Mikko Honkamo. YOHJOIS-POHJANMAAN VULKANIITIT Lapin vulkaniittiprojektin raportti

Transkriptio

1

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND Tutkimusraportti 89 Report of Investigation 89 Mikko Honkamo YOHJOIS-POHJANMAAN VULKANIITIT Lapin vulkaniittiprojektin raportti Summary: Volcanic rocks in northern Ostrobothnia A report of the Lapland Volcanite Project Espoo 1989

3 Hunkamo, Mikko, Pohjois-Pohjanmaan vulkaniitit - Volcanic rocks in northern Ostrobothnia. Geologian t~ttki~mskeskus - Geological Sztrvey of Finland, T~trkimwraportti 89 - Report of Ir7vestigation pages, 33 figures, 1 table and 7 appendices. The sedimentarv and volcanic rocks of the Northern Ostrobothnian Schist Area were deposited in an Early Proterozoic sedimentary basin. The volcanic rocks are tholeiitic basalts that erupted in a subaqueous environment. Deposition of kilometres of turbiditic greywackes both preceeded and followed the volcanic period. Volcanism started with the deposition of lavas, pyroclaslics, and volcaniclastic rocks which chemically resemble evolved oceanic basalts. The subsequent main volcanic stage is characterized by thick sequences of massive and pillowed lavas. The major element compositions of these are unimodal and similar to primitive oceanic basalts. REE patterns and trace element distributions have MORB-like characteristics. The general geologic setting, sedimentation, and chemical composition of the volcanic rocks suggest that the Ostrobothnian basin developed in a cratonic or epicratonic, rift controlled environment. Key words: metavolcanic rocks, metabasalt, tholeiite, geochemistry, trace elements, tectonic controls, Proterozoic, Archean, Finland. Mikko Honka~no Geological Survey of Finland, P.O. Box 77, SF Rovanienzi, Finland 1SBN ISSN Vammala 1989 Vammalan Kirjapaino Oy

4 1 Johdanto... 2 Geologiset yleispiirteet Pohjagneissialue Syvakivet Liuskeet Pohjois-Pohjanmaan liuskealue Liuskemuodostumat Muodostumien ikä Svekokarjalaiset plutoniitit Muhoksen savikivimuodostuma... 3 Pohjagneissialueen vulkaniitit Yli-Iin vulkaniitit Ala-Vuoton vulkaniitit Puutturin vulkaniitit Kakiperan vulkaniitit... 4 Pohjois-Pohjanmaan liuskealueen vulkaaniset muodostumat Vepsän muodostuman vulkaniitit Pyyraselan vulkaniittimuodostuma Martimojoen vulkaniittimuodostuma Kiimingin vulkaniittimuodostuma Haukiputaan muodostuman vulkaniitit... 5 Geokemia Analyysiaineisto ja luokitteluperusteet Analyysiaineisto Geokemiallinen luokittelu Vulkaniittimuodostumien kemiallinen luokittelu Pohjagneissialueen vulkaniitit Vepsän muodostuman vulkaniitit Pyyraselan vulkaniittimuodostuma Martimojoen vulkaniittimuodostuma Kiimingin vulkaniittimuodostuma Haukiputaan vulkaniittimuodostuma Yhteenveto analyysituloksista... 6 Pohdiskelua ja päätelmiä... 7 Summary: Volcanic rocks in northern Ostrobothnia. a report of the Lapland Volcanite Project... 8 Viitteet. References...

5

6 1 JOHDANTO Tutkimusraportti perustuu kallioperakartoituksen yhteydessa pääasiassa vuosina koottuun havainto- ja näyteaineistoon. Pohjois-Pohjanmaa otettiin yhdeksi Geologian tutkimuskeskuksessa vuosina toimineen Lapin vulkaniittiprojektin aluetutkimuskohteeksi, jotta tulisi mahdolliseksi verrata keskenään Pohjois-Pohjanmaan ja Pohjois-Suomen muiden alueiden vulkaniitteja. Projektin yhteydessa alueella ei tehty maastotöita, vaan rajoituttiin kartoituksen yhteydessa koottujen vulkaniittinaytteiden kemialliseen analysointiin. Alueen 1 : mittakaavaisen kallioperakartoituksen tuloksia ovat julkaisseet Kesola (1983 ja 1985) ja Honkamo (1984, 1986 ja 1988). Pohjois-Pohjanmaan vulkaniittien geokemiaa ovat julkaisuissaan kuvanneet Kähkönen ym. (1986) ja Honkamo (1987). 2 GEOLOGISET YLEISPIIRTEET Pohjois-Pohjanmaan ita- ja pohjoisosa kuuluvat Pudasjärven graniittigneissialueeseen. Tämän pohjagneissialueen etela- ja länsipuolella on karjalaisista, pääosin sedimentti- ja vulkaanissyntyisista kivilajeista koostuva Pohjois-Pohjanmaan liuskealue, joka ulottuu Perämeren rannikolta lähelle Oulujarvea. Etelässä ja lounaassa liuskealue rajautuu felsisiin syväkiviin ja Muhoksen savikivimuodostumaan. Alueen geologiset pääpiirteet ja liuskealueen litostratigrafinen jaottelu käyvät ilmi oheisesta kartasta (kuva 1). 2.1 Pohjagneissialue Pohjagneissialueen kallioperan pääosan muodostavat granodioriittiset ja graniittiset ortoja paragneissit. Näiden ohella esiintyy paikoittain metasedimentteja ja metavulkaniitteja. Lukuisat metadiabaasit lävistävät pohjagneissialueen muita kivilajeja. Pohjagneissialueen syväkivista on osa siinä määrin homogeenisia ja tasarakeisia, että on perusteltua pitää niitä magmakivina. Tähän ryhmään kuuluvat ainakin Iijoen varsilla esiintyva pilsteinen granodioriitti ja Yli-Iin Jakkukylan suuntautumaton graniitti. Magmasyntyista on myös karkearakeinen graniitti, jota tavataan muutamissa laajahkoissa paljastumissa Ala-Vuotolla, liuskealueen itäreunan lähellä. Todennaköisimmmin magmasyntyista on myös Utajarvella, Kakiperan antikliinialueella esiintyvä homogeeninen, tasarakeinen granodioriitti. Pohjagneissialueen yleisin kivilaji on koostumukseltaan ja asultaan vaihteleva graniittigneissi, jonka päämineraalit ovat plagioklaasi, kvartsi ja biotiitti. Kivelle luonteenomainen epahomogeenisuus ilmenee saannöttömana raekoon, suuntautuneisuuden ja mineraalikoostumuksen seka erilaisten kivilajisulkeumien määrän ja koon vaihteluina. Graniittigneissialueella esiintyy paikoin myös raitaista migmatiittia, jonka paleosomina on kiillegneissi ja neosomina karkea, graniittinen tai granodioriittinen aines.

