Geologische Rundschau

, Volume 79, Issue 1, pp 1–11 | Cite as

Geophysical and geochemical evidence of Proterozoic collision in the western marginal zone of the Baltic Shield

  • Josef A. Zuber
  • Björn Öhlander
Article

Abstract

New continental crust was formed in the Svecofennian domain of the Baltic Shield c. 1.9 Ga ago. Approximately 0.1–0.15 Ga later, new crust accreted to the SW part of the Shield. In this paper an attempt is made, on the basis of gravity measurements and lithogeochemistry, to describe the tectonic processes responsible for the continental growth c. 1.75–1.8 Ga ago. The Transscandinavian Granite Porphyry Belt (TGPB) separates the Svecofennian domain from the polymetamorphic terrain of the SW Swedish gneiss region. Red orthogneisses occurring immediately west of the TGPB are the deformed equivalents of the TGPB type granitoids, while grey orthogneisses, displaying a tonalitic-granodioritic trend and situated further west, were generated in a »volcanic arc« environment. The TGPB granitoids and the red SW Swedish gneisses represent a transition from this volcanic arc type rock to contemporaneous »within-plate« type granites intruded in the Svecofennian crust. The volcanic arc was forced against the Svecofennian crust in which large tensional fracture zones ensued with strike directions normal to the collision front. In such tensional environments the »withinplate« type granites were generated. In the collision zone the crust was down-warped, and huge amounts of granitic melts were generated at the base of the crust. This TGPB Magma rose upwards utilizing the fracture zone between the arc rocks, generated slightly earlier, and the Svecofennian crust. A relatively thin upper part of the TGPB that spread laterally westwards became strongly deformed during the collision (i.e. the red SW Swedish gneisses), while the major deep-reaching TGPB root zone that was not completely solidified yet, acted as a buffer against the foliation front.

Keywords

Continental Crust Fracture Zone Baltic Shield Type Granite Collision Front 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Zusammenfassung

Vor 1,9 Milliarden Jahren kam es zur Neubildung von kontinentaler Kruste im svecofennischen Bereich des Baltischen Schildes. Ungefähr 100–150 Millionen Jahre später wurde im Südwesten des Schildes neue Kruste hinzugefügt. In diesem Artikel wird auf der Basis von Gravimetriemessungen und Lithogeochemie der Versuch unternommen die tektomschen Vorgänge, die zu diesem 1,75–1,8 Milliarden Jahre alten Krustenzuwachs führten, zu beschreiben.

Der Transskandinavische-Granit-Porphyr-Gürtel (Transscandinavian-Granite-Porphyry-Belt/TGPB) trennt das Svecofennium von der polymetamorphen, im Südwesten Schwedens gelegenen Gneis-Region. Ein direkt westlich des TGPB gelegenes Vorkommen roter Orthogneise entspricht den deformierten TGPB Granitoiden. Graue Orthogneise, die weiter im Westen aufgeschlossen sind, zeigen eine mehr tonalitische bis granodioritische Zusammensetzung und werden auf einen vulkanischen Inselbogen zurückgeführt. Die TGPB Granitoide und die roten südwest-schwedischen Gneise stellen einen Übergang von den Inselbogen-Vulkaniten zu den zeitgleichen »Intra-Platten-Graniten« der svecofennischen Kruste dar. Der Inselbogen kollidierte mit der svecofennischen Kruste, es entstanden großräumige Bruchzonen mit Streichrichtungen senkrecht zur Kollisionsebene. Während des Zustands der hohen Druckspannung des Gebietes intrudierten die »Intra-Platten-Granite«. Innerhalb des Kollisionsbereiches wurde die Kruste nach unten gebogen, und so entstanden an der Basis der Kruste große Mengen granitischen Magmas. Dieses TGPB Magma stieg entlang der Störungszone innerhalb der Inselbogengesteine, die nur wenig älter sind, und der svecofennischen Kruste, auf. Nur ein, von relativ geringer Mächtigkeit, weiter westlich gelegener Teil des TGPB, die roten südwest-schwedischen Gneise, wurde während der Kollision intensiv deformiert. Dagegen war der Hauptanteil der tiefreichenden TGPB Wurzelzone noch nicht vollständig erstarrt und wirkte deshalb wie eine Pufferzone gegen die Schieferungsfront.

