Dynamic Recrystallization in the Sveconorwegian Frontal Wedge, Småland, southern Sweden

Abstract

South-central Sweden hosts a tectonic boundary region which traditionally has been called the Protogine Zone. It acts as the boundary between rocks which have escaped Sveconorwegian deformation and metamorphism to the east, and rocks affected by the Sveconorwegian orogeny to the west. North of lake Vänern, the boundary zone is nowadays referred to as the Sveconorwegian Frontal Deformation Zone. The term Sveconorwegian Frontal Wedge is adopted in this study for the continuation of the boundary zone south of lake Vättern. Investigation into the tectonic boundary zone in an area south of Lake Vättern was performed through sampling of rocks in a transect across the deformation zone, petrographic analysis, and Zr-in-titanite thermometry. Petrographic data were then related to previously documented structural trends in the area. The results show that rocks from two sub-areas wit-hin the deformation zone (Ryssby and Bor), experienced epidote amphibolite-facies conditions with local late gre-enschist-facies overprint. In contrast, the sub-area east of the deformation front (Lammhult), experienced gre-enschist- to low amphibolite-facies conditions. Zr-in-titanite thermometry was performed using LA-ICP-MS-analysis on titanite in two metagabbroic and two metagranitic samples from the two western sub-areas. Tempera-ture estimations of very fine-grained titanite grains (50-100 μm) in metamorphic aggregates from these four samples resulted in temperature estimates ranging from 650 to 686 °C, at an assumed pressure of 0.6 GPa. These results are suggested to be overestimates due to Zr-zonation within the titanite grains. The metamorphic conditions cannot have exceeded a suggested 600–650°C at 0.6 GPa, demonstrated by the lack of evidence for partial melting. Larger (circa 500 μm) titanite grains in one sample of granitic gneiss recorded a temperature estimate of 759°C at 0.3 GPa, which is suggested to reflect an igneous granitic crystallization temperature. The contrast in metamorphic conditions between sub-areas in the study area is suggested to reflect that rocks in the east have escaped Sveconor-wegian metamorphism. The findings are supported by different trends of foliations that are on average N-S striking in the west and ESE-WNW striking in the east. Sveconorwegian greenschist- or amphibolite-facies deformation zones in the easternmost part of the Frontal Wedge, such as is reported for the Sveconorwegian Frontal Deformat-ion Zone in the Karlskoga-Kristinehamn area, have not been documented.

Abstract (Swedish)

I de centrala delarna av södra Sverige finns ett tektoniskt gränsområde som traditionellt sett har kallats Protoginzonen. Det har agerat som gränsen mellan bergarter vilka undkommit svekonorvegisk deformation och metamorfos i öster, och bergarter som upplevt den svekonorvegiska bergskedjebildningen till väster. Norr om Vänern kallas detta gränsområde numera Sveconorwegian Frontal Deformation Zone (fritt översatt Svekonorve-giska Frontala Deformationszonen). Termen Sveconorwegian Frontal Wedge används i detta arbete avseende den sydliga fortsättningen av deformationszonen, söder om Vättern. En undersökning angående detta gränsområde ut-fördes genom provtagning av bergarter i ett transekt genom deformationszonen, petrografisk analys, samt Zr-i-titanit-termometri. Petrografiska data relaterades sedan till tidigare dokumenterade strukturer i området. Resultaten visade att bergarter från två underområden (Ryssby och Bor) utsattes för metamorfos i epidot-amfibolitfacies med lokala avtryck av senare metamorfos i grönskifferfacies. I kontrast till detta har bergarterna i området öster om de-formationsfronten (Lammhult) utsatts för metamorfos i grönskiffer- till låg-amfibolitfacies. Masspektrometri (LA-ICP-MS) utfördes för att bidra med isotopdata till Zr-i-titanit-termometri för två metabasiska och två metagranitiska bergartsprover. Temperaturuppskattningar utfördes på små titanitmineral (50-100 μm) lokaliserade i metamorfa aggregat i dessa fyra prover, vilket resulterade i uppskattningar mellan 650–686°C vid 0.6 GPa. Dessa tros vara överskattningar sprungna ur av zonering av zirkonium i titanitmineralen. De verkliga förhållanden i proven tros inte ha överstigit 600–650°C vid 0.6 GPa då inga bevis för delsmälta observerats. Ett granitiskt prov innehöll större titanitmineral (kring 500 μm), vilka estimerades ha bildats vid en temperatur på 759°C vid 0.3 GPa. Detta föreslås vara provets magmatiska kristallisationstemperatur. De kontrasterande metamorfosgraderna, vilka de olika bergar-terna utsatts för, föreslås vara orsakade av att bergarterna i de östra delarna undkom Svekonorvegisk metamorfos. Detta styrks av skillnaden i uppmätta strykningsriktningar av foliation i området, vilka i genomsnitt stryker N-S i delområdena till väst, samt ONO-VSV i området till öst. Vidare har studien inte observerat deformationszoner som upplevt grönskiffer– eller amfibolitfacies på grund av svekonorvegisk omvandling i de östra delarna av den sve-konorvegiska fronten, såsom tidigare rapporterats för den svekonorvegiska frontala deformationszonen i området kring Karlskoga-Kristinehamn.

