Etelä-Suomen yksikkö K21.42/2009/6 21.1.2009 Espoo Alustava rakennetulkinta Seinäjoen alueesta Mikko Nironen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro 21.1.2009 Tekijät Mikko Nironen Raportin laji Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Raportin nimi Alustava rakennetulkinta Seinäjoen alueesta Tiivistelmä Seinäjoen alueelle kesäkuussa.2008 tehdyn ekskursion tarkoituksena oli esitellä alueelle tyypilliset kivilajit sekä kohteita, joissa on kohonneita kultapitoisuuksia. Hyvin rajallisen rakennegeologisen informaation perusteella tehdyn kehitysmallin mukaan vallitsevat liuskeisuudet kehittyivät alueellisen D 2 -vaiheen aikana. Syn/postmetamorfisen D 3 -deformaation aikana tapahtui työntöä kohti itää, jolloin pohjois-eteläsuuntaiset rakenteet tiukkenivat ja likimain itä-läntisiä siirroksia reaktivoitui tai syntyi. Kohonneet kultapitoisuudet Ilmajoen Välikorven vulkaniitissa viittaavat melko varhaiseen (D 2?) kullan rikastumiseen, kun taas Seinäjoen Sikakankaan loiva-asentoista S 2 - liuskeisuutta leikkaavien kultapitoisten hiertosaumojen yhteys D 2 :een jäi epäselväksi. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) kallioperä, rakenneanalyysi, kulta Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Seinäjoki Karttalehdet 1244, 2222, 2311 Muut tiedot Arkistosarjan nimi Arkistotunnus K21.42/2009/6 Kokonaissivumäärä Kieli Hinta Julkisuus 6 Suomi Julkinen Yksikkö ja vastuualue Etelä-Suomen yksikkö, Kallioperä ja raaka-aineet Allekirjoitus/nimen selvennys Hanketunnus 2141000 Kallioperän geologinen ja metallogeeninen mallinnus Allekirjoitus/nimen selvennys Mikko Nironen
1 1 ALUSTAVA RAKENNETULKINTA SEINÄJOEN ALUEESTA Kuva 1. Seinäjoen alueen kallioperäkartta, ekskursiokohteet merkitty punaisella. Kuva 2. Seinäjoen alueen aeromagneettinen matalalentokartta.
2 Seinäjoen ympäristöön tehtiin 2.-4.6.2008 Niilo Kärkkäisen johtama ekskursio, jolle osallistui kahdeksan GTK:n geologia. Ekskursiolla käytiin kohteissa, joissa on kohonneita kultapitoisuuksia sekä alueelle tyypillisiä kivilajeja. Pääosa kolmen päivän ekskursiosta oli Nurmon ja Jurvan välisellä alueella (kuvat 1 ja 2). Lisäksi käytiin Vittingin jakson louhoksilla ja niiden ympäristössä sekä Lapualla; kohteita joista tein havaintoja oli yhteensä kaksitoista (kuva 1). Vittingin jakson kohteet on osoitettu myös Pasi Heikkilän nimimerkillä (PH/PAH1). Mäkitien (1999) mukaan metamorfoosiaste kohoaa Seinäjoen ympäristön alhaisesta amfiboliittifasieksesta (andalusiittivyöhyke) lounaaseen, Ilmajoelle, lähes granuliittifasiekseen (granaatti-kordieriitti-kalimaasälpävyöhyke). Metamorfoosiaste kohoaa myös mafisten vulkaniittien ja serttien luonnehtiman ns. Vittingin jakson pohjoispuolella kohti Vaasan migmatiitti/graniittikompleksia (Alviola et al. 2001), joten alhaisimman asteen metamorfinen vyöhyke kulkee lähes itä-läntisenä Vittingistä Seinäjoelle. Kuva 3. Andalusiittipitoista liusketta Vittingin jakson eteläpuolella (kohteessa 7). Koodilevyn pituus 12 cm. Kiveen piirretty nuoli osoittaa pohjoiseen. 