LOVASJARVEN MAFINEN INTRUUSIO. Jaakko Siivola

Transkriptio

1 LOVASJARVEN MAFINEN INTRUUSIO Jaakko Siivola Siivola, Jaakko, The mafic intrusion of Lovasjarvi. Geologian tutkimuskeskus - Geological Survey of Finland, Tutkimusraportti - Report of Investigation 76, figures, 2 tables. The mafic intrusion of Lovasjarvi, which is over 5 km long and nearly 800 m wide, cuts the Svecofennian bedrock and is cut by rapakivi granites at both ends. According to the radiometric age determinations ( Ma, U-Pb from zircon), it belongs to the same age group as the rapakivi granites of SE-Finland and the diabases of Hame. The intrusion consists of plagioclase olivine rock, olivine diabase and diabase, which seem to be differentiation products of the same mafic parent material. In addition there are some felsic rock types, which may at least partly be of rheomorphic origin. Key words: intrusions, diabase, Proterozoic, Mantyharju, Valkeala, Lovasjarvi Jaakko Siivola Helsingin yliopisto Geologian laitos PL HELSINKI Jaakko Siivola University of Helsinki Department of Geology PO. Box 115 SF HELSINKI, FINLAND

2 Johdanto Lovasjarven differentioitunut mafinen intruusio sijaitsee Mantyharjun ja Valkealan kunnissa. Se on merkitty jo Suomen geologisen yleiskartan lehdelle C2, Mikkeli (Frosterus 1900), pienenä, pyöreänä alueena lähelle Mantyharjun puolella sijaitsevaa Lovaskoskea. Karttamerkintöjen mukaan esiintymän kivilaji on jotunista diabaasia ja labradorikivea. Simosen &?)rrväisen (1965) laatimalla kallioperäkartalla 3132, Savitaipale, tämän diabaasiksi tulkitun intruusion on merkitty jatkuvan Lovaskoskelta kaakkoon aina Viipurin rapakivialueeseen saakka. Kartalta puuttuu kuitenkin intruusion luoteisosa. Geologisen tutkimuslaitoksen aeromagneettisella korkealentokartalla vuodelta 1964 (lehti ) näkyy voimakkaasti ympäristöstään erottuva, luoteis-kaakkoinen (N 45" W) positiivinen anomalia. Sen aiheuttaa Lovasjarven intruusio, joka on kontaktissa sekä Viipurin rapakiveen että sen satelliittiin, Suomenniemen rapakiveen. Yksityiskohtaiset tiedot alueella tehdyistä töistä ja tutkimuksista on koottu Alviolan (1981) raporttiin, jossa on esitetty myös geofysikaaliset kenttä- ja laboratoriomittaukset. Seudun diabaaseja on tutkinut myös Laitakari (1969, 1987). Lovasjarven intruusion pituus on runsaat viisi kilometriä ja leveys suurimmillaan lähes 800 metriä (kuva 1). Kontaktit sivukiviin ovat ilmeisesti pystyt, joten intruusiota on pidettava lähinnä pystyasentoisena laattana eikä varsinaisena juonena. Se leikkaa Viipurin ja Suomenniemen rapakivien välissä sijaitsevia osin migmatiittista mikrokliinigraniittia, granaatti- ja kordieriittipitoista kiillegneissia seka tasarakeista granodioriittia. Muodostuman molemmissa paissä, rapakiven kontakteissa on intrusiivibreksioita, jotka osoittavat mafisen intruusion olevan geologisesti rapakivea vanhemman. Lovasjarven intruusio asettui kuoren NW-SE -suuntaiseen halkeamaan todennäköisesti samaan aikaan kuin rapakivet tunkeutuivat paikalleen ja aiheuttivat maankuoren liikuntoja. Kivilajien petrografia ja kemiallinen koostumus Kuten Alviola (1981) on raportissaan ja siihen liittyvässä kartassa esittänyt, voidaan Lovasjarven intruusiossa erottaa seuraavat faasit: - plagioklaasi-oliviinikivi - oliviinidiabaasi - diabaasi - graniittiset (syeniittiset) osueet ja juonet - intrusiivibreksiat. Naista ovat ainakin kolme ensin mainittua varsin mafisen materiaalin differentiaatteja. Ne edustavat mahdollisesti eri intruusiovaiheita, joilla ei kuitenkaan liene suuria ikäeroja, koska kivet vaihettuvat toisikseen ilman teräviä kontakteja. Plagioklaasi-oliviinikivi ja sitä ympäröivä oliviinidiabaasi muodostavat Lovasjarven intruusion luoteispaan. Kauttaaltaan karkea diabaasi käsittää intruusion keski- ja kaakkoisosan. Paikoitellen tavattavat felsisemmat osueet saattavat olla toisaalta primaarisen materiaalin viimeisiä differentiaatteja tai mafisen silikaattisulan mobiloimaa Si0,-rikasta sivukiviainesta. Viimeksi mainitulla tavalla ovat syntyneet ainakin diabaasia leikkaavat reomorfiset juonet. Plagioklaasi-oliviinikivi (taulukko 1, analyysi 2) on pieni- ja tasarakeinen oliviinikumu- laatti, jossa paamineraaleina ovat jokseenkin omamuotoinen oliviini (Fo,,),, vyöhykkeinen plagioklaasi (An,,-An,,) seka oksidinen opaakki. Suurin osa oksidifaasista on pirotteena oliviinirakeiden valitiloissa. Poikiliittista, saliittista klinopyrokseenia on vähän, samoin pu-

