STRUCTURAL CONTROL OF THE OROGENIC GOLD DEPOSITS IN KULLAA, SW FINLAND

Abstract

The Pomarkku block in SW Finland comprises four known orogenic gold mineralizations in the vicinity of Kullaa municipality. Previous studies have focused on the geochemical features of the mineralizations whereas the structural setting and interpretation on both regional and target-scale has remained ambiguous. The primary objective in this study is to define the controlling structures for the known mineralizations and compare them with the tectonic evolution in Southern Finland. The secondary objective is to define the age of peak metamorphism in the area. New structural measurements and field observations were collected from the study area and were used with geophysical data to divide the study area into seven internally coherent structural domains, each comprising distinctive structural features. Domains I-III host ENE-WSW -orientations whereas Domains IV-VII host NE-SW -oriented structures. The ENE-WSW -oriented structures in the northern part of the study area comprise of L- and L>S-tectonites with coaxial strain accounting for the formation of these structures whereas non-coaxial strain is concentrated in narrow zones. Gently overturned fold geometries with fold axes plunging towards ENE and WSW are characteristic for the northern part. The central part of the study area hosts the gold mineralizations in NE-SW -oriented structures formed under NW-SE -oriented transpressional regime. Non-coaxial strain and S>L -tectonites dominate the central parts of the study area where the characteristic folds are upright and attributed to non-coaxial deformation with associated lithological changes and heterogeneity. Two NE-SW -oriented vertical strike-slip zones with apparent right-lateral kinematics and the intervening high-strain zone forms the main structural framework in the central area. Geochemical classification of plutonic units displays dominant granodioritic to dioritic composition. The trace element analysis indicates distinct subduction-type patterns. Age determinations from the leucosome close to the Välimäki prospect yielded concordia ages of 1886.8 ± 6.1 Ma for the zircon and 1799.2 ± 3.8 Ma for the monazite. The zircon ages represent the peak metamorphism in the area and associated migmatization. Approximately 90 Ma younger monazite ages represent a later thermal pulse and the formation of monazite grains is correlated with hydrothermal activity. Two mineralization events are identified: i) the c. 1885 Ma peak metamorphic event and ii) the younger, 1.80 Ga hydrothermal event. Emplacement of foliation-parallel veining is correlated to peak metamorphism. The younger event at an ESE-WNW compressional regime led to reactivation of NE-SW-oriented structures in the brittle-ductile boundary and emplacement of auriferous veins in narrow shear zones and secondary tensional fractures.

Pomarkun lohko sisältää neljä tunnettua kultamineralisaatiota Kullaan kunnan alueella. Aikaisemmat tutkimukset alueella ovat keskittyneet geokemiallisiin piirteisiin, kun taas rakennegeologinen viitekehys sekä tulkinta on jäänyt epäselväksi. Tutkimuksen ensisijainen tavoite on määrittää kultamineralisaatioita kontrolloivat rakenteet ja rinnastaa nämä Etelä-Suomen tektonisen kehityksen kanssa. Toissijainen tavoite on määrittää alueellisen metamorfisen huipun ikä. Tutkimusalueelta kerättiin uusia rakennegeologisia mittauksia sekä kenttähavaintoja, joita hyödynnettiin yhdessä geofysikaalisen aineiston kanssa alueen jaottelussa rakennegeologisiin yksilöllisiin alayksiköihin. Alayksiköt I-III koostuvat ENE-WSW -suunnista ja alayksiköt IV-VII NE-SW -rakenteellisista suunnista. ENE-WSW -suuntaiset rakenteet tutkimusalueen pohjoisosissa koostuvat L- ja L>S -tektoniiteista, jotka ovat muodostuneet koaksiaalisen muodonmuutoksen seurauksena, kun taas ei-koaksiaalinen muodonmuutos on jakautunut kapeisiin vyöhykkeisiin. Loivasti ylikääntyneet poimurakenteet, joiden poimuakselit kaatuvat loivasti ENE ja WSW -suuntiin, ovat tunnusomaisia alueen pohjoisosille. Kultamineralisaatiot tutkimusalueen keskiosissa ovat asemoituneet NE-SW -suuntaisiin, NW-SE -suuntaisen transpressionaalisen vaiheen aikana muodostuneisiin rakenteisiin. Ei-koaksiaalinen muodonmuutos ja S>L -tektoniitit dominoivat tutkimusalueen keskiosia ja alueelle tyypilliset pystyasentoiset poimurakenteet rinnastettiin ei-koaksiaaliseen muodonmuutokseen yhdessä litologisen heterogeenisyyden kanssa. Kaksi oikeakätistä NE-SW -suuntaista pystysuoraa sivuttaissiirrosta ja niiden välinen korkean muodonmuutoksen vyöhyke muodostavat rakenteellisen viitekehyksen alueen keskiosille. Plutoniset yksiköt ovat geokemiallisen koostumuksen perusteella granodioriittisesta dioriittisia ja hivenaineanalyysi osoitti selkeitä subduktiotyypin piirteitä. Leukosomin ikämääritys tuotti concordia-iän 1886.8 ± 6.1 Ma zirkoni-mineraaleille ja 1799.2 ± 3.8 Ma monatsiitti-mineraaleille. Zirkoni-iät edustavat alueellista metamorfista huippua sekä migmatisoitumista. Noin 90 Ma nuoremmat monatsiitti-iät edustavat myöhäisempää termistä pulssia, jossa monatsiittien muodostuminen rinnastettiin hydrotermiseen aktiivisuuteen. Tutkimuksessa tunnistettiin kaksi mineralisaatiotapahtumaa, jotka ovat i) 1885 Ma metamorfinen huippu sekä ii) nuorempi, 1.80 Ga hydroterminen tapahtuma. Liuskeisuuden suuntaisen juonituksen asettumisen todettiin korreloivan metamorfisen huipun kanssa. Nuorempi, ESE-WNW -suuntainen kompressionaalinen tapahtuma hauras-duktiili -rajapinnalla johti NE-SW -suuntaisten rakenteiden reaktivoitumiseen ja kultapitoisten juonien asettumiseen kapeisiin hiertosaumoihin ja avautuneisiin rakoihin.