7 I T Y S L E G E N D LITOSTRATIGRAFISET YKSIKOT LITHOSTRATIGRAPHIC UNITS Muhoksen savikivirnuodosturna (MSM) Muhos Claystone Forrnation Svekokarjala~set plutoniitit (SKP) Svecokarelidic plutonic rocks Haukiputaan rnuodosturna (HM) Haukioudas Forrnation Ylikiirningin grauvakkarnuodosturna (YGM) Ylikiirninki Greywace Forrnation Ko~telin kvartsiittirnuodosturna (KKM) Koileli Quartzite Formation Kiimingin vulkaniittirnuodosturna (KVM) Kiiminki Volcanic Forrnation Pyyraselan vulkaniittirnuodosturna (PVM) Pyyraselka Volcanic Forrnation Vepsän rnuodosturna (VM) Veosa Forrnation Vuoton grauvakkarnuodosturna (VGM) Vuotto Grey wacke Forrnation Utajarven konglorneraattirnuodosturna (UKM) Utajärvi Conglornerate Forrnation Pohjagneissikornpleksi (V=vulkaniitteja) Basernent Cornpiex (V=volcanic rock9 Ylityöntö Thrust Martimojoen vulkaniittimuodostuma (MVMI Martimojoki Volcanic Formation Kuva 1. Pohjois-Pohjanmaan stratigrafinen kartta. Fig. 1. The stratigraphic r77ap of northern Ostrobothnia.

8 2.1.2 Liuskeet Gneissialueen syväkivien yhteydessa tavataan myös pintakivia: metasedimentteja ja -vulkaniitteja. Laajimmat liuske-esiintymät ovat Yli-Iin kirkonkylän itäpuolella seka Utajarvella Puutturissa ja Kakiperalla. Vähäisempiä esiintymiä on Pohjois-Pohjanmaan liuskealueen itapuolella, Sanginkylan kartta-alueen itä- ja pohjoisosassa. 2.2 Pohj ois-pohjanmaan liuskealue Graniittigneissialueen lounaispuolella sijaitsevan Pohjois-Pohjanmaan liuskealueen kalliopera muodostuu pääasiassa erilaisista metasedimenteista ja metavulkaniiteista Liuskemuodostumat Liuskealueen lounaisosan alin litostratigrafinen yksikkö on Utajarven konglomeraattimuodostuma, jonka pääkivilajeina ovat konglomeraatit ja arkoosit ja muodostuman ylaosassa myös grauvakat ja kiilleliuskeet. Liuskealueen itä- ja pohjoisosassa alimpana liuskeyksikkönä on Vuoton grauvakkamuodostuma. Utajarven ja Vuoton muodostumien raja on vähittäinen; muodostumat lomittuvat toisiinsa seka lateraali- että vertikaalisuunnissa. Vuoton muodostuman paalla ovat liuskejakson vulkaniittimuodostumat: Kiimingin muodostuma, Martimojoen muodostuma ja Pyyraselan muodostuma. Kaikki nämä ovat paksuja tholeiittibasalttisia, merenalaisissa purkauksissa syntyneitä laavakerrostumia. Pyyraselän muodostuman alla on Vepsan muodostuma, joka koostuu kiilleliuskeesta, kemiallisista sedimenteista ja vulkaniiteista. Kiimingin muodostuman sisällä ja osittain paalla on Koitelin kvartsiittimuodostuma. Vulkaniittimuodostumien paalla on Ylikiimingin grauvakkamuodostuma. Niillä alueilla, missä vulkaniitteja ei esiinny, ovat Ylikiimingin grauvakat suoraan Vepsan tai Vuoton muodostuman paalla. Liuskejakson länsiosassa on Haukiputaan muodostuma, joka koostuu mustaliuskeista, kiilleliuskeista, grauvakoista ja vulkaniiteista. Haukiputaan muodostuman stratigrafinen asema ja suhde muihin liuskemuodostumiin on varsin tulkinnanvarainen Muodostumien ikä Kiimingissä vulkaniittien yhteydessa sijaitseva Koitelin kvartsiittimuodostuma on radiometristen ianmaaritysten perusteella yli Ma:n, mutta kuitenkin enintään Ma:n ikäinen (Honkarno 1988). Näiden maäritysten perusteella ei voida yksiselitteisesti osoittaa liuskealueen muiden muodostumien absoluuttista ikää. Varsin ilmeista on kuitenkin, että kaikki liuskealueen muodostumat ovat syntyneet varhaisproterotsooisena aikana. 2.3 Svekokarjalaiset plutoniitit Liuskealueen lounaispuolella esiintyy granitoideja, jotka leikkaavat ja migmatisoivat liuskealueen kivilajeja. Liuskeiden ja graniittialueiden rajalla on muutamia granodioriittija tonaliittipaljastumia. Oulun ja Muhoksen välisen laajan graniittialueen pohjoisosassa on vallitsevana kivilajina pegmatiittigraniitti ja eteläosassa keskirakeinen, porfyyrinen graniitti. Tämän graniittisen plutonismin viimeista vaihetta edustavat lukuisat pegmatiittigraniittijuonet, jotka Utajarvella leikkaavat seka pohjakompleksin että liuskejakson muodostumia. Graniittisen plutonismin iän osoittaa Kivimaanselän graniitin (Kesola 1985, s ) zirkonista ja monatsiitista tehty radiometrinen ianmäaritys. Sen mukaan zirkonin ikä on Ma ja monatsiitin ikä Ma. Ianmaaritystulokset esitetään kuvassa 2 ja taulukossa 1. Maaritykset on tehnyt Olavi Kouvo Geologian tutkimuskeskuksen isotooppigeologian laboratoriossa.