3 Kuva 1. Mantyharjun LovasjSLrven intruusio (Alviola 1981). Fig. 1. LovasjW intmsion in Mantyharju (Alviola 1981). 1. plagioklaasi-oliviinikivea - plagioclase olivine mck, 2. oliviinidiabaasia - olivine diabase, 3. diabaasia - diabase, 4. graniittisia juonia - granitic veins.5. rapakivea - nipakivigranite,6. mikrokliinigraniittia - mictoclinegranite 7. granodioriittia - granodiorite, 8. kiiilegneissia - mica gneiss, 9. migmatiittia - migmatite, 10. breksia - breccia.

4 naruskeaa biotiittia, jota on monin paikoin kapeana reaktiosaumana oksidirakeiden kontakteissa plagioklaasia vasten. Paikoin biotiitti on hiukan kloriittiutunut. Kiven mikrorakoja täyttää kellertävä, ruskehtava tai vihertävä serpentiini. Plagioklaasi-oliviinikiven tiheys on huomattavan suuri (3.49). 1UGS:n nimistön mukaan tämä kivi on melatroktoliittia. Oliviinidiabaasi (taulukko 1, analyysi 1) on pienirakeinen kivi, jonka primaariset päämineraalit ovat vyöhykkeinen plagioklaasi (An,,-An,,), oliviini (Fo,,) ja biotiitti (tumman ruskeahäritön). Oksidista opaakkia ja augiittia on vähemmän. Aksessorisia mineraaleja ovat apatiitti, serpentiini ja amfiboli. Tässä kivessä reaktiot oksidisen materiaalin ja plagioklaasin sekä oliviinin ja plagioklaasin välillä ovat edenneet pitemmälle (amfiboliksi) kuin plagioklaasi-oliviinikivessa. Oliviiniplagioklaasireaktio on paikoin tuottanut oliviinin ympärille diopsidia, josta edelleen on syntynyt ruskehtavaa amfibolia (vrt. point counting - analyysi, taulukko 1). Myös primaarinen, Schiller -tekstuurinen klinopyrokseeni on muuttunut amfiboliksi ja edelleen biotiitiksi. Taulukko 1. Lovasjarven intruusion kivilajien kemiallisia ja modaalisia koostumuksia sekä tiheyksia. Kemialliset analyysit: P. Ojanpera, V. Hoffrén, M.-L. Hagel ja R. Danielsson, point counting -analyysit: A. Nissinen. Table 1. Chemical and modal compositions and densities of rocks of Lovasjärvi intrusion. Chemical anaiyses: I? Ojanpera, K Hoffrrén, M.-L. Hagel and R. Danielsson, point counting anaiyses: A. Nissinen. SiO, TiO, A1203 Fe203 FeO MnO MgO CaO Summa Cr Cu v Ni Rb20 SrO Bao ZrO, Oliviini - Olivine Plagioklaasi - Plagioclase Opaakit - Opaques Klinopyrokseeni - Clinopyroxene Amfiboli - Amphibole Biotiitti - Biotite Kloriitti ja muut - Chlorite and others Kalimaasalpa - Potassium feldspar Kvartsi - Quartz Tiheys - Density 2,90 3,49 2,90 2,66 1. Oliviinidiabaasi - Olivine diabase. Vehmaanmaki, Mantyharju. Kartta - Map , x = 6785,73, y = 505,31. Nayte - Sample 18H/Lj/JS/ Plagioklaasi-oliviinikivi - Plagioclase-olivine rock. Ojasuo, Mantyharju. Kartta - Map , x = 6784,93, y = 505,94. Nayte - Sample 39/Lj/JS( Diabaasi - Diabase. Hakosaari, Valkeala. Kartta - Map , x = 6782,96, y = 507,92. Nayte - Sample 7/Lj/JS/ Graniittista ainesta diabaasissa - Granitic materia1 in diabase. Myllylahti 250 m S, Mantyharju. Kartta - Map , x = 6784,22, y = 506,78. Nayte - Sample 15A/Lj/JS/76.

