En geokemisk studie av bergartsvariationen på Bullberget i västra Dalarna

Abstract

The Bullberget hill is situated in the Lima parish of the Dalarna province in western Sweden. The major rock forming the hill is Öje basalt. This is cut by a dolerite sill belonging to the same generation as the Åsby dolerite, which is common in the province. The sill displays a continuos transition from a SiO2-content of 54% to 73%. No lithological boundaries have been found between the various rock types, all changes seem to be gradual. The rock samples have been studied at two prior occasions, which has resulted in two different interpretations to explain the chemical diversification. The first interpretation suggests crystal fractionation. The second interpretation rejects this explanation and suggests wallrock assimilation as the cause of the variation. In order to determine the liability of this conclusion and confirm what process is responsible for the variation new geochemical analyses of trace elements and Sm-Nd isotopes have been carried out.

These analyses show that the trace elements as well as the eNd-values follow linear trends between two end members. Data conform well to the two types of plots used, linear companion plots and mixing hyperbolas. The arithmetic means of R2 for these plots are 0.88 and 0.92, respectively, after due transformations to adjust for spurious correlation and non-normally distributed errors. The eNd and Eu-anomaly change from 1.05 and 0.83 to -2.23 and 0.38 respectively, from the mafic to the felsic end member of the data series. The REE plot shows little variation among the samples although a group consisting of the most felsic samples can be identified among the LREE.

Together theses results clearly show that two separate chemical reservoirs, having different times of separation from the mantle, have been mixed but not homogenised. A microscopical study of the material reveals an abundance of granophyr as well as wide-spread recrystallisation of most phases. This supports the assumption of two not fully homogenised parent materials. Furthermore it shows that cooling has been very rapid, which is consistent with the idea of a large mass of wall-rock being assimilated and through heat exchange partially melted by the magma.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: De flesta bergarter som bildas ur en magma (bergartssmälta) är i sin helhet kemiskt någorlunda homogena. I de fall då de uppvisar en kraftig variation kan det därför vara av speciellt intresse att studera denna och försöka komma fram till vad det är för någon process som gett upphov till variationen. Vanliga orsaker kan vara att tyngdkraften har verkat på magman medan den stelnade, ungefär som isbitar flyter i ett glas vatten då skillnaden i densitet gör att tyngdkraften verkar kraftigare på vattnet, i magman är det dock de bergartsbildande kristallerna som är tyngst. Annars kan två magmor ha blandats innan de stelnade men utan att röras ihop fullständigt, ungefär som en tigerkaka. Ett tredje alternativ är att ett stort stenblock har fallit ner i en flytande magma, här får vi en nötkaka med hela nötter.

I det här arbetet har jag studerat en variation i berget som är helt kontinuerlig och går mellan två ur geologiskt perspektiv sett ytterligheter, diabas och granit. Vanligtvis är det skarpa kontakter mellan dessa båda bergarter. Det är i sig ganska uppseendeväckande att hitta förekomsten av en kontinuerlig variation som innefattar två så skilda bergarter. Denna variation återfinns i ett horisontellt liggande diabaslager (kallad lagergång) som skär igenom den omkringliggande berggrunden på Bullberget i västra Dalarna.