9 KIVIMAANSELKA 1825*30 A /' + ZIRCON *o MONAZITE Kuva 2. Konkordiadiagrammi Kivimaanselan graniitin monatsiitille ja zirkonifraktioille. Fig. 2. Concordia plot for one monazite and several zircon fractions from the Kivirnaanselkb granite. 2.4 Muhoksen savikivimuodostuma Kivimaanselan graniitin eteläpuolella ja stratigrafisesti sen päällä on Muhoksen savikivimuodostuma, joka koostuu lähes vaaka-asennossa olevista metamorfoitumattomista savikivi- ja arkoosikerroksista. Kerrossarja on paikoin jopa noin 900 metrin paksuinen, ja sen ikä on K-A-r ja Rb-Sr-maaritysten mukaan (Simonen 1980) Ma. Mikrofossiilien perusteella muodostuman iäksi arvioidaan Ma (Tynni ja Uutela 1984). 3 POHJAGNEISSIALUEEN VULKANIITIT Vulkaanisia muodostumia esiintyy pohjagneissialueella Utajarven Kakiperalla ja Puutturissa seka Ala-Vuoton kylän itapuolella Ylikiimingissa. Pohjakompleksin vulkaniitteja tavataan yksittäisissä paljastumissa varsin laajalla alueella Yli-Iin kirkonkylan itä- ja pohjoispuolella. Koska tämä alue on erityisen heikosti paljastunutta eikä siella ole suoritettu 1 : mittakaavaista kallioperakartoitusta, ovat tiedot naista vulkaniiteista vähäisiä. Gneissialueen vulkaanisten muodostumien mahdolliset keskinäiset yhteydet ja suhteet kompleksin syväkiviin tunnetaan varsin puutteellisesti. Puutturin ja Kakiperan seka Ala- Vuoton alueilta tehtyjen havaintojen perusteella vulkaniitit ovat vanhempia kuin liuskealueen alimmat sedimenttimuodostumat ja kuuluvat liuskeiden kerrostumisalustaan. Pohjakompleksin kivista ainakin metadiabaasit lävistävät näitä vulkaniitteja. Kompleksin syvakivien ja vulkaniittien ikäsuhteesta ei ole selviä havaintoja. Parhaiten pohjakompleksin sedimentit ja vulkaniitit ovat paljastuneina Kakiperalla, mutta siellä niitä lävistävät niin lukuisat pohjan metadiabaasit ja nuoremmat pegmatiittigraniitit, että kovin luotettavaa käsitysta jakson rakenteesta ja stratigrafiasta ei ole voitu saada. 3.1 Yli-Iin vulkaniitit Yli-Iissa, Iijoen ja Siuruanjoen rannoilla seka kirkonkylan itäpuolella olevissa paljastumissa esiintyy mafisia kivilajeja. Muutamissa paljastumissa tavattavat tyynylaavat ja py-

10 Taulukko 1. Kivimaanselän graniitin U-Pb analyysien tulokset ja niistä lasketut isotooppisuhteet ja radiometriset iät. Table 1. Isotope datn on zircons and one inonazite fronz Kivinzaanselka granite. Näyte Fraktio Pitoisuus 206~b Lyijyn isotooppikoostumus Atomisuhteet ja radiometriset iät No: Fraction Concentration 2041% Isotopic cornposition of lead Atom rntios and radionzetric ages (g/cmz) ~!dg 206,, = 100 Sanzpk 0 = raekoko, pm 238, 206~b mitattu 206m 207~b 207~~ grain size radiog. rneasured , 235, 206m A343 - Kivimaanselkä, Tyrnävä. Karttalehti , x= , y = monatsiitti monazite zirkoni zircon d>4.3: abr <d<4.3; abr abr 4.0<d4.2 abr. 3.8<d<4.0: abr abr. = rakeiden pinnat puhdistettu abraasiolla = grnins abraded -.