5 Diabaasi (taulukko 1, analyysi 3) on keski- tai karkearakeinen subofiittinen kivi, jonka paamineraaleina ovat vyöhykkeinen plagioklaasi (An,,-An,,), amfiboli ja biotiitti. Viimemainitut mineraalit ovat enimmäkseen sekundaarisia, lähinnä augiittisen klinopyrokseenin ja primaarisen oliviinin muuttumistuloksina syntyneitä. Ilmeniitti, kloriitti ja apatiitti ovat runsaimpia aksessorisista mineraaleista. Graniittinen osue (taulukko 1, analyysi 4), joka on pieni- ja keskirakeinen ja granulaarinen, edustanee Lovasjärven intruusion viimeksi kiteytynytta vaihetta. Paamineraalit ovat osittain serisiittiytynyt oligoklaasinen plagioklaasi, kalimaasalpa ja kvartsi. Vihertavaa sarvivalketta ja likaisen ruskeaa biotiittia on niukasti. Apatiitti, titaniitti, epidootti ja opaakki ovat aksessorisia mineraaleja. Lovasjarven intruusion yhteydessä tavattavat breksiat antavat hyvän kuvan differentioituneen, mafisen materiaalin geologisesta ikasuhteesta sivukiviin. Breksia Lovasjarven Hakosaaren etelä- ja lounaisrannoilla (kuva 2) on syntynyt diabaasin tunkeutuessa paikoilleen. Breksian murtokappaleet ovat osaksi mekaanisesti rikkoutuneita, osaksi kemiallisesti muuttuneita kiviä, joista voi vielä tunnistaa ainakin mikrokliinigraniitin, granodioriitin, amfiboliitin ja kiilleliuskeen kappaleita. Intruusion paissa tavattavissa breksioissa rapakivi sisältää diabaasin murtokappaleita (kuva 3). Nämä breksiat ovat edelliseen verrattuna huomattavan kylmiä, sillä mafisissa murtokappaleissa ei ole havaittavissa kovinkaan suuria kemiallisia tai kohonneen lämpötilan aiheuttamia muutoksia. Kuva 2. Sivukivimurskaleita diabaasissa. Fig. 2. Wall-rock fragments in diabase. Hakosaari, Valkeala. Valokuva - Photo J. Siivola.

6 Kuva 3. Diabaasimurskaleita rapakivessa. Fig. 3. Diabase fragrnents in rapakivi granite. Halkonierni, Valkeala. Valokuva - Photo J. Siivola. Intruusion ikä Lovasjarven intruusion paissa seka Viipurin että Suomenniemen rapakivien kontakteissa tavattavat breksiat seka diabaasia leikkaavat apliittiset rapakivijuonet osoittavat intruusion olevan rapakivia vanhemman. Ikäsuhteiden selvittämiseksi rikastettiin Lovasjarven karkearakeisesta diabaasista zirkonia U-Pb-maarityksia varten. Massa-analyyttinen tutkimus tehtiin neljästä eri fraktiosta. Tulokset nähdään kuvassa 4 ja taulukossa 2. Analyysituloksista Taulukko 2. U-Pb analyyttiset tulokset zirkonifraktioille. (anal. 0. Kouvo) Table 2. U-Pb analytical data for zircon fractions. (anal. 0. Kouvo) Näyte n:o Sample no. Fraktio Fradion Pitoisuus Concentration 206Pb - Lyijyn isotooppikoostumus Isotopic composition of lead Atomisuhteet ja radiometriset iät, Ma Atom ratios and radiometric ages, Ma 206pb 207pb um 238U 235~ 206pb grain size A249-Lovaskoski, Mäntyharju A249A d > 4.0;HF A573-Sorsansaari, Lovasjärvi, Valkeala A573A d>4.2;0> A574-Hakosaari, Lovasjarvi, Valkeala A574A 3.8<d< >130 X238U = 1 S5lX x 10-lOa-l X235U = x 10 -I0a-1 Atomisuhde - Atomic ratio 238U/235U =

