UNIVERSITY OF GOTHENBURG Department of Earth Sciences Geovetarcentrum/Earth Science Centre Kopparmineralisering - Stora Strand Andreas Langenbach ISSN 1400-3821 B724 Bachelor of Science thesis Göteborg 2012 Mailing address Address Telephone Telefax Geovetarcentrum Geovetarcentrum Geovetarcentrum 031-786 19 56 031-786 19 86 Göteborg University S 405 30 Göteborg Guldhedsgatan 5A S-405 30 Göteborg SWEDEN
Innehållsförteckning: Sida 1 Abstrakt/Abstract 2 4 Introduktion Regional geologi 4 5 Introduktion Lokal geologi 5 Introduktion Stratigrafi 6 Introduktion Stora strand 7 8 Stora Strands gruvhistoria 9 Metod 10 11 Resultat (av förstudier) Anomaliområden 11 12 Resultat (av fältarbete) GPS- punkter 13 15 Resultat Opak mikroskopering 16 18 Diskussion Bakgrund 18 19 Diskussion Teoretisk modell 19 Diskussion Stöd för teoretisk modell 20 Slutsats 21 Slutord 22 Appendix GPS - koordinater 23 Appendix Analys av Opakpuckar 24 25 Referenser/Källförteckning
Abstrakt: Kopparmineraliseringarna i Dalslandsgruppen i Dalsland skulle lokaliseras, kartläggas och undersökas, i fråga om genes och utbredning för eventuell framtida brytning. Detta gjordes i företaget Dalia minings inmutningar i området, och den här rapporten är specificerad på området Stora Strand i denna region. De undersökningar som utfördes var lättare berggrundskartering, provtagning och opakmikroskopering. Undersökningarna visade att mineral innehållande koppar fanns bundet som stratabounda/stratiforma formationer i skiffer (vid reducerande förhållanden) samt bundet till kvartsgångar i pegmatiter. Orsaken är starkt debatterad, men utifrån denna rapport anses kopparförekomsterna bero på hydrotermala lösningar, orsakat av yngre magmatiska intrusiv som urlakat basalter i området. Förkastningstektonik tillsammans med pålagrande sedimentation (diagenes) har även orsakat metamorfos av området. Nyckelord: Stora Strand, kopparmineralisering, Dalslandsgruppen, Dalia mining, stratabounda, stratiforma, hydrotermala lösningar, reducerande förhållanden, basalter, skiffer, pegmatiter, magmatiska intrusiv, metamorfos, förkastningstektonik, sedimentation. Abstract: The Copper mineralisations in the Dal group in Dalsland were located, mapped and investigated according to genesis and extension, in case of future mining. This was done in exploration permits owned by Dalia mining and this report is specified on the area Stora strand within this region. The investigations made were a quite simplified mapping, sample collection and opaque microscopy. The investigations showed copper bearing minerals in stratabound/stratiform formations in shale (in places with reducing environment) and in or next to quartz veins in pegmatites. The origin for this is highly debated, but based on this report it seems to be due hydrothermal solutions, caused by younger magmatic intrusivs that have regionally leached copper from the basaltic rocks. Rift-tectonics together with ongoing sedimentation (diagenesis) has also caused metamorphism of the region. Keywords: Stora strand, copper mineralisation, Dal group, Dalia mining, stratabound, stratiform, hydrothermal solutions, reducing environments, basalts, shale, pegmatites, magmatic intrusives, metamorphism, rift-tectonics, sedimentation. 1
Introduktion: Koppar har i århundraden brutits i Dalsland men endast i mindre skala, så många undersökningar efter större, mer lönsamma fyndigheter har pågått länge. Mineraliseringarna av koppar tros ligga i Dalslandsgruppen och efter de uppgifterna har många inmutningar gjorts i Dalsland, bland annat av företaget Dalia Mining som ligger till grund för detta arbete. Syftet med rapporten är att undersöka var och hur kopparmineraliseringarna i Dalsland uppträder, framförallt i områdena Henneviken, Asslebyn, Dingelvik och Stora Strand. Rapporten är uppdelad i olika delområden och den här delen behandlar Stora Strand. Undersökningen ska även försöka svara på hur man kan koppla alla dessa områden till ett geologiskt system och då framförallt mineraliseringens bildningssätt. Med hjälp av dessa uppgifter kan man sedan rikta framtida undersökningar till vissa områden, och därmed dra ner på kostnaderna för möjlig malmbrytning om sådan uppskattas finnas och vara ekonomiskt lönsam. Regional Geologi: Sveriges urberg utgör en del av den Baltiska (Fennoskandiska) skölden, som sträcker sig från Kolahalvön, Nordnorge och Karelen över Finland och Sverige till Sydnorge (ses i figur 1 nedan). Termen sköld avser här ett område där prekambrisk bergrund går i dagen och där ingen bergsskedjebildning inträffat i fanerozoisk tid. Den Paleozoiska utvecklingen av Fennoskandia delas in i ett flertal stora rifter och orogena steg. Den paleoproterozoiska riftningen av Fennoskandia startade med en flerfasig inlandsrift i sydvästlig riktning för 2,505-2,1 Ga sedan. Den kan därefter delas in i Lapland-Kola orogenesen (1,94-1,86 Ga), Gothia orogenesen (1,6 Ga) och den Svecofenniska orogenesen (1,92-1,79 Ga). Figur 1: Fennoskandiska skölden, med dess olika provinser. Sydvästsvenska gnejssegmentet är utritat till vänster i bilden. (bild från www.nrm.se). 2
