Pressure-Temperature-time Constraints on the Deep Subduction of the Seve Nappe Complex in Jämtland and southern Västerbotten, Scandinavian Caledonides

• Main Author: Holmberg, Johanna
• Format: Others
• Language: English
• Published: Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper 2017
• Subjects: Seve Nappe Complex; COSC-1; Raman spectroscopy; QuiG barometry; kyanite-garnet gneiss; Lu-Hf garnet geochronology; Seveskollan; Raman spektroskopering; QuiG barometri; kyanit-granatförande gnejs; Lu-Hf granat geokronologi; Geology; Geologi
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-334822

The Scandinavian Caledonides are defined by long transported thrust sheets emplaced in a nappe stratigraphic succession onto the Paleozoic Baltica platform, as a result of the collision between the paleo-continents Baltica and Laurentia. This Palaeozoic collisional orogen is nowadays exposed at mid-crustal levels, thus provides an excellent ground for in situ studies of mountain building processes. The complex nappe stack is subdivided into the Lower, Middle, Upper and Uppermost allochthons. The tectonostratigraphic highest unit in the Middle Allochthon is the Seve Nappe Complex (SNC), itself segmented into Lower, Middle and Upper Seve nappes, which all experienced different metamorphic evolution. The SNC is known for high pressure (HP) and ultrahigh pressure (UHP) subduction related rocks and the target for the Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides (COSC-1) scientific drilling programme. The drilling resulted in a continuous c. 2.4 km long drill core through the Lower Seve Nappe, drilled in the eastern slope of Åreskutan Mt in west-central Jämtland. Above the COSC-1 profile lies the high grade Middle Seve Nappe (i.e. Åreskutan Nappe), which experienced UHP verified by the presence of microdiamonds in kyanite bearing gneisses. Recently, microdiamonds have also been discovered in gneisses (described here) further north close to Saxnäs in southern Västerbotten.     The metamorphic history of the Lower Seve Nappe is reconstructed based on material from the COSC-1 drill core, which also enables evaluation of the tectonometamorphic relationship to the overlying high grade Middle Seve Nappe. The Lower Seve Nappe comprise calc-silicates, calcareous gneisses and mylonitic micaschists and two tectonometamorphic events are recognized, prograde metamorphism (M1-D1) and retrograde thrust related metamorphism (M2-D2). Pressure and temperature (PT) conditions of the Lower Seve Nappe is constrained by state-of-the-art Quartz-in-Garnet (QuiG) barometry based on the shift in Raman band position of quartz inclusions in garnet, and Titanium-in-Quartz (TitaniQ) thermometry (satellite masters project). Supplementary conventional barometry based on phengite composition is applied where the use of QuiG is limited. The PT conditions of the M1-D1 is constrained to ~ 8-13 kbar, 525-695 o C and the M2-D2 event ~7-10 kbar, 450-550 o C. Conclusively, the Lower Seve Nappe was metamorphosed in upper greenschist-amphibolite to lower eclogite facies conditions at depths around 40-60 km and later suffered from greenschist overprint during thrusting. Lu-Hf garnet geochronology confirm that the overlying high-grade Åreskutan Nappe experienced UHP conditions around 450 Ma at depths around 120 km. Likewise, Ar-Ar dating implies peak conditions of the Lower Seve around 460-450 Ma. Moreover, their respective lower shear zones were active at the same time, c. 424 Ma. Conclusively, they were juxtaposed in their current tectonostratigraphic positions in a subduction channel in the early Silurian as a result of exhumation. Additionally, the microdiamond bearing kyanite-garnet gneisses from Saxnäs indeed show similarities to the Åreskutan gneisses, which strongly implies that the UHPM in this unit of the Scandinavian Caledonides is of regional character.  === De Skandinaviska Kaledoniderna har bildats genom en kollision mellan de två kontinentalplattorna Baltika och Laurentia då Japetushavet stängdes omkring 400 miljoner år sedan. Till följd av de starkt komprimerande krafterna transporterades stora flak (skollor) av havsbottenberggrund och kontinentalskorpa hundratals kilometer upp på Baltikakontinenten. Skollorna är överskjutna på varandra omlott och benämns som undre, mellersta, övre och översta skollberggrunderna och återfinns idag i vår fjällkedja. Innan kollisionen med Laurentia krockade Baltika med en vulkanisk öbåge, vilket resulterade i att delar av Baltika pressades ner så pass djupt att bland annat diamanter bildades till följd av det ultrahöga trycket. Bevis för omvandling under extremt tryck finns i den så kallade Seveskollan som utgör en del av den mellersta skollberggrunden. Seveskollan är ett komplex av tre olika enheter, som utsatts för olika grad av metamorfos till följd av tryck och temperatur. Till följd av väder och vind under miljontals år så är fjällkedjan idag nederoderad och därav väl exponerad. Det gör att de Skandinaviska Kaledoniderna är en av världens bästa platser att studera och förstå bergskedjebildade processer. Av den anledningen borrade djupborrningsprojektet COSC-1 en cirka 2.4 km långt kärnborrhål genom den lägst belägna enheten i Seve komplexet (lägre Seveskollan) strax nedanför Åreskutan i Jämtlandsfjällen. Över COSC-1 profilen ligger den berggrund som tillhör den mellersta Seveskollan, även kallad Åreskutanskollan. Åreskutanskollan är en del av Baltika som utsattes för ultrahöga tryck, och i kyanitförande gnejser har diamanter inneslutna i det motståndskraftiga mineralet granat påträffats. Nyligen, längre norrut i Saxnäs (södra Västerbotten) har ytterligare diamantförande gnejser påträffats i den mellersta Seveskollan, som karaktäriseras i den här studien.      Material från COSC-1 borrkärnan har använts för att bestämma under vilka tryck och temperatur bergarterna i den lägre Seveskollan har metmorfoserats, för att förstå den tektoniska och metamorfa utvecklingen och även relationen till den överliggande högmetamorfa Åreskutanskollan. Trycket har bestämts genom den relativt oprövade metoden QuiG -barometri. Små kristaller av kvarts inneslutna i granat har analyserats med Raman spektroskopi och de fysikaliska parametrarna av kvarts och granat kan direkt översättas till tryck. Temperatur har erhållits genom det temperaturkänsliga ämnet titan i kvartsinneslutningarna. Resultatet visar att den lägre Seveskollan har genomgått minst två metamorfa faser genom tektonisk påverkan. Den första fasen varierar från övre grönskiffer-amfibolit till lägre eklogitfacies under tryck och temperatur av ca 8-13 kbar, 525-695 o C. Den andra fasen är associerad med överskjutning och skjuvning, vilket orsakade retrograd metamorfos i grönskifferfacies under lägre tryck och temperatur (ca 7-10 kbar, 450-550 o C). Datering baserat på radioaktivt sönderfall av lutetium till hafnium i granat fastställer att Åreskutanskollan utsattes för ultrahögt tryck för omkring 450 miljoner år sedan, samtidigt som lägre Seveskollan nådde metamorft klimax. Resultaten visar även att lägre och mellersta Seveskollorna skjuvades samtidigt, omkring 424 miljoner år sedan. Det betyder att de erhöll sina nuvarande tektonostratigrafiska positioner på stort djup innan överskjutningen på Baltika. Detaljerad petrografi påvisar att de diamantförande kyanit-och granatförande gnejserna från Saxnäs visar påtagliga likheter med Åreskutanskollans högtrycksgnejser. Det tyder på att berggrunden i Saxnäs kan kopplas samman med Åreskutanskollan och att ultrahögtrycksmetamorfos av den mellersta Seveskollan omfattar ett större område än vad som tidigare antagits.