T. T. Alapieti

Early Proterozoic layered intrusions in the northeastern part of the Fennoscandian Shield

SummaryEarly Proterozoic layered intrusions, about 2440 Ma in age, are widespread over a large area of the northeastern Fennoscandian Shield in Finland, Sweden and the Soviet Union. Only one intrusion, the Kukkola intrusion, is encountered in Sweden whereas in Finland, their number exceeds twenty. These are concentrated principally in two areas, the dicontinuous Tornio-Närdnkävaara intrusion belt which crosses northern Finland and the Koitelainen intrusion with its satellites located in central Finnish Lapland. The intrusions in the Soviet Union are concentrated in three areas: (i) on the Kola Peninsula, (ii) in the Paanajärvi area close to the Finnish border and (iii) northeast of Lake Onega.Examples of all the ore types characteristic of layered intrusions have been found in these intrusions. Chromitite layers are encountered in the Kukkola/Tornio, Kemi, Penikat, Koitelainen and Burakovsky intrusions, but only one, the Kemi chromitite, has so far been mined. The Portimo, Koillismaa, Monchegorsk and Fedorova intrusions are characterized by PGE-bearing Cu-Ni-deposits in their marginal series. Mineralized zones enriched in PGE are also encountered in the layered series. Those in the Penikat intrusion and in the Portimo intrusions are the most remarkable and the best known to date. Vanadium-bearing Fe-Ti-oxide layers are encountered in several intrusions, but only one, the Mustavaara deposit, is presently being exploited.Two types of parental magma have tentatively been proposed for these intrusions. The first type is represented by a magma which was relatively rich in magnesium and chromium and was as a whole boninitic in composition, whereas the plagioclase-rich intrusions and megacyclic units are interpreted as having crystallized from a magma which was greatly depleted in these elements, especially Cr, and had melted crustal material incorporated in it.The emplacement of the early Proterozoic layered intrusions in Fennoscandia was part of the world-wide igneous activity indicated by other layered intrusions and mafic dyke swarms of similar age in other ancient cratons, i.e. the Jimberlana intrusion in Australia, the Great Dyke in Zimbabwe, the Scouric picrite suite in Scotland, the Hearst-Matachewan dyke swarm, Copper Cliff Formation and East Bull Lake intrusion in Ontario, Canada, and the Vestfold Hills and Napier Complex dyke swarms in Antarctica. This almost contemporaneous occurrence in different parts of the world would suggest a more intimate relationship between the Fennoscandian Shield, northwest Scotland, Canadian Shield, Yilgarn Block, Zimbabwe Craton and East Antarctic Shield at the beginning of the Proterozoic than at present.ZusammenfassungIm Nordost-Teil des Fennoskandischen Schildes in Finnland, Schweden und der Sowjetunion kommen fast vierzig frühproterozoische geschichtete Intrusionen, die ungefähr 2440 Mio J. alt sind, vor. Nur eine davon, die Kukkola Intrusion, liegt in Schweden, während in Finnland mehr als zwanzig Intrusionen vorkommen. Diese sind hauptsächlich in zwei Gebieten konzentriert, nämlich in dem nicht-zusammenhängenden Tornio-Näränkävaara Gürtel, der das nördliche Finnland durchzieht, und die Koitelainen-Intrusion mit ihren Satelliten im zentralen Finnischen Lapland. Die Intrusionen in der Sowjetunion sind in drei Gebieten konzentriert: (i) auf der Kola Halbinsel (ii) im Paanajärvi Gebiet nahe der Finnischen Grenze und (iii) östlich vom Onega-See.Beispiele aller für geschichtete Intrusionen charakteristischen Erztypen kommen vor. Chromititlagen sind in den Intrusionen von Kukkola/Tornio, Kemi, Penikat, Koitelainen und Burakovsky zu finden, aber nur eine davon, der Kemi Chromitit, ist