11 roklastiset rakenteet osoittavat näiden kivilajien olevan alkuperältään vulkaanisia. Useimmiten kivet ovat kuitenkin joko massamaisia, taysin uudestikiteytyneita plagioklaasi-sarvivalke-diopsidikivia tai hiertyneita amfibolikivia. Outokumpu Oy:n kairauksissa on voitu todeta, että mafisten kivien kanssa vuorottelevat kvartsiitti, mustaliuske ja karbonaattikivi, mutta paljastumissa näitä ei ole tavattu. Tyynylaavoissa kivi on hyvin hienorakeista, ja granulaarisen, kaksostumattoman plagioklaasin ohessa paamineraaleina ovat sarvivalke ja epidootti. Yleisin aksessorinen mineraali on titaniitti. Pahkakosken ja Kierikin voimaloiden alakanavissa on useissa paljastumissa asultaan gabroa muistuttavaa massamaista, tasarakeista amfiboliittia. Tama on keskirakeista, taysin granoblastista kiveä, jonka paamineraalit ovat plagioklaasi, sarvivalke ja diopsidi. Aksessorisen titaniitin määrä on varsin suuri, enimmillään muutamia prosentteja. Paikoin massamaisen amfiboliitin yhteydessa on muutaman metrin levyisiä suuntautuneita vyöhykkeitä, joissa sarvivalke on ainoa paamineraali. 3.2 Ala-Vuoton vulkaniitit Ylikiimingin itäosassa Ala-Vuotolla esiintyy pohjakompleksin metavulkaniitteja muutamissa paljastumissa aivan liuskevyöhykkeen rajalla. Osa naista metavulkaniiteista on hienotai keskirakeisia ja massamaisia, mahdollisesti metalaavoja, osa hienorakeisia ja raitaisia metatuffej a. 3.3 Puutturin vulkaniitit Kähkönen ym. (1986) ovat kuvanneet Utajarven Puutturissa graniittigneissin yhteydessa esiintyviä amfiboliitteja. Heidän mukaansa ne ovat enimmäkseen pyroklastisia metavulkaniitteja, mahdollisesti osin myös laavasyntyisia kiviä. 3.4 Kakiperan vulkaniitit Noin kymmenen kilometriä Utajarven kirkolta itään sijaitsevalla Kakiperalla (kartoissa Loiraskangas) on gneissigraniitin yhteydessa joukko pintasyntyisiä kivilajeja. Tähän seurueeseen kuuluu kvartsiitteja, mafisia metavulkaniitteja, dolomiittia, karsikiveä ja kiilleliusketta. Alueella esiintyy lisäksi hyvin runsaasti diabaaseja ja pegmatiittigraniitteja, jotka lävistävät kaikkia edellä mainittuja kivilajeja. Tama tekee kallioperan rakenteiden ja kivilajien keskinäisten suhteiden selvittelyn vaikeaksi. Metavulkaniitit ovat tummia, hienorakeisia amfiboliitteja. Ne ovat usein masssamaisia tai raitaisia, ja raitaisuus saattaa olla ainakin muutamissa paljastumissa alkuperäistä pyroklastisen tai vulkaniklastisen kiven kerrosrakennetta. Tyynylaavarakennetta on taysin tunnistettavana säilynyt parissa paljastumassa, ja myös alueen hienorakeisei massamaiset amfiboliitit ovat tulkittavissa laavasyntyisiksi. Kakiperan metavulkaniittien päämineraalit ovat plagioklaasi ja sarvivalke. Lisäksi ohuthieissa on todettu hiukan diopsidia ja muutamissa näytteissä myös biotiittia ja kvartsia. Yleisimmat aksessoriset mineraalit ovat titaniitti seka kupari- jakai rikkikiisu. Kivet ovat taysin uudestikiteytyneita, granoblastisia ja hienorakeisia. 4 POHJOIS-POHJANMAAN LIUSKEALUEEN VULKAANISET MUODOSTUMAT Pohjois-Pohjanmaan liuskealueen laajimmat vulkaniittialueet ovat Haukiputaan kirkonkylän pohjoispuolella, Kiimingin ja Ylikiimingin välisellä alueella, Martimojoen itapuolella ja Vepsän alueella Ylikiimingin kaakkoisosassa.

12 4.1 Vepsan muodostuman vullkaniitit Vepsan muodostumaksi kutsutaan Vuoton grauvakkamuodostuman päälle sijoittuvaa kiilleliuskevaltaista yksikköä, johon kuuluu useita rautamuodostuma-, amfiboliitti- ja mustaliuskevälikerroksia seka dolomiitteja, sertteja ja karsia. Vepsan muodostuman päällä on Pyyraselan vulkaniittimuodostuma. Vepsän-Pyyraselan alueen kallioperan rakenteesta saatu kuva perustuu geologisten havaintojen ohella geofysikaalisiin matalalentokarttoihin ja maastomittauksiin. Sähköisiä MARTIMOJOKI KIIMINKI $ HAUKIPUDAS YGM v v v V V V J n n n PVM VGM S E L I T Y S - L E G E N D LITOSTRATIGRAFISET YKSIK~T - LITHOSTRATIGRAPHIC UNITS H M Haukiputaan muodostumn - Haukipudas Formation YGM Ylikiiming~n grauvakkamuodostuma - Ylikiiminki Greywacke Formatton KKM Koiteltn kvartsiitttmuodoaluma - Koileli Quartzile Formation KVM Kiimingin vulkaniittimuodostuma - Kiiminki Volcanic Formation MVM PVM Martimojoen vulkanitltimuodostuma - Martimojoki Volcanic Forrnation Pyyraselan vulkaniittimuodostuma - Pyyraselkd Volcanic Formation V M Vepsan muodosluma - Vepsa Formation - Strattgraltnan raja - Stratigraphic boundary VGM Vuolon grauvakkamuodostuma - Vuotto Greywacke Formation )i Ylityontb - Thrust KIVILAJIT - LITHOLOGY 0 o Konglomeraatti - Congiomerate Doiomittti - Doiomite..... Kvarts~itti - Ouarlzite C C Sertti - Cher1 -.- Grauvakha - Greywace ~aava, massamalnen fa IyynylaaVa - Lava. massive and pillowed +mh-l++ M~8taliushe - BIack schis1 - V- Tulli i luffitlti - Tufl 1 tullite d b Rautamuodostuma - Iron lormation Kuva 3. Pohjois-Pohjanmaan liuskealueen vulkaniittiyksiköiden stratigrafia. Fig. 3. Str-atigraplzic cross sections of tlze volcanic units of the Nortlzern Ostrobotlznian Schist Area.

