related fluid metasomatism. The rocks are enriched in large ion lithophile elements (LILE) and depleted in High Field Strength Elements (HFSE). These geochemical characteristics indicate that the studied intrusions crystallized from a hydrous, NMORB-like evolved basaltic magma, which has experienced fluid metasomatism. The studied intrusions differ from olivine-rich ultramafic cumulates of Vammala and Kotalahti type intrusions based on their more evolved, gabbroic composition and because of this, they are not Ni-Cu ore potential. Palojärvi may host a Fe-Ti-V mineralization, if there are magnetite rich layers within the intrusion.
Subject: Central Finland Granitoid Complex
CFGC
Svecofennian
gabbro
geochemistry
petrology
petrogenesis
ore potential
magmatic amphibole
Keski-Suomen granitoidikompleksi
Svekofennia
gabro
geokemia
petrologia
petrogenesis
malmipotentiaali
magmaattinen amfiboli


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Karvinen_Seppo_pro_gradu_2019.pdf 14.48Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record