7 Kuva 4. Lovasjarven diabaasin zirkonien konkordiadiagrarnrni ja U-Pb-isotooppisuhteet, anal. 0. Kouvo. Fig. 4. Concordia diagram and U-Pb ratios for zircon samples from the Lovasjlrvi diabase, anal. 0. Kouvo. A 249: Karkearakeinen diabaasi - Coarse grained diabase, Lovaskoski, Mantyharju. Kartta -Map , X = 6784,3, y = 506,5. A 573: Karkearakeinen diabaasi - Coarse grained diabase, Lovasjiirvi, Valkeala. Kartta - Map , X = 6783,08, y = 507,84. A 574: Karkearakeinen diabaasi - Coarsegrained diabase, Hakosaari, Lovasjiirvi, Valkeala. Kartta - Map , X = 6782,98, y = 507,92. mainittakoon, etta korkea 2ogPb-maara viittaa korkeaan Th/U-suhteeseen verrattuna granitoidien zirkoneihin. Sama piirre on nahtavissa Ansion juonessa (Laitakari 1987), jotunia lavistavissa juonissa ja Pohjois-Suomen kerrosintruusioissa (0. Kouvo, pen. comm.). Diagrammista voidaan todeta, etta naytteet A 573 ja A 249 antavat melkein konkordantin ian 1645 Ma, joka asettuu Vaasjoen (1977) ilmoittamaan rapakivien ikaryhmaan Ma. Lovasjarven intruusio voidaan siten liittaa samaan geologiseen vaiheeseen, johon rapakivien lisaksi kuuluu joukko anortosiittisia ja mafisia kivilajeja. Lovasjarven Sorsansaaresta otetusta karkeasta diabaasinaytteesta (24/JS/73, X = 6783,10, y = 507,81) on identifioitu myos baddeleyiitti - ZrO, (Siivola 1977). Patchett et al. (1981) kayttivat tata mineraalia Lu-Hf-isotooppimaarityksiin tutkimuksessaan, jossa pohdittiin mm. juuri rapakiviin liittyvien anortosiittien ja mafisten intruusioiden ainesten alkuperaa.

8 Kirjallisuusviitteet - References Alviola, R., Selostus Mantyharjun Lovasjarven intruusiota koskevista teollisuusmineraalitutkimuksista v Geologian tutkimuskeskus, arkistoitu raportti M 19/3132/-81/80, 91 S. Frosterus, B., Vuorilajikartta, C2, Mikkeli. Suomen geologinen yleiskartta, 1 : Laitakari, I., On the set of olivine diabase dikes in Hame, Finland. Bull. Comm. gcol. Finlande 241, 65 S. -, Hameen subjotuninen diabaasijuoniparvi. Abstract: The Subjotnian diabase dyke swarm of Hame. Geologian tutkimuskeskus - Geological Survey of Finland. Tutkimusraportti - Report of Investigation 76, Patchett, P., Kouvo, 0. Hedge, CE. & Tatsumoto, M., Evolution of Continental Crust and Mantle Heterogeneity: Evidence from Hf isotopes. Contrib. Mineral. Petrol. 78, Siivola, J., Baddeleyite - Zr02 - from Lovasjarvi diabase, southeastern Finland. Bull. Geol. Soc. Finland 49, Simonen, A. & Tyrvainen, A., Kallioperakartta - Pre-Quaternary rocks, 3132, Savitaipale. Suomen geologinen kartta - Geological map of Finland, 1 : Vaasjoki, M., Rapakivi granites and other postorogenic rocks in Finland: Their age and the lead isotopic composition of certain associated galena mineralizations. Geol. Surv. Finland, Bull. 294, 64 S.