1.1 Kohteellista rakennetulkintaa Vittingin jakson eteläpuolella (7 = 109-PAH1-04: 6975426, 3275758), on tieleikkauksessa andalu-siittivyöhykkeen peliittistä liusketta. Andalusiittiporfyroblastien pituussuunta on koostumusraitaisuuden (S n ) suhteen pienessä kulmassa oikeakätisesti (kuva 3). Tässä suunnassa näyttää olevan krenulaatioliuskeisuus (S n+1 ), ja tämä on myös leikkaavien ja oikeakätisesti poimuttuneiden kvartsijuonien pienoispoimuakselitason kulkusuunta. Paljastumalta tehdyssä ohuthieessä näkyy andalusiittiporfyroblastien pituusssunnassa läpikotainen biotiittisuuntaus, jota deformoi oikea-kätisesti (20 :een kulmassa) spaced-tyyppinen krenulaatioliuskeisuus. S n -pinnalla erottuu selvä leikkauslineaatio. S n = 010/82, S n+1 = 337/88, Ln/n+1 = 065/70, PPA kvj = 070/65. Mäkitien (1999) mukaan Seinäjoen-Ilmajoen alueella on isokliinista F 2 -poimutusta, jonka kyljillä on kompositio-rakenteinen koostumusraitaisuus S0-(S 1?-)S2; tämä on selvin paljastumilla havaittava ta-
3 sosuuntaus. S 2:n tasossa on kvartsijuonia, ja havaitut F2-poimut ovat Seinäjoen alueella oikeakätisiä. Mäkitien mukaan myöhäismetamorfinen F3-poimutus deformoi S2-liuskeisuutta kätisyydeltään vaihtelevasti, F 3 -akselitasoon ei ole kehittynyt biotiittisuuntausta, ja sillimaniittikasaumat ovat kasvaneet ennen F 3 -poimutusta (Mäkitie 1999, Fig. 3d). Mäkitie (1999, Fig. 3a) kuvaa andalusiitti-staruoliitti-liusketta, jossa S 2 on kulmassa koostumusraitaisuuden S0-S1 suhteen ja andalusiittiporfyroblastien pituussuunta on yleensä raitaisuuden suunnassa (vrt. kuva 1). Vittingin jakson eteläpuolelle sovellettuna koostumusraitisuuus olisi S 0-1, läpikotaisliuskeisuus (S n ), jonka suunnassa andalusiitti-porfyroblastit ovat, olisi S 2, ja krenulaatioliuskeisuus (Sn+1) olisi S 3. Tässä tulkinnassa ero Mäkitien (1999) havaintoihin on siinä, että andalusiitti on S 2:n eikä S1:n tasossa, ja S 3 on krenulaatio-liuskeisuus. Toinen vaihtoehto on, että Vittingissä andalusiittiporfyroblastit ovat alun perin olleet S 0-1 :n tasossa mutta kääntyneet krenulaation vaikutuksesta, jolloin krenulaatio olisi S 2. Välittömästi Vittingin jakson eteläpuolella (12 = 99-PAH1-04: 6978456, 3273924) on grauvakka-liusketta jonka metamorfoosiaste on korkeampi kuin kohteessa 7: kivessä on kvartsierkaumia sekä sillimaniittia ja kalimaasälpää porfyroblasteina. Kvartsierkaumat ovat paikoin poimuttuneet oikea-kätisesti, ja retrograadisesti muskoviitiksi muuttuneissa porfyroblasteissa näkyy paikoin rotaatio-rakennetta. Vittingin Mn-louhosten alueella (8 = 18-PH-98 = Vittinki W : 6979350, 3273708) ovat mangaanisilikaattittilinssit Heikkilän (2003) mukaan venyneet pitkänomaisiksi linsseiksi siten, että venymän osoittama linssien pisin dimensio painuu kohtalaisen jyrkästi itään. Louhosten alueen kivet ovat tummuneet ja jäkälöityneet ja niin paljon että tätä tulkintaa oli mahdoton tarkistaa. Sen sijaan itäisellä avauksella (9 = 22-PH-99 = Vittinki E : 6979132, 3274299) näkyy tasosuuntauksen lisäksi pohjoispäässä mineraalilineaatio, jonka myös Heikkilä