Résumé

De la croûte continentale nouvelle s'est formée il y a 1,9 Ga dans le domaine des Svecofennides (Bouclier baltique). Environ 100 à 150 Ma plus tard, de la croûte nouvelle s'est accrétionnée à la bordure sud-ouest du bouclier. Cette note basée sur des mesures de gravité et la lithogéochimie, présente un essai d'analyse des processus tectoniques responsables de cette croissance continentale d'âge 1,75 à 1,8 Ga. Le «Transcandinavian Granite Porphygry Belt» (TGPB) sépare le domaine svécofennien des gneiss polymétamorphiques du sud-ouest de la Suède. Immédiatement à l'ouest de TGPB affleurent des orthogneiss rouges qui représentent l'équivalent déformé de granitoïdes du TGPB, tandis que des orthogneiss gris de tendance tonalitique-granodioritique, situés plus à l'ouest, ont été engendrées dans un environnement d'arc volcanique. Les granitoïdes du TGPB et les gneiss rouges du sud-ouest de la Suède représentent une transition entre ces produits d'arc volcanique et les granites intra-plaque de même âge intrudés dans la croûte svécofennienne. L'arc volcanique a été accrétionné à la croûte svécofennienne avec production dans celleci de grandes fractures d'extension perpendiculaires au front de collision. C'est dans ce domaine en extension que les granites intra-plaque se sont mis en place. Dans la zone de collision, la croûte s'est incurvée vers le bas et de grandes quantités de liquides granitiques ont été engendrées à la base de la croûte. Ces magmas TGPB sont montés à la faveur de la zone fracturée entre les roches de l'arc engendrée un peu plus tôt, et la croûte svécofennienne. Seule une fraction supérieure relativement mince du TGPB, développée vers l'ouest, a subi une déformation importante au cours de la collision, pour former les gneiss rouges du sud-ouest de la Suède; par contre, la partie principale de la racine profonde du TGPB, qui n'était pas encore entièrement solidifiée, a joné le role tampon en avant du front de foliation.

Краткое содержание

С помощью гравиметри ческих геофизически х методов и геохимии попыталис ь описать тектоничес кие события, приведшие в районе Сф екофеннид Балтийско го щита к образованию ма териковой коры 1,9 милли ардов лет тому назад и к утол щению ее примерно 100–150 миллионов лет спус тя на его юго-западной части.

Трансскандинавский гранито-порфировый п ояс (Transscandinavian Granite-Porphyry-Belt - TGPB) отделяет Сфекофенни ды от района полиморф ных гнейсов, залегающих в юго-западной части Шв еции. Залежь красного орто гнейса на запад от TGPB соответствует деформированным гра нодиоритам, а серые ортогнейсы, залегающ ие далее на запад, прин длежат к тоналито-гранодиор итовым породам, по сво ему составу близким к пор одам островных дуг. Гр анодиориты TGPB и красные гнейсы юго-запада Швеции предст авляют собой переход от вулк анитов островных дуг к внутриплитовым гра нитам сфекофеннской коры того же возраста. Остр овная дуга коллидиро вала с сфекофеннской корой, что привело к образов анию обширных зон разломо в, простирающихся под прямым углом к плоско сти коллизии. Интрузи я этих внутриплиточных гра нитов («within plate» type granites) имела место тогда, ког да напряжения в данно м регионе достигли своего макс имума. При этом кора Земли погрузилась и н а базисе ее накопилис ь большие количества гранитно й магмы. Эта магма TGPB поднялась вдоль зоны нарушений в породах о стровной дуги, возраст которых был не на много древне е, чем возраст магмы и сфеко феннской земной коры. Во время описанной колл изии только менее мощ ная часть TGPB, расположенная далеко на западе, имен но красные гнейсы юго-за пада Швеции, подвергл ись интенсивной деформа ции. Основная часть ко рневой зоны TGPB, залегающая на г лубине, еще полностью не застыла и поэтому с могла сыграть роль бу фера у лобовой части зоны сл анцевания.