Popular Abstract (Swedish)

Den svenska berggrunden består till stora delar av bergarter som blivit omvandlade av tryck och temperaturer på olika sätt. Det kan ske till exempel då bergskedjor bildats, vilket har skett flertalet gånger sedan cirka två miljarder år tillbaka. När tyngden av bergskedjorna trycker ner berggrunden kan olika områden påverkas av olika tryck och temperaturer. Ett sådant område sträcker sig genom de mellersta delarna av södra Sverige, upp förbi Vättern och Vänern, och vidare till de svensk-norska fjällen. Detta område har tidigare kallats Protoginzonen, och tros ha bildats för ungefär en miljard år sedan under tiden för vad som kallas den Svekonorvegiska bergskedjebildningen.

I flertalet tidigare undersökningar har forskare arbetat kring området norr om Vänern. Där har man undersökt hur den Svekonorvegiska bergskedjebildningen påverkat den s.k. Protoginzonen. Man har där funnit att även bergarterna öster om zonen har påverkats, och då föreslagit en ny benämning: den Svekonorvegiska Frontala Deformationszonen. De tryck och temperaturer som bergarterna utsatts för där har visat sig stiga västerut. I denna undersökning har bergartsprover tagits i ett område söder om Vättern, mitt emellan Värnamo och Växjö. Målet var att få reda på hur bergarterna har blivit omvandlade, då detta inte gjorts i området tidigare.
Resultat
Bergarterna i provområdet har analyserats i fält, med mikroskop, elektronmikroskop samt med hjälp av masspektrometri. Detta gjordes för att undersöka om några trender kunde urskiljas. Resultaten visade att de bergarter som har utsatts för den Svekonorvegiska bergskedjebildningen finns sig i ett stråk där bergarterna sträckts ut i nord-sydlig riktning, och anses ha utsatts för 600–650°C vid ett tryck som motsvarar 20 kilometers djup i jordskorpan. De bergarter som befinner sig i östra delen av provområdet är utsträckta i öst-västlig riktning och anses ha undsluppit dessa högre tryck- och temperaturförhållanden. Detta skiljer sig från de undersökningar som gjorts norr om Vänern.

• author: Perälä, Jesper
• supervisor: Charlotte Möller; Tomas Naeraa
• organization: Department of Geology
• alternative title: Dynamisk rekristallisation av mineral i de frontala delarna av den Svekonorvegiska provinsen i Småland
• course: GEOR02 20171
• year: 2018
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Protogine Zone, Sveconorwegian Frontal Wedge, petrography, Zr-in-titanite thermometry
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 547
• language: English
• id: 8952742
• date added to LUP: 2018-06-25 16:19:04
• date last changed: 2018-08-06 13:06:05