on mitannut: L = ~ 110/67. Näytteessä näkyy magneettikiisukasaumia, jotka näyttävät syntyneen ekstensionaalisiin tiloihin venymisen yhteydessä. Itäisen avauksen eteläpuolella (10 = 17-PH-99: 6979065, 3274235) on veden täyttämä sepelilouhos, jonka reunoilla kivi on ruosteista, grafiitti- ja kiisupitoista liusketta. Kivessä näkyy voimakas liuskeisuus (005/85) ja lineaatio (095/60). Itäisen avauksen pohjoispuolella (11: 6979342, 3274421) on mafista vulkaniittia, jossa on mahdollisesti tyynyrakennetta. Myös tässä kivessä on liuskeisuuden lisäksi lineaatio, joka näyttää mineraalilineaatiolta: S = 000/87, L = 080/63. Heikkilä (2003) on tulkinnut Vittingin jakson rakenteen pirstoutuneiksi ja osittain toistensa päälle tunkeutuneiksi laatoiksi, jotka ovat myöhemmässä deformaatiossa kääntyneet pystyasentoisiksi. Havaittu mineraalilineaatio ja Heikkilän tulkitsemat mangaanisilikaattilinssit viittaavat voimak-kaaseen litistymiseen, mahdollisesti isokliinisen poimutuksen kylkialueilla. Ilmajoen Ahonkylässä (1: 6971352, 3280979) on neosomijuonia sisältävää metagrauvakkaa, jonka vallitseva liuskeisuus Sn on paikoin tiukasti poimuttunut: Sn = 190/70, 030/80, PAT n+1 = 050/70, PA 1 = 130/40. Lisäksi näkyy nuorempaa, avointa poimutusta, jonka akselitasoa myöten on tunkeutunut pegmatiittijuonia; PAT n+2 :n kulku on 060. Mäkitien (1999) mukaan Seinäjoen- Ilmajoen alueella on D 3 -vaihetta nuorempaa kink-tyyppistä poimutusta josta vanhemman poimuakselitason kulkusuunta on pohjois-eteläinen (F 4 ) ja nuoremman itä-läntinen (F 5 ); F 5 poimuttaa mm. pegmatiittijuonia. Kumpikaan näistä suunnista ei sovi PAT n+2 :n kulkusuuntaan (060) joten kyseessä lienee F3-poimutus. Edellisestä länteen, Ilmajoen Välikorvessa (4: 6969649, 3256926) intermediääristä vulkaniittia (uraliittiporfyriittiä), jossa on voimakas, pelkästään mineraalineaatiosta muodostuva tekstuuri: L = 065/28. Kivessä on kohonneita Au- ja As-pitoisuuksia. Kallioperähavaintojen ja geofysikaalisten mittausten perusteella havaintopaikka on granodioriitin väliin jääneen, isokliinisesti poimut-
4 tuneen vulkaniitin päässä eli koilliseen aukeavan synkliinin tai (todennäköisemmin) synformin päässä. Ilmajoen Huississa (5: 6971300, 3261700) on kiillegneissiä ja granodioriittia, joissa molemmissa näkyy voimakas LS-tekstuuri. Tasosuuntauksen kulku on 065, ja kiillegneississä näkyy paikoin isokliinista poimutusta jonka akselitasossa tämä suuntaus on. Granodioriitissa näkyy paikoin vasenkätinen hiertosysteemi suunnassa 040. Näissä kohteissa näkyy sama vallitseva deformaatio, ja ero tekstuurityypissä johtuu siitä että Välikorpi on poimun päässä, Huissi kyljellä. Seinäjoen Sikakankaalla (6: 6962290, 3289680) on Au-mineralisoitunutta intermediääristä vulkaniittia (plagioklaasi-uraliittiporfyriittiä), jossa on paikoin myös kvartsihajarakeita. Kivessä on loiva-asentoinen läpikotainen liuskeisuus 120/17. Kultapitoisuus nousee kapeissa hiertosaumoissa, josta yhden suunta on 190/60. Toisiinsa nähden kohtisuorissa pystyleikkeissä ei erotu hiertoon viittaavaa