Variation in rock quality between metamorphic domains in the lower levels of the Eastern Segment, Sveconorwegian Province

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning:
Variationer i bergkvalitet hos gnejser i Halland, sydvästra Sverige
För att kunna förklara variationer i bergkvalitet hos hög metamorfa gnejser i Halland, sydvästra Sverige, har tolv gnejser från området undersökts både kvantitativt och kvalitativt. Tanken är att de kvalitativa resultaten, fält- och tunnslipsbeskrivningar, ska kunna användas som prospekteringsverktyg för aggregat till väg och järnväg. Med hjälp av de kvantitativa analyserna och -till viss del- de kvalitativa analyserna ska gnejsernas lämplighet som aggregat till väg och järnväg testas. Detta visar hur bra gnejserna är som ersättningsmaterial för naturliga grusavsättningar, som är en viktig resurs för det svenska samhället och bör bevaras.
De tekniska analyserna (Los Angeles, kulkvarn och mikroDeval) visar hur motståndskraftiga bergarterna är mot fragmentering och nötning. Vattenabsorptionen visar indirekt frekvensen av absorberande sprickor och därmed hur sprött materialet är (ett sprött material har låg motståndskraft mot fragmentering och spricker upp lätt). Mikroanalyserna som gjorts involverar frekvens av sprickor, kornstorlek, kornstorleksfördelning, grad av foliation (orientering av mineral) och fördelningen av mörka mineral. De geokemiska analyserna analyserar mängden huvudämnen och spårämnen, vilket gör att man kan bestämma bergprovernas sammansättning och bergartstyp. Dessa kvantitativa parametrar, men även de kvalitativa (nämnda i föregående stycke), är viktiga att överväga när man ska bestämma kvalitén på bergmaterial.
De gnejser med bäst tekniska egenskaperna är de som har deformerats och omvandlats under väldigt höga temperaturer (granulitfacies). Kännetecken hos dessa gnejser i fält är avsaknaden av: en distinkt lineation, metamorf bandning (segregation av ljusa och mörka mineral) och riklig ådring. Studerar man gnejserna i mikroskop finns det vissa texturer som korrelerar väl med högtemperaturomvandling t ex. låg halt av mineralet biotit och rödbrun biotit och brungrön hornblände. Även förekomsten av mineralet pyroxen och antipertitisk fältspat (kaliumrika fältspatavblandningar i natriumdominerad fältspat) indikerar granulitfacies metamorfos.
Efter jämförelse av resultaten från de kvalitativa och kvantitativa analyserna med de tekniska analysresultaten står det klart att gnejs från Dagsås och Ljungby belägna i den västra delen av undersökningsområdet är lämpligast att använda som aggregat till väg och järnväg. Däremot gnejser som är minst lämpliga är de från Fridhemsberg och Töresjö belägna i den nordöstra delen.

Abstract:
Natural gravel deposits act as aquifers storing ground water but are a finite resource and an important asset to the Swedish community. In order to preserve these assets for the future substitute materials have to be located; crushed rock material (aggregates) is an alternative. Twelve gneiss samples from the Eastern Segment, southwestern Sweden, have been characterized and analyzed for suitability as road or railway aggregates.
Petrographic characteristics including mineral content and meso- and micro-scale textures and structures, explain the rock quality variations in the high grade metamorphic gneiss area in Halland, Eastern Segment. Petrographic characteristics can be used as prospecting tools in the search for material suitable as aggregates. The suitability of the rock materials as aggregates for road or railway was tested by quantitative analyses including crack, mineral grain size and mineral grain size distribution, Foliation index (FIX), perimeter, geochemical and water absorption analyses, and technical properties (Los Angeles, studded tyre, microDeval test analyses).
Low average grain size and high perimeter (total, amphibole+pyroxene, opaque minerals+garnet) show a good correlation with low Los Angeles (LA) values. Samples with high density tend to have a lower Los Angeles/studded tyre ratio. The frequency of fractures has a limited influence on the LA value. A high proportion of very fine or fine grained materials seem to contribute to a better LA value.
The absence of a high grade metamorphic banding (segregation of light and dark minerals), the absence of a pronounced aggregate stretching lineation and the absence of leucosome veins indicate good technical values. The best technical properties are obtained from rocks that have been metamorphosed and deformed at very high temperature conditions (granulite facies). Textures, on a microscopic scale, that show a good correlation to granulite facies metamorphism include reddish brown biotite, low biotite content, brownish green hornblende, pyroxene, antiperthitic feldspars and the absence of titanite and tartan twinning in feldspars.
In the present investigation samples from Dagsås and Ljungby, both located in the Varberg granulite gneiss domain, are the most suitable rock materials as aggregates for road and railway (bounded layers), while samples from Fridhemsberg and Töresjö, located in the Skene migmatite gneiss domain, are the least suitable. Samples from Knobesholm and Vräk are suitable as aggregates for bounded road layers.