Den Svecofenniska orogenesen kan sedan delas in i ytterligare orogeneser, nämligen Lapland- Savo, Fennian, Svecobaltic och Nordic. Dessa skapar en stor yta av Paleoproterozoisk skorpa. Ytan på skorpan täcker ett område på hela 1 miljon kvadratkilometer. Detta område sträcker i sydlig riktning in under de Fanerozoiska lagren, bortom de Baltiska länderna och vidare in i Polen. Lapland-Kola orogenesen däremot visar bara en liten del nybildad skorpa (Lindström et al, 2011). Den Sveconorwegiska provinsen i Sverige, innehållande bland annat den sydvästssvenska gnejsregionen, skiljs från de proterozoiska bergarterna i Mellansverige av Protoginzonen (eller Grenvillian front), som var en kraftig tektonisk zon. Ordet Grenvillian används vid områden som utsatts för tektonisk och vulkanisk aktivitet under en period för ca 1000 Ma sedan, och hela Sveconorwegiska provinsen hör till denna orogenes. Dessa provinser skapades troligen när den dåvarande superkontinenten bröts upp (figur 2) och detta styrks med förekomster av Grenvillian-provinser i både östra Grönland, i sydvästra Skandinavien, samt ett stråk in genom Nordamerika (figur 3). Detta styrks även av undersökningar av paleomagnetiska polarvandringskurvor. Dessa sammanband mellan de olika Grenvillianprovinser, gör att malmförekomster i t ex Nordamerika kan jämföras med kopparsilvermineraliseringarna i Dalsland i sydvästra Sverige (Hammergren, 1989). Figur 2: Superkontinenten som bröts upp och skapade Grenvillian provinserna. Figur 3: Förekomster av Grenvillian provinserna efter uppbrytningen av superkontinenten. Bilder från (Hammergren, 1989). Väster om Protoginzonen finns även en annan förkastning i nord-sydlig riktning som delar den sydvästskandinaviska provinsen i en östlig och en västlig del. Denna förkastning kallas Mylonitzonen (915Ma) och området har utsatts för kraftiga rörelser orsakat av skjuvningar och sammanpressningar under den sveconorwegiska orogenesen. En bild över dessa, samt några andra förkastningar och zoner kan ses i figur 4. Östra Segmentet (1680Ma) genomgick metamorfos för 970Ma sedan och utgörs av magmatiska djupbergarter som är heterogena, starkt gnejsiga/ådriga och har öst-västliga strukturer. De hör till högtrycks granulitfacies, men det finns även eklogit. Västra Segmentet (1600Ma) genomgick metamorfos för 1030Ma & 970Ma sedan och utgörs av kalkalkalina djupbergarter som är svagt gnejsiga/ådriga med nord-sydliga strukturer. De är av granitisk tonalitisk sammansättning och de flesta hör till amfibolitfacies. Detta segment utgörs av 30 ytbergarter och 70 djupbergarter. 3
Dalformationen eller Dalslandsgruppens sediment som den även kallas (minst 1030-1080Ma) ligger i det västra segmentet tillsammans med Stora Le-Marstrandsgruppen (1600-1590Ma), Åmålskomplexet (1600Ma) och Bohusgranit (920Ma). (Lindström et al, 2011). Figur 4: Grenvillian provinsen i sydvästra Sverige. 1.) Protoginzonen, Grenvillian fronten 2.) Mylonitzonen 3.) Stora-Le förkastningen 4.) Pregotium 5.) Gotium-Åmålformationen 6.) Stora-Le Marsstrandformationen 7.) Dalslandsgruppen (Hammergren, 1989) Lokal Geologi: Dalformationen består av relativt unga, lågmetamorfa sedimentära och vulkaniska bildningar (figur 5). Kvartsiter och skiffrar dominerar, med inslag av spilitomvandlade basiska vulkaniter. Den har en mäktighet på 2000 meter och ligger ovanpå Åmålkomplexet och Hästefjordgranit (Lindström et al, 2011). Figur 5: Bergrundskarta från SGU över Dalslandsgruppen, med inmutningarnas position. 4
Dalformationen är starkt veckad och hoppressad, möjligen även överstjälpt på vissa ställen, och sträcker sig över olika topografiska nivåer. Den är också förkastad på många ställen så dess exakta utbredning är svårtolkad, men den är lokaliserad i de centrala delarna av sydvästsvenska gnejsregionen (Hammergren, 1989). Stratigrafi: Utseendet på stratigrafin av Dalformationen följer i regel som figur 6 nedan visar, även om lokala variationer finns. Mineraliseringarna, som är Cu/Ag-mineraliseringar, ligger på två olika nivåer där mineraliseringen i Stora Strand hör till den övre mineraliseringen medan de övriga inmutningarna (Asslebyn, Henneviken, Dingelvik) hör till den undre. Basement utgörs som tidigare nämnt av Åmålskomplexet och Hästefjordgranit, och det överlagras av ett 10-50 meter tjockt basalkonglomerat innehållande block och fragment från basement. Det övergår uppåt till en kvartsitisk sandsten och det är i överkanten av denna som den undre mineraliseringen sitter, i kontakten med det överliggande skifferlagret. Detta lager övergår från svartskiffer i botten till kalklerskiffer i toppen. Över skifferlagret kommer en grönstensformation som separerar det undre skifferlagret i stratigrafin med det övre. I nedre delen av den 100-300 meter tjocka övre skifferformationen ligger den övre mineraliseringen. Därefter kommer en 250-300 meter mäktig kvartsitformation som domineras av en massiv, homogen och ren kvartsit, vilket slutligen överlagras av en arkosformation (Lianeskiffern) med en ungefärlig mäktighet på 500 meter. Figur 6: Dalslandsgruppens sediment Stratigrafi (Claesson & Jönsson, 2008). 5
Stora Strand: Mineraliseringen i Stora Strand hör som tidigare nämnt till den övre mineraliseringen, i skiffern, i Dalslandsgruppen och har enligt tidigare undersökningar (Claesson & Jönsson, 2008) fått en uppskattad genomsnittlig tjocklek på 1,4 meter, med mineralhalterna Cu (0,8-1,3 %), Ag (25ppm), Au (0,8ppm). Henneviken, Asslebyn, och Dingelvik tillhör alla den nedre mineraliseringen i Dalslandsgruppen som har en genomsnittlig tjocklek på 2,4-4,6 meter (mer information i övriga kollegors rapporter). Enligt Brangstad (1977) samt Sandahl (1986) så har man tidigare uppdelat malmen i tre särskilda malmkvaliteter efter halten av kopparkis (bedömt genom okulär besiktning under gruvarbetets fortgång). Resultatet blev klasserna A, B samt C-malm, där A-malmens kopparhalt i medeltal uppgår till 1,81 % på en medelbredd av 50 