Structural control of fine-grained granite dykes at the Äspö Hard Rock Laboratory, north of Oskarshamn, Sweden

Abstract (Swedish)

Förekomsten av finkorniga granitgångar är ett potentiellt problem vid lagring av kärnbränsle i berggrunden. Det är därför viktigt att studera och karaktärisera dessa gångar. Huvudsyftet med detta examensarbete är att undersöka om de finkorniga granitgångarna är strukturellt kontrollerade i tunneln vid Äspölaboratoriet. Uppgiften innebär att mäta gångarnas orienteringar och korrelera resultaten med kända geologiska strukturer i området, att kvantifiera antalet gånggenerationer och undersöka hur dessa skiljer sig i orientering samt att petrografiskt beskriva gångarna och deras kontakter med sidobergarten. Fältarbetet utfördes i tunneln vid Äspölaboratoriet, c. 30 km norr om Oskarshamn i Småland. Det aktuella området består till största del av c. 1.8 Ga gamla monzonitiska, granodioritiska samt granitiska bergarter tillhörande det transskandinaviska magmatiska bältet (TMB). Gångar av finkornig granit och pegmatit och mafiska bergarter förekommer underordnat i TMB.
De finkorniga granitgångarna är medel- till finkorniga med granitisk sammansättning. De är rikare på kaliumfältspat jämfört med värdbergarten. Kontakterna mellan gångarna och värdbergarten är vanligtvis ojämna, branta med slutna och skarpa kontakter med pegmatitiska kanter. De förekommer normalt inget fYllnadsmaterial i kontakten.
De finkoriga granitgångarna är påverkade av deformation och skär både varandra och de c. 1.8 Ga gamla Smålandsgranitoiderna. De förekommer också längs med förkastningsplan vilket starkt indikerar att minst tre olika generationer av finkorniga granitgångar existerar vid Äspölaboratoriet.
Tidigare studier har visat, att det aktuella området har blivit utsatt får två duktila-semiduktila deformationsfaser i slutskedet av den svekofenniska orogenesen vilket medfört att en svag foliation utvecklats med orienteringen 075±5°/83±8°. Vid slutet på den andra deformationsfasen utvecklades mylonitiska skjuvzoner. Den mest framträdande semiduktila Äspöskjuvzonen, ÄSZ, är sammansatt av två skjuvzoner med olika stupning.
I denna studie visas, att gångarna orienterar sig i tre kluster: ONO-VSV, SV samt VNV-OSO. Det första klustret sammanfaller med huvudfoliationen i Äspöområdet. Gångar tagna ganska långt från ÄSZ dominerar i detta kluster, men gångar från andra delar av tunneln ingår också. Gångarna närmast ÄSZ vid Äspölaboratoriet dominerar inom det andra klustret. Detta sammanfaller med strykningen men inte med stupningen på ÄSZ. Båda dessa kluster indikerar att strukturer i
berggrunden i det aktuella området kontrollerar orienteringen på de finkorniga granitgångarna. Yngre gånggenerationer är bildade under spröda förhållanden längs med förkastningsplan. Den yngre spröda
generationen kan vara relaterad till intrusionen av det c. 1.4 Ga gamla Götemarmassivet som ligger c. 3.5 km nordväst om Äspölaboratoriet.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Förekomsten av finkorniga granitgångar är ett potentiellt problem vid lagring av kärnbränsle i berggrunden eftersom de utgör svaghetszoner. Det är därför viktigt att ta reda på hur dessa gångar beter sig i berggrunden. Huvudsyftet med detta examensarbete är att undersöka om de finkorniga granitgångarna är kontrollerade av några strukturer i tunneln vid Äspölaboratoriet. Uppgiften innebär att mäta gångarnas orienteringar och korrelera resultaten med kända geologiska strukturer i området, att undersöka antalet gånggenerationer och undersöka hur dessa skiljer sig i orientering samt att beskriva gångarnas mineralsammansättning och deras kontakter med sidobergarten. Fältarbetet utfördes i tunneln vid Äspölaboratoriet, c. 30 km norr om Oskarshamn i Småland. Det aktuella området består till största del av gamla, granitoida bergarter, som bildats långt nere i jordskorpan samt likåldriga, vulkaniska bergarter, som bildats på jordskorpan tillhörande det transskandinaviska magmatiska bältet (TMB). TMB är en stor provins som sträcker sig från norra Norge, genom Jämtland, Härjedalen, Dalarna samt Värmland och vidare till norra delen av Blekinge genom Småland. Förutom granitiska bergarter finns också underordnat gångar av finkornig granit och pegmatit samt mafiska bergarter.

De finkorniga granitgångarna är medel- till finkorniga med granitisk sammansättning. De är rikare på kalifältspat och har mera mörka mineral jämfört med sidobergarten. Kontakterna mellan gångarna och sidobergarten är vanligtvis ojämna, branta med slutna och skarpa kontakter med grovkorniga kanter. Det förekommer normalt inget fyllnadsmaterial i kontakten. De finkoriga granitgångarna är påverkade av deformation och skär både varandra och de äldsta bergarterna i det aktuella området. Dessa har förmodligen två olika åldrar, som inte skiljer sig särskilt mycket från varandra. De förekommer också längs med förkastningsplan vilket starkt indikerar att minst tre olika åldrar av finkorniga granitgångar existerar vid Äspölaboratoriet. Ett förkastningsplan indikerar att två fragment har rört sig längs med varandra och har bildats under spröda förhållanden. En utlösningsmekanism till förkastningen kan vara en väldigt snabb rörelse som separerat berggrunden i två delar.

