U-Pb geochronological and whole-rock geochemical analysis of the augen gneiss of the Dagvolsjøen Nappe, central Norwegian Caldedonides

Abstract

Øyegneisen i Dagvolsjødekket i de sentrale, norske Kaledonidene er dårlig kartlagt, og moderne geokronologi og geokjemi mangler fra typelokaliteten nær Brekken i Røros kommune. For å få en bedre forståelse av øyegneisen som tilhører Dagvolsjødekket, er det i denne studien gjennomført to uker med kartlegging og målrettet prøvetaking. I tillegg ble referanseprøver fra typelokaliteten til Tännäs øyegneisdekket (TAG) i Sverige fra grunnfjellet (Vigelen-granitten) som er eksponert i Skardøra antiformen prøvetatt. Disse prøvene ble prøvetatt for å kunne sammenlignes med Dagvolsjø-øyegneisen.

Feltarbeidet avdekket at det er muligens tre forskjellige variasjoner innenfor øyegneisen i Dagvolsjødekket: (1) kvartsstripet alkalifeltspat øyegneis, (2) ikke-stripet øyegneis med finkornet matriks og (3) sterkt deformert kvartsstripete alkalifeltspat øyegneis. På grunn av mineralogien, teksturen og de geokjemiske analysene er det tolket at de tre variantene er alle Dagvolsjø-øyegneis. Det er derimot nødvendig med videre undersøkelser for å konkludere for den ustripede øyegneisen. Alle variantene er observert i Dagvolsjødekket og i TAG, men den ikke-stripete øyegneisen med finkornet matriks er mindre utbredt i TAG i feltområdet. Selv om øyegneisen ikke er kontinuerlig i felt, antyder strukturelle observasjoner at øyegneisen er en tektonostratigrafisk enhet.

Geokronologiske analyser med LA-ICP-MS gir en gjennomsnittlig U-Pb zirkonalder på 1655 ± 5 Ma (207Pb/206Pb alder) for Dagvolsjø øyegneisen. Denne alderen overlapper innenfor feilmarginen med alderen til Tännäs øyegneisen, som er datert til 1654 ± 5 Ma (207Pb/206Pb alder). Begge er tolket til å være den magmatiske krystalliseringsalderen til protolitten til øyegneisene. I tillegg ble Vigelen-granitten fra grunnfjellet i Skardøra antiformen og en granittisk intrusjon i TAG datert til henholdsvis 1657 ± 6 Ma (Vigelen-granitten, 207Pb/206Pb alder) og 436 ± 43 Ma til 351 ± 38 Ma (granittisk intrusjon, nedre skjæringspunkt). Dannelsen av øynene i øyegneisen skjedde etter 1655 Ma, men før intrusjonen av den granittiske gangen. Aldersgruppen 1190-1180 Ma som er rapportert av Handke et al. (1995) og Lamminen et al. (2011) ble ikke funnet i denne studien.

Dagvolsjødekket kan korreleres med TAG, men det er fortsatt uklart om det er en korrelasjon mellom Dagvolsjødekket og Risbergdekket. Det er en mulig korrelasjon mellom den Vestre Gneisregionen og Dagvolsjødekket/TAG. I tillegg er det ingen likhet eller liten likhet mellom Dagvolsjø-øyegneisen og Vigelen-granitten. Det er foreslått at Dagvolsjødekket og TAG har en felles I-type granittisk protolitt. Øyegneisen er anriket på LREE sammenlignet mot HREE og har negative anomalier for Nb, P og Ti og en positiv anomali for Pb. Dette antyder at protolitten ble dannet i en vulkansk øybuesetting over en subduksjonssone.

The augen gneiss of the Dagvolsjøen Nappe in the central Norwegian Caledonides is poorly mapped, and modern geochronology and geochemistry is lacking at its type locality near Brekken, Røros municipality. This study aimed to enhance the understanding of the augen gneiss assigned to the Dagvolsjøen Nappe through two weeks of mapping and targeted sampling. Additionally, reference samples of the Tännäs augen gneiss Nappe (TAG) from its type locality in Sweden and from the basement exposed in the Skardøra antiform (the Vigelen granite) were collected for comparison with the Dagvolsjøen augen gneiss.

Field work revealed that there are possibly three variations within the augen gneiss of the Dagvolsjøen Nappe: (1) quartz striped K-feldspar augen gneiss, (2) unstriped augen gneiss with fine-grained matrix and (3) strongly quartz striped K-feldspar augen gneiss. Due to the mineralogy, texture and the geochemical analyses, all of these variants are interpreted as the Dagvolsjøen augen gneiss, however, further investigations are necessary to provide conclusive evidence for the unstriped augen gneiss. The three variants are observed in the Dagvolsjøen Nappe and the TAG, but the unstriped augen gneiss with fine-grained matrix is less abundant in the TAG in the field area. Even though the augen gneiss is non-continuous in the field, structural observations implies that the augen gneiss is a single tectonostratigraphic unit.

The U-Pb geochronological data obtained using LA-ICP-MS provide an average 207Pb/206Pb zircon age of 1655 ± 5 Ma for the Dagvolsjøen augen gneiss. This age overlaps within error with the Tännäs augen gneiss, which yields a 207Pb/206Pb age of 1654 ± 5 Ma. Both are interpreted to be the magmatic crystallisation age of the protolith of the augen gneisses. In addition, ages of the Vigelen granite and a granitic sheet in the TAG have been obtained: 1657 ± 6 Ma (Vigelen granite, 207Pb/206Pb age) and 436 ± 43 Ma to 351 ± 38 Ma (granitic sheet, lower intercept age), respectively. The augen formation in the augen gneiss occurred after 1655 Ma, but before the emplacement of the granitic sheet. The age group of 1190-1180 Ma reported by Handke et al. (1995) and Lamminen et al. (2011) has not been provided in this study.

The Dagvolsjøen Nappe can be correlated with the TAG, but it is still unclear whether there is a correlation between the Dagvolsjøen Nappe and the Risberget Nappe. There is a possible affinity between the Western Gneiss Region and the Dagvolsjøen Nappe/TAG. However, there is no or little affinity between the Dagvolsjøen augen gneiss and the Vigelen granite. It has been proposed that the Dagvolsjøen Nappe and the TAG share a common I-type granitic protolith. The augen gneiss of the Dagvolsjøen Nappe and the TAG is enriched in LREE compared to the HREE and has negative anomalies for Nb, P and Ti and a positive anomaly for Pb. These characteristics suggest that the protolith was formed in a volcanic arc setting in a supra-subduction zone environment.