• No results found

Structure and stratigraphy of the Dannemora inlier, eastern Bergslagen Region: Primary volcanic textures, geochemistry and deformation

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Structure and stratigraphy of the Dannemora inlier, eastern Bergslagen Region: Primary volcanic textures, geochemistry and deformation"

Copied!
91
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

 

Structure and stratigraphy of the Dannemora inlier, eastern Bergslagen Region

 

Primary volcanic textures,  geochemistry and deformation

 

 

Peter Dahlin and Håkan Sjöström 

Department of Earth Sciences, Uppsala University, 

Villavägen 16, 75236 Uppsala 

(2)

 

(3)

Index

Introduction ... 4 

Geological setting ... 5 

Volcanic textures and interpretations ... 6 

Volcanic textures ... 6 

Phenocrysts ... 6 

Glass fragments and devitrification ... 7 

Lithophysae ... 8 

Fiamme ... 8 

Accretionary lapilli ... 9 

Pumice block deposit ... 10 

Discussion and summary of volcanic textures ... 11 

Stratigraphy ... 13 

Summary of stratigraphic results ... 16 

Geochemistry and metamorphism ... 17 

Greenstone dikes ... 17 

Metamorphic conditions ... 19 

Summary of geochemistry and metamorphism ... 19 

Tectonic structures ... 20 

Metavolcanic rocks ... 20 

Metagranitoids ... 23 

Shear zones ... 24 

Shear zone displacement ... 26 

Summary of tectonic structures ... 26 

Dannemora inlier in the regional tectonic framework ... 27 

Discussion and conclusions ... 28 

Acknowledgement ... 29 

References ... 30 

  Appendix 1 ... 34 

Appendix 2 ... 35   

(4)

Introduction

The aim of this project was to build a 3‐4 D structural model for the Dannemora iron deposit. This  model will enable interpretation of the geometry, stratigraphy, deformation history and genesis of  the Dannemora ore deposit. The low metamorphic grade and exceptionally well preserved primary  rock  textures  at  Dannemora  should  allow  the  construction  of  a  high  resolution  model  that  can  be  applied to other more highly metamorphosed ore deposits in Bergslagen. 

The  project  was  initiated  by  Lennart  Falk,  Dannemora  Mineral  AB,  and  further  developed  by  in  particular  Rodney  Allen,  New  Boliden,  with  support  from  Håkan  Sjöström,  Uppsala  University,  Magnus  Ripa,  SGU,  and  Pär  Weihed,  LTU,  among  others.  The  original  application  by  Rodney  Allen  and  Håkan  Sjöström  included  two  projects:  1)  The  origin  of  iron  ores  in  Bergslagen  and  their  relationships with polymetallic sulphide ores (SGU‐FoU project 60‐1451/2006), and 2) Structure and  stratigraphy of the Dannemora iron deposit. This was a collaboration project between LTU, UU, New  Boliden  and  Dannemora  Mineral  AB,  and  Rodney  Allen.  For  practical  reasons,  this  project  was  separated  into  the  two  parts,  but  collaboration  continued.  Structure  and  stratigraphy  of  the  Dannemora  iron  deposit  co‐financed  by  Dannemora  Mineral  AB  (main  part)  and  SGU  (SGU‐

FoU project 60‐1453/2006). 2009 the project was entirely financed by SGU. 

Two  master  theses  sprang  from  the  Structure  and  stratigraphy  of  the  Dannemora  iron  deposit  project  and  they  are  attached  as  appendices.  One  thesis  focussed  on  kinematics  of  a  major  shear  zone and the deformation mechanisms in different minerals, a method to deduce the temperature  that  prevailed  during  the  tectonic  deformation.  A  third  task  was  to  find  possible  minerals  for  radiometric  dating,  both  the  magmatic  and  deformation  ages.  The  second  thesis  deals  with  geothermobarometry of sulfides: Fe‐content in sphalerite is pressure dependent and the As‐content  in arsenopyrite is temperature dependent. 

Four stops prepared during the research project and by Dannemora Mineral AB, were exhibited in  the  Dannemora  area  during  the  excursion  that  covered  the  Bergslagen  region  as  part  of  the  33rd  International Geological Congress 2008. 

(5)

Geological setting  

The  Bergslagen  region  is  situated  in  the  south‐central  part  of  the  Fennoscandian  Shield  (Fig.  1),  which is dominated by metamorphic rock of the GDG‐suite, i.e. granitoid‐dioritoid‐gabbroid, with an  age  of  c. 1.90‐1.87  Ga  (Stephens  et  al.,  2007).  Subordinate  c.  1.91‐1.89  Ga  are  metavolcanic  and  metasedimentary rocks and marble, also exist as well as less common younger intrusive rocks, with  the  age  span  1.87‐1.75  Ga  (Stephens et  al., 2007).  The  Bergslagen  region  has  been  interpreted  to  represent a continental back‐arc magmatic region (Allen et al., 1996). 

The metasupracrustal sequences in Bergslagen province were deposited mainly as pyroclastic flows  (Lundström et al., 1998), in an extensively thinned continental back arc magmatic region (Allen et al.,  1996). The Taupo Volcanic Zone in New Zealand, a flooded continental margin dominated by caldera  related ignimbrites is the best recent analogy today to Bergslagen (Allen et al., 1996).  

In  the  Dannemora  inlier,  located  in  the  NE  part  of  the  Bergslagen  region  (Fig.  1),  consists  of  metavolcanic  rocks  and  marble,  surrounded  by  metagranitoids.  The  metavolcanic  rocks  show  textural evidence for being emplaced mostly as pyroclastic currents and subordinate air‐fall deposits  (Lager, 2001). The Dannemora ore field is well known for its iron ore, which generally is hosted by  marble that locally contain stromatolitic structures (Lager, 2001). Dating of a pyroclastic flow deposit  in the Dannemora inlier gave the TIMS U‐Pb zircon age of 1894±4 Ma (Stephens et al., 2009). 

A B   

Fig. 1. A) Fennoscandian Shield. Bergslagen Region is encircled area. (Modified after Papunen and Gorbunov (1985) and Lundqvist (2000)). B) Geological map of the Bergslagen Region. Yellow = metavolcanic rocks, light blue = 

metasedimentary rocks, GDG = metagranitoids, red, orange and pink = GSDG (granitoids‐syenitoids‐dioritoids‐gabbroids  (From Stephens et al., 2007) 

 

Dannemora inlier

(6)

Volcanic textures and interpretations

The  metavolcanic  rocks  in  the  Dannemora  inlier  are  among  the  best  preserved  in  Bergslagen  (Stephens,  pers.  comm.  2009),  although  the  rocks  have  been  affected  by  greenschist  facies  metamorphism and at least two episodes of deformation (e.g. Stålhös, 1991, Stephens et al., 2009). 

The  composition  of  the  metavolcanic  rocks  varies  from  dacitic  to  rhyolitic  and  they  have  been  interpreted  mainly  as  ignimbrites  (Lager,  2001),  emplaced  by  pyroclastic  density  currents  (PDCs). 

PDC is the general term for a ground hugging current of gas and clasts, i.e. juvenile, lithic and crystal  fragments  (Branney  and  Kokelaar,  2002).  Ignimbrites  are  deposits  of  PDCs  “rich  in  pumices  fragments,  commonly  dominated by  poorly sorted beds,  typically  made up of  various massive  and  stratified pumiceous beds and some subordinate pumice‐poor beds” (Branney and Kokelaar, 2002). 

Volcanic textures  

This chapter describes volcanic textures and also  a texture that is  lacking  in the Dannemora inlier. 