13 ja magneettisia anomalioita aiheuttavat muodostuman sedimenttikivet, erityisesti mustaliuskeet. Vepsan muodostuma tunnetaan parhaiten Vepsan kylan alueelta, missä kalliopera on kohtalaisen hyvin paljastunutta. Rautaruukki Oy on tehnyt siellä myös syvakairauksia, joiden perusteella kallioperaa ovat kuvanneet Paulamaki (1983) ja Kähkönen ym. (1986). Tällä alueella muodostuman paksuus on noin puoli kilometria. Vepsan ja Pyyraselan muodostumien stratigrafinen kaavio on kuvassa 3. Vepsan muodostuman kiilleliuskeet ovat Al-rikkaita kivia, joissa on runsaasti stauroliitti-, kordieriitti-, andalusiitti- ja granaattiporfyroblasteja. Kiilleliuskeissa on yleisesti ohuita mustaliuskev~ikerroksia seka grafiitti- ja kiisupitoisia osia. Yhtenaisimmat metavulkaniittiyksiköt ovat muodostuman alaosassa, mutta niitä on valikerroksina myös muodostuman sisällä. Metavulkaniitit ovat homogeenisia, keskirakeisia amfiboliitteja, joiden päämineraaleja ovat plagioklaasi, sarvivalke tai kummingtoniitti ja muutamissa paljastumissa lisäksi granaatti. Vepsan muodostumaan kuuluvat amfiboliitit on tulkittu metavulkaniiteiksi: laavoiksi, tuffeiksi ja vulkaniklastisiksi kiviksi. Rautamuodostumat liittyvät muodostuman alaosaan. Rautamuodostumiin kuuluu erilaisia kvartsi-, grafiitti-, amfiboli- ja magneettikiisuraitaisia tyyppejä, massamaisia amfiboli-granaattikivia ja rautarikkaita mustaliuskeita. Vepsan muodostuman keskivaiheilla ja yläosassa on dolomiitteja, sertteja ja karsikivia. Paikallisesti näitä kivilajeja saattaa olla satojen metrien paksuudelta, mutta lateraalisuunnassa kivilajiyksiköt ovat seurattavissa vain muutamia kilometrejä. 4.2 Pyyraselan vulkaniittimuodostuma Stratigrafisesti Vepsan muodostuman päällä on yhtenäinen ja paikoin ilmeisesti yli kilometrin paksuinen Pyyraselan vulkaniittimuodostuma. Se koostuu pääasiassa laavoista, ja siihen kuuluu eteläisin osa noin 50 kilometria pitkästä vulkaanisesta jaksosta. Vepsalta pohjoiseen, Joloksen ja Arkalan seuduilla, jakso ei ole paljastuneena, ja on mahdollista, että sieltä vulkaaniset yksiköt joko puuttuvat kokonaan tai ovat ohuita ja epäyhtenäisiä. Jakson pohjoisosassa on hyvin paljastunut Martimojoen vulkaniittimuodostuma. Kuvassa 3 on stratigrafiakaavio Vepsän-Pyyraselan alueesta. Pyyraselan muodostuma on hyvin paljastuneena Pyyraselan-Pohjoisen Vuorimaan alueella (kl ) ja Vepsan kylan etelapuolella Kivelan-Rökinmaan-Autiokankaan-Haapamaan alueella (kl ). Pyyraselan vulkaniittimuodostuman laavat ovat enimmakseen hieno- tai keskirakeisia ja massamaisia. Tyynylaavoja on lukuisissa paljastumissa Vepsan etelapuolella ja Pyyraselässä. Seka massamaisissa laavoissa että tyynylaavoissa on yleisesti pieniä, kiven pinnasta kuopalle syöpyneitä kvartsi-plagioklaasimanteleita, ja muutamien laavapatjojen pintaosaan liittyy hyaloklastista breksiaa. Laavojen yhteydessä on paikoin muutaman metrin vahvuisia raitaisia tai kerroksellisia emaksisia kivia, jotka on tulkittu alkuperältään vulkaniklastisiksi. Pyroklastisia primaarirakenteita ei ole tunnistettu, mutta on todennäköistä, että ainakin osa alueen perusteellisesti uudestikiteytyneista ja vahvasti deformoituneista metavulkaniiteista on alkujaan ollut pyroklastiitteja. Metalaavojen päämineraalit ovat plagioklaasi ja sarvivalke. Plagioklaasi esiintyy granulaarisena massana, jossa yksittäisten kiteiden raekoko on enimmakseen alle 0,l mm. Kaksostuneet kiteet ovat hyvin harvinaisia. Sarvivalkkeen raekoko on aina selvästi suurempi, yleensä 0,5-1 mm. Useimmissa näytteissä on aksessorisina mineraaleina kvartsia, titaniittia seka kupari- tai rikkikiisua. 4.3 Martimojoen vulkaniittimuodostuma Martimojoen vulkaniittimuodostuma on pohjoisin osa vulkaniittijaksosta,joka alkaa Pyyraselasta. Molemmat muodostumat ovat suurin piirtein samassa stratigrafisessa asemassa, Vuoton ja Ylikiimingin grauvakkamuodostumien välissä; erona on, ettei Vepsan muodostuman ole voitu todeta ulottuvan Martimojoen alueelle asti. Muodostuma on parhaiten paljastuneena Martimojoen itäpuolella, noin 15 kilometria