cm, medan B-malmens kopparhalt i medeltal uppgår till 0,38 % på en medelbredd av 31 cm. C-malmen är den återstående, nästan ofyndiga delen av lagret, så procentsatser är ej medtaget. En tabell på detta kan ses i figur 7 nedan. Figur 7: Klassificeringen av kopparmalmen i Stora Strand, med procentsatser och bredd. Mineraliseringen i Stora Strand ligger intill en större förkastning (nordväst - sydostlig sträckning) som sträcker sig ända in i Norge, samtidigt som den är uppdelad i flera mindre zoner utav mindre förkastningar i en spegelvänd riktning (möjligen riedelshear) mot den större förkastningen (nordost - sydväst). Detta kan ses i figur 8 nedan. Figur 8: Stora Strand mineraliseringen, samt de mindre förkastningarna som delar upp den. Huvudförkastningen med den nordväst-sydostliga riktningen går i mitten av sjöarna Ånimen och Ärrsjön. (Brangstad, 1977) 6
Stora Strands gruvhistoria: Inför starten av gruvdriften vid Stora Strand gjordes 140 stycken utmål, malmådern undersöktes och provtogs under en sammanhängande längd av strax över 16 kilometer. Det bearbetades sedan i 13 schakt på tre nivåer vilket omfattande en sträcka på 1,8 km. Huvudschaktet, vidd 5 x 2 meter, byggdes till ett djup av 116 meter och träffade ådern vid cirka 100 meter, och nivåerna låg på ett djup av 40-50 meter från varandra, den första nivån påträffades 30 meter under markytan. Detta för och utvecklingsarbete visade att malmådern hade en likartad formation och efter en medeltalsberäkning, baserad på en provtagning var femte fot, uträknades malmens kopparhalt till ungefär 2 %. Malmen innehöll även låga halter av silver och guld, vilket ökade dess brytvärdhet. Malmen vid Stora Strand ansågs därmed vara brytvärd både i fråga om kvalitet och kvantitet, samtidigt som närvaron av sjöar möjliggjorde gynnsamma kommunikationer. Gruvan var också förhållandevis lätt att hålla torr och det fanns även gott om lämpligt virke för gruvtimring i dess närhet. Malmen i Stora Strand ansågs ha likheter med Kupferschiefer och brytningen i bland annat Mansfeld i Tyskland, där bryning av malmen skett i bortåt 800 år och bidragit till större delen av landets kopparproduktion. Kopparskiffern har där en mäktighet av 30-80 cm, men endast de nedre 10-15 centimetrarna innehåller malm, och då sällan över 3 % koppar och ca 175 gr/ton med silver. När en ingenjör vid namn Max Schreither, (från närområdet till Mansfeld kopparskiffergruva) uppmärksammade malmådran vi Stora Strand, vars bredd uppgick till mer än fyra gånger större än vid Mansfeld, upptogs undersökningarna snabbt. Med tanke på malmådrans längd och efter diamantborrning konstaterandet att malmlagrets befintlighet även fanns på ca 240 meters djup, ansågs malmbrytningen bli lättare och avsevärt billigare än vid den tyska gruvan, där långa transporterna under jord samt väldiga vattenkvantiteter som behövde pumpas upp ledde till stora kostnader. Han ansåg därför att denna svenska gruva skulle kunna ge rik avkastning under lång tid. Finansiärer och geologer fortsatte att undersöka platsen och gruvverksamheten i Stora Strand ansågs som en helt normal satsning på ett lovande objekt. Att koppar funnits i detta område har varit känt sedan 1718, då en liten kopparhytta slogs upp. En mindre verksamhet med brytning av malmen började sedan år 1880, men den riktiga satsningen drog igång år 1905 då företaget The Lake Copper syndicate Ltd (med huvudkontor i London) tog över verksamheten, med Max Schreither i spetsen. När driften av gruvan sedan var igång tillämpades dock dåliga metoder för brytningen och flertalet arbeten bedrevs också på ett felaktigt sätt, vilket ledde till att driftkostnaderna blev betydligt högre än vad som var nödvändigt. Exempel på detta är för djupa borrhål vilket ledde till att mer sprängmedel behövdes. Sprängningarna utfördes ofta felaktigt då tillräcklig kunskap inte fanns hos arbetarna. Detta ledde till att man ofta kom ut ur mineraliseringen och fick med sig mindre brytvärd malm eller gråberg, vilket gav lägre lönsamhet för gruvdriften. Allt detta ledde slutligen till ett misslyckande med gruvdriften. Det finns flera anledningar och diverse teorier om varför det slutade som det gjorde med gruvdriften vid Stora Strand. Huvudmannen Schreither ansågs vara en erfaren man inom denna typ av gruvverksamhet, men han saknade kvalificerade medarbetare. Eftersom han var 7
tysk, och inte talade svenska, så skapades svårigheter i kontakten mellan honom och medarbetarna. Kontakten sköttes istället genom gruvfogdarna vilket ofta ledde till bristfällig eller till och med felaktig information vilket ofta medförde missförstånd och arbetskonflikter. Det största problemet var dock att det uppstod svårigheter att koncentrera malmen, vid Mansfeld hade man inte haft sådana problem. Malmerna från dessa båda platser hade flera överensstämmelser, men var strukturellt och kemiskt olika. Malmen från den svenska gruvan visade sig inte vara lämplig för direkt smältning, och den var då omöjlig att anrika utan stora förluster av koppar. Många specialister anställdes för att försöka lösa problemet, men utan resultat. Först samma år som finansiärerna/ägarna (Gruvaktiebolaget Lake Copper) gick i konkurs fick problemet en godtagbar lösning. Efter detta gjordes några sporadiska och halvhjärtade försök att återuppta gruvdriften vid Stora Strand, men de omintetgjordes vid andra världskrigets början 1939. Men även om verksamheten återupptagits under den tiden så hade resultatet av driften nog blivit densamma. Malmen hade inte blivit bättre mot djupet som man tidigare trott, utan tenderade istället att bli sämre och krympa. Priset på koppar steg inte heller i takt med ökade arbetarlöner och övriga omkostnader, så vid den tidpunkten var troligen nedläggningen ett logiskt beslut. (Brangstad, 1977). 8