The well preserved microtextures give a hint of the origin of the subsequently metamorphosed and  deformed  supracrustal  rocks.  The  textures  were  formed  before  eruption  (e.g.  phenocrysts)  and  during  deposition  (e.g.  accretionary  lapilli)  or  after  deposition  (e.g.  spherulites).  Certain  textures  provide evidence of the eruption mechanism, emplacement temperature, distance to source region,  depositional environment and stratigraphic younging direction etc.  

Phenocrysts 

The  abundance  of  phenocrysts  can  distinguish  between  different  emplacement  processes  such  as  pyroclastic  falls  and  density  currents,  and  also  the  distance  to  the  source.  Distal  pyroclastic  fall  deposits  rarely  show  high  abundance  of  phenocrysts  however  they  might  be  part  of  proximal  ballistic  deposit.  PDCs  may  carry  crystals  for  long  distances  and  they  can  be  enriched  by  the  processes  within  currents  due  to  the  abrasion  of  pumice  fragments  containing  crystals  (Walker,  1972). Embayments in phenocrysts form when the growth is inhibited by mineral grains or bubbles  in  the  magma  (Kozlowski,  1981).  The  roundness  of  phenocrysts  is  due  to  magmatic  resorption  (Donaldson and Hendersson, 1988). 

Phenocrysts  are  very  common  in  the  metavolcanic  rocks  in  the  Dannemora  inlier.  Quartz  is  the  dominating phenocryst, usually as 0.5‐5 mm euhedral to subhedral crystals. However roundness and  embayment  (Fig.  2A)  in  the  quartz  phenocrysts,  are  common  and  sometimes  show  polygonization  within them (Fig. 2B). Polygonization is caused by sub‐grain formation during tectonic deformation  (Passchier  and  Trouw,  2005).  Subordinate  phenocrysts  are  plagioclase,  mainly  albite,  but  calcic  varieties exist locally, which is apparent by subsequent epidotisation (Fig. 3A). 

 

(7)

A   B     

Fig. 2. A) Microphotograph of quartz phenocryst with embayment. Scale bar is 0.5mm and crossed polarised light. B) Field photograph of crystal rich ignimbrite containing quartz phenocryst with encircled polygonization. Pencil point for  scale. 

A   B   

Fig. 3. A) Epidotised plagioclase. Scale bar 1 mm and crossed polarised light. B) Field photograph of pink devitrified,  tectonically flattened and rod‐like glass fragments from the lower member. Width of picture 12 cm.  

Glass fragments and devitrification 

According  to  the  laws  of  thermodynamics,  glass  is  unstable  (Marshall,  1961)  and  hence  prone  to  devitrification i.e. crystallisation (de Latin for changed from and, vitrum means glass) and alteration  (McPhie  et  al.,  1993).  High  temperature  devitrification  of  silicic  glass  produce  different  styles  of  crystal aggregates of cristobalite and/or feldspars collectively named spherulites (e.g. Lofgren, 1971)  and these are characteristic for hot pyroclastic deposits and lavas (Ross and Smith, 1961), but occur  in colder deposits too. 

During  upwards  transport  in  the  crust  the  magma  is  subjected  to  progressive  decompression  and  dissolved  gases  start  to  exsolve,  resulting  in  the  onset  of  bubble  formation  and  eventually  to  fragmentation  in  the  conduit  (Cashman  et  al.,  2001)  and/or  at  the  surface  (Legros  and  Kelfoun,  2000).  These  fragments  consist  of  glass  shards  and  pumice  (i.e.  juvenile  fragments)  and  their  presence  help  distinguishing  pyroclastic  rocks  from  coherent  rocks,  as  the  latter  do  not  usually  contain juvenile fragments. 

In pyroclastic deposits hotter than the glass transition temperature (Tg) welding can take place which  is  ductile  deformation  of  juvenile  fragments.  The  degree  of  welding  within  pyroclastic  deposits  depends on eruption temperature and the retained heat, volatile content, and compression by the  overburden (Ross and Smith, 1961). 

(8)

Spherulites have been found in Haglösa, N‐NV of Gruvsjön (Fig. 19) in massive pyroclastic rocks and  in  layered,  reworked  epiclastic  rocks,  stratigraphically  located  in  the  lower  member  (see  Stratigraphy). Such epiclastic deposits formed due to weathering of rocks to produce new particles  different in size and shape from those formed and distributed by an eruption (White and Houghton,  2006). In addition, layered rocks with traction current bedforms set the depositional environment to  shallow subaqueous (McPhie et al., 1993). The spherulites have a diameter of < 1 mm and consist of  densely  packed  radiating  mineral  fibres,  and  they  are  present  both  in  the  matrix  (Fig.  4A)  and  in  former  large  juvenile  fragments  (Fig.  4B)  in  the  pyroclastic  rocks,  but  only  in  the  fragments  in  the  epiclastic rocks. Juvenile fragments contain small spherulites and show welding compaction, clearly  around phenocrysts (Fig. 5A). Later the devitrification accentuated the compaction foliation. From a  drill core (with uncertain stratigraphic position, possibly lower member) devitrification has produced  pectinate spherulites (Fig. 5B), radiating from the surface into the former juvenile fragments. 

Lithophysae 

Spherulites with a central cavity are called lithophysae (Ross and Smith, 1961) and they start to form  at  an  early  stage  of  the  cooling  of  lavas  and  densely  welded  pyroclastic  deposits  (McPhie  et  al.,  1993). Lithophysae have been described from numerous ignimbrite occurrences in Sweden e.g. Lake  Rakkur,  Norrbotten,  (Lilljequist  and  Svensson,  1974)  and  Hällefors,  Bergslagen  (Lundström,  1995). 

This texture is has not been recorded in the Dannemora inlier, indicating that the rocks were neither  lavas nor densely welded pyroclastic deposits. 

Fiamme 

The flattening of pumice fragments and formation of fiamme (Italian for flames) can be ascribed to  welding  compaction,  diagenetic  compaction  and/or  tectonic  deformation  in  pyroclastic  deposits/rocks (Gifkins et al., 2005). Fiamme formed by welding compaction, has feathery tips and  are ragged compared to diagenetically and tectonically  flattened pumices which have  pinched tips  (Bull and McPhie, 2007). In low temperature pyroclastic deposits, the glassy fragments are replaced  during  diagenesis  by  phyllosilicates  such  as  clay  minerals  (McPhie  et  al.,  1993).  The  mechanically  weak  pumice  fragments  are  easily  eroded  during  the  eruption  and  subsequent  flow.  Abrasion  produces  fine ash  that  contributes  to  the  vast amount  of ash  in the  so‐called co‐ignimbrite air  fall  (Sparks and Walker, 1977). 

In  the  Dannemora  inlier  parts  of  the  lower  member  contain  slightly  prolate‐shaped  red  to  pinkish  devitrified pumice fragments (Fig. 3B). However, welding produces oblate‐shaped fiamme and that  would  have  been  folded  by  subsequent  tectonic  deformation  and  not  welding.  Therefore  the  prolate‐shape  is  most  truly  due  to  tectonic  deformation.  Former  glassy  fragments  in  the  upper  member  are  now sericite  aggregates but still  show  the primary  cuspate‐ and  Y‐shape,  and  thread‐

like  delimitations  (Fig.  6).  The  sericite  replacement  probably  occurred  during  low  temperature  metamorphism.  Due  to  the  lack  of  spherulites  in  the  upper  member  it  is  concluded  that  the  deposition  was  distal,  emplaced  at  low  temperature  and/or  too  thin  to  retain  the  heat  during  welding. 

(9)

A   B   

Fig. 4. Microphotographs with crossed polarised light. A) Spherulites growing in the matrix of the pyroclastic deposit. 