bisher in Abbau genommen worden.Die Portimo-, Koillismaa-, Monchegorsk- und Fedorova-Intrusionen werden durch PGE-führende Kupfer-Nickel-Lagerstätten in ihren randlichen Bereichen charakterisiert. Mineralisierte Zonen die an PGE angereichert sind kommen auch in den geschich teten Serien vor. Die bemerkenswertesten sind die PGE-Vererzungen der Penikat- und der Portimo-Intrusionen. Vanadium-führende Fe-Ti-Oxidlagen kommen in verschiedenen Intrusionen vor, aber nur eine davon, die Mustavaara-Lagerstätte, ist bisher abgebaut worden.Diese Intrusionen werden auf zwei verschiedene Magmentypen zurückgeführt. Ersteres ist ein Magma das relativ reich an Magnesium und Chrom war und eine boninitische Zusammensetzung hatte, während die Plagioklas-reichen Intrusionen, und die megazyklischen Einheiten auf ein Magma das an diesen Elementen (besonders Cr) verarmt war, und das Krustenmaterial aufgeschmolzen hat, zurückgehen.Die Platznahme der frühproterozoischen geschichteten Intrusionen in Fennoskandien stellt einen Teil weltweiter magmatischer Aktivität dar, die durch andere geschichtete Intrusionen und mafische Gänge von fast identischem Alter in anderen alten Kratonen repräsentiert wird. Hier ist die Jimberlana-Intrusion in Australien, der Great Dyke in Zimbabwe, die Pikrit-Suite von Scourie in Schottland, die Gänge von Hearst-Matachewan, die Copper Cliff Formation und die East Bull Lake Intrusion in Ontario, Kanada ebenso wie die Gangsysteme der Vesthold Hills und des Napier Komplexes in Antarctica zu nennen. Diese fast gleichaltrigen Vorkommen in verschiedenen Teilen der Welt weisen auf eine engere Beziehung zwischen dem Fennoskandischen Schild, Nordwest-Schottland, dem Kanadischen Schild, dem Yilgarn Block, dem Zimbabwe-Craton und dem Ostantarktischen Schild zum Beginn des Proterozoikums hin.

The Sompujärvi PGE reef in the Penikat layered intrusion, northern Finland

SummaryThe Sompujärvi (SJ) PGE Reef is located at the border between the third and fourth megacyclic units, 400–1000 metres above the base of the Penikat layered intrusion. It usually occurs in the basal bronzititic portion of megacyclic unit IV, but can occur in the overlying peridotitic cumulates or the gabbroic cumulates at the top of megacyclic unit III in places. PGE concentrations have been found to occur mainly in association with either base metal sulphide (mainly pyrite-chalcopyrite-pentlandite) or chromite disseminations, the latter type usually representing a distinctly higher grade of mineralisation.When the magma which formed megacyclic unit IV penetrated into the Penikat layered intrusion, its lower part intermixed with the older residual magma. It may be assumed that this mixing of magmas was responsible for the precipitation and PGE enrichment of sulphides in the lower part of the olivine cumulates, accounting for the sulphide-disseminated mineralization type. The entry of the new magma pulse was probably quite powerful, and when this magma spread out over the uppermost, partly consolidated gabbroic cumulate of megacyclic unit III it caused pronounced local erosion in the uppermost crystal layer and excavated elongated channels and/or depressions, as associated with faulting. These channels and depressions then trapped older residual liquid enriched in platinum-group elements and the chromite-disseminated type within the SJ Reef was formed.ZusammenfassungDas Sompujärvi (SJ) PGE Reef liegt im Grenzbereich von Megazyklus III und IV, 400 1000 m oberhalb der Basis der Penikat Intrusion.Normalerweise tritt es in den liegenden Bronzititen des Megazyklus IV auf; es kann aber sehr wohl auch in den peridotitischen und gabbroiden Kumulaten in den obersten Teilen von Megazyklus 111 entwickelt sein. PGE Anreicherungen sind entweder an Sulfide (hauptsächlich