Metod: Förstudier: Förstudier av tillhandahållna geofysiska-, markgeokemi- och biogeokemi- kartor från bland annat SGU, gjordes för att möjligen finna andra intressanta områden för undersökningar i Dalslandsområdet, med hjälp av dataprogrammet Arc GIS. Biogeokemi- kartorna med sin innehållande information om förekomsten av grundämnena Co, Cu, Hg, Ni, U, V, Zn lades in i Arc GIS och placerades på varandra med hjälp av verktyget georeference för att granska platser där flera grundämnen sammanfaller på samma plats. De områdena med högst anomalier på vardera karta inringades med polygoner med en specifik färg för att lättare granskas i den slutgiltiga kartan innehållande kombinationer av olika grundämnen och dess förekomster. Sedan gjordes samma procedur med markgeokemi- kartorna, fast då med de aktuella grundämnena Pb, Ni, Cu, Co. Fältarbete: Under två veckor undersöktes de olika inmutningarna och det togs många prover i och runt omkring området vid mineraliseringen/mineraliseringarna i vardera område. Någon fullskalig kartering av områdena gjordes inte då detta redan gjorts flertalet gånger, och dessa anses av oss vara trovärdiga (projektets tidsplan möjliggjorde inte heller detta). Dock utfördes karteringsarbete i begränsad utsträckning i eftersökandet av mineraliseringen/mineraliseringarna. De flesta observations och provtagningsplatserna markerades också med GPS- punkter för att sedan kunna rita upp en översiktlig karta över berggrunden och mineraliseringarnas utbredning i området. Bearbetning av puckar och opakmikroskopering: Flertalet av de prover som togs (främst från mineraliseringen) under denna fältperiod medfördes till labbet, sågades, slipades, göts in i epoxy och polerades så att de senare kunde undersökas mer noggrant som opakpuckar under mikroskop. Bilder på tillvägagångssättet ses i figur 9 nedan. Figur 9: Vänster: Stuff, Mitten: Stuff efter sågning, Höger: Opakpuck efter slipning och polering Under opakmikroskoperingen undersöktes sedan puckarna för att lättare se den mineralogiska sammansättningen i de olika mineraliseringarna och för att de involverade mineralen, eller brist på vissa mineral, möjligen kan hjälpa till att förklara bildningssätt på segmentet och dess mineralisering. T.ex. mycket Ni, Cr tillsammans med Cu tyder på magmatiskt ursprung, medan lite Ni, Cr tillsammans med Cu tyder på sedimentärt ursprung. 9
Resultat: Förstudier: SGU s regionala biogeokemi- och markgeokemi- kartor undersöktes för att få en första inblick i vart de lokala anomalierna inom respektive område uppträdde. När alla tillgängliga grundämnen från biogeokemi- kartorna (Co, Cu, Hg, Ni, U, V, Zn) sammanfördes så fanns det ingen plats där alla överlappade med varandra, så istället användes en kombination av grundämnena Cu, Zi, Ni, Co samt en innehållande bara Cu, Zi, Ni. Detsamma gjordes sedan för markgeokemi- kartorna fast då med sina aktuella ämnen (Pb, Ni, Cu, Co). Inget av anomaliområderna från biogeokemi- kartorna sammanföll dock med de från markgeokemikartorna. När de sammanställdes på en gemensam berggrundskarta (figur 10) kunde man dock se att huvuddelen av anomaliområdena för kartorna ligger i kvarts- fältspatrika sedimentära bergarter (som sandsten, gråvacka mm.) och endast mindre delar i sura bergarter. De olika varianterna visade att de involverade ämnena framförallt förekom i de nordvästra delarna av Dalsland. De sammanfaller även i några mindre områden i mellersta delarna av Dalsland, bland annat i närheten av Dals-Långed och mellan Bäckefors Håverud (Åsensbruk). De mindre områdena förekommer i in/utlopp till mindre sjöar, så detta kan tyda på att mineralen frigjorts vid t.ex. vittring och forslats dit med vattnet då flertalet av ämnena är mobila. De tillsätts ibland också i form av gödningsmedel. Det stora området i nordvästra Dalsland ligger dock inte i direkt anslutning till sjöar, men mindre våtmarker/vattendrag finns, så detta kan tyda på att en möjlig källa kan finnas i detta område. Figur 10: Bergrundskarta med de från datorprogrammet Arc Map uträknade gemensamma anomaliområdena. 10
Figur 11: Tolkning av områdenas sträckning, följer i stora drag Dalslandsgruppen. Figur 11 visar en enklare tolkning på anomaliområdenas sträckning, och som lätt kan ses ur bilden så följer den i stora drag Dalslandsgruppens sträckning. Flera av områdena undersöktes i fält, men dock gav de inga givande resultat i frågan om en möjlig ursprunglig malmkropp eller kopparfyndigheter. Undersökningarna i anomali områdena lades därmed ner, och fokus sattes istället på de respektive inmutningarna. Fältarbete: De GPS-punkter som togs i området vid Stora Strand ses utsatta på kartan i figur 12 och koordinaterna finns i appendix i slutet av rapporten. Utav GPS-punkterna gjordes sedan en berggrundskarta (figur 13), dock väldigt förenklad, för att lättare se en ungefärlig indelning av bergarterna i området. Området i öster består av yngre magmatiska intrusiv, bestående av granit. Dessa övergår sedan till ett kraftigt täcke av skiffer, och det är i den undre delen av detta som mineraliseringen ligger (intervall 4-5 i sektionen som kan ses i bilden nedan). Därefter kommer det ett tunt stråk av kvartsit, men övergår ganska snabbt till skiffer igen. Ingen mineralisering påträffades dock vid ytan, så prover och kommande teorier är baserade på material från varphögar (resthögar) i närheten av de orter och schakt som påträffades i inmutningen från den tidigare gruvverksamheten. 11