Scale bar is 0.5mm. B) Spherulites growing in the glass fragment of the pyroclastic deposit. Scale bar is 1 mm.  

A   B   

Fig. 5. A) High temperature quartz and feldspar replacing pumice fragment with more coarse crystals compared to the  matrix. Notice the compaction foliation in the pumice (left side of the black phenocryst), accentuated by grains coarser  than the matrix. The coarse grains are due to devitrification. If the pumice is scrutinized numerous spherical spherulites  can be discerned. Scale bar 1 mm. B) Micro photo of pectinate spherulites. Crossed polarised light, scale bar is 0.1 mm. 

A   B   

Fig. 6. Sericite‐replaced glass fragments with preserved cuspate‐shaped delimitations, from the upper member. Crossed  polarised light. A) Scale bar 0.5 mm. B) Scale bar 1 mm 

Accretionary lapilli 

Huge air suspended ash clouds are produced via fragmentation in and close to the conduit (Cashman  et al., 2001, Legros and Kelfoun, 2000) and from elutriation of ash from PDC’s (Sparks and Walker,  1977).  Water  drops  falling  through  the  ash  cloud  start  to  accrete  the  ash  to  form  aggregates,  accretionary lapilli. Schumacher and Schmincke (1991) distinguished two types of accretionary lapilli; 

(10)

The  record  of  accretionary  lapilli  is  the  only  firm  evidence  for  pyroclastic  fall  deposits  in  the  Dannemora inlier (Fig. 7). They have been found at one outcrop in the Dannemora syncline, located  in the easternmost part of Gruvsjön. With a maximum diameter of 10 mm for the accretionary lapilli,  the  estimated  ash  cloud  thickness  was  >  4  km  (Gilbert  and  Lane,  Fig.  15,  1994)  and  this  requires  subaerial eruption  (Schumacher  and Schmincke,  1991).  Consequently  the  accretionary lapilli  are  in  favour of subaerial eruption although the depositional environment was subaqueous, evident from  layers with normal grading and water‐escape structures. 

A    

B   

Fig. 7. A) Rim‐type (dark rim and light coloured core) accretionary lapilli which are the manifestation of pyroclastic fall  deposit. Pencil for scale. B) Microphotograph of rim‐type accretionary lapilli. Scale is 1 mm and parallel polarized light.  

(11)

sinks.  The  resulting  deposit  consists  of  pumice  embedded  in  ash  that  originates  from  both  air‐fall  and  attrition  of  the  pumice  (Fisher  and  Schmincke,  1984).  As  floating  pumice  is  easily  affected  by  wind and waves, the formation of a deposit with ash and pumice from the same eruption requires  settling of pumice shortly after the eruption or in a constricted area such as a caldera or a lake that  hinder the dispersion of the pumice. From subaqueous eruptions in oceans, floating pumice rafts has  been reported to travel a great distance from the eruption site (e.g. Shane et al., 1998). Cold pumice  absorbs  water  slower  than  hot  pumice  (Whitham  and  Sparks,  1986),  because  vacuum  is  created  when the hot gas in the vesicles cools and consequently the surrounding sea water is sucked in to fill  the empty space in the pumices and they get water‐logged and sink (McPhie et al., 1993). 

North of Bennbo (Fig. 19) is a bed of phenocryst‐rich pumice blocks intercalated with ash‐siltstone  (Fig. 8). This kind of deposit is an excellent marker bed in metamorphosed and folded metavolcanic  rocks. The marker bed also gives a reliable younging direction, in this case grading from non‐layered  ignimbrite to the mixture between pumice and ash‐siltstone. Such deposits are quite common in the  Skellefte district in northern Sweden (Rodney Allen pers. com 2008).  

 

Fig. 8. Phenocryst‐rich pumice blocks (grey) intercalated with ash‐siltstone (cream coloured), north of Bennbo. The  layering is steep to vertical. Stratigraphic younging direction is towards east i.e. down in the figure. Hammer for scale. 

 

Discussion and summary of volcanic textures 

High abundance of phenocrysts indicates deposition from PDC in the lower member. 

McArthur  et  al.  (1998)  concluded  that  in  the  margin  or  distally  in  the  Garth  Tuff,  Wales,  the  spherulites  were  compact,  spherical  and  smaller  compared  to  the  ones  within  the  proximal  parts. 

The  pectinate‐shaped  spherulites  occurred  in  non‐welded  to  slightly  welded  parts  (Fig.  9).  The  spherical, small and compact spherulites in the Dannemora inlier consequently indicate a marginal 

(12)

or distal deposit. Pectinate‐shaped spherulites are located in the uppermost part of the deposit (Fig. 

9),  hence  in  the  E  fold  limb  of  the  anticline,  and  relative  above  the  spherical  type,  indicates  a  younging direction towards E. The lower member contain non‐flattened pumice fragments replaced  by feldspar i.e. the deposits never got welded. 

Within  the  upper  member,  the  juvenile  fragments  still  got  their  original  cuspate  shape  and  are  replaced  with  sericite.  In  the  highest  level  of  the  stratigraphy  consists  of  marble  intercalated  with  ash‐siltstone  that  lacks  large  phenocrysts,  indicating  air‐fall  deposition  of  volcanic  ash  during  the  formation of the carbonate. 

Fiamme  in  the  Dannemora  inlier  got  their  shape  from  diagenetic  and/or  tectonic  compaction.  No  preserved evidence for welding compacted fiamme has been recorded. 

Accretionary  lapilli,  present  in  the  W  limb  of  the  Dannemora  syncline,  formed  during  a  subaerial  eruption but were deposited subaqueously. 

The pumice blocks bed was deposited subaqueous in an isolated sedimentary basin. 

Fig.  9.  Idealised  profile  of  the  Garth  Tuff,  Wales  with  the  defined  textural  zones.  The  boundaries  between  zones  are  gradational. In Dannemora inlier spherical  spherulites  occur in the sparsely  spherulitic zone, e.g. Fig. 4, and  pectinate  shaped  spherulites  in  the  uppermost  part  of  the  ignimbrite,  e.g.  Fig. 5B.  Notice  that  lithophysae  missing  in  the  Dannemora inlier grow in the central part of the ignimbrite. (From McArthur et al., 1998) 

 

(13)

Stratigraphy

Two synclines (Dannemora and Bennbo synclines) and an intervening anticline were interpreted by  Lager (2001) (Fig. 19). The ore bearing Dannemora syncline in the E and the Bennbo syncline located  c. 2  km  westwards,  both  coincide  with  strong  positive  magnetic  anomalies  (Stålhös,  1991).  The  anticline west of Gruvsjön (Fig. 19) exposes the deepest part of the stratigraphy. 

A correlation between the two drill cores, 276 and 286, used by Lager (2001) and the drill core, 494,  that was drilled approximately 1 km southward and analysed in this study, would have been ideal. 

However most of drill core 286 is missing, which makes it impossible to correlate the two borehole  profiles. 

A valid stratigraphy is vital to determine the position of the ore bodies in and the 3D structure of the  Dannemora inlier. Lager (2001) divided the supracrustal succession into upper and lower formation,  but  the  boundaries  were  not  defined.  The  basis  for  the  division  of  the  stratigraphy  into  a  large  number of pyroclastic flow deposits  is not specified (Lager,  2001), but colour variation  is the most  probable explanation. The numerous beds or layers of different deposits have not been possible to  define  during  drill  core  logging  and  field  work.  The  revised  interpretation  is  based  on  textural  changes, which are more reliable to separate different deposits than variation in colour. Earlier work  by Lager (2001) was very detailed and he described and interpreted the stratigraphy as very variable  with hundreds of “pyroclastic flow deposits or ignimbrites” (the quotation marks was used in Lager,  2001).  Based  on  both  field  observation  and  logging  of  a  c.  1240 m  long  drill  core  494,  that  interpretation has been revised in this study. 