Tidigare studier har visat, att det aktuella området har blivit utsatt för två plastiska eller semiplastiska deformationsfaser i slutskedet av den svekofenniska deformationen vilket medfört att en svag foliation (parallell orientering av mineralkorn) utvecklats. Vid slutet på den andra deformationsfasen utvecklades starkt omvandlade skjuvzoner. Den mest framträdande semiplastiska Äspöskjuvzonen, ÄSZ, är sammansatt av två skjuvzoner med olika stupning (lutning). En skjuvzon består av två fragment av jordskorpa, som skjuvas i förhållande till varandra. Skjuvzonen kan utvecklas genom att berggrunden deformeras och veckas till den grad att berggrunden delas upp i mindre fragment längs med varandra.

I denna studie visas, att gångarna hopar sig i tre olika orienteringar: ONO-VSV, SV samt VNV-OSO. Den första hopen sammanfaller med huvudfoliationen i det aktuella området. Gångar som är belägna och mätta ganska långt från ÄSZ dominerar i denna hop, men gångar från andra delar av tunneln ingår också. Gångarna närmast ÄSZ vid Äspölaboratoriet dominerar inom den andra hopen. Detta sammanfaller med strykningen (horisontell riktning) men inte med stupningen på ÄSZ. Båda dessa hopar indikerar att strukturer i berggrunden i det aktuella området kontrollerar orienteringen på de finkorniga granitgångarna. Yngre gångar är troligtvis bildade under spröda förhållanden längs med förkastningsplan. Den yngre spröda generationen skulle kunna vara relaterad till uppträngningen av den yngre Götemargraniten som ligger ungefär 3.5 km nordväst om Äspölaboratoriet.

Abstract

The occurrence of fine-grained granite (FGG) dykes is one of the potential problems in the storage of nuclear waste in the bedrock. It is therefore important to locate and characterise such dykes. The major object in this thesis is to investigate, whether the FGG dykes at the Äspö Hard Rock Laboratory (ÄHRL) are structurally controlled. This involves measuring the orientations of the dykes, to correlate the results with known geological structures, to quantify the number of dyke generations and to determine whether these vary in orientation, and to petrographically describe the FGG dykes and to examine their contacts towards the host rock.

The area of study is (ÄHRL) situated c. 30 km north of Oskarshamn in the Småland Province. The bedrock in the area forms part of the Transscandinavian Igneous Belt (TIB) predominated by c. 1.8 Ga old monzodioritic, granodioritic to granitic rocks. In the ÄHRL area, FGG dykes together with mafic rocks and pegmatite occur in the TIB granitoids.

The FGG dykes are fine to medium-grained with a granitic composition and have a higher content of K-feldspar than the host rock. Contacts between the FGG and the host rock are normally irregular, steep with tight and sharp contacts but occasionally with a pegmatitic rim. The contacts have normally no filling minerals.

Some of the FGG dykes at the ÄHRL are affected by deformation and cut both each other and the c. 1.8 Ga granitoids whereas others follow fault planes, which strongly suggest that at least three different generations of dykes exist at the ÄHRL.

Previous work has shown that the study area has been affected by two ductile-semiductile deformation phases in the very final stages of the Svecofennian orogeny causing a weak foliation oriented 075±5º/83±8º. At the end of the second deformation phase, mylonitic shear zones developed. The most prominent semiductile shear zone is the Äspö Shear Zone (ÄSZ), which is made up of two differently dipping shear zones.

The orientations of the FGG dykes measured in this study cluster in three different directions: ENE-WSW, SW and WNW-ESE. The first cluster coincides with the orientation of the main foliation. This cluster is dominated but not exclusively made up of the dykes situated most distantly from the ÄSZ. At the ÄHRL, the dykes closest to the ÄSZ mostly plot in the second cluster of dykes, which coincides with the strike but less with the dip of the semiductile ÄSZ. Both these clusters indicate that structures in the bedrock control dyke orientations. A younger generation of dykes formed under brittle conditions and is found along fault planes. The latter generation could be related to the intrusion of the c. 1.4 Ga old Götemar massif, which is situated c. 3.5 km northwest of the ÄHRL.

• author: Jonsson, Sara
• supervisor: Anders Lindh; Björn Magnor
• organization: Department of Geology
• alternative title: Strukturell kontroll av finkorniga granitgångar vid Äspölaboratoriet, norr om Oskarshamn, Sverige
• year: 2004
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: geography, geology, Sweden, Oskarshamn, Äspö Hard Rock Laboratory, fine-grained granite dykes, structural control
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 174
• language: English
• additional info: Björn Magnor, Äspö Hard Rock Laboratory, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company.; Sidan 5 saknas i uppsatsen.
• id: 2340272
• date added to LUP: 2012-12-27 13:45:37
• date last changed: 2012-12-27 13:45:37