14 Kiimingistä koilliseen. Siellä muodostumaan kuuluvia kivilajeja tavataan noin kymmenen kilometrin pituisella ja paikoin yli kahden kilometrin levyisellä, luode-kaakkosuuntaisella alueella. Syväkairaukseen perustuvia tietoja Martimojoen vulkaniiteista on Arkalan Soidinharjusta, missä jakson alaosa ja kontakti stratigrafiassa alempana olevaan Vuoton metagrauvakkaan on lävistetty kairaamalla. Martimojoen muodostuman päasiallisin kivilaji on mafinen metalaava. Laavapatjojen valissa on monin paikoin vahaisia linssimäisiä dolomiittivälikerroksia. Jakson länsiosassa laavojen valissa on ohut, muutaman kilometrin pituinen konglomeraatti-metahiekkakivi-fylliittiyksikkö. Kuvassa 3 on stratigrafinen kaavio muodostuman pohjoisosasta. Deformaatiot ovat enimmäkseen hyvin vahaisia, minkä takia erilaisia laavarakenteita on nähtävissä lukuisissa paljasturnissa. Vallitseva vulkaniittityyppi on massamainen, hienotai keskirakeinen metalaava. Tyynylaavaa, laavabreksiaa ja manteleita sisältäviä metalaavapaljastumia tavataan siellä täällä koko muodostuman alueella. Metavulkaniittien paamineraalit ovat sarvivälke ja plagioklaasi. Plagioklaasi esiintyy poikkeuksetta hyvin hienorakeisena, granulaarisena massana, eikä alkuperäistä kiderakennetta ole tunnistettavissa yhdessäkään tutkituista näytteistä. Kaikkein hienorakeisimmissa metalaavoissa hyvin pienet neulamaiset sarvivälkekiteet muodostavat tiiviin huopamaisen rakenteen, joka peittää kiven muut mineraalit ja rakennepiirteet. Keski- ja karkearakeisissa kivissä sarvivälkesälöt muodostavat säännöttömän muotoisia ja kokoisia kideryppäitä. 4.4 Kiimingin vulkaniittimuodostuma Kiimingin vulkaniittimuodostumaan kuuluvat vulkaaniset yksiköt esiintyvät pääasiassa Kiimingin kirkonkylan itäpuolella, Koitelin kvartsiittimuodostuman ympärillä tai sisällä. Alueen vulkaniitit ovat kohtalaisen hyvin paljastuneena. Laajimmat paljastuma-alueet ovat Hannusperän eteläpuolella olevassa Rukavaarassa, Reposelän-Kalliolammen-Kulosuon alueella sekä Ison Palvasuon länsi- ja pohjoispuolisilla alueilla Kiimingin ja Ylikiimingin välillä. Kiimingin vulkaniittimuodostuma sijoittuu stratigrafiassa Vuoton ja Ylikiimingin grauvakkamuodostumien valiin. Vulkaniittimuodostuman alla Vuoton muodostuman yläosassa on aeromagneettisia anomalioita, jotka todennäköisimmin johtuvat ohuesta mutta melko yhtenäisestä mustaliuskevyöhykkeestä. Tämän vyöhykkeen rinnastamiseksi Vepsän muodostumaan ei kuitenkaan ole riittäviä geologisia havaintoja. Vulkaniittien ja niihin sijainniltaan läheisesti liittyvän Koitelin kvartsiittimuodostuman geologisissa suhteissa on tulkinnanvaraisuutta. Havaintojen perusteella on selvää, että Koitelin kvartsiittia on stratigrafisesti Kiimingin vulkaniittimuodostuman alaosan vulkaniittien paalla. Vulkaniittialueen itä- ja eteläreunalla vulkaniitteja on myös välittömästi Koitelin muodostuman paalla. Oheisessa stratigrafiakaaviossa (kuva 3) Koitelin muodostuma on tulkittu vulkaniittien kanssa samanaikaisesti syntyneeksi, miltei kokonaan vulkaniittiyksiköiden valiin sijoittuvaksi sedimenttiyksiköksi. Vulkaniittien yhteydessa tavataan yleisesti dolomiittivälikerroksia. Tavallisesti ne ovat ohuita linssejä, mutta Kiimingin kirkonkylän lähellä niillä voi olla paksuutta muutamia kymmeniä metrejä. Vulkaniittialueen itäosassa Juuvalla vulkaniiteissa on dolomiitin ohella serttivälikerroksia. Kiimingissä yleisin vulkaniittityyppi on keski- tai karkearakeinen massamainen metalaava, mutta paikoin esiintyy myös tyynylaavoja, hienorakeisia massamaisia laavoja ja mantelikiviä. Tyynylaavojen yhteydessa tavataan usein erilaisia laavabreksioita. Karkeita pyroklastisia kiviä, kuten agglomeraatteja ja lapillituffeja, ei ole tavattu lainkaan ja primäärirakenteensa säilyttäneitä tuffejakin tunnetaan vain harvoista paljastumista. Muutamat havainnot kuitenkin osoittavat, että osa tuffeista on uudestikiteytynyt karkeaksi sarvivälke-plagioklaasikiveksi, jonka makroskooppinen asu ei juuri poikkea massamaisista metalaavoista. 4.5 Haukiputaan muodostuman vulkaniitit Haukiputaan muodostuma koostuu mustaliuskeista, fylliiteistä, grauvakoista ja vulkaniiteista. Mustaliuskeet aiheuttavat aeromagneettisissa kartoissa näkyvän anomaliajak-

