. --. POHJAl4OREENIN AINEKSEN MAGNEETTINEN, MIKROSKOOPPINEN JA IMROSKOOPPINEN SUUNTAUS PIANNERSAATIKON LIIImSUUNTIEN ILMENTAJANA UNSI-LAPISSA

Transkriptio

1 . --. POHJAl4OREENIN AINEKSEN MAGNEETTINEN, MIKROSKOOPPINEN JA IMROSKOOPPINEN SUUNTAUS PIANNERSAATIKON LIIImSUUNTIEN ILMENTAJANA UNSI-LAPISSA Pro-gradu tutkielma Maaperägeologia Turun yliopisto LuK Keijo Nenonen

2 ABSTRACT TURUN YLIOPISTO Maaperageologi an osasto NENONEN, KEIJO: Pohjamoreenin aineksen magneettinen, mikroskooppinen ja makroskooppinen suuntaus mannerjäätikbn liikesuuntien ilmentäjänä Länsi-Lapissa. Pro gradu -tutkielma, 107 sivua, 31 kuvat+, 11 taulukkoa, 5 liitesivua. Maaperägeologia. Helmikuu Tutkielma on tehty Geologisen tutkimuslaitoksen maaperäosastolla toimineen Pohjois-Suomen malminetsintää palvelevan maaperätutkimspro j ektin yhteydessä. Maastossa tutkituista 9:stä moreenileikkauksesta otettiin 230 sumnattua moreeninäytettä. Näytteistä tehtiin 119 mikrosuuntauslaskua moreenin hiekkarakeista ja 199 magneettisen suskeptibiliteetin anisotropiamittausta eli magneettista suuntauslaskua. Maastossa leikkauksista on tehty makrosuuntauslaskua moreenin kivistä. -- Suuntauslaskuissa raesuuntaus on tilastollisesti Von Mi~es<&autuman mukainen, joten näytteiden keskimääräinen raesuuntaus määrättiin von Mises-keskiarvona. Vertailtaessa näillä kolmella menetelmällä saatuja tuloksia, havaittiin suuntien olevan tilastollisesti yhtapitäviä. Myös suuntauslaskujen ruusudiagrammeja visuaalisesti tarkastelemalla päädyttiin samaan tulokseen. Tavanomaiset moreenin makrosuuntauslaskut kuvaavat parhaiten jäätikön virtaussuuntia. Magneettinen suuntauslasku osoittautui objektiivisuutensa ja nopeutensa ansiosta ~krosuuntauslaskut korvaavaksi menetelmalrsi. Magneettisissa suuntauslaskuissa saatiin usein poikittaisia suuntauksia jäätikön virtaussuunnan suhteen. Tämän vuoksi magneettisia suuntauslaskuja ei voida käyttää yksinään, vaan makrosuuntauslaskujen rinnalla jäätikön virtaussuuntien tulkitsemiseen. ' Tutkittujen yhdeksän moreenileikkauksen stratigrafia ja moreenin aineksen suun- - t aus voidaan rinnastaa Pohjqi GSu-&en moreenistratigraf iaan ja jäätikön virtau- -.. ' vaiheisiin. UNIVERSITY OF TURKU Institute of Quaternary Geology NENONEN, KEIJO: The magnetic, microc-copic ana macroscopic fabric of basal till as inäicators of iceiflow directions in western Finnish Lapland. Unpublished M.A. thesis, 107 p., 31 fig., 11 tab., 5 appena. Quaternary Geology. February The stuäy was made for the Department of Quaternary Geology of the Geological Survey of Finlana, in connection with the project of glacial drif't investigations for ore prospecting purposes in northern Finland. From the nine till sections studied in the field, 230 oriented till samples were taken. Microfabric analyses were made of the sana grains of 119 till ssmples, and the anisotropy of magnetic cusceptibili_ty (m-wnetic fabric) was measured from 199 samples. In the fi-eld, 48 macrofabric analyses were made of the till stones. In the fabric analyses the grain orientation is stastisticsll~ in accordance with the von Mises distribution, wherefore the mean grain orientation was estimated as the von Mises average. By comparison of the results of these three methods, the orientations were observed to be statistically consistent. The visual study of the rose diagrams gave the same recult. The common macrofabric analyses of the till characteri-zes the ice flow directions in the best way. The magnetic fabric an~lysis turned but to be ob.jective and fast, for which reason it can replace the microfabric analyses. In the magnetic fahric analyses there were often orientati'ons transverse to ice flow directions. For this reason, magnetic fahric analyses cannot be used alone, but along with macrofabric analyses for the interpretation of ice flow directions. The stratigraphy and till fabric observed the nine till sections cm be correlated with the s.tratigraphy and ice f3ow stages of northern Finland.