Figur 12: GPS-punkter från Stora Strand. Symbolerna har en indelning där svart = skiffer, rosa = kvartsit, röd = granit, lila = kontaktzon skiffer/kvartsit, blå = gruvschakt/ort.. Figur 13: GPS-punkter från Stora Strand omvandlat till berggrundskarta. Indelningen ses i legenden i bilden. 12
Opak-mikroskoperingsanalys: Figur 14: Puckarna som undersöktes i mikroskop. Ss026(b): Skiffer överst vänster, Ss026(a): Pegmatit nederst vänster, Ss022(a): Grönsten överst mitten, Ss022(b): Grönsten/Amfibolit nederst mitten, Ss037: Pegmatit överst höger, Ss044: Pegmatit nederst höger. Kopparmineraliseringen i Stora Strand utgjordes till största del av kopparkis och återfanns huvudsakligen i laminära strukturer som följer skifferns foliation, och då främst bundet till kvarts. Det är därför främst associerat med statiforma/stratabounda formationer. Mikrobilden i figur 15 nedan visar kopparkis i och intill kvarts. Figur 15: Mikrobild från puck Ss026(b). Kopparkis i och intill kvart i skiffern. 13
En del kopparkis fanns även bundet i pegmatiter, men det återfanns då som större eller mindre ansamlingar i bergarten, men det var även här bundet i eller intill silikat. Kopparkisen följde i viss mån även flödeslinjer i provet. I pegmatiterna fanns även mindre mängder galena, hematit och sphalerit. En mikrobild på pegmatit med kopparkis och synliga flödeslinjer finns i figur 16 nedan. Figur 16: Mikrobild från puck Ss037. Kopparkis i pegmatiten som större och mindre ansamlingar och synliga flödeslinjer i överkant av bilden. Efter analys av grönstenen/amfiboliten från utkanten av inmutningen så påvisades även där förekomster av koppar, dock i mindre mängder än skiffern och pegmatiten. Den utgjordes till största delen av pyrrotit, men små mängder kopparkis fanns också, vilket figur 17 nedan visar. Figur 17: Mikrobild från puck Ss022(a). Kopparmineralen bestod till största delen av pyrrotit, men små mängder kopparkis påträffades också. 14
En annan intressant upptäckt i grönstenen/amfiboliten var klumpar av vitt/ljust mineral liggandes i ljust grått mineral (figur 18 och figur 19). Det var svårt att identifiera på grund av omvandlingen, men det vita/ljusa mineralet i mitten var troligen pyrit, och det ljust gråa omgivande mineralet hematit/goethit. Figur 18: Mikrobild från puck Ss022(a). Pyrit omgivet av en halo av hematit/goethit. Figur 19: Mikrobild från puck Ss022(a) med analysator. Pyrit omgivet av en halo av hematit/goethit. 15
Diskussion: Bakgrund: Som tidigare nämnt så är bildningssättet av mineraliseringen starkt omdebatterat, och därför förklaras här några teorier från tidigare arbeten: Red-bed typ : Då de stratiforma kopparmineraliseringarna är tidsrelaterade till senare Proterozoikum, och är stratigrafiskt inplacerade vid en redox-yta vid övergång från hematitförande, röd sandsten till grafitförande, grå lerskiffer. Den har den typiska zoneringen kopparglans bornit kopparkis pyrit, från botten och uppåt, och mineraliseringarna är också lokaliserade i en förkastningsreglerad sedimentbassäng (Petersson 1989). Det finns flera olika grenar inom denna teori, t.ex. Walter S. White (1971) som hävdar ett paleohydrologiskt koncept, som exempel kopparförekomsterna i White Pine i norra Michigan(USA) där kopparförande vattenlösningar infiltrerat konglomerat och pressats uppåt genom skiffer och sedan fällts ut i den reducerande miljön. Som jämförelse menar han att skulle kopparmalmen bildats genom kompaktering av sedimenten måste en avsevärd konvergens i lösningarna ha skett i riktning mot White Pine. A. R. Renfro (1974) hävdar en så kallad Sabkha-process där kust subkhas innebär evaporiter i grunda och flacka kustområden, närmast land. Här möts terrestriskt vatten med högt Eh lågt ph och havsvatten med lågt Eh högt ph. Längre ut följer tidvattenzonen med slambottnar och lagunområden, som i sin tur täcks av mattor av blågröna alger, medan sabkhaevaporiterna överlagrar sterila, oxiderade ökensediment på landsidan. Genom transgression/regression av havet så kommer dessa sediment varvas o överlagra varandra. Kustsabkhaevaporiter kommer att hamna över algmattan och därmed mätta algfasen med vätesulfid, som alstras av anaeroba bakterier. Terrestriska vatten, med högt Eh och lågt ph som lätt kan transportera och mobilisera element som koppar och silver, måste därmed passera algmattan för att nå avdunstningsytan. Vid denna plats, där vattnet kommer i kontakt med det svavelväterika algsedimentet, fälls metallinnehållet ut som sulfider, med olika zonering beroende av dess olika löslighet. Den här typen av förekomster underlagras av oxiderade, kontinentala bildningar, och överlagras av t.ex. dolomit, gips och anhydrit. Exempel på detta skulle kunna vara de utbredda och stratiforma kopparmineraliseringarna i Mackenzie Mountains Supergroup, Kanada (Chartrand & Brown, 1985). Lewis B. Gustafson & Neil Williams (1981), behandlar olika kännetecken hos sedimentknutna, stratiforma koppar-, bly- och zinkförekomster. I denna publicering påpekas att även om de flesta förekomster av koppar saknar nära association med vulkanism, så uppträder de dock i bassänger med någon samtida vulkanism eller med signifikant mängd vulkaniska bergarter i underlaget. De påstår därför att de flesta av den här typen av koppar-, bly- och zinkmalmer bildats i en tidig diagenetisk fas av brines från sedimentbassängen. De hävdar därmed att kopparmalmerna bildades 16