15 son, joka ulottuu Haukiputaalta lähelle Muhosta. Koska paljastumia on vähän, kuva muodostuman rakenteesta ja laajuudesta perustuu pohjoisinta osaa lukuunottamatta yksinomaan geofysikaalisiin karttoihin. Jakson suhde Pohjois-Pohjanmaan muihin muodostumiin tunnetaan puutteellisesti. Jakson kivilajiseurue ja myös geofysikaalisista kartoista nähtävät rakennepiirteet poikkeavat liuskealueen muista osista siinä määrin, että jakson voisi otaksua olevan alloktoninen, nykyiseen asemaansa tektonisesti sijoittunut yksikkö. Jakson sedimenttiset ja vulkaaniset kivilajit ovat silti saattaneet kerrostua samaan sedimentaatioaltaaseen kuin liuskealueen itaisemman osan muodostumat. Sedimentit ovat tyypiltään distaalisempia kuin esimerkiksi Kiimingin alueella, ja vulkaniitit ovat geokemiallisesti hiukan erilaisia kuin liuskealueen muissa osissa. Haukiputaan muodostuman stratigrafiakaavio on kuvassa 3. Haukiputaan muodostuman vulkaniitit ovat kohtalaisen hyvin paljastuneina ainoastaan Martinniemen-Halosenlahden-Asemakylän alueella. Lohkareiden ja parin erillisen paljastuman perusteella voidaan kuitenkin otaksua, että vulkaniitteja liittyy edellä mainittuun anomaliajaksoon yleisemminkin kuin nyt on tiedossa. Haukiputaan paljastumissa vulkaniitit ovat yleisimmin massamaisia, hieno- tai keskirakeisia mafisia metalaavoja. Laavojen yhteydessa esiintyy joitakin ohuita, enintään muutaman metrin vahvuisia tuffiittisia valikerroksia. Selvästi pyroklastisiksi tunnistettavia kiviä ei ole tavattu, mutta tällaisia saattavat olla muutamissa paljastumissa esiintyvät hienorakeiset, voimakkaasti suuntautuneet»vihreäliuskeet». 1.1 Analyysiaineisto 5 GEOKEMIA 5.1 Analyysiaineisto ja luokitteluperusteet Tässä raportissa on käytetty hyväksi Pohjois-Pohjanmaalta kallioperakartoituksen ja Lapin vulkaniittiprojektin yhteydessa teetettyja kemiallisia analyyseja seka Kahkösen ym. (1986) julkaisemia analyyseja. Kallioperakartoituksen yhteydessa teetetyt pääalkuaineiden XRF-analyysit on tehnyt V. Hoffren Geologian tutkimuskeskuksen kemian laboratoriossa. Lapin vulkaniittiprojektin teettamat pää- ja hivenalkuaineiden XRF-analyysit on tehnyt Rautaruukki Oy:n Raahen laboratorio. Useimmista näytteistä on teetetty hivenainemaarityksia ja muutamista näytteistä myös REE-maarityksia Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen (VTT) reaktorilaboratoriossa. Kahkösen ym. (1986) julkaiseman aineiston pääja hivenalkuaineanalyysit on tehty Rautaruukki Oy:n ja REE-maaritykset VTT:n laboratorioissa. Kaikkiaan käytettävissä on ollut analyysitietoja 216 vulkaniittinaytteesta Geoltemiallinen luokittelu Raportissa selostetaan vulkaniittien geokemiallisia piirteitä kustakin merkittävästä vulkaniittiyksikösta yleisesti käytössä olevia menetelmiä soveltaen. Muodostumakohtaiset tilastotaulukot esitetään liitteissa 1-7. Pääalkuaineisiin perustuvassa vulkaniittien kemiallisessa luokittelussa käytetään systemaattisesti seuraavia diagrammeja: TAS-diagrammi (totaalialkali, piioksidi). Luokkarajat Le Bas'n ym. (1986) mukaisesti. AFM-diagrammi (totaalialkali, totaalirauta FeO:na, MgO). Tholeiitti- ja kalkkialkalikentat Irvinen & Baragarin (1971) mukaisesti. R1R2-diagrammi (R1= 4Si-11(Na + K)-2(Fe + Ti), R2 = 6Ca + 2Mg + Al, millikationipitoisuuksista laskettuina). Luokkarajat De la Rochen ym. (1980) mukaisesti. Jensenin kationidiagrammi (A120,, FeO + Fe,O, + TiO?, MgO, kationiprosentteina ilmaistuina). Luokkarajat Jensenin (1976) mukaisesti. Sekundaarisia muutoksia osoittamaan käytetyt diagrammit ovat seuraavat: Logaritmiset molekyyliosuussuhdediagrammit (log(x/z), log(y/z), joissa Z = NA20 tai Klo, X=Si02 tai CaO, Y =Si02, AL,O, tai FM). Resenttien vulkaniittien kentat Beswickin & Soucien (1978) mukaisesti.

16 ErL log Frn / K Z ~ 0 l 2 3 log Frn 1 Kz0.L3 log Frn 1 NazO CaO / Ala03 o-m Kz0 + NazO Kuva 4. Pohjagneissialueen vulkaniittien sekundaarisia muuttumisia kuvaavat diagrammit. (Y = Yli-Ii, P = Puutturi, K = Kakipera). Fig. 4. Archean Bnsement gneiss nrea. Dingrnlns for secondnry nlterntions.

17 Kuva 5. Pohjagneissialueen vulkaniittien AFM- ja Jensenin kationidiagrammi. Fig. 5. AFM and Jensen cntion diagra~ns for volcatzic rocks of the Arckenn Basement gneiss area.

18 trachy te 0 I " " I 1 ' " R i Kuva 6. Pohjagneissialueen vulkaniittien TAS- ja R1R2 -diagrammit. Fig. 6. TAS and RIR2 diagrams for volcanic rocks of tlze Archean Basenzent gneiss area.

19 Kuva 7. Pohjagneissialueen laavojen MORB -normalisoitu alkuainejakauma. Fig. 7. MORB-norr~?alized eleinent distribution for lavas of the' Archean Basement gneiss area. Hughesin diagrammi (totaalialkali, 100 * K,O/totaalialkali), resenttien vulkaniittien»igneous spectrum)) -kenttä Hughesin (1973) mukaisesti. Davisin diagrammi (Mg0/10, CaO/AL,O,, Si0,/100), mot altered)) -kenttä Davisin ym. (1978) mukaisesti. Kaikissa diagrammeissa kaytetaan ns. vedettömiä koostumuksia, jotka on saatu laskemalla paaalkuaineiden summa 100 % : ksi. Rauta on tarvittaessa jaettu Fe0:ksi ja Fe,O,:ksi Irvinen & Baragarin (1971) esittämal- 1a laskentakaavalla: Fe,O, = Ti02 + 1,5 FeO = (Fe,O,TOT-Ti0,-1,5)* 0,8998 Mg-luku on laskettu kaavasta: MG LUKU = 100*(Mg0/40,32)/(Mg0/40,32 + FeO/ MnO/70,94) Kivenalkuainejakaumia tarkastellaan MORB-normalisoitujen diagrammien avulla. Normalisointiarvoina kaytetaan Pearcen (1982) esittamia pitoisuuksia. REE-jakaumia kuvaavissa kondriittinormalisoiduissa diagrammeissa kaytetaan normalisointiarvoina Hickeyn & Freyn (1982) esittämiä pitoisuuksia. 5.2 Vulkaniittimuodostumien kemiallinen luokittelu Pohjagneissialueen vulkaniittit Pohjagneissialueen vulkaniiteista on vain niukasti kemiallisia analyysejä, joten esitettavat tulokset ovat ainoastaan suuntaa-antavia. Yli-Iin näytteet (5 kpl) on otettu kahdesta tyynylaavapaljastumasta ja Käkiperan näytteet tyynylaavasta ja massamaisesta amfiboliitista. Kähkösen ym. (1986) julkaisemat Käkiperan alueen kemialliset analyysit ovat laavoista ja Puutturin analyysit amfiboliitista,