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17 pitoista jäätä.alustan kohoumien vastasivulla. Moreenia kerrostuu jatkuvasti ohuina kerroksina ja kivet suuntauvat siinä pituusakseli virtaussuuntaan, pituusakselin kaateen noudattaessa kerrosturnisalustan kaadetta. Syvemmällä tällaisessa moreenissa kaade kääntyy enemmän vastavirtaan. Jäätikön pohjan onteloiden täyttyessä veden kyllästämällä moreenil.la, yläpuolella liukuva jäätikkö suuntaa sen aineksen läpikotaisliikunnan avulla (kuva 4). G. 5. BOULTON k. mmnmt Kuva 4. Boulton (1971, s. 63). Subglasiaalicen pohjamoreenin kerrostuminen.silokallion distaalipuolella olevaan onteloon. Diagrammi A kuvaa moreenin magneettisen suskeptibiliteetin anisotropiaellipsoidien pisimpien akseleiden kaadetta tutkitussa ontelotaytteessa. Diagrammissa B ellipsoidien pisimpien akseleiden (pisteet) seka lyhimpien akseleiden (ristit) suunnat on esitetty stereografisessa projektiossa. Suurin osa pohjamoreenista syntyy kuitenkin jäätikön pohjan moreenipitoisen jään pysähtyessä jonkun esteen taakse ja sulaessa paikoilleen aktiivien jään vielä liukuessa kuolleen jään ylitse. Syntyvässä -moreenissa säilyy sisämoreenin suuntaus, mutta myös ylitse liukuva jää aiheuttaa uudelleensuuntausta. Uudelleensuuntautuksessa syntyy mo- 'reeniin liukupinto ja, joilla kivet suuntautuvat j.äätikön virtaussuuntaan.

18 Boultonin tutkimustulosten mukaan jaatikön sisämoreenin aineksen suuntaus on seuraavanlainen: Vastavirtaan jyrkkakaateisilla liukupinnoilla jaatikön terminuksen tai topografisen esteen läheisyydessä kivet suuntautuvat poikittain virtaukseen nkihden, tasaisilla tai alavilla viettavilla liukupinnoilla kivet suuntautuivat virtaussuuntaan. Myös näissä tutkimuksissa havaittiin kivien litteystason olevan usein yhdensuuntaisen liukupinnan tason kanssa ja omaksuvan näin --- tämän kaateen. - Andrews ja Smith.(1970, s ) esittävät, että pohjamoreenin aineksen suuntaus. syntyy jkiätikön pohjalla olevan vedenkyllastäman moreenin läpikotaisessa liikunnossa ja virtauksessa jäkitikön paineen ja liikkeen vaikutuksesta, PO~J-horeenin aineksen hienorakeisempi osa eli matriisi liikkuu tällaisessa virtauksessa nopeammin kuin karkeammat rakeet, kuten kivet ja Cwra. Tällöin pitkänomaiset rakeet suuntautuvat aikaisemmin esitetyn viskoosien nesteiden mekaniikan mukaisesti. Andrews ja Smith käyttivät kolmiulotteista suuntauslaskumenetelmää ja havaitsivat kivien kaateiden olevan yleensa melko pieniä. Lkihes koko aineistossa kaade oli 25O:tta pienempi ja suuressa osassa aineistoa alle 15O. Kaateen suunta vaihteli osassa aineistoa melkoisesti ja aineistosta ei voitu aina : havaita virtaussuunnan mukais t+aadetta. Kuitenkin heidän mukaansa kivet yleensa nousevat myötävirtaan 1. kaade on vastavirtaan, kun otetaan huomioon myös kerrostumisalustan kaade. 3.4 Suuntauksen vaihtelut moreenipatjan sisällä Pohjamoreenista tehtyjen suuntauslaskujen yleistyttyki ja 1950 luvulla havaittiin pian, että samasta moreenikerroksesta tehdyt suuntauslaksut eivät samassa tai vierekkäisissä leikkauksissa. aina annakaan samanlaista tulosta. Pääasiallinen syy suuntauslaskutulosten vaihteluun on jaatikön liikesuuntaan nähden poikittaisen suuntauksen paikoittain varsin voimakas esiintyminen. Poikittainen

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50 itä suuntaus 262O. Samojen näytteiden magneettisen hienoaineksen suuntaus vastaa mikrosuuntauslaskujen tuloksiq. Magneettinen hienoaines oli jopa paremmin suuntautunutta kuin hiekkarakeet. Syvyydellä 1,4 m - 2 m magneettiset suuntaukset olivat likipf taen samankaltaisia 104~-147~, mutta patjan pinnalla ja syvemmällä patjassa suuntaukset olivat länsilounaisia, suunnat 235O ja 257O (taulukko 5, kuva 11). Magneettfsten suuntien ja mikrosuuntien välinen vastaavuus tulee selvästi.estlle verrattaessa syvyydeltä 2 m tehdyn kolmen mlkrosuuntauslaskun kokoomadiagrammia neljän magneettisen suuntauslaskun kokoomadiagrammiiin (kuva 11). Moreenipatjassa 1 rnoreeni'n magneettinen kokonaissuskeptibiliteetti on -keskimäärin l818-l0-' m3/kg ja anisotropiasuhde keskimäärin 1,014. Patjan maannostukselle alttiissa -9 3 pinta-osassa kokonaissuskeptibtliteetti on m (kg. Erityisesti II moreenipatjassa htewtarakeiden ja magneettisen hienoaineksen suuntaus eivät vastanneet moreenipatjan kivien suuntausta, vaan pikemminktn yhtenivät ylemmästä 1 moreenipatjasta syvyyksiltti 0,5 ja 0,6 m tehtyjen mikroja magneettisten suuntauslaskujen tuloksiin,