The supracrustal succession here referred to as the Dannemora Formation (DFm), is divided into an  upper and a lower member (Fig. 10). The members can be correlated with the two volcanic stages of  the  evolution  of  the  Bergslagen  region  described  by  Allen  et  al.,  (1996):  the  lower  member  was  deposited during the intense stage and upper member consequently during the waning stage. The  lower boundary of DFm is not exposed and the highest level of DFm is exposed in the cores of the  Dannemora and the Bennbo synclines. The lower member is subdivided into subunit 1 (lower) and  subunit 2 (upper), each consisting of a flow deposit (bottom) and air‐fall deposit with accretionary  lapilli (top) (Fig. 10). The partly missing accretionary lapilli deposit in subunit 2 is discussed below.  

The thickness of the DFm is not stated in Lager (2001), but a rough estimate is 700‐800 m (cf. Plate 2  in  Lager,  2001).  Based  on  logging  of  a  drill  core  494  which  penetrates  the  whole  succession,  the  thickness  of  the  DFm  is  here  estimated  to  600‐700  m.  The  starting  point  of  the  borehole  is  in  the  western  limb  of  the  anticline  i.e.  in  the  lower  member  (Fig.  10).  The  two  recorded  occurrences  of  accretionary  lapilli  are  interpreted  as  the  same  bed,  divided  by  the  axial  plane  of  the  anticline  (Fig. 10). If the occurrences instead represent two separate accretionary lapilli beds, the estimated  thickness is at least 300 m larger and the lower member would have an additional subunit. Another  complication  is  that  subunit  2  of  the  lower  member  is  > 400  m  thick,  but  as  the  borehole  goes  through a parasitic z‐fold (cf. Fig. 4, Lager 2001), the true thickness is consequently < 400 m. 

One key unit has not been recorded during logging of drill core 494; the accretionary lapilli beds that  are interpreted as the top of subunit 2 of the lower member (Lager, 2001 and Allen et al., 1996). The  borehole  goes  through  the  stratigraphic  level  with  the  accretionary  lapilli  bed  about  450  m 

(14)

horisontal  distance  SW  of  the  outcrop  with  the  same  bed.  A  missing  bed  can  be  due  to  faulting,  reworking or erosion. No fault breccias or shear zones were recorded during the logging of the drill  core. And even if such structures would have been encountered, the true orientation of them cannot  be  achieved  because  there  is  no  information  about  the  borehole  orientation  available.  Reworking  and erosion of a deposit might be selective and also cause lateral differences along the beds. 

Fig. 10. Stratigraphic column of Dannemora Formation based on drill core Bh 494 (left). The formation is divided into an  upper and a lower member. Subdivision of the lower member is subunit 1 (lower) and subunit 2 (upper). Repetition of the lower member is due to folding and as the borehole starts in the western limb (right) it crosses the inferred axial  plane.  

Based on profiles drawn from mine plans and the assumption that the ore bearing layers are located  in  the  uppermost  part  of  the  succession,  the  axial  trace  of  the  Dannemora  syncline  has  been  modified to be located 2‐300 m westward compared to the interpretation by Stålhös (1991).  

In the W limb of the Bennbo syncline, there is an E‐W almost continuously exposed profile showing  important  details  concerning  stratigraphy,  depositional  environment  and  tectonic  structures.  The  steeply  dipping  layers  contain  numerous  sedimentary  structures  such  as  cross  bedding,  water‐

escape structures, soft‐sediment folding and erosion channels (Fig. 11). These structures all show an  unambiguous  stratigraphic  younging  direction  towards  E.  Water  depth  must  have  varied  during  deposition as the grain size ranges from silt to coarse sand. The main source of sediments is primary 

(15)

Based  on  the  amount  of  barium,  here  c.  8  wt‐percent,  the  hyalophane  formed  during  diagenesis  (Essene et al., 2005). It is not known if the occurrence of hyalophane linked to the formation of the  BIF. However numerous occurrences of coexisting Fe‐Mn‐mineralisations and hyalophane have been  described e.g. Lillsjön, Bergslagen, Sweden (Lundström and Wadsten, 1979), Jakobsberg, Bergslagen,  Sweden (Igelström, 1867) and Cuyuna Iron Range, Minnesota, USA (McSwiggen et al., 1994). 

A   B   

Fig. 11. A) BIF with soft‐sediment deformed vertical dipping beds, both within the bed and at the upper boundary. N is  to the left and younging direction upwards in the picture. Horisontal surface, younging direction is up in the figure and  width of view c. 1 m. B) Erosion channel (beige, upper part) cutting down into a reworked layered ignimbrite, with  white devitrified pumice fragments. Vertical dipping beds and younging direction is up in the figure. Pencil for scale. 

The occurrences of epidote fragments (Fig. 12) were interpreted to indicate marine deposition and  also  change  of  depositional  sequence  (Lager,  2001).  They  were  considered  to  represent  pieces  of  carbonate lithoclasts replaced by epidote in the pyroclastic flow (Lager, 2001). We suggest that they  represent pumice fragments that acted as traps for fluids during alteration and metamorphism. This  interpretation is based on the fact that the fragments have the same texture as the matrix including  quartz phenocrysts. Epidotisation occur almost exclusively in the vicinity of greenstone dikes, i.e. the  alteration  might  be  related  to the  intrusion  event  or  the  regional  metamorphism  of  the  dikes  and  the metavolcanic rocks. 

A    B   

Fig.  12.  Epidote  fragment  from  the  lower  member  A)  Drill  core.  Notice  the  quartz  phenocrysts  within  the  fragment.

Scale = top to bottom 3 cm. B) Outcrop. Most obvious epidote fragment is lower left. Black pencil for scale. 

 

(16)

Summary of stratigraphic results 

Dannemora  Formation  is  divided  into  a  lower  and  the  upper  member.  The  lower  member  is  subdivided into two subunits. Total thickness is approximately 600‐700 m. However with respect to  folding, this approximation is a maximum value. 

The  division  into  hundreds  of  beds  recorded  by  Lager  (2001)  was  probably  based  on  colour  variations.  This  division  is  not  supported  by  this  study,  as  textural  changes  are  a  more  reliable  feature when dividing a succession into units and beds. However, the depositional sequences (Lager,  2001) can to certain degree be correlated to member 1 and 2. 

Epidote  fragments  are not former carbonate  lithoclasts  that  indicate marine  deposition.  Texturally  these  fragments  are  pumices.  The  pumices  acted  as  traps  for  hydrothermal  fluids  during  dike  intrusion and/or during regional metamorphism. 

 

(17)

Geochemistry and metamorphism

Greenstone dikes 

Numerous  greenstone  dikes  have  intruded  the  rocks  in  the  Dannemora  inlier  and  surrounding  metagranitoids.  The  greenstone  dikes  are  mainly  greenish  grey  to  greyish  green,  very  fine  grained  and dominated by epidote and chlorite with minor amounts of amphiboles and sphene. The opaque  phase consists of euhedral, scattered < 1 mm pyrite grains.  

Seventeen  greenstone  dikes  have  been  analysed  for  major  and  trace  elements.  In  a  TAS  diagram,  (Fig. 13) they plot as basalt to picrite. In the Nb/Y vs. Zr/TiO2 discrimination diagram they plot as sub‐

alkaline basalts (Winchester and Floyd, 1977). 