För att försöka utröna vad som har gett upphov till den här speciella sekvensen har jag studerat prover därifrån i både elektron- och vanligt mikroskop. Dessutom har jag tittat på hur en stor mängd spårämnen och ett isotop-par förändras beroende på var provet är taget. Det visade sig då att det är nötkakeprocessen som passar bäst för att förklara uppkomsten av mitt fenomen. Vissa ändringar måste dock tillföras receptet. De stenblock som fallit ner i magman har nämligen börjat smälta på grund av magmans höga temperatur. Den uppsmälta stenen börjar då blanda sig med magman och ändrar dess kemiska karaktär. Tänk dig att du byter ut nötterna mot stora chokladbitar och att degen är mycket rinnig och ganska varm. Chokladbitarna är precis som stenblocken kalla och kommer på precis samma sätt som dessa att smälta upp på grund av den omgivande vätskans (degen/magman) högre temperatur. Den smälta chokladen blandar sig alltså med degen, om inte förr så när man häller upp den i bakformen. Magman rörs om lite grand på sin färd mot jordytan, men inte så mycket, då den är ganska trögflytande. Detta att magman inte rörs om så kraftigt resulterar i att det kommer finnas partier med ren magma och andra med ökande inflytande av det uppsmälta blocket. För vår kaka gäller att det i vissa delar finns en nästan ren deg utan choklad samtidigt som det finns små osmälta bitar kvar. Det intressanta är nu att noga skära upp kakan och se hur degen ser ut mellan en chokladfri del och en chokladbit (innan man äter upp den!). Här emellan är degen nu sådan att den blir mörkare ju närmre chokladbiten man kommer, beroende på den ökade mängden smält choklad som kunnat blanda sig med degen ju närmre chokladbiten man kommer. Precis som de kemiska analyserna talar om för oss att andelen uppsmält stenblock i den stelnade magman ökar ju närmre vi kommer ett sådant.

Hela sekvensen är alltså resultatet av att ett eller flera stenblock fallit ner i magman. Där har de smälts upp av dennes höga temperatur för att sedan blandas ut med den.

Abstract (Swedish)

Bullberget är beläget i västra Dalarna i Lima socken.
Huvudbergarten utgörs av Öjediabas, som här är genomslagen av en
horisontell diabasgång tillhörande samma generation som den i
Dalarna rikligt förekommande Åsbydiabasen. Denna diabasgång
uppvisar en steglös övergång från en Si02-halt på 54% till 73%. Även
bergartens makroskopiska utseende förändras helt utan synliga
kontakter. Bergarterna har tidigare studerats vid två skilda tillfällen,
vilket har resulterat i två skilda förklaringar till hur de har bildats. En
första förklaring som anger kristallfraktionering som bildande process
samt en andra som vederlägger den första och i stället anger
sidebergsassimilation som orsak till variationen. Med syfte att
klargöra vilken process som gett upphov till variationen har nya
geokemiska analyser av spårämnen samt Sm-Nd isotoper genomförts.
Dessa analysresultat visar att spårämnena följer en entydigt linjär
trend samt att även ENd-värdet förändras linjärt mellan ändleden. Data
ansluter mycket väl till de två typer av kurvor som plottas för
spårämnen (linjära campanian plats samt blandningshyperblar) med
·ett medelvärde på R2 på 0,88 respektive 0,92 då dessa anpassats för
skenbar korrelation respektive ej normalfördelade fel. ENd samt Buanomalin
förändras från 1,05 respektive 0,83 för det rnafiska uppmätta
ärrdiedet till -2,23 respektive 0,38 för det felsiska ändledet. REE visar mycket liten spridning. Det finns dock en tydlig gruppering med de
mest felsiska proverna med något högre värden på LREE. Detta visar
tydligt att det måste ha funnits två ursprungsmaterial med olika
kemisk sammansättning samt olika tidpunkt för separering från
manteln, som har blandats men inte homogeniserats. Genomgång av
materialet i mikroskop visar framför allt att många faser är kraftigt
omvandlade samt att förekomsten av granofyr är mycket riklig. Detta
stöder antagandet om att de två ursprungsmaterialen inte till fullo har
homogeniserats samt visar att avsvalningen skett mycket snabbt,
vilket ligger helt i linje med antagandet om att en stor mängd sideberg
assimilerats och genom värmeutbyte delvis smälts upp av magman.

• author: Kjöllerström, Anders
• supervisor: Anders Lindh; Zoltan Solyom
• organization: Department of Geology
• alternative title: A geochemical study of the lithological variation at Bullberget, western Dalarna
• year: 2000
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Central Scandinavian Dolerite Group (CSDG), epsilon-Nd, geochemistry, ratio correlation, wallrock assimilation, two-component mixing
• publication/series: Examensarbeten i geologi vid Lunds universitet
• report number: 125
• language: Swedish
• id: 2343936
• date added to LUP: 2012-11-05 11:29:41
• date last changed: 2012-11-05 11:31:44