Zircon U-Pb/Hf and whole-rock Sm-Nd isotopes of Archean and Paleoproterozoic mafic dykes in Sør-Varanger, Kola Province

Abstract

Denne masteroppgaven har som mål å øke forståelsen av utviklingen av det arkeiske Fennoskandia gjennom prøvetaking, kartlegging, karakterisering og datering av mafiske ganger. Resultatet er et datasett med ny informasjon og aldre for både Sør-Varanger og WTBC, som kan sammenlignes med data fra mafiske ganger i andre deler av Fennoskandia og andre arkeiske kratoner. Tolkningen av dette vil bidra til en økt forståelse av utviklingen av den fennoskandiske mantelen. Studieområdet inkluderer Sør-Varanger Provins i Kola-kratonet og det arkeiske Vest Troms Grunnfjellskompleks (WTBC). Sør-Varanger er den norske delen av Kola-kratonet i nordøstre Fennoskandia, mens WTBC antas å være en nordvestlig forlengelse av skjoldet, begge innenfor det arkeiske domenet av Fennoskandia. Disse to geologiske provinsene inneholder viktige spor etter utviklingen av det arkeiske Fennoskandia, som har en komplisert geologisk historie som gjenstår å bli tolket. Mafiske ganger er en viktig geologisk enhet som dokumenterer fragmenter av LIPs. Daterte mafiske gangsvermer fungerer som magmatiske barcodes i rekonstruksjonen superKontinenter. Å studere mafiske ganger i de arkeiske provinsene Sør-Varanger og WTBC bidrar til en større forståelse av ikke bare evolusjonen av det fennoskandiske skjoldet, men også andre arkeiske kratoner globalt. Inntil denne masteroppgaven ble gjennomført, var det ikke blitt datert mafiske ganger i Sør-Varanger. I WTBC har tidligere dateringer vist mafiske gangsvermer med alder 2.4 og 2.67 Ga. Steinprøver for dette studiet ble samlet inn under et tolv-dagers feltarbeid i Sør-Varanger. Samtlige steinprøver er gjennomgått geokjemisk analyse, mens et utvalg ble analysert videre ved mineralseparasjon for zirkon U-Pb og Lu-Hf isotopanalyse. I tillegg er 13 prøver blitt analysert for «whole-rock» Sm-Nd isotopanalyse og 16 prøver er det blitt laget tynnslip av. Zirkon U-Pb geokronologi har resultert i fire krystallisasjonsaldre for tre forskjellige mafiske ganger: 2706 ± 5 Ma, 2713 ± 2 Ma og 2710 ± 4 Ma, samt en ultramafisk gang med en alder på 1765 ± 7 Ma i Sør-Varanger. I WTBC er det datert en mafisk gang med en krystallisasjonsalder på 1816 ± 14 Ma. Disse aldrene representerer nye funn av mafiske ganger i disse områdene. I tillegg tyder feltobservasjoner og Sm-Nd isotopanalyse på yngre generasjoner av mafiske ganger i Sør-Varanger.

The aim of this master’s thesis is to increase the understanding of the Archean Fennoscandia through sampling, mapping, characterization, and dating of mafic dykes. The result is a dataset with new information and ages for both Sør-Varanger and West Troms Basement complex (WTBC), which can be compared with data from mafic dykes in other parts of Fennoscandia and other Archean cratons. The interpretation of this data will contribute to an increased understanding of the development of the Fennoscandian mantle. The study area includes the Sør-Varanger Province in the Kola Craton and the Archaean West Troms Basement Complex (WTBC). Sør-Varanger is the Norwegian part of the Kola Craton in northeastern Fennoscandia, while WTBC is thought to be a northwestern extension of the Shield, both within the Archaean domain of Fennoscandia. These two geological provinces contain important records of the evolution of Archaean Fennoscandia, which has a complex geological history that remains to be interpreted. Mafic dykes are an important geological unit/record that document fragments of Large Igneous Provinces (LIPs). Dated mafic dyke swarms serve as magmatic barcodes in the reconstruction of supercontinents. Studying mafic dykes in the Archaean provinces of Sør-Varanger and WTBC contributes to a greater understanding of not only the evolution of the Fennoscandian Shield but also other Archaean cratons globally. Until this master’s thesis was conducted, mafic dykes in Sør-Varanger had not been dated. In WTBC, previous datings have shown mafic dyke swarms with age distributions of 2.4 and 2.67 Ga. Rock samples for this study were collected during a twelve-day field campaign in Sør- Varanger. All rock samples underwent geochemical analysis, while a selection was further analysed through mineral separation for zircon U-Pb and Lu-Hf isotopic analysis. Additionally, 13 samples were analysed for whole-rock Sm-Nd isotope, and 16 samples were made into thin sections. Zircon U-Pb geochronology resulted in four crystallization ages for three different mafic dykes: 2706 ± 5 Ma, 2713 ± 2 Ma, and 2710 ± 4 Ma, and an ultramafic dyke dated at 1765 ± 7 Ma in Sør-Varanger. In WTBC, a mafic dyke was dated with a crystallization age of 1816 Ma ± 14 Ma. These ages represent new findings of mafic dykes in these areas. Additionally, field observations and Sm-Nd isotopic analysis suggest younger generations of mafic dykes in Sør-Varanger.