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References

  1. Aaro, S. (1981): Sammanställning av tyngdkraftsdata inom området Yxsjöberg — Pingstaberg — Grängesberg.- Internal Report Uppsala Univ., 1–5 (in Swedish).Google Scholar
  2. Ahorner, L. (1970): Seismo-tectonic relations between the graben zones of the Upper Lower Rhine Valley. - In: Graben problems (eds. J. H. Ililies & S. Mueller), - E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, pp. 155–166.Google Scholar
  3. Bott, M. H. P. &Smithson, S. B. (1967): Gravity investigations of subsurface shape and mass distributions of granite batholiths. - Geol. Soc. Amer. Bull.,78, 859–878.Google Scholar
  4. Burke, K., Dewey, J. F. &Kidd, W. S. F. (1977): World distribution of sutures — the sites of former oceans. - Tectonophysics,40, 69–99.Google Scholar
  5. Dahl-Jensen, T., Dyrelius, D., Juhlin, C., Palm, H. &Pedersen, L. B. (1987): Deep reflection seismics in the Precambrian of Sweden. - Geophys. J. R. Astro Soc.,89, 371–378.Google Scholar
  6. Debon, F. &LeFort, P. (1982): A chemical — mineralogical classification of common plutonic rocks and associations. - Trans. Roy. Soc. Edinburgh, Earth Sci.,73, 135–149.Google Scholar
  7. Enmark, T. (1981): A versatile interactive computer program for computation and automatic optimization of gravity models.- Geoexploration,19, 47–66.Google Scholar
  8. Eriksson, L. &Henkel, H. (1983): Deep structures in the Precambrian interpreted from magnetic and gravity maps of Scandinavia. - Intern. Basement tectonics Assoc. Publ.,4, 351–358.Google Scholar
  9. Gaál, G. &Gorbatschev, R. (1987): An outline of the Precambrian evolution of the Baltic Shield.- Precamb. Res.,35, 15–52.Google Scholar
  10. Gorbatschev, R. (1971a): Aspects and problems of Precambrian geology in western Sweden. - Sver. Geol. Unders.,C350, 1–63.Google Scholar
  11. — (1971b): Age relations and rocks of the Svecofennian — Gothian boundary, Linköping, south central Sweden. - Sver. Geol. Unders.,C 664, 1–62.Google Scholar
  12. — (1980): The Precambrian development of southern Sweden. - Geol. Fören. Stockh. Förh.,102, 129–136.Google Scholar
  13. - (1986): Den proterozoiska jordskorpans bildning i Baltiska skölden. - Abstr. Vol. 17th Nordic Geol. Wintermeeting in Helsinki, p. 47. (in Swedish).Google Scholar
  14. — (1987): Chemistry and geotectonic position of Proterozoic granites in the Baltic Shield. - Abstr., Vol. IGCP217 meeting in Lund, 37–39.Google Scholar
  15. - &Gaál, G. (1987): The Precambrian history of the Baltic Shield. - In: Proterozoic lithospheric evolution (ed. A. Kröner) — Geodynamics series Vol.17, American Geophysical Union pp. 149–160.Google Scholar
  16. Henkel, H. &Eriksson, L. (1987): Regional aeromagnetic and gravity studies in Scandinavia. - Precamb. Res.,35, 169–180.Google Scholar
  17. Illies, J. H. (1974): Taphrogenesis and plate tectonics. - In: Approaches to taphrogenesis (eds. J. H. Ililies & K. Fuchs), pp. 433–460. - E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart.Google Scholar
  18. Jarl, L.-G. &Johansson, A. (1988): U-Pb zircon ages of granitoids from the Småland — Vä rmland granite-porphyry belt, southern and central Sweden. - Geol. Fören. Stockh. Förh.,110, 21–28.Google Scholar
  19. Korhonen, H., Kosminskaya, I. P. &Luosto, U. (1984): Deep seismic soundings on geotraverses on the Baltic Shield. - Dep. Geophys. Univ. Oulu, Rep. No. 8, 347–354.Google Scholar
  20. Larsson, S. A., Stigh, J. &Tullborg, E-L. (1986): The deformation history of the eastern part of the southwest Swedish gneiss belt. - Precamb. Res.,31, 237–257.Google Scholar
  21. Lindh, A. (1987): Westwards growth of the Baltic Shield. - Precamb. Res.,35, 53–70.Google Scholar
  22. — &Gorbatschev, R. (1984): Chemical variation in a Proterozoic suite of granitoids extending across a mobile beltcraton boundary. - Geol. Rundsch.,73, 881–893.Google Scholar
  23. Lundegårdh, P. H. (1984): Berggrundskarta över Örebro län. - Sver. Geol. Unders., Map no. 7872-039-7.Google Scholar
  24. -,Gorbatschev, R. &Lindh, A. (1982): Berggrundskarta över Värmlands län. - Sver. Geol. Unders., Map no. 7872-038-9.Google Scholar
  25. Lundqvist, T. (1979): The Precambrian of Sweden. - Sver. Geol. Unders.,C 768, 1–87.Google Scholar