tekstuuria vaan deformaatio näyttää olleen litistymistä. On kuitenkin mahdollista että deformaatio on jakautunut, jolloin kivessä olisi litistymisyksiköitä ja näiden välissä hiertosaumoja. Tällöinkin deformaatio on voinut olla flattening tai flattening + simple shear. Nurmossa (2: 6975334, 3292048) on tieleikkauksessa grauvakkaliusketta, jossa näkyy vallitsevan liuskeisuuden avointa poimutusta: S = 000/50, PAT = 010/~90, PA 290/10-15. Jos vallitseva liuskeisuus on S 2, kyseessä on F3-poimutus. Lapualla, metsätien päässä (3: 6991358, 3293987) on vuorottelevina osueina mafista vulkaniittia ja serttiä. Paljastumaryhmän itäpäässä näkyy tiukkaa/isokliinista poimutusta (kuva 4a poimun huipusta), joka osoittaa näiden kivilajien kertautumisen johtuvan poimutuksesta. Poimun kyljellä leikkaava felsinen juoni on poimuttunut, samoin vulkaniitin pyrokseenipitoiset neosomijuonet (kuva 4b). Koska poimutus on postmetamorfinen, kyseessä on luultavasti F3-poimutus. PAT3 = 100/80, PA 3 = 050/55. Kuva 4. Mafisen vulkaniitin ja sertin poimutusta Lapualla. Koodilevyn pituus 12 cm, kynän kärki osoittaa pohjoiseen.) Poimun huippu. b) Poimun kylki. 1.2 Alueellista rakennetulkintaa Pääkkönen (1966, Figs. 27, 28) tulkitsi liuskeisuuden kaateiden perusteella, että Seinäjoen eteläpuolella on itä-läntinen antikliini. Kuitenkin pystyleikkaukseen (Pääkkönen 1966, Fig. 29) on hahmoteltu useita antikliineja/antiformeja ja synkliinejä/synformeja. Erilaisia kaadesuuntia rajaava vyöhyke on pikemminkin siirrosvyöhyke kuin poimun harja. Mäkitien (1999) rakennetul-
5 kinnassa (Fig. 2a) on kätisyydeltään vaihtelevia F 3 -poimuja, joiden perusteella voidaan hahmotella pohjoseen osaan F3-synformi ja eteläiseen osaan F3-antiformi. Merkittävää on, että metamorfinen vyöhykkeisyys (Mäkitie 1999, Fig. 1) on kulmassa D 3 -rakenteisiin nähden: metamorfisessa vyöhyk-keisyydessä ei näy D 3:n vaikutusta vaikka F3-poimutus on tulkittu postmetamorfiseksi! Lehtosen et al. (2003) mukaan Etelä-Pohjanmaan liuskealueen päädeformaatiovaihe on ollut D 2, jonka aikana alueellismetamorfoosi saavutti huippunsa. S 2 -pinnoilla näkyy monin paikoin lineaatio, joka on L1/2-leikkauslineaatio. Synkinemaattiset syväkivet ovat kokeneet D2-deformaation. Tasorakenteet, jotka olivat D 2 -vaiheessa suhteellisen vaaka-asentoisia, kääntyivät D 3 -vaiheessa pystyyn tai jyrkkäkaateisiksi. F 3 -akselitason kulku vaihtelee alueen eteläosan lähes pohjoiseteläisestä Jurvan alueen itä-läntiseksi; Mäkitien (1999) mukaan S 3 on hallitseva rakenne Seinäjoen-Ilmajoen metapeliiteissä. Lehtosen et al. (2003) mukaan itä-läntinen Merenkurkun ruhje, johon mm. Vittingin jakso kuuluu, on ollut aktiivinen D 3 :n aikana. 