Abstract

Natural gravel deposits act as aquifers storing ground water but are a finite resource and an important asset to the Swedish community. In order to preserve these assets for the future substitute materials have to be located; crushed rock material (aggregates) is an alternative. Twelve gneiss samples from the Eastern Segment, southwestern Swe-den, have been characterized and analyzed for suitability as road or railway aggregates.
Petrographic characteristics including mineral content and meso- and micro-scale textures and structures, explain the rock quality variations in the high grade metamorphic gneiss area in Halland, Eastern Segment. Petrographic characteristics can be used as prospecting tools in the search for material suitable as aggregates. The suitability of the rock materials as aggregates for road or railway was tested by quantitative analyses including crack, mineral grain size and mineral grain size distribution, Foliation index (FIX), perimeter, geochemical and water absorption analyses, and technical properties (Los Angeles, studded tyre, microDeval test analyses).
Low average grain size and high perimeter (total, amphibole+pyroxene, opaque minerals+garnet) show a good cor-relation with low Los Angeles (LA) values. Samples with high density tend to have a lower Los Angeles/studded tyre ratio. The frequency of fractures has a limited influence on the LA value. A high proportion of very fine or fine grained materials seem to contribute to a better LA value.
The absence of a high grade metamorphic banding (segregation of light and dark minerals), the absence of a prono-unced aggregate stretching lineation and the absence of leucosome veins indicate good technical values. The best technical properties are obtained from rocks that have been metamorphosed and deformed at very high temperature conditions (granulite facies). Textures, on a microscopic scale, that show a good correlation to granulite facies me-tamorphism include reddish brown biotite, low biotite content, brownish green hornblende, pyroxene, antiperthitic feldspars and the absence of titanite and tartan twinning in feldspars.
In the present investigation samples from Dagsås and Ljungby, both located in the Varberg granulite gneiss doma-in, are the most suitable rock materials as aggregates for road and railway (bounded layers), while samples from Fridhemsberg and Töresjö, located in the Skene migmatite gneiss domain, are the least suitable. Samples from Kno-besholm and Vräk are suitable as aggregates for bounded road layers.

Abstract (Swedish)

Naturliga grusavsättningar är ändliga resurser och verkar som akviferer för grundvatten vilket gör dem viktiga för det svenska samhället. För att kunna bevara dessa värdefulla tillgångar måste ett ersättningsmaterial hittas; krossten (aggregat) är ett bra alternativ. I föreliggande undersökningar har tolv bergartsprov av gnejs från det Östra Segmen-tet i sydvästra Sverige analyserats för att se hur lämpliga de är att använda som material till väg eller järnväg.
Syftet med de petrografiska beskrivningarna, vilka innefattar mineralinnehåll samt texturer och strukturer i fält och i tunnslip, var att kunna förklara variationer i bergkvalité i de högmetamorfa gnejserna i Halland. Petrografin kan användas som ett prospekteringsverktyg för att hitta passande bergmaterial till väg och järnväg. Genom att jämföra kvantitativa analyser (sprick-, mineral kornstorlek och mineral kornstorleksfördelnings-, Foliations index (FIX), perimeter-, geokemisk- och vattenabsorptionsanalys) med de tekniska egenskaperna (Los Angeles-, kulkvarn- och mikroDevaltester) för gnejserna kunde deras lämplighet bestämmas.
Hög omkrets och lågt kornstorleksmedelvärde korrelerar med låga Los Angelesvärden. Prover med hög densitet tenderar att ha lägre Los Angeles/kulkvarns-förhållande. LA-värdet påverkas till en viss grad av mängden sprickor. En hög andel av väldigt fint eller fint material i proven verkar bidra till ett bättre LA-värde.
Få eller inga ådror, avsaknad av höggradig metamorf bandning (segregation av ljusa och mörka mineral) och avsak-nad av aggregatlineation är karaktäristiska strukturer som resulterar i bra tekniska värden. De bästa tekniska egen-skaperna erhölls av bergarter som deformerats och metamorfoserats under mycket höga temperaturer (granulitfacies). Microtexturer som visar en bra correlation till högtemperatur metamorfos är: rödbrun biotit, låg biotithalt, brungrönt hornblende, pyroxen, antipertitisk fältspat, samt avsaknad av titanit och avsaknad av mikroklin tvillingar i fältspat.
Gnejs från Dagsås och Ljungby, båda från Varbergs granulit- och gnejsdomän, är de två bergarter av de undersökta bergmaterialen som bäst uppfyller kraven för bergmaterial till bundna väg– och järnvägslager, medan gnejs från Fridhemsberg och Töresjö, båda från Skenes migmatitgnejsdomän är de minst lämpliga. Gnejs från Knobesholm och Vräk är lämpliga som aggregat till bundna väglager.

• author: Lundgren, Linda
• supervisor: Charlotte Möller; Jenny Andersson; Mattias Göransson; Jan Erik Lindqvist; Karin Appelquist
• organization: Department of Geology
• alternative title: Variationer i bergkvalitet mellan olika metamorfa domäner i de lägre nivåerna av det Östra Segmentet, Svekonovegiska Provinsen
• course: GEOR02 20122
• year: 2012
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: rock quality, microDeval test, Los Angeles test, studded tyre test, quantitative analyses, Los Angelesvärde, kulkvarnsvärde, microDevalvärde, bergkvalitet, kvantitativa analyser
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 324
• language: English
• additional info: External supervisors Jenny Andersson, Statsgeolog, SGU and Mattias Göransson, Senior Geologist SGU, Uppsala; External supervisor Jan-Erik Lindqvist and Karin Appelquist at CBI Betonginstitutet in Borås.
• id: 3243045
• date added to LUP: 2012-12-19 15:42:51
• date last changed: 2012-12-19 16:39:17