A  B  

Fig. 13. A) TAS‐diagram, the greenstone dikes (n=17) plot as picrite to basalt (boundaries after Le Maitre, 1989).  

B) Discrimination diagram Nb/Y vs. Zr/TiO2 of Winchester and Floyd (1977). All analyses, except one, plot as sub‐alkaline  basalt. 

The Spider diagram (Fig. 14) of rock/primodial mantle shows that LILE (large lithophile elements), i.e. 

Ba to K, with one exception, are enriched relative to HFSE (high field strength elements), and that Nb  and Ta are depleted. REE normalized to chondrite are enriched in the LREE compared to HREE that  levels  out  below  10x  the  chondrite  values,  and  a  small,  mainly  positive  peak  in  europium  with  Eu/Eu* = 0.91‐1.29. The latter indicates that plagioclase was not part of the crystallisation. 

A  B  

Fig. 14. A) Spider diagram of rock normalised to primordial mantle. A general enrichment of LILE compared to HFSE,  depletion of Nb and Ta. Primordial mantle values after McDonough and Sun (1995). B) REE in rock analyses normalised  rock to chondrite, with enrichment in LREE compared to HREE. Eu has a slight positive peak. Chondrite values after  McDonough and Sun (1995). 

(18)

In a Y‐La‐Nb discrimination diagram (Fig. 15) the analyses plot in the calc‐alkali basalt field (1A) and  continental  basalt  field  (2A).  Analyses  that  plot  away  from  the  Nb  apex  are  typical  for  subduction  related  environment  or  continental  crust  contamination  (Wilson,  1989).  The  cluster  in  the  calc‐

alkaline  field  is  in  favour  of  subduction  environment.  However  in  Ti‐Zr‐Y  discrimination  diagram  (Pearce  and  Cann,  1973)  the  analyses  scatter  mainly  as  WPB  (n=8)  and  in  the  mixed  field  B  (n=5). 

Stephens  et  al.,  (2009)  concluded  that  mafic  metavolcanic  rocks  from  Bergslagen  region,  plot  in  fields  B,  C  and  D  in  a  Zr‐Ti‐Y  diagram  (cf.  Fig.  13),  i.e.  some  of  the  analyses  are  classified  as  calc‐

alkaline formed in an active continental margin environment. 

A   B   

Fig. 15. A) Y‐La‐Nb discrimination diagram of Cabanis and Lecolle (1989), mainly discriminate the analyses as calc‐alkali  basalts (1A) and continental basalts (2A). 1C is volcanic‐arc tholeiites and 1B transition between 1A and 1C, 2B is back‐

arc basin and field 3 is oceanic basalts. B) Ti‐Zr‐Y discrimination diagram of Pearce and Cann (1973), the analyses scatter  within all fields except A. A = Calc‐alkali basalts, B = Ocean‐floor basalts, with low‐K tholeiites and calc‐alkaline basalts,  C = Low‐K tholeiites, D = WPB. 

Based on the relation between Ta/Yb and Th/Yb (Fig. 16), the tectonic environment for the analysed  greenstone  dikes  scatter  within  the  field  defined  for  continental  arc  basalt  (CAB),  within  active  continental  margin,  and  within‐plate  volcanic  zone  (WPVZ),  i.e.  a  back‐arc  basin  environment  (Gorton and Schandl, 2000). 

Yttrium  can  be  highly  mobile  during  alteration  and  weathering  resulting  in  depletion  (Hill  et  al.,  2000), consequently the sampling here was focussed on fresh and unaltered parts of the greenstone  dikes. The mobility and depletion of Y due to alteration should be detected in a Zr‐Ti‐Y‐diagram (Fig. 

15)  and  if  altered  the  analyses  plot  away  from  the  Y  apex  and  outside  the  defined  field.  This  is  possible  to  observe  even  for  weakly  altered  samples  (cf.  Hill  et  al.,  2000).  Mobility  of  both  Zr  and  TiO2 should be revealed in the same way. The conclusion is that Y, Zr and TiO2 is reliable in tectonic  setting  diagrams.  It  should  be  mentioned  that  fractionation  can  result  in  plots  indicating  false  tectonic environments. The low Mg# ranging from 25 to 47 is an indication of fractionation. 

(19)

 

Fig. 16. Discrimination diagram based on Ta/Yb vs. Th/Yb. The analyses scatter within active continental margin and  within‐plate volcanic zone. MORB = Middle ocean ridge basalt, SHO = Shoshonite, CAB = Continental Arc Basalt, IAT =  Island Arc Tholeiite. (Combined diagram of Gorton and Schandl (2000) and Pearce et al., (1981))  

The Bergslagen region has been suggested to be an extensional continental back‐arc region (Allen et  al., 1996). The scatter of the analysed greenstone dikes from Dannemora from CAB to WPVZ could  be interpreted as a similar change of tectonic setting, as described by Pearce et al., (1981), i.e. that  dikes intruded both during a back‐arc spreading episode and an arc episode, evident in changes in  geochemical  affinity.  In  addition,  the  ratio  between  subduction  zone  component  and  MORB  component  can  change  over  time  (Pearce  and  Peate,  1995).  The  influence  of  subduction  zone  component  decreases  when  the  back‐arc  region  “matures”  into  back‐arc  spreading  (Pearce  et  al.,  1981). The depletion of Nb and Ta could be ascribed to subduction related processes (Kelemen et al.,  2003). 

Metamorphic conditions 

The  greenstone  dikes  consist  of  actinolite  +  chlorite  +  epidote  ±  hornblende  ±  albite  i.e.  typical  greenschist  facies  mineralogy  for  a  basaltic  composition.  In  the  rhyolites,  prograde  muscovite  and  chlorite coexist along the tectonic fabric, which indicate that the metamorphic grade never reached  amphibolite  facies  (Winkler,  1979)  in  the  Dannemora  inlier.  Deformation  mechanisms  in  the  ÖSZ  (see later text) give temperature ≤ 500°C (Passchier and Trouw, 2005). These findings show that the  metamorphism  never  exceeded  greenschist  facies  in  the  Dannemora  inlier,  but  also  that  the  previous estimate of lower greenschist facies conditions (Lager, 2001) was too low. 

Summary of geochemistry and metamorphism 

The greenstone dikes from Dannemora inlier and surroundings are geochemically classified by minor  elements  as  subalkaline  basalts.  Tectonic  environment  diagrams  classify  these  subalkaline  greenstone dikes as arc‐basalts with continental affinity to within‐plate volcanic zone. The trough in  Nb/Ta also indicates a subduction related tectonic environment, i.e. an active continental margin. 

On  the  basis  of  both  the  mineralogy  in  the  greenstone  dikes  and  the  deformation  mechanisms  in  deformed  rocks,  the  metamorphic  temperature  was  ≤  500°C  i.e.  uppermost  greenschist  facies  conditions. 

(20)

Tectonic structures

The intrusion of the early orogenic granitoids has previously been suggested to result in the isoclinal  folding  and  steeping  of  the  supracrustal  rocks  in  the  area  as  well  as  in  Bergslagen  in  general  (e.g. 

Stålhös,  1991).  However  many  studies  have  shown  that  granitic  magma  generally  crystallises  as  tabular rather than diapir‐shaped bodies (e.g. McCaffrey and Petford, 1997 and Brown, 1994). Also  the  lack  of  metamorphic  aureoles  around  the  granitoids  contradicts  large  diapiric  bodies.  Already  Mahon  (1988)  concluded  that granitoid  diapirism would  suffer “thermal death”  and  lock up in  the  middle crust. Therefore the tight (F1‐) folding in the supracrustal inliers in the Dannemora area (and  Bergslagen)  must  be  due  to  subsolidus  deformation  affecting  these  rocks  and  the  surrounding  granitoids.  The  regional  tectonic  deformation  affected  both  lithologies  and  occurred  after  the  intrusion of the granitoids. Stephens et al., (2009) concluded the 1.87‐1.84 Ga GSDG suite intruded  under transtensional regime of regional scale dextral strike‐slip structures. 