genom kalla, sulfatrika brines som utvecklats under ett tidigt stadium av bassängutvecklingen och vandrat uppåt till reducerande depositionslägen. F. J. Sawkins (1984) anser att vissa kopparförekoster kan förutom de syn- respektive diagenetiska uppfattningarna kopplas till tidig riftutveckling inom intrakratoniska bassänger. Hans argument grundar sig på att riftbasalter är naturligt kopparrika, Ehgränserna är skarpa i riftsediment, tensionsförkastning har skett under riftbildningen och värmeflödet är högt i riftmiljön. Han menar också att det i alla större malmsammanhang finns basaltisk magmatism närvarande i eller i närheten av den bassäng där stratiform kopparmalm uppträder. Som t.ex. Zambias kopparbälte och Kupherschiefer i Tyskland/Polen. Likheter med Olympic Dam -mineraliseringen i Australien tordes även finnas med den i Dalsland. Malmen där utgörs av ometamorfoserade, sedimentära breccior i en gravsänka i ett basement av granit, med en ålder på 1600 Ma (likt Åmålsgraniten). Dessa överlagras sedan diskordant av ett 260-330 meter tjockt täcke av yngre, omineraliserade och Flackt liggande sedimentbergarter. Malmen ligger i basement och är därmed inte synlig med annat än borrkärnor, men områden intressanta för vidare undersökningar med borrning kan eventuellt fås med hjälp av bland annat magnetiska och gravimetriska anomali-undersökningar. Mineraliseringen, som består av Cu, U 3 0 8, Ag och Au, uppträder i breccian och då framförallt i de grova, polymikta och av hematit matrix-rika delarna. De dominerande komponenterna i brecciorna är fragment från de omgivande basementgraniterna och bandade eller massiva varianter av hematit, som tros ha tillförts av magmatiska eller hydrotermala lösningar. Den höga halten förekomster av sällsynta jordartsmetaller (REE) tyder på ett djupt magmatiskt ursprung, troligen från övre delen av manteln. Liknande hematitbreccior förekommer längs Dalslandsriftens sidoförkastningar, samt på några enstaka platser i de yngre förkastningszonerna i riftens mitt. Detta kan möjligen tyda på en underliggande malmkropp av Olympic Dam typ, så förutsättningarna för en liknande malm bör vara störst intill de spilitiska lavornas tillförselskanaler (Hammergren, 1989). P. Hammergren (1989), påstår att sedimenten och de basiska vulkaniterna i Dalslandsgruppen bildats i ett intrakratoniskt riftsystem, där de olika antalen basiska lavabäddar i på de olika delarna av bassängen tyder på en systematisk utveckling av gravsänkan, där varje bädd indikerar ett extensivt tektoniskt skede. Förekomsten av omväxlande grundhavs- och djuphavssediment i stratigrafin tyder enligt författaren på upprepade blockrörelser, dvs. relativt snabba och kraftfulla rörelser. De sedimentknutna koppar- silvermineraliseringarna anses vara av diagenetiskt ursprung, där de porösa sandstenarna har gett utrymme för cirkulerande, metallförande lösningar, och där en reducerande miljö bildats vid kontakten med den något kolförande svartskiffern. Detta har lett till att sulfider fällts ut, och gett dess vertikala zonering. Källan till de koppar- och silverförande lösningarna ansågs vara hydrotermal omvandling av de spilitiska lavorna där även en del kan ha kommit som urlakat 17
mineral från basement. Metamorfos av lagren anses ha skett i samband med de tektoniska rörelserna i sydvästra Sverige för 1000 Ma, dvs. Grenvillian orogenesen. Detta medförde en temperaturökning i berggrunden, och en metamorfos till grönskifferfacies. Det ska även ha fungerat som motor till de cirkulerande lösningarna och därmed även orsak till den hydrotermala omvandlingen. G. Petersson (1989), Författaren ansluter sig till en tidigare rapport av (Hammergren, 1989) som förespråkar riftrelaterad kopparmineralisering i Dalsland, dock med motsättningen att han anser att sedimentationen i Dalslandsbassängen skett relativt lugnt och under successiv nedsänkning. Detta skall förklara den jämna utbredningen av de olika sedimentlagren. Under nedsänkningen har basisk lava trängt in i sedimentbottnen, och dessa har troligen styrts av den centralt uppkomna förkastningen i Dalslandsgruppen. När bassängen varit som djupast har introduktionen av basaltisk grönsten skett samt avsättning av de båda skifferformationerna, basängen har därmed börjat fyllas ut av allt grövre material. Dessa har sedan övergått i kvartsit och arkosformationerna. Hittills har endast kopparmineraliseringarna i och intill skiffern tagits upp, men i framför allt Stora Strand finns även förekomster av koppar (även bly, silver, guld) i pegmatiter, då bundet i och intill kvartsgångar. Dessa förekomster och dess bildningssätt måste också tas upp och förklaras, bland annat för att ta reda på om de olika kopparförekomsterna hör ihop på något sätt, eller kanske till och med kommer från samma källa. Så här följer även lite fakta och en tidigare teori om orsaken till kopparförekomsterna som sitter bundet i kvartsgångar: P. Hammergren, (1989) anser i sin rapport att kvartsgångarna, innehållande koppar, bly silver och ibland guld, har oftast en öst-västlig riktning och är yngre än veckningen i Dalslandsgruppen. De tros därmed tillhöra Bohusgraniten (950 Ma), men tidigare blyisotopbestämning från mineraliserande gångar gav en ålder på ca 1000 Ma, så vissa gångar kan ha bildats i samband med tektoniska rörelser strax efter veckningen. Mineraliseringen ändrar sig dock då kvartsgångarna genomslår spiliter. Den utgörs då i huvudsak av bornit och innehåller ibland även mindre mängder