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61 Kuva 16.. Pienennös 1 : topografikartasta Silasselkä. Tutkimuskaivanto on tehty pohjois-eteläsuuntaiseen moreenipeitteiseen harjumuodostumaan, jonka kulkua voidaan karttakuvasta seurata ketkeilevana kumpukenttänä. Kartalla muodosturna on rajattu ruskeilla viivoilla..- aineksen suuntaus oli hajanaisempi kuin mikroja makrosuuntauslaskussa, mutta magneettisten suuntauslaskujen kokoomadiagrammissa havaitaan selvä suuntaus 163O (kuva 17). Ylemmän moreenikerroksen magneettinen kokonaissuskeptibiliteetti on keskimäärin ~ m3/kg ja anisotropiasuhde 1,038. i Alemmassa soramoreenikerroksessa kivet ovat hyvin suuntautuneet. Syvyydeltä 1,8 m tehdyssä makrosuuntauslaskussa on vahva maksimisuunta 2 6 8O. Moreenin hienorakeisempi aines on heikommin suuntautunutta. Samalta syvyydeltä tehdyssä 550:n rakeen mikrosuuntauslaskussa on levea maksimi suunnassa 273O ja sivupiikki suunnassa 2 OoO. Vastaavista näytteistä tehdyissä magneettisissa suuntauslaskuissa esiintyi kolmentyyppisiä suuntauksia 254O - 264O, 210 ja 29g Suunnista vain ensinmainitut yhtenevät mikroja makrosuuntauslaskuj'en tuloksiin samalla syvyydeltä (kuva 17, taulukko 81. Kerroksen magneettinen kokonaissuskeptibiliteetti on keskimäärin ' m3,/kg,yksikköä ja anisotropiasuhde keskimäärin 1,034. Mikrosuuntauslaskun levea diagrammi rakentuu 550:n raesuunnan prosentuaalisesta jakamasta, jolloin diagrammi laskettujen rakeiden

62

63

64 suuresta määrästä johtuen tylpistyy ja lähentelee raesuunnille esitettyä teoreettista ellipsimäistä kuvaajaa. Alemmasta moreenikerroksesta tehdyn raekoostumusanalyysin mukaan kerros on 70 %:sti hiekkaa. Kerros ei liene varsinaisesti moreeni vaan pikemminkin morenisoitunut alapuolisen lajittuneen sedimentin pinta-osa. Kerroksen kivien ja hiekkarakeiden suuntaus on poikittain moreenipeitteisen harjumuodosuman pituussuuntaan nähden. G. Lundqvistin (1948) mukaan harjuista - - tehdyt suuntauslaskut antavat usein suuntausmaksimin poikittain muodostuman suuntaan nahden. Näin voidaan olettaa myös Ci-kerroksen suuntauksen syntyneen. Kyseessä saattaa olla myös poikittaissuuntaus, joka on syntynyt kivien pyöriessä pituusakselinsa ympäri. Lisäksi kerroksen raekoostumus ja aineksen suurempi pyöristyneisyysaste sekä paineolosuhteet kerrostuman syntyessä ovat voineet edesauttaa ko. suuntauksen syntyä. Nämä suuntautumismekanismit ovat kuitenkin tässä tapauksessa epatodennäköisia, koska vastaavanlaista poikittaissuunnan kehittymistä ei näy 0,8 m:n ja 0,4 m:n syvyyksiltä tehdyissa suuntauslaskuissa. Moreenipeitteinen harjumuodostuma rinnastetaan peräpohjola-interstadiaalin kerrostumiin, kuten useat samankaltaiset muodostumat Lapissa. Harjun päällä oleva moreeni rinnastetaan Pohjois-Suomen II etenemisvaiheessa kerrostuneisiin : moreeneihin, ja suuntaukseltaan se yhtenee II etenemisvaiheen yleiseen virtaussuuntaan alueella Kaivanto 61/HH/74 Sijainti: Sirkka - Inari tie Iso-Nilimaa x = , y = KTL Suasselkä. Kaivanto sijaitsi jokilaaksojen halkomalla melko tasaisella pohjamoreenialueella. Profiilissa erottui kaksi moreenipatjaa, jotka erotti vajaan 1 m:n vahvuinen hiekkakerros. Päällimmäinen moreenipatja koostui kahdesta toisistaan poikkeavasta kerroksesta, joista ylempi B-kerros oli löyhää lamellirakenteista, vähä- ja pienikivista vihertävänruskeaa hiekkhoreenia ja alempi C1-kerros tiiviimpää rakenteetonta runsaskivistä

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112