It is vital in any study of a structural evolution to identify the number and character of foliations. In  this study, three tectonic foliations (S1, S2 and S3) have been recorded in the metasupracrustal rocks  in  the  Dannemora  inlier.  Tectonic  foliation  only  localised  to  faults  (Lager,  2001)  is  thus  not  supported.  A  direct  correlation  of  structures  with  earlier  studies  in  the  area  (Stålhös,  1991)  is  not  possible as that work did not separate bedding from tectonic foliation in the supracrustal rocks. This  excludes the use of the published data for bedding cleavage analysis to define large‐scale folds, but  the differentiation of rock types, intense foliation etc on the map of Stålhös (1991) help outlining the  general  trends  of  the  different  rocks  and  also  some  large‐scale  folds.  In  the  ongoing  work  we  integrate this data with bedding/cleavage analysis to define F1 and F2 folds. Another important task  is to relate shape and localisation of ore/mineralisation to the structural elements. It is implicit that  the iron ore is concordant to S0/S1 but also affected by subsequent folding and the development of  the  pronounced  lineation.  However,  the  sulphide  mineralisation  in  Svavelgruvan  is  obviously  discordant to S0/S1 (Fig. 51 in Lager, 2001) and therefore most likely structurally controlled. 

The record of one major and some smaller ductile shear zones affecting both the plutonic and the  supracrustal  rocks  is  the  most  significant  new  structural  element  for  the  interpretation  of  the  structural geometry of the Dannemora area. If displacement distances are large this may affect also  the  interpretation  of  the  stratigraphy  as  previous  interpretations  are  based  on  a  continuous  stratigraphy without tectonic breaks. 

The  absence  of  layering  and  the  less  variable  character  of  the  tectonic  foliations  within  the  metagranitoids  make  the  definition  of  foliations  less  of  a  problem.  HOwever  the  correlation  of  foliation(s)  in  the  plutonic  and  supracrustal  lithologies  is  less  obvious  and  important  for  the  structural interpretation. 

Metavolcanic rocks 

S1 is a continuous cleavage defined by sericite/chlorite and is in most cases parallel to sub‐parallel to 

(21)

However,  meso‐scale  isoclinal  F1‐folds  with  S1  defining  the  axial  planar  foliation  and  verified  by  refolding  by  F2  are  only  occasionally  observed  in  the  Dannemora  inlier  like  e.g.  in  the  Garpenberg  area (Allen et al., 2003) and the entire Bergslagen region. The large‐scale isoclinal F1 folding of ore  bearing  stratigraphy  envisaged  by  mining  is  thus  not  reflected  by  frequent  meso‐scale  structures. 

This discrepancy is probably significant for the folding mechanism and the structural evolution. 

In the  Bennbo area (Fig.  19) there  is a  100m  scale tight F1 fold.  The  bedding cleavage  relationship  between Sand S1 is reversed in the limbs and way up shifts from E in the western limb to W in the  eastern  limb.  The  constructed  fold  axes  is  sub‐parallel  to  the  measured  lineations  in  the  area  (Fig. 17)  

S2 is a grain shape fabric, which is most distinct in rocks with quartz phenocrysts, but also present in  massive metavolcanic rocks in which S2 results in kinking of S1. The orientation of S2 is mainly WNW‐

ESE and it has a distinct angle to S0 i.e. to the main strike direction of the Dannemora syncline and  shear zones (Fig. 19). Within layered varieties of the metavolcanic rocks S2 is related to asymmetric  meso‐scale F2‐folds. The pronounced lineation in the area is sub‐parallel to the axes of these folds  hence the lineation is referred to as L2

Parasitic  F2‐folds  on  the  geological  map  (Fig.  19)  are  derived  from  different  sources.  In  the  Dannemora syncline the z‐fold is traced from a folded accretionary lapilli bed from the mine maps  (Lager, 2001). The shape of the z‐fold in the anticline is based on bedding measurements and that  fold closure is > 400 m wide. 

A       B      

Fig. 17. A) Stereonet displaying poles to S0 (filled circles, n=24), S1(open squares, n=13) and S2(open triangles, n=10). B)  All  measured  lineations  in  Dannemora  inlier  (diamonds,  n=30)  with  mean  vector  (blue  circle  displaying  the  scattering  interval) and S1 (open squares, n=13) and the cylindrical best fit (red great circle) for S1

The relationship between F2‐folds and thin (< 1 dm wide), ductile shear zones (Fig. 18) indicates that  the  latter  formed  during  or  after  D2.  The  strong  dextral  shear  of  WNW‐ESE,  steeply  dipping,  greenstone dikes was developed during D2 (Fig. 18). A moderately to steeply plunging lineation (L2),  resulting from strong mineral stretching and/or intersection between S1/S2 is parallel to sub‐parallel  to the axes of F2. The stretching related to L2 has most probably affected the distribution and shape 

(22)

Approximately  N‐S  striking  greenstone  dikes  truncating  the  bedding  show  L2  but  are  also  boudinaged.  If  L2  and  the  boudinage  developed  simultaneously,  this  implies  transpressive  deformation during that event. 

A   B   

Fig. 18. A) Subhorizontal surface showing reworked, graded bedding in steep dipping metavolcaniclastic rock. A possible  F1‐fold (highlighted by hatched line) is refolded by an F2 fold with a grain‐shape fabric, axial planar S2. F2 is truncated by  a thin dextral shear zone. All structures are cut by the local S3 cleavage (parallel to string of compass; mirror pointing N). 

B) Greenstone dike with dextral S‐C' fabric (WNW towards left). 

S3 has only been found  locally. It  is  a  moderately dipping, spaced cleavage truncating S1, S2 and F2  (Fig. 18), and the significance of this foliation is not yet established. S3 is striking 190‐230° which is  roughly the strike of the main shear zone east of Dannemora syncline, but the foliation has a gentler  dip. Table 1 shows a summary of structures in the Dannemora inlier. 

Table 1: Summary of structures in the Dannemora inlier 

Geological event  Foliation  Lineation Fold Phase 

Deposition of the  supracrustal rocks  and intrusion of 

granitoids 

S0    Syn‐sedimention 

folds  

Extension 

(?) Intrusion of dikes  (?) 

      Extension? 

D1  S1 

continuous, defined  by sericite/chlorite 

and parallel with  axial plane to F1 

Possibly horisontal  and parallel to fold 

axis to F1 

F1  Isoclinal,   N‐S striking and with  steeply dipping axial 

plane 

Compression 

(?) Intrusion of dikes  (?) 

  Extension? 

D2  S2 

GSF, spaced and  most pronounced in 

rocks with  phenocrysts 

L2  Stretching‐ and 

intersection  lineation between 

S1/S2 

F2  Asymmetric, z‐folds 

Compression: 

formation of folds  and shear zones 

D3  S3 

local 

Compression

  

(23)

Metagranitoids 

The  metagranitoids  surrounding  the  Dannemora  inlier  share  a  more  or  less  pronounced  lineation  with the supracrustal rocks (this study and Stålhös, 1991) suggesting that it corresponds to Lin the  latter. The steep foliation to the W of the magmatic contact to the supracrustal rocks is partly at a  high angle to the general NNE‐SSW trend of the rocks of the inlier and parallel to the strike of S2 in  the  latter.  These  patterns  indicate  that  the  granitoids  and  the  rocks  of  the  inlier  were  affected  by  approximately N‐S shortening during D2 and that the  foliation subsequently rotated into the shear   

Fig. 19. Top ‐ Map of the Dannemora inlier. Inferred F1 synclines (X) and anticline (<>) with asymmetric F2‐fold. 

