Prospecting a Structurally Complex Marble Occurrence in Vassbygda, Helgeland Nappe Complex, Nordland

Abstract

Denne avhandlingen presenterer en detaljert beskrivelse og forståelse av marmorforekomstene i Vassbygda, Nordland. I tillegg vil denne oppgaven bidra til større forståelse av den strukturelt kompliserte geologien i området. Flere metoder har blitt brukt, inkludert geologisk kartlegging, petrografiske analyser og bergartenes mikroskopiske egenskaper. En 3D-modell har også blitt konstruert med hjelp av programvaren Move 3D. Avhandlingen er skrevet i samarbeid med Brønnøy Kalk AS.

Området befinner seg i Nedre dekke av Helgelandsdekkekomplekset og består hovedsakelig av metasedimentære bergarter og magmatiske intrusjoner. Marmorforekomstene består av to dominerende typer: En høykvalitets grafittspettet marmor med noen få urenheter av kvarts, feltspat og svovelkis, og en silikatbåndet marmor av varierende kvalitet. Marmorforekomstene er omkranset av rygger med silisiklastiske metasedimentære bergarter og er ofte intrudert av subhorisontale kvartsdiorittganger eller migmatisasjonsrelaterte leukogranittiske lagganger, noe som kan bli en utfordring for framtidig gruvedrift i området. Den mest lovende forekomsten ligger i Stormarka og består av en høykvalitets grafittspettet marmor og få magmatiske ganger.

Bergartene har gjennomgått to deformajonsepisoder som har endret områdets geometri betraktelig. Den første episoden er definert av isoklinal folding (F1) av en transponert sedimentær lagdeling (S0+1), i tillegg til utviklingen av et svakt akseplankløv (S2) og mineralkrenulasjonslineasjon (CL1). F1 er definert av et liggende akseplan med et nordøst-sørvest strøk, og samsvarer i tid med migmatiseringen av de metasedimentære bergartene siden både foliasjons-parallelle og -kuttende leukosomer er observert. Resultater fra granat-geotermobarometri indikerer at migmatiseringen skjedde ved ca. 630-650°C og 4.5-5.0kbar, sannsynlig som et produkt av dehydreringssmelting av muskovitt.

Den andre episoden er introduksjonen av en stor skjærsone som oppsto under overskyvningen av Midtre dekke. Denne 1.2km brede sonen utviklet en sterk mylonittisk foliasjon (S3) som overskrev S0+1 og markant deformerte den storskala geometrien i nordøstre del av Vassbygda. Skjærdeformasjonen foldet området på nytt, denne gangen med en åpen foldefase (F2) med et nordvest-sørøst stående akseplan. Det intrikate foldeinterferensmønsteret og storskala skjærdeformasjon resulterte i dagens kompliserte geometri.

En regionsdekkende 3D-modell er lagd basert på det strukturelle rammeverket og indikerer at marmorforekomsten i Stormarka ligger i en trau-form omkranset av åsrygger bestående av silisiklastiske metasedimentære bergarter. Kjerneboringer fra området indikerer at forekomsten strekker seg mer enn 265m ned i dypet. Volumestimater av Stormarkaforekomsten med 200m modellert dybde indikerer ca. 1.8 milliarder tonn med høykvalitets grafittspettet marmor og ca. 305 millioner tonn med båndet marmor av medium kvalitet. Den nordøstlige delen av Stormarkaforekomsten består av svært god kvalitet spettet marmor, estimert til ca. 268 millioner tonn.

This thesis provides a detailed multi-disciplinary geological investigation of marble deposits in Vassbygda, Nordland. Along with descriptions of the marble deposits, the thesis also contributes to unravelling the complex structural architecture of the area. Several methods have been used, including geological mapping, petrographical and microscopical analyses, and 3D-modelling using the software Move 3D. The thesis is written in collaboration with Brønnøy Kalk AS.

Vassbygda is located within the Lower nappe of the Helgeland Nappe Complex (HNC) and consists primarily of metasedimentary rocks and intrusions of variable composition. The marble deposits consist of two dominant marble types: a high-quality graphite-spotted marble with minor quartz, feldspar and pyrite impurities, and a silicate-banded marble of varying quality. Ridges of siliciclastic metasedimentary rocks enclose the deposits and define the large-scale structural framework. Sub-vertical quartz dioritic dykes occur throughout the study area, together with migmatizationrelated leucogranitic sills. Both might pose challenges for future mining operations. The most promising marble deposit is found within Stormarka and consists of excellent-quality marbles with few igneous intrusions.

The area has experienced extensive deformation during two main tectonic events. The first event is seen as isoclinal folding (F1) of a transposed bedding (S0+1) and the development of a weak axial plane cleavage (S2) and mineral crenulation lineation (CL1). F1 folds are recumbent, with northwest-southeast-trending axes and coincides with the migmatization of the siliciclastic rocks. Garnet geothermobarometry indicates that the migmatization occurred at c. 630-650°C and 4.5- 5.0kbar, likely due to dehydration melting of muscovite.

The second event is the over-trusting of the Middle nappe along the Heggfjord-Tosen shear zone. The 1.2km wide shear zone developed a strong mylonitic foliation (S3) that overprinted S0+1 and strongly altered the large-scale geometries of northeastern Vassbygda. The compression also led to refolding of the Vassbygda units about an open F2 northwest–southeast-trending fold axis. The intricate fold interference pattern and large-scale shear deformation resulted in the complicated present-day geometry.

A region-wide geological 3D model is created based on the structural framework and indicates that the Stormarka marble deposit is confined in a cradle-like structure surrounded by siliciclastic metasedimentary ridges. Drillcore logs suggest that the central Stormarka deposit is at least 265m deep. Volume estimates of the Stormarka deposits with a modelled depth of 200m indicate that the area consists of c. 1.8 billion tonnes of high-grade graphite-spotted marble and c. 305 million tonnes of medium quality banded marble. The northeastern section of the Stormarka deposit contains excellent-quality graphite-spotted marble, estimated at c. 268 million tonnes.