1.3 Seinäjoen alueen rakenteellinen kehitysmalli Vaikka ekskursion aikana kerätty aineisto on hyvin pieni, esitän sen ja aikaisemmin julkaistun aineiston perusteella rakenteellisen kehitysmallin (kuva 5). Mallia on pidettävä hahmotelmana, joka testautuu tarkemmissa rakennekartoituksissa. Lehtosen et al. (2003) tulkintaa mukaillen D 2 - vaiheessa rakenteet ovat olleet loiva-asentoisia, ja rakenteet ovat myötäilleet Keski-Suomen granitoidikompleksin reunaa. D 3 -vaiheessa on tapahtunut työntöä lännestä kohti Keski-Suomen granitoidikompleksia, joka on ollut vanhempaa kuorta edustava kova kappale. Alueen eteläosassa vastassa on ollut pohjois-eteläinen kova kappale, joten jo aiemmin pohjois-eteläsuunnassa olleet rakenteet ovat kääntyneet pystyasentoisiksi ja litistyneet entisestään. Jurvan alueella rakenteet ovat kääntyneet läntisen työnnön vaikutuksesta koillis-lounaisiksi, ja esimerkiksi Ilmajoen Välikorvessa oleva synkliini/synformirakenne on puristunut kasaan. Seinäjoen alueella D 2 - rakenteet ovat hahmo-telman mukaan ainakin kääntyneet itä-läntisiksi elleivät olleet sellaisia jo alun perin. Lapuan alueella D2-rakenteet olivat pohjois-eteläisiä, jonka vuoksi rakenteet kääntyivät pystyasentoisiksi ja litistyivät entisestään. Seinäjoen alueella on voinut olla vanhoja (pre-d 2 ) hiertovyöhykkeitä, kuten Lehtonen et al. (2003, s. 90) ovat esittäneet. Eräs tällainen hiertovyöhyke voi olla Vittingin jakson eteläosassa oleva grafiitti- ja kiisupitoinen vyöhyke; tässä voisi sijaita myös MORB-tyyppisten ja saarikaarityyppisten vulkaniittien välillä oleva terraaniraja eli Lehtosen et a. (2003) hahmottelema läntisen ja itäisen liuskealueen raja. Likimain itä-läntiset siirrokset ovat joko reaktivoituneet tai syntyneet D 3 -vaiheessa. Seinäjoen Sikakankaan loivaasentoinen liuskeisuus ja siihen mahdollisesti liittyvä hierto ovat tuskin D 3 -rakenteita vaan pikemminkin S 2. Koska kultapitoisuuden kohoaminen liittyy liuskeisuutta leikkaaviin hiertosaumoihin, mineralisoitumisen yhteys D 2 :een jäi epäselväksi. Kohonneet kultapitoisuudet Ilmajoen Välikorven synformin muotoisessa vulkaniitissa viittaavat toisaalta melko varhaiseen kullan rikastumiseen (D 2?).
6 D 2 D 3 siirros Keski-Suomen granitoidikompleksi Kuva 5. Rakenteellisen kehityksen hahmotelma Etelä-Pohjanmaan alueelta. 1.4 Kirjallisuutta: Alviola, R., Mänttäri, I., Mäkitie, H., Vaasjoki, M., 2001. Svecofennian rare-element granitic pegmatites of the Ostrobothnia region, western Finland: their metamorphic environment and time of intrusion. Geological Survey of Finland, Special Paper 30, 9-29. Heikkilä, P., 2003. Vittinki-ryhmän metaserttien geologia ja mineralogia Etelä-Pohjanmaalla. Pro gradu tutkielma, Helsingin yliopisto, Geologian laitos, 142 s. Lehtonen, M.I., Kujala, H., Kärkkäinen, N., Lehtonen, A., Mäkitie, H., Mänttäri, I., Virransalo, P., Vuokko, J., 2003. Etelä-Pohjanmaan liuskealueen kallioperä. Summary: Pre-Quaternary rocks of the South Ostrobothnian Schist Belt. Geologian tutkimuskeskus, Tutkimusraportti 158, 125 s. Mäkitie, H., 1999. Structural analysis and metamorphism of Palaeoproterozoic metapelites in the Seinäjoki-Ilmajoki area, western Finland. Bulletin of the Geological Society of Finland 71, 305-328. Pääkkönen, V., 1966. On the geology and mineralogy of the occurrence of native animony at Seinäjoki, Finland. Bulletin de la Commission Géologique de Finlande 225, 70 p.