guld. Flertalet gångar har tidigare brutits på blyglans, kopparglans, bornit och silver. Teoretisk modell: Magman från de yngre magmatiska intrusiven som trängt in i Dalslandsgruppen, har släppt ifrån sig fluider (finns vanligen ungefär 3 % i den (Evans, 1993)), samt bidragit med värme till vätskan som redan finns där. Dessa varma vätskor fungerade sedan som hydrotermala lösningar som urlakade basalten/grönstenen (beroende på dåvarande metamorf grad) och cirkulerade genom sandstenen och fastnade och avsattes sedan i de reducerande delarna i skifferformationerna i Dalslandsgruppen (de tillförde då även urlakat mineral till sprickor, bundet till samt buret av kvarts, dvs. blivande kvartsgångar). Dessa delar är skapade av anaeroba bakterier (Desulfovibrio desulfuricans) som reducerat sulfater till sulfider, eller ibland till rent svavel. De förekommer i stor utsträckning i marina och lacustrina sediment. För att överleva där behöver de tillförsel av föda, som kommer från organiskt material som 18
avsätts med sedimentet. Bakterierna är tåliga mot förändringar i ph och saltkoncentrationer, och reduceringen sker några centimeter (ibland upp till några meter) under vatten sedimentkontakten. Sulfidjonerna som bakterierna producerar avsätts som järnsulfat, som rekristalliserar till pyrit. Järnet som behövs för detta kommer från järnoxid beläggningar på mineralfragment som släpper ifrån sig Fe 3+, vilket i sin tur reduceras till Fe 2+ genom oxidation av organiskt kol eller sulfider (Faure, 1998). Skiffern fungerade sedan som ett lock för de cirkulerande vätskorna eftersom det inte är särskilt permeabelt och väldigt duktilt (därför har den även ytterst få sprickbildningar). De reducerande platserna som i detta fall befann sig i botten, eller de lägre partierna, i skiffern gjorde att de hydrotermala lösningarna som cirkulerade fastnade och de metaller som de förde med sig avsattes. Metamorfos kan ha skett samtidigt som detta och därmed bidragit med värme, eller skett i efterhand, och då möjligen på grund av förkastningstektonik då detta varit en starkt tektonisk zon under den sveconorwegiska orogenesen. Eftersom vi stratigrafiskt befinner oss i botten av Dalslandsgruppen, ungefär 2000 meter ned, så har det även utsatts för högt tryck och hög temperatur på grund av ovanliggande massa och påbörjat diagenes. Detta kan också vara orsaken till, eller i alla fall hjälpt till att bidra till metamorfosen av Dalformationen. Stöd för teoretisk modell: Fakta som stödjer detta är att där den reducerande svartskiffern saknas finns ingen mineralisering (Hammergren, 1989) och att den undre mineraliseringen, som har ett tjockt pyritlager är både större och tjockare än den övre mineraliseringen där pyritlagret bara har en tjocklek på ungefär 5 centimeter. Opakmikroskoperingen visade silikat med flödesstrukturer (figur 16) samt bevis på limonitisering, dvs. hematit eller pyrit (eller annan järnrik sulfid) som omvandlats på grund av oxidation och hydratisering (figur 18 och figur 19). Endast oxiderad eller hydratiserad pyrit är dock inte ett bevis på hydrotermal aktivitet, men tillsammans med flödesstrukturerna, mineraliseringens plats i stratigrafin och närheten till yngre magmatiska intrusiv, så är teorin om hydrotermala lösningar den mest troliga för mineraliseringens avsättning. De huvudsakliga faktorerna som påverkar metamorfos är förändringar i tryck, temperatur, deformation och migrerande vätskor. Temperaturen är oftast den drivande faktorn för metamorfos och anses därmed som den viktigaste. Källan till den termala energin kan vara en närliggande magmatisk intrusion eller en mer omfattande regional källa, såsom värme från manteln eller från sönderfallet av radioaktiva mineral i bergarten (Nesse, 2009 och Winter, 2010). 19
Slutsats: I fallet med Stora Strand finns närliggande yngre magmatiska intrusiv såväl som migrerande vätskor i form av hydrotermala lösningar. Eftersom mineraliseringen befinner sig i bottenbildningarna av Dalformationen (högre tryck och temperatur) så har området även genomgått diagenes, som kan ha hjälpt metamorfosen på traven. Men om inte detta skulle räcka så har, som tidigare nämnt, området varit kraftigt tektoniskt påverkat under den sveconorwegiska orogenesen. Detta har genererat blockförkastningar som också kunnat bidra till metamorfos av berggrunden på grund av det ökade trycket och temperaturen tillsammans med sprickbildningar som kan fungera som transportvägar för eventuella lösningar. För att kunna besluta vilken/vilka av dessa processer som medverkat i metamorfosen av Dalformationen så måste man först åldersbestämma bergarterna och sedan kunna bestämma åldrarna på alla dessa processer som pågått i området. Detta är ett stort och invecklat arbete och då det här arbetet främst är inriktat för att besvara frågor om mineraliseringen vid Stora Strand, så överlåts det arbetet till andra intressenter inom området. Då geokemiska analyser och diverse andra undersökningar inte användes i detta arbete så är det inte möjligt att dra en definitiv slutsats på hur bildningssättet och uppkomsten av mineraliseringen gick till. Men min och mina kollegor i Dalsland Exporation Group s uppfattning efter upprättandet av denna och övriga kollegors rapport i undersökningsområdena, och efter genomgång av tidigare undersökningar och rapporter, så står vi fast vid vår ovan (under diskussion) nämnda teori. Möjlighet till framtida brytning inom området: Nya effektivare anrikningssätt, tillsammans med billigare och bättre bryningsmetoder av malmen (brytning av smala gångar) kan kanske i dagsläget göra malmen intressant för brytning igen. Dock bör nya utredningar på mineraliseringens halt och storlek göras då de gamla uppgifterna verkar vara aningen partiska och därmed mindre pålitliga. Min rekommendation är därför att göra några nya borrhål för att bekräfta tidigare resultat, och vid eventuellt behov ersätta äldre loggar med nyare korrekt borrkärnekartering. Genom nya beräkningar av malmens utbredning, tjocklek och innehåll, kan man sedan räkna ut dess brytvärdhet med dagens metallpriser. Ifall vidare undersökningar visar sig vara av intresse så kan undersökningar av tidigare orter och schakt möjligen göras, om säkring av dem visar sig vara möjligt och ekonomiskt genomförbart. 20