Pyrit-Kupferkies-Pentlandit) oder an disseminierten Chromit geknüpft. Der letztere Vererzungstyp ist durch höhere Gehalte gekennzeichnet.Während der Intrusion der Magmen des Megazyklus IV kam es zu einer Magmenmischung zwischen diesen und älteren Magmen. Es kann angenommen werden, daß dieses “magma-mixing” für die Ausfällung und Anreicherung der PGEs in den Sulfiden, die in den tieferen Anteilen der Olivin-Kumulate auftreten, verantwortlich zu machen ist und der Grund für diese disseminierte an Sulfide gebundene Vererzung ist. Das Eindirngen mächtiger neuer Magmenschübe und die Ausbreitung dieses Magmas über die obersten, bereits konsolidierten Gabbro-Kumulate des Megazyklus III, verursachten eine lokal intensive Erosion in diesen obersten bereits kristallisierten Lagen. Längliche Spaltensysteme und/oder Einsenkungen, ähnlich wie bei Störungen, wurden angelegt. In diesen Spaltensystemen und Einsenkungen sammelte sich ältere Schmelze, die an Elementen der Platingruppe angereichert war. Sie bildete die an disseminierten Chromit gebundene Vererzung im SJ Reef.

The Ala-Penikka PGE reefs in the Penikat layered intrusion, Northern Finland

SummaryThe PGE mineralized zones referred to as the Ala-Penikka PGE Reefs (AP I and AP II) are located about 250 m and 340 m above the base of megacyclic unit IV in the Penikat layered intrusion, both mineralizations being hosted by plagioclase-augitebronzite and narrow poikilitic plagioclase cumulates. A depression structure (pothole) about 300 m long and 100 m deep is encountered in the area of the AP I Reef, and it is in this structure that the AP I Reef, which is normally 30 cm thick, attains its maximum thickness of 20 m.The dominant sulphide paragenesis in AP I is pyrrhotite-chalcopyrite-pentlanditepyrite and that in AP II chalcopyrite-pentlandite-pyrite. The platinum-group minerals identified comprise almost thirty species, the most common being Pd-Te-(Bi) and Pd-As-Sb minerals and sperrylite (PtAs2).The AP Reefs are interpreted as having been formed from an upward-migrating fluid-enriched intercumulus melt in which PGE, S, Ni, Cu and related elements occurred in the fluid phase. The poikilitic plagioclase cumulate in both of the AP Reefs acted as a layer which trapped the upward-migrating intercumulus melt at its lower contact. The depression structure developed when a disturbance of some kind in the magma chamber caused the unconsolidated cumulate layers to collapse.ZusammenfassungDie als Ala-Penikka Platin Reefs (AP I und AP 11) bezeichneten vererzten Zonen liegen ungefähr 250 m und 340 m oberhalb der Basis der vierten megazyklischen Einheit in der Penikat-Intrusion. Beide Vererzungen kommen in Plagioklas-Augit-Bronzit und dünnen Bändern poikilitischer Plagioklas-Kumulate vor. Eine Depressions-Struktur (Pothole) von etwa 300 m Länge und 100 m Tiefe kommt im Bereich des AP 1 Reefes vor. Hier erreicht das AP I Reef, das durchschnittlich nur 30 cm mächtig ist, seine maximale Mächtigkeit von 20 m.Die wichtigste Sulfidparagenese in AP I ist Magnetkies-Kupferkies-Pentlandit-Pyrit, und die in AP II Kupferkies-Pentlandit-Pyrit. An die dreißig verschiedene Platin-Minerale konnten identifiziert werden; die verbreitetsten sind Pd-Te-(Bi) und Pd-As-Sb Minerale, sowie Sperrylit (PtAs2).Die AP-Reefs haben sich aus einer aufwärts migrierenden Fluid-angereicherten Interkumulusschmelze gebildet, in der PGE, S, Ni, Cu und assoziierte Elemente in der fluiden Phase vorkommen. Das poikilitische Plagioklas-Kumulat in beiden AP Reefs fungierte als eine Barriere die für die aufwärts migrierende Interkumulusschmelze undurchlässig war. Eine Störung in der Magmenkammer, die die noch nicht konsolidierten Kumulat-Lagen betraf, wird für die Entstehung der Depressions-Struktur verantwortlich gemacht.