20 tuffiitista ja vulkaniklastisesta kivestä. Kakiperän ja Puutturin näytteistä 5 kpl on luokiteltu laavaksi ja 6 kpl alkuperältään tunnistamattomaksi metavulkaniitiksi. Sekundaarisia muutoksia kuvaavissa diagrammeissa (kuva 4) pohjagneissialueen vulkaniitit sijoittuvat kohtalaisen hyvin muuttumattomien vulkaniittien kenttiin. Mainittavaa kalsiumin köyhtymista esiintyy vain Puutturin naytteissa. Alkalien määrää ja keskinäistä suhdetta kuvaavassa diagrammissa (kuva 4 G) Kakiperan ja Puutturin analyysipisteet osoittavat suurehkoa alkalimaaraa ja heterogeenista Na-K-suhdetta. Jakauman perusteella alkalit ovat olleet näillä alueilla jossain vaiheessa huomattavan liikkuvia. Yli-Iin laavojen analyysipisteet ovat suppealla alalla, ja niiden alkalimaara on poikkeuksellisen pieni; kyseessä voi olla primaaripiirre. AFM- ja Jensenin diagrammissa Yli-Iin naytteet sijoittuvat suppealle alueelle tholeiittikenttaan (kuva 5). Puutturin ja Kakiperan naytteissa hajonta on laajempi, ja osa niista sijoittuu kalkkialkalikentan puolelle. TAS- ja R1R2-diagrammeissa (kuva 6) analyysipisteet sijoittuvat basalttien ja andesiittisten basalttien kenttiin, ja näissäkin diagrammeissa Yli-Iin analyysit muodostavat muista selvästi erottuvan ryhmän. Kuvan 7 diagrammissa seka Yli-Iin että Kakiperan laavojen alkuainejakauma on hyvin samankaltainen. Erona on ainoastaan se, että Kakiperan näytteiden pitoisuudet ovat suuremmat. Diagrammin perusteella on ilmeista, että laavojen primaarikoostumus on ollut hyvin samanlainen eivätkä mahdolliset myöhemmät muutoksetkaan ole vaikuttaneet merkittävästi diagrammin alkuaineiden keskinäisiin suhteisiin Vepsan muodostuman vulkaniitit Vepsan vulkaniitit ovat heikosti paljastuneita, ja niista on käytettävissä ainoastaan muutamia analyysejä. Kenttähavaintojen ja petrografian perusteella amfiboliitteja pidetään metavulkaniitteina: laavoina, tuffeina ja vulkaniklastisina kivina. Näytteistä 9 kpl on luokiteltu alkuperältään tunnistamattomaksi metavulkaniitiksi ja 3 kpl laavaksi. Muuttumattomiin vulkaniitteihin verrattuna lähes kaikissa Vepsan amfiboliiteissa on kalsium köyhtynyt verrattuna Fm-lukuun (Fe:n, Mg:n ja Mn:n yhteismäaräan) (kuva 8). Tämäntyyppisen muutoksen voi aiheuttaa meriveden aikaansaama uuttuminen ja kemiallinen rapautuminen (Garcia 1978). Alkalien liikkuvuutta kuvaavalla Hughesin diagrammilla (kuva 8 G) analyysipisteet ovat muutamaa lukuun ottamatta normaalin vaihtelun alueella. Tämän mukaan alkalien määrässä ja keskinäisessä suhteessa ei ole tapahtunut merkittävää sekundaarista muutosta. Vulkaniittien luokitteluun kaytetyissa AFM-, Jensenin ja TAS-diagrammeissa (kuvat 9 ja 10) analyysipisteet sijoittuvat suppealle alalle. Näiden luokittelujen mukaan Vepsan amfiboliitit ovat tholeiittisia basaltteja ja basalttisia andesiitteja. RlR2-diagrammissa (kuva 10) pisteet hajoavat useisiin kenttiin. Tämä johtuu pääasiassa edellä mainitusta kalsiumin määrän sekundaarisesta muuttumisesta. Kuvan 1 1 diagrammi, MORB-normalisoitu alkuainejakauma, perustuu kolmeen laavaksi luokiteltuun näytteeseen. Nämä naytteet osoittavat varsin laajaa pitoisuuksien hajontaa. Analysoiduilla aineilla on yhdenmukainen vasemmalle nouseva jakauma ja kromia lukuunottamatta suhteellisen suuret pitoisuudet. Muutamia La-, Sm- ja Lu-maarityksia lukuun ottamatta Vepsan amfiboliiteista ei ole REE-analyysejä. Useimmissa naytteissa lantaani on rikastunut samariumiin ja lutetiumiin nähden (kuva 12) Pyyraselan vulkaniittimuodostuma Kenttähavaintojen perusteella useimmat Pyyraselan vulkaniittinaytteet on luokiteltu (meta)laavoiksi (40 kpl). Metavulkaniiteiksi on luokiteltu naytteet, joiden alkuperästä ei ole selviä viitteitä (8 kpl). Tähän joukkon kuuluu liuskeisia, epahomogeenisia ja voimakkaasti uudestikiteytyneita kivia, jotka ovat alkujaan saattaneet olla laavoja, pyroklastiitteja tai vulkaniklastisia kivia. Sekundaarista muuttumista kuvaavien diagrammien (kuva 13) perusteella Pyyraselän vulkaniitit ovat varsin vähän muuttuneita. Ainoa säännönmukainen muutos on vähäinen kalsiumin köyhtyminen; alkalien osalta muutokset ovat satunnaisia.