Simplified map from 12I Af161 Östhammar NV (Stålhös, 1991). Bottom – A schematic NW‐SE profile across the 

Dannemora inlier as follows from A to B: metagranitoid in the west with “baked” contact to the metavolcanic rock. Next  is the Bennbo syncline with marble recorded only in the western fold limb and the anticline west of Gruvsjön (see top  figure). The contact between the metagranitoid and the metavolcanic rock west of the Dannemora syncline is sheared  with east‐up movement. In the deepest part of the syncline there is a granitoid intrusion with skarn‐envelope, known  from drill core logging. The relationship between this intrusion and the one immediately to the west is unknown. The  Dannemora syncline consists of intercalations of marble and metavolcanic ash‐siltstones. The regional scale shear zone  (ÖSZ, see below) defines the contact to the metagranitoid in the east. 

(24)

zone. Alternatively the shear zone is an earlier structure that has been rotated clockwise by folding,  as suggested by Persson and Sjöström (2003). 

Shear zones 

The northwards extension of the Österbybruk‐Skyttorp zone, ÖSZ, (Persson and Sjöström, 2003) has  been identified east of Lake Filmsjön. The ÖSZ belongs to a shear zone system splaying off from the  Singö  Shear  Zone  in  the  north  (Persson  and  Sjöström  2003).  The  system  is  folded  (rotated  anticlockwise) and continues E‐W along the supracrustal rocks including the Ramhäll ores, ca. 12 km  S of Dannemora. This folded shear zone system makes up the western and southern boundary of a  major tectonic lens of metagranitoids. Its eastern boundary is outlined by the Gimo Shear Zone (GZ)  Persson  and  Sjöström,  2003).  The  ÖSZ  and  the  GZ  appear  distinct  in  regional  formlines  pattern  (Fig. 20) (Bergman et al., 1996). 

The  steep  ÖSZ  truncating  the  inlier  east  of  Lake  Filmsjön  is  at  least  500  m  wide  and  affects  granitoids,  rhyolites  and  basalt  (cf.  Stålhös,  1991).  The  lineation  in  the  mylonites  is  often  steeper  (more down‐dip) than in the surrounding, less deformed rocks. The foliation in the granitoids rotates  clockwise  approaching the  shear  zone truncating the  eastern  margin of  the  inlier.  In that part it  is  parallel to the general trend of the rocks of the inliers. To the E of the shear zone, the foliation in the  metagranitoids rotates anticlockwise from NNE‐SSW to E‐W in an at least c. 3 km wide zone (Fig. 20). 

The latest and dominating ductile movement of the shear zone east of Lake Filmsjön is E‐up, which is  in  agreement  with  earlier  work  to  the  S  (Engström  2001,  Persson  and  Sjöström,  2003).  Hence  the  granitoids to the E have been uplifted relative to the inlier. Ductile shear structures have also been  recorded  underground  in  the  mine  at  175  m  level.  Way  up  structures  towards  NW  show  that  this  shearing occurred in the eastern limb of the Dannemora syncline. 

A  revised  excerpt  from  a  master  thesis  by  Linn  Björbrand  describes  the  microtextures  of  the  ÖSZ  (Appendix 1). 

(25)

 

Fig. 20. Map of formlines and interpreted deformation zones in NO Uppland (Bergman et al., 1996). 

The  mine  map  of  Konstängsfältet  shows,  that  seven  drill  cores  truncated  “skölzoner”.  As  ductile  shear zones are apt to be reactivated it is very likely that at least some of these semi‐brittle shear  zones (“skölzoner”) formed by reactivation. Therefore, the ductile shear zone system in the eastern  limb  of  the  Dannemora  syncline  probably  influenced  the  location  and  orientation  of  the  subsequently  developed  semi‐brittle  system.    Such  repeated  activity  has  been  recorded  along  the  shear zone between Skyttorp and Vattholma (Engström, 2001).  

Also the tabular granitoid W of the Dannemora syncline and S of Gruvsjön is mylonitised (along both  boundaries) and shows again E‐up kinematics.  In addition, the tabular granitoid at Film, possibly the  same as at Dannemora, is strongly deformed at its western margin. This repeated structural pattern  suggests that E‐up shear zones significantly affect the eastern part of the Dannemora inlier, including  the Dannemora ore bearing syncline. Also in Garpenberg in northern Bergslagen (Allen et al., 2003)  and  Viker‐Älvlången  in  the  southwest  (Stephens  et  al.,  2001),  there  are  approximately  NE‐SW  striking shear zones truncating the eastern limb of the ore bearing synclines. 

The  regional  consistency  of  shear  zones  probably  affected  the  local  distribution  of  ore  bodies  but  may  also  have  contributed  to  the  unusual  fold  geometries  and  their  relation  to  the  pronounced,  often steep lineations typical of Bergslagen. 

(26)

Shear zone displacement 

The lack of marker horizons on each side of the ÖSZ makes it impossible to get a direct measurement  of the displacement during ductile shear.  However, it is possible to get an estimate by comparing  the  mineralogy  and  in  particular  the  mineral  chemistry  in  similar  rocks  across  the  shear  zone.  The  titanium  content  and  Fe/Fe+Mg  in  biotite  (Henry  et  al.,  2005)  in  comparable  granodiorites  complemented by plagioclase‐amphibole thermometry in dikes on each side will be applied to give  at  least  a  crude  estimate.  A  study  of  the  dikes  seems  most  promising  in  this  context  as  they  have  greenschist  facies  mineralogy  in  the  inlier  (see  next  paragraph)  and  a  more  amphibolitic  field  appearance in the granitoids to the E of the ÖSZ.  

An  eastwards  increase  in  metamorphic  grade  is  indicated  in  the  study  by  Persson  and  Sjöström  (2003)  showing  that  the  shear  zone  related  mineralogy  in  the  GZ  indicated  higher  metamorphic  grade than that of the ÖSZ. In addition, to the SE, in the Norrtälje synform, there are migmatites and  anatectic  granitoids  (Stephens  et  al.,  2007).  This  pattern,  and  the  thermobarometry  result  by  Sjöström and Bergman (1998) indicate an increase in metamorphic grade both to the NE (the Singö  shear  zone)  and  SE.  Combined  with  the  suggestion  of  a  west‐vergent  fold  front  (Stålhös,  1991)  or  thrust (Sjöström et al. 2008) in the Norrtälje synform, structurally controlled metamorphic variations  in  NE  Bergslagen  may  therefore  exist  although  metamorphism  outlasting  deformation  is  a  general  feature (Allen et al., 1996). This contradiction may reflect that Bergslagen has been affected by two  metamorphic episodes as suggested by Andersson et al., (2006). 

Summary of tectonic structures  

It is vital in any study of a structural evolution to identify the number and character of foliations. In  this study, three tectonic foliations (S1, S2 and S3) have been recorded in the metasupracrustal rocks  in  the  Dannemora  inlier.  Tectonic  foliation  only  localised  to  faults  (Lager,  2001)  is  thus  not  supported. 

The  at  least  500 m  wide  continuation  of  the  ÖSZ  affecting  both  the  plutonic  and  the  supracrustal  rocks along the E limb of the Dannemora syncline is the most significant new structural element. 

S1 is a sericite/chlorite defined continuous cleavage, in most cases parallel to sub‐parallel to S0, i.e. 

steep and strikes N‐S to NNE‐SSW. 