Cryptic variation of augite in the Penikat Layered Intrusion, Northern Finland, with reference to megacyclic units and PGE-enriched zones

SummaryThe Penikat Layered Intrusion is located in northern Finland, about 70 km to the south of the Arctic Circle. It belongs to a discontinuous layered intrusion belt about 300 km in length and about 2440 m.y. old which stretches from the Swedish-Finnish border to Russian Karelia. The Penikat Intrusion itself is 23 km long and 1.5 to 3.5 km wide. Its magmatic stratigraphy may be divided into a thin marginal series and a 2 to 3 km thick layered series. The latter is made up to five megacyclic units (MCU) which are attributed to repeated influxes of new magma into the Penikat chamber during solidification.The intrusion hosts at least seven PGE-enriched zones, the most remarkable of which are the SJ, AP and PV PGE Reefs. The SJ Reef is located at the boundary between MCUs III and IV, about 600 m above the base of the intrusion; the AP Reef in the lower part of MCU IV, about 300 m above the SJ Reef; and the PV Reef in the transition zone between MCUs IV and V, about 800 m above the AP Reef.The Penikat Intrusion underwent complex deformation and metamorphism during the Svecokarelian Orogeny, resulting in variable alteration of most of the magmatic minerals. Augite is the least altered magmatic mineral and was, therefore, selected to indicate changing composition during fractionation and the manner in which its composition reflects the existence of megacyclic units.Augite occurs as an intercumulus mineral in the ultramafic lower part and as a cumulus mineral in the gabbronoritic and anorthositic upper part of each megacyclic unit. The 100 Mg/(Mg + Fe2 + Mn) ratio shows decreasing trends in the three lower-most megacyclic units, excluding the lower part of MCU II, where a considerable reversal occurs, i.e. this ratio indicates progressive increase upward in the stratigraphy, providing evidence of magma mixing. The ratio decreases abruptly at the base of MCU and remains relatively constant in MCUs IV and V. The variation in the Cr2O3 content resembles that of the 100 Mg/(Mg + Fe2+ + Mn), and clearly indicates differences between the three lowermost chromium-rich and the two uppermost chromium-poor megacyclic units. The variations in TiO2 and MnO content form roughly mirror images with chromium, being lower in the lower part and higher in the upper part of the intrusion. Na2O correlates positively with chromium, since Na− provides a charge balance to Cr3+ in augite.Besides the megacyclic units, the Penikat Intrusion is characterized by an unusually great number of PGE-enriched zones, even though the total thickness of the intrusion is only about three kilometers unlike the Bushveld and Stillwater Complexes which are much thicker. It is suggested that the presence of these kinds of PGE zones in layered intrusions, which comprise similar megacyclic units, is linked to the multistage processes which are also related to the development of these units and take place within them. Thus the identification of these kinds of megacyclic units may serve as a useful tool in prospecting for PGE ores both here and in other layered intrusions. This investigation reveals that the well-known method of studying cryptic variation in ferromagnesian silicates, such as augite, clearly indicates the existence of megacyclic units even in fairly altered layered intrusions like the Penikat.ZusammenfassungDie geschichtete Intrusion von Penikat liegt in Nord-Finnland, rund 