  26. Luosto, U. &Korhonen, H. (1986): Crustal structure of the Baltic Shield based on off-Fennolora refraction data. - Tectonophysics,128, 183–208.Google Scholar
  27. Magnusson, N. H., Thorslund, P., Brotzen, F., Asklund, B. &Kulling, O. (1960): Description to accompany the map of the pre-Quaternary rocks of Sweden. - Sver. Geol. Unders. Ba,16, 1–177.Google Scholar
  28. Nyström, J. O. (1982): Post — Svecokarelian Andinotype evolution in central Sweden. - Geol. Rundsch.,71, 141–157.Google Scholar
  29. Öhlander, B. &Zuber, J. (1988): Genesis of the Fellingsbro type granites: evidence from gravity measurements and geochemistry. - Geol. Fören. Stockh. Förh.,110, 39–54.Google Scholar
  30. Patchett, P. J., Gorbatschev, R. &Todt, W. (1987): Origin of continental crust of 1.9 - 1.7 Ga age: Nd isotopes in the Svecofennian orogenic terrains of Sweden. - Precamb. Res.35, 145–160.Google Scholar
  31. Pearce, J. A., Harris, N. B. &Tindle, A. G. (1984): Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks. - J. Petrol.,25, 956–983.Google Scholar
  32. Pettersson, L. (1967): The Swedish first order gravity network. - Rikets allmänna kartverk, meddelande,A 35, 1–44.Google Scholar
  33. Pitcher, W. S. (1987): Granites and yet more granites forty years on. - Geol. Rundsch.,76, 51–80.Google Scholar
  34. Şengör, A. M. C. (1976): Collision of irregular continental margins: Implications for foreland deformations of Alpine-type orogens. - Geology,4, 779–782.Google Scholar
  35. Skiöld, T. (1987): Aspects of the Proterozoic geochronology of northern Sweden. - Precamb. Res.,35, 161–168.Google Scholar
  36. Skiöld, T. (1988): Implications of new U-Pb zircon chronology to early Proterozoic crustal accretion in northern Sweden. - Precamb. Res.,38, 147–164.Google Scholar
  37. Stephansson, O. (1975): Polydiapirism of granitic rocks in the Svecofennian of central Sweden. - Precamb. Res.,2, 189–214.Google Scholar
  38. Streckeisen, A. L. (1976): To each plutonic rocks its proper name. - Earth Sci. Rev.,12, 1–33.Google Scholar
  39. Vocke, R. D. &Welin, E. (1987): Origin of the Middle to Late Proterozoic granitoids of SW Sweden in light of their Nd and Sr isotope systematics. - Abstr, Vol. IGCP 217 meeting in Lund, p. 90.Google Scholar
  40. Wahlgren, C. H. (1988): Utvecklingen av protoginzonen i sydöstra Värmland. - Abstr. Vol. 18th Nordic Geol. Wintermeeting in Copenhagen, p. 427. (in Swedish).Google Scholar
  41. Welin, E. &Kähr, A. M. (1980): The Rb-Sr and U-Pb ages of Proterozoic gneissic granitoids in central Värmland, western Sweden. - Sver. Geol. Unders.,C 777, 24–28.Google Scholar
  42. — &Kähr, A. M. (1987): Zircon dating of polymetamorphic rocks in southwestern Sweden. - Sver. Geol. Unders.,C 797, 1–34.Google Scholar
  43. — &Suominen, V. (1983): Age differences between Rb-Sr whole rock and U-Pb zircon ages of syn- and postorogenic Svecokarelian granitoids in Sottunga, SW Finland. - Lithos,16, 297–305.Google Scholar
  44. Werner, S.,Aaro, S. &Lagmansson, M. (1977): Gravimeterundersökmngar mom Bergslagstraversen. - Styrelsen för teknisk utveckling, rapport 75-5084, 1–61. (in Swedish).Google Scholar
  45. Wideland, B. (1946): Relative Schwerenmessungen in Südund Mittelschweden in den Jahren 1943–1944. - Rikets allmänna kartverk, meddelande 6, 1–121.Google Scholar
  46. Wikström, A. (1984): A possible relationship between augen gneisses and postorogenic granites in SE Sweden. - J. Struct. Geol.,6, 409–415.Google Scholar
  47. Wilson, M. R. (1980): Granite types in Sweden. - Geol. Fören. Stockh. Förh,102, 167–176.Google Scholar
  48. —,Hamilton, P. J., Fallick, A. E., Aftalion, M. &Michard, A. (1985): Granites and early Proterozoic crustal evolution in Sweden: evidence from Sm-Nd, U-Pb and O isotope systematics. - Earth Planet. Sci. Lett.,72, 376–388.Google Scholar
  49. Zuber, J. A. (1985): Geological interpretation of gravity and aeromagnetic surveys over the Fellingsbro — Blixterboda granite. - Geol. Fören. Stockh. Förh.,107, 203–213.Google Scholar

Copyright information

© Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1990

Authors and Affiliations

  • Josef A. Zuber
    • 1
  • Björn Öhlander
    • 2
  1. 1.Department of Applied GeophysicsLuleå UniversityLuleåSweden
  2. 2.Department of Economic GeologyLuleå UniversityLuleåSweden

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