Slutord: Jag skulle vilja tacka Dalia mining för en intressant och spännande arbetsuppgift och för möjligheten att testa på prospekteringsarbetet och allt de medförde. Det hjälpte mig att ta första steget från skolbänken ut i arbetslivet och gav mig en ny syn på arbeten som kan vänta en geolog. Jag vill också tacka min handledare Rob Hellingwerf som varit ett stort stöd under examensarbetet och ett bra bollplank för mina frågor och teorier. Slutligen skulle jag också vilja tacka mina kollegor i Dalsland Exploration Group (Anton Einer, Daniel Jansson, Filip Jansson och Sebastian Thorsson) för samarbetet och den roliga tiden tillsammans, detta kommer bli ett minne för livet. Tack alla! 21
Appendix: GPS - koordinater 22
Appendix: Analys av opakpuckar Ss026(b): Skiffer- Kopparkis som större och mindre korn i foliationen, följer flödeslinjerna. Ligger nästan uteslutande i eller intill silikat, troligen kvarts. Ss026(a): Pegmatit- Kopparkis, likt ovan, fast även som blaffor i silikat. Följer inte foliationen lika tydligt som ovanstående prov. Finns även mindre förekomster galena, samt Hematit som ligger intill kopparkisen. Ss044: Pegmatit- Kopparkis ligger i och intill silikat (troligen kvarts), samt fyller ut sprickor i det. Kopparkisen följer flödeslinjer där de finns i provet, men är annars sporadiskt utspritt utan synlig foliation. Malakit/Azurit finns också och är synligt även utan mikroskop. Sphalerit och Hematit är även med i pucken. Den struktur (av silikater) som finns i pucken ligger som en slöja över vissa delar och är format som flödeslinjer. Ss037: Pegmatit- Kopparkis, mycket likt puck Ss044. Azurit (synligt med ögat). Rost runt kopparkisen. Silikat med flödesstrukturer som följer sprickor i utkanten av pucken. Ss022(b): Grönsten/Amfibolit- Massiv bergart. Sprickor med fyllnad av silikat, rostfärgat längs sidorna. Finns även som klumpar utspritt i provet. Väldigt lite kopparkis. Klumpar av vitt mineral, anisotropt (grön/blågrå-gulgrå), liggandes i ljust grått mineral. Svårt att identifiera på grund av omvandlingen, men troligen Hematit/Goethit. Ss022(a): Grönsten: Massiv bergart. Pyrrotit (figur 24) samt små mängder kopparkis. Kantiga ljusa mineral (troligen pyrit), med en halo ring runt sig (Goethit). 23
Referenser/Källförteckning: Hammergren, P. 1989. En sedimentknuten stratiform koppar och silver- mineralisering i Dalsland, Sverige. SGAB Report PRAP 89508. Lindström, M., Lundqvist, J., Lundqvist, T., Calner, M. & Sivhed, U. (2011). Sveriges geologi från urtid till nutid. (third edition) Lund: Studentlitteratur. Sveriges nationalatlas Sverige. Lantmäteriverket Svenska sällskapet för antropologi och geografi Sverige. Statistiska centralbyrån Sveriges geologiska undersökning (2002). Sveriges nationalatlas. Berg och jord. (3. utg.) Vällingby: Sveriges nationalatlas (SNA). Claesson, L., Å., Jönsson, M. (2008). Dingelvik Estimation of mineral resources. Technical report. Hammergren, P. 1983. Asslebyn-Delrapport över borrning på koppar-silvermineraliseringar inom Dalgruppen 1983-84. SGAB Report PRAP 83557. Brangstad, A. (1977). Stora Strands gruvor på Dal. Ed: C. Zakariasson. Sandahl, K.-A., Danielsson, S., 1986. Stora Strand - ur Utvärderinga av statlig gruvegendom Del II (SGAB-NSG_1986) Thelander, T. & Hammergren, P. 1985. Prospekteringsarbeten inom östra Dalsland. SGAB report PRAP 85503. Evans, A.M. (1993). Ore geology and industrial minerals: an introduction. (3. ed.) Oxford: Blackwell Scientific Publ.. White, W.S., 1971, Econ. Geol., 1-13. A Paleohydrologic Model for Mineralisation of the White Pine Copper Deposit, Northern Michigan. Petersson, G., 1989, Projekt Dalsland - En prospekteringsstudie, Delrapport tre. X Minerals AB. (SGU), Nsg 89092. Renfro, A. R., 1974, Econ. Geol., 69, 33-45. Genesis of Evaporite- Associated Stratiform Metalliferous Deposits- A Sabkha Process. Chartrand, C. M., and Brown, A. C., 1985, Econ. Geol., 80, 325-343. The Diagnostic Origin of Stratiform Copper Mineralization, Coates Lake, Redstone Copper Belt, N. W. T., Canada. Gustafson, L. B. And Williams, N., 1981, Econ. Geol., 75, 139-178. Sediment- Hosted Stratiform Deposits of Copper, Lead and Zinc. Sawkins, F. J., 1984, Metal Deposits in Relation to Plate Tectonics. Faure, G., 1998, Principles and applications of geochemistry: a comprehensive textbook for geology students, 2nd ed. p 443. The Sulfur Cycle. 24
Nesse, W. D., 2009, Introduction to mineralogy, international edition. Oxford university press. p 194-200. Metamorphic Rocks. Winter, J. D., 2010, An introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, 2nd ed. p 79-82. Hydrotermal systems. BILD: http://www.nrm.se/forskningochsamlingar/forskningsavdelningen/laboratorietforisotopgeolog i/meromisotopgeologi/fennoskandiasberggrund.291.html 25