70 km südlich vom Polarkreis. Sie gehört zu einem diskontinuierlichen Gürtel aus geschichteten Intrusionen mit einer Länge von über 300 km und einem Alter von 2440 ma, der sich von der Grenze zwischen Schweden and Finnland bis nach Russisch-Karelien erstreckt. Die Intrusion von Penikat ist 23 km lang und 1.5 bis 3.5 km breit. Ihre magmatische Abfolge kann in eine geringmächtige randliche Serie und eine 2 bis 3 km mächtige geschichtete Serie unterteilt werden. Letztere wird von fünf megazyklischen Einheiten (MCU) aufgebaut, die auf den wiederholten Zufluß von neuem Magma in die Penikat-Magmenkammer während der Erstarrung zurückgeführt werden.Die Intrusion enthält zumindest sieben an PGE angereicherte Zonen, von denen die SJ-, AP- und PV-Reefs besonders erwähnenswert sind. Das SJ-Reef befindet sich an der Grenze zwischen MCU III und IV, 600m über der Basis der Intrusion; das AP-Reef im unteren Teil der MCU IV, rund 300 m über der SJ-Anreicherung; und das PV-Reef in der Übergangszone zwischen MCU IV und V, rund 800 m über dem AP-Reef.Die Penikat-Intrusion erfuhr während der svekokarelischen Orogenese eine komplexe Deformation mit Metamorphose, was eine unterschiedliche Umwandlung der meisten magmatischen Minerale zur Folge hatte. Da Augit das am wenigsten umgewandelte magmatische Mineral ist, wurde es als Indikator dafür ausgewählt, wie sich die Zusammensetzung während der Fraktionierung änderte und wie seine Zusammen- setzung die Existenz von megazyklischen Einheiten wiederspiegelt.Augit tritt im ultramafischen unteren Teil einer jeden megazyklischen Einheit als Interkumulus-Mineral auf, während er in den gabbronoritischen und anorthositischen oberen Bereichen als Kumulus-Mineral vorkommt. Das Verhältnis 100 Mg/(Mg + Fe2+ + Mn) zeigt mit Ausnahme des unteren Teils von MCU II, wo eine beträchtliche Umkehr eintritt, in den drei untersten megazyklischen Einheiten abnehmende Trends. Dieses Verhältnisnimmt gegen das Hangende der Abfolge hin zu, was auf Magma-Mixing hinweist. Das Verhältnis nimmt an der Basis der MCU plötzlich ab und und bleibt in MCU IV und V relativ konstant. Die Änderung im Cr2O3-Gehalt gleicht der von 100 Mg/(Mg + Fe2+ + Mn) und zeigt klar die Unterschiede zwischen den drei unteren Cr-reichen und den zwei oberen Cr-armen megazyklischen Einheiten. Die Änderungen im TiO2- und MnO-Gehalt verhalten sich ungefähr spiegelbildlich, während die Chromgehalte im unteren Teil der Intrusion niedriger, im oberen Teil höher sind. Na2O korreliert positiv mit Chrom, da Na+ den Ladungsausgleich zu Cr3+ im Augit besorgt.Neben den megazyklischen Einheiten wird die Penikat-Intrusion durch eine ungewöhnlich hohe Anzahl von mit PGE angereicherten Zonen charakterisiert, obwohl die Gesamtmächtigkeit der Intrusion im Gegensatz zu den viel mächtigeren Bushveld- und Stillwater-Komplexen nur rund drei Kilometer beträgt. Es wird angenommen, daß das Auftreten dieser Arten von PGE-Zonen in geschichteten Intrusionen, welche ähnliche megazyklische Einheiten umfassen, an mehrstufige Prozesse gebunden ist. Diese Prozesse stehen auch im Zusammenhang mit der Entwicklung dieser Einheiten und finden innerhalb dieser Einheiten statt. Daher kann die Identifizierung solcher megazyklischen Einheiten sowohl hier als auch in anderen geschichteten Intrusionen zur Prospektion von PGE-Erzen herangezogen werden. Die vorliegende Untersuchung zeigt, daß geringste Veränderungen in Augit die Existenz von megazyklischen Einheiten selbst in stark umgewandelten geschichteten Intrusionen wie Penikat er kennen lassen.