S2 is a grain shape fabric, which is most distinct in rocks with quartz phenocrysts, but also present in  massive metavolcanic rocks in which S2 results in kinking of S1

S3 has only been found locally, is spaced and has a moderately dip. 

A  moderately  to  steeply  plunging  lineation  (L2),  resulting  from  strong  mineral  stretching  and/or  intersection between S1/S2 is parallel to sub‐parallel to the axes of F2. The stretching related to L2 has  most probably affected the distribution and shape of the ore bodies. 

(27)

Dannemora inlier in the regional tectonic framework

The  regional  tectonic  framework  surrounding  the  Dannemora  inlier  is  fairly  well  established  and  defines  boundary  conditions  for  the  evolution  also  within  the  inlier.  The  northern  margin  of  Bergslagen region, although its location at the present erosion level is discussed, probably coincides  with  crustal  scale  tectonic  boundaries.  The  Singö  shear  zone  (SSZ)  in  the  NE  was  pervasively  deformed at 1.86‐1.85 Ga and shows evidence of localised deformation 1.83‐1.80 Ga (Hermansson  et al., 2008a; Hermansson et al., 2008b). Högdahl et al. (2009) suggested that the SSZ and the Gävle‐

Rättvik zone (GRZ) (Tirén and Beckholmen 1990, Stephens et al., 1997) are both parts of a coherent  arcuate  structure  defining  the  northern  boundary  of  the  Bergslagen  region.  In  addition,  it  was  suggested  that  this  boundary  is  related  to  structures  in  the  middle  and  lower  crust  and  possibly  represents a terrane boundary, which is in accordance with the interpretation that a terrane or plate  boundary exist in this part of the Fennoscandian Shield (Lahtinen et al., 2005).  

In a local study Persson and Sjöström (2003) identified the ductile shear zones in the in Österbybruk‐

Skyttorp and Gimo areas, the ÖSZ and GZ, respectively, and interpreted these as enveloping a large  scale tectonic lens or lenses consisting of granitoids. Steeply plunging east‐verging folds (F3) refolded  this patterns and the strong stretching lineation (L2). Several such east‐verging large‐scale folds exist  to the south of the GRZ‐SSZ indicating a common evolution including dextral shear. Högdahl et al.,  (2009) suggested that that there was a progressive evolution from dextral shear at 1.87—1.86 Ga to  pure  shear  along  the  GRZ‐SSZ  and  that  this  resulted  in  shift  of  activity  northwards  to  the  Hagsta  Gneiss Zone (HGZ) at 1.81 Ga. Such a progressive evolution is consistent with c. N‐S shortening and  (growing)  regional  transpression.  Also  the  large‐scale  fold  structure  of  western  Bergslagen,  with  a  clockwise rotation of lithologies approaching the GRZ is consistent with such an evolution. 

All  these  structures  are  mainly  related  to  shortening  of  the  crust,  i.e.  the  evolution  after  the  extension of the continental crust that was related to the back‐arc magmatism and ore formation. It  is implicit that this extensional period generated large‐scale (listric?) faults that, despite voluminous  intrusion  of  granitoids,  represented  crustal  anisotropies  localizing  strain  (e.g.  by  fault  inversion)  during  subsequent  crustal  shortening.  Inversion  of  extensional  faults  during  significant  shortening  could be expected to result in thrusts rotating to steep reverse shear zones like the ÖSZ. 

(28)

Discussion and conclusions

The supracrustal succession is here referred to as the Dannemora Formation and it is divided into a  lower  and  an  upper  member,  and  the  former  is  subdivided  into  subunit  1  and  2.  The  deposition  environment is not as variable as suggested by Lager (2001). And the 1000’s of thin beds recorded by  Lager (2001) was probably based on colour variation rather than textural variations. The occurrence  of  epidote  lithoclasts,  interpreted  as  former  carbonate  fragments,  as  an  indication  of  marine  environment  (Lager,  2001)  is  not  supported  by  this  study,  because  these  epidote  fragments  texturally  resemble  pumices.  In  addition  the  epidotisation  seems  to  be  related  to  the  intrusion  of  dikes and/or regional metamorphism. 

Depositional  temperature  and  processes  were  different  in  the  lower  and  the  upper  member.  The  lower  member  contains  small,  scattered,  spherical  and  pectinate  spherulites,  indicating  distal  or  marginal parts of a non‐welded to slightly welded pyroclastic flow deposit. The upper member never  underwent  any  welding,  which  is  evident  by  preserved  bubble‐walled  and  cuspate  former  glass  shards that were later replaced by sericite. 

The recorded fiamme were flattened due to diagenetic and/or tectonic deformation.  

The size of the accretionary lapilli in Dannemora inlier is in favour of subaerial eruption (Schumacher  and Schmincke, 1991) although the depositional environment was subaqueous, evident from layers  with normal grading and water‐escape structures. 

Beds  with  pumice  blocks  indicate  subaqueous  deposition  in  an  isolated  basin.  Floating  pumice  is  easily dispersed and, for such a deposit to form, it has to be emplaced in an isolated basin or if the  pumice blocks sank instantaneously, after eruption close to the eruption site. 

Based  on  the  geochemistry  of  the  greenstone  dikes,  the  tectonic  setting  was  as  the  transition  between  ACM  and  WPVZ,  i.e.  a  subduction  zone  and  a  back‐arc  basin.  The  greenstone  dikes  are  classified  as  subalkaline,  generally  with  a  continental  affinity.  The  strong  deformation  of  certain  greenstone  dikes  indicates  that  they  intruded  before  D2.  Different  cross  cutting  greenstone  dikes  have  been  affected  by  folding  or  formation  of  boudinage,  i.e.  their  original  orientations  were  different. 

The interpretation that tectonic foliations are only related to faults (Lager, 2001) can be rejected, as  three different foliations except the bedding, has been identified. 

The boundary between the metagranitoids along the western margin of the Dannemora inlier and  the metasupracrustal rocks is magmatic, ~500 m wide, and most of the recorded contacts elsewhere  show evidence of tectonic deformation. 

The  eastern  limb  of  the  Dannemora  ore‐bearing  syncline  is  truncated  by  a  major  shear  zone  with  E‐up kinematics during the latest ductile deformation. This shear zone represents the continuation 

References

Related documents

This is the concluding international report of IPREG (The Innovative Policy Research for Economic Growth) The IPREG, project deals with two main issues: first the estimation of

a) Inom den regionala utvecklingen betonas allt oftare betydelsen av de kvalitativa faktorerna och kunnandet. En kvalitativ faktor är samarbetet mellan de olika

• Utbildningsnivåerna i Sveriges FA-regioner varierar kraftigt. I Stockholm har 46 procent av de sysselsatta eftergymnasial utbildning, medan samma andel i Dorotea endast

I dag uppgår denna del av befolkningen till knappt 4 200 personer och år 2030 beräknas det finnas drygt 4 800 personer i Gällivare kommun som är 65 år eller äldre i

DIN representerar Tyskland i ISO och CEN, och har en permanent plats i ISO:s råd. Det ger dem en bra position för att påverka strategiska frågor inom den internationella

Det finns många initiativ och aktiviteter för att främja och stärka internationellt samarbete bland forskare och studenter, de flesta på initiativ av och med budget från departementet

Den här utvecklingen, att både Kina och Indien satsar för att öka antalet kliniska pröv- ningar kan potentiellt sett bidra till att minska antalet kliniska prövningar i Sverige.. Men

Av 2012 års danska handlingsplan för Indien framgår att det finns en ambition att även ingå ett samförståndsavtal avseende högre utbildning vilket skulle främja utbildnings-,