Integrated geophysical study of the Keurusselkä impact structure, Finland

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-7085-3
Title: Integrated geophysical study of the Keurusselkä impact structure, Finland
Author: Raiskila, Selen
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics, Division of Geophysics and Astronomy
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2013-01-11
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-7085-3
http://hdl.handle.net/10138/37873
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Meteorite impact cratering has played a key role in Earth's geological past and has left a dramatic effect on biological and geological records forming large volumes of igneous rocks and important mineral deposits. By studying terrestrial impact craters we can have valuable information of impact generated changes in rocks and minerals. Integrated geophysical study in this dissertation combines different methods to distinguish the meteorite impact related features from features caused by endogenic processes. Optical microscopy provides diagnostic evidence of shock produced deformations in minerals.Shocked and un-shocked rocks have contrasts in petrophysical properties, which cause anomalies to regional magnetic and gravity fields over meteorite impact structures.Magnetic minerals may re-magnetize during impact and thus provide information of the past geomagnetic field and the ancient paleoposition of impact site. This dissertation focuses to the Finnish impact structure, Keurusselkä, which was discovered in 2003. The structure is situated in central Finland (62°08 N, 24°37 E) within the Central Finland Granitoid Complex, which formed 1890 1860 million years ago during the Svecofennian orogeny. Keurusselkä is deeply eroded remain of a complex crater, named after the Lake Keurusselkä, which is the dominant present day feature of the crater area. For this study rock and drill core samples were collected from Keurusselkä region. The samples were chosen according to a sampling strategy, where samples were taken in and outside the impact region to investigate the impact related features and their radial distance from the centre of the impact. The main focus was to prove or disprove the impact origin of Keurusselkä. First indication of impact was shatter cones, which are conical features in rocks formed by an impact shock and pressure. Shatter cones were found in a circular area interpreted as the central uplift of the original crater. In this dissertation petrographic analysis of thin sections was done to find evidence of deformational features in minerals. Diagnostic evidence for Keurusselkä was achieved when planar deformation features(PDFs) were found from quartz grains in shatter cones indicating impact pressures up to 20 GPa. Samples from 3 shallow drillings in southwest part of the Keurusselkä structure were also studied. Impact like monomictic breccia was found from one of the drill cores. Petrographic analysis revealed clay minerals (illite, smectite-group), which most likely have altered from impact glass. Magnetic minerals were obtained for paleomagnetic purposes, i.e. to examine the ancient position and drift of Baltica. Paleomagnetic directions obtained from shatter cones indicate re-magnetization. The virtual geomagnetic pole implies that the impact event took place ~1120 million years ago during the formation of Rodinia supercontinent. Petrophysical properties (density, susceptibility) of rocks were measured for differences between shocked and un-shocked rocks. The exposed bedrock in Keurusselkä was noticed to be fractured and damaged, which causes anomalies to the regional magnetic and gravity field. The geophysical signals were modelled along two profiles using measured physical properties of Keurusselkä rocks. The highly magnetized centre of the structure forms an eroded circular central uplift with diameter of 6 km. Based on the gravity minimum around the structure an area of ~16 km in diameter and depth of ~1200 meters was modelled to explain the observed anomalies. The original size of the crater is estimated to be 24-27 km in diameter.Aurinkokunnan kappaleiden törmäykset ovat olleet merkittävässä roolissa maapallon geologisessa historiassa. Törmäykset ovat synnyttäneet esimerkiksi laajoja magmakivimuodostelmia ja merkittäviä mineraaliesiintymiä sekä vaikuttaneet maapallon biologiseen kehitykseen. Törmäysrakenteita (impaktikraattereita) voidaan tutkia yhdistelemällä erilaisia geologisia ja geofysikaalisia metodeja, joiden avulla voidaan erottaa kallioperän kivien sekä mineraalien törmäyksessä aiheutuneet piirteet endogeenisissa syntyprosesseissa muodostuneista piirteistä. Esimerkiksi optisella ohuthieanalyysilla voidaan erottaa diagnostisia impaktin aiheuttamia muutoksia mineraaleissa. Impaktitörmäyksen korkea paine ja lämpötila aiheuttavat myös kontrasteja kallioperän kivissä ja niiden petrofysikaalisissa ominaisuuksissa. Nämä kontrastit havaitaan paikallisen painovoima- ja magneettikentän anomalioina. Kivissä olevat magneettiset mineraalit saattavat myös magnetoitua uudelleen törmäyksen vaikutuksesta ja siten tarjota tietoa törmäyksen aikaisesta maapallon magneettikentästä sekä törmäyspaikan muinaisesta mannersijainnista. Tässä väitöskirjassa esitelty tutkimus keskittyy Keurusselän törmäysrakenteeseen (62°08 N, 24°37 E). Alueen kallioperä kuuluu Keski-Suomen Granitoidikompleksiin, jonka kivet ovat 1890-1860 miljoonan vuoden ikäisiä. Tutkimusta varten Keurusselän alueelta kerättiin kivi- ja kairanäytteitä, jotka valittiin törmäysrakenteen sisältä sekä sen ulkopuolelta. Tutkimuksen tärkein tavoite oli selvittää Keurusselän rakenteen alkuperä ja etsiä diagnostisia todisteita törmäyksestä. Alueen kivissä esiintyneet pirstekartiot viittasivat törmäysalkuperään, mutta eivät itsessään riittäneet siitä todisteeksi. Ensimmäiset petrografiset tulokset, jotka puolsivat impaktitörmäystä olivat ohuthietutkimuksissa löytyneet tasomaiset muutokset (PDF) kvartsissa. Nämä tasomaiset piirteet ilmaisivat, että ne ovat syntyneet erittäin korkeassa törmäyspaineessa (5-20 GPa) eivätkä siten voi olla endogeenisesti syntyneitä. Myös Keurusselän alueelta kairatuista kivinäytteistä havaittiin monomiktista breksiaa, jonka arvellaan liittyvän törmäysrakenteeseen. Analyyseissa löydettiin savimineraaleja, jotka ovat todennäköisesti muuntuneet impaktisulasta. Kerättyjä kivinäytteitä tutkittiin myös geofysikaalisin menetelmin. Pirstekartiokivien magneettiset mittaukset viittaavat siihen, että kivet ovat uudelleen magnetoituneet törmäyksessä. Paleomagneettisten tulosten perusteella arvioidaan törmäyksen tapahtuneen noin 1120 miljoonaa vuotta sitten. Kivinäytteistä mitattiin myös niiden petrofysikaaliset ominaisuudet (tiheys ja suskeptiivisuus), sillä Keurusselän törmäysalueen kallioperä on hyvin rikkonaista ja osittain muuntunutta, kuten em. pirstekartiot. Pirstekartiot esiintyvät rakenteen keskiosissa pyöreässä muodostelmassa, mikä viittaa kraatterin keskuskohoumaan. Tämä halkaisijaltaan n. 6 km alue on myös hyvin magneettinen ja se erottuu positiivisena anomaliana magneettisella kartalla. Paikallisessa painovoimakentässä erottuva pyöreä painovoimaminimi keskuskohouman ympärillä on halkaisijaltaan n. 16 km. Keurusselän törmäysrakenne mallinnettiin käyttäen petrofysikaalisia tuloksia malliparametreina. Geofysikaalisen mallin perusteella törmäysrakenteen kallioperä on rikkonaista jopa 1.2 km syvyyteen asti. Alkuperäinen törmäyskraatteri on todennäköisesti ollut halkaisijaltaan n. 24-27 km.
Subject: geofysiikka
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
raiskila_dissertation.pdf 6.543Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record