[Lehnert] COSC 2 – Providing first constraints on the age and setting of Proterozoic igneous and early Palaeozoic sedimentary rocks below and within the Caledonian nappe pile

German Title: COSC 2 – Erste Informationen zu Alter und geotektonischer Entwicklung der proterozoischen Magmatite und und frühpaläozoischen Sedimentgesteine unterhalb und innerhalb des kaledonischen Deckenstapels

Abbreviation: 422

Current Status: approved


Main Applicant:Dr. Oliver Lehnert


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Conveyor Begin: 1 March, 2021
Conveyor End:
Conveyor Duration:
Year: 2021


Description

COSC 2 as part of the ‘Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides’ (COSC) drilling
project, represents an integral of the Swedish Scientific Drilling Program (SSDP)
In the frame of the International Scientific Drilling Program (ICDP).
As a consequence of the closure of the Iapetus Ocean and the corresponding continentcontinent
collision between Baltica and Laurentia during Early Palaeozoic times, the
Baltoscandian margin was partially subducted beneath Laurentia in the mid-late Silurian
forming a Himalayan-type orogen. The COSC project studies these processes, COSC 1
investigated the emplacement of high-grade metamorphic allochthons in the Åre area and
COSC-2 aimed to study a substantial, continuous Early Palaeozoic sedimentary succession
(Lower Allochthon and Autochthon), the main Caledonian décollement in the Cambrian Alum
Shale succession and the Fennoscandian granitic basement. However, the scientific drilling
(starting in April 2020) recorded an unexpected, but extremely interesting core succession.
Drilling finished in August 2020 at the depth of 2276.05m not in a Palaeoproterozoic granitic
basement but within a thick volcanic sequence developed in a younger Proterozoic rift basin.
Seismic interpretations and geophysical models are in disagreement with the lithological
sequence in the drill core. The volcanic succession and intrusives (dolerites) in the lower part
show lithological similarities to rocks known in and around the Sijan impact structure further
south which relate to the Mesoproterozoic Dalarna-Ladoga rift system. The shear bodies in the
imbricate zone above this unexpected basement are not composed by Alum Shales but by
Proterozoic and Cambrian sandstones of different ages and originating presumably from quite
different settings and environments. A major décollement formed at the base of an only 50m
thick Alum Shale. The whole Early Palaeozoic succession above is composed of exclusively
siliciclastic deposits which probably formed in more outboard and deeper environments than
assumed before.
Due to these circumstances, detailed sedimentological and stratigraphic studies, and dating of
the units are most important. Building up some good stratigraphic framework is absolutely
essential as a base for further correlations with geotectonic events, sea-level fluctuations and
climate change as well as for the re-interpretation of seismic models. The focus and the results
of this project provide the base for future interdisciplinary studies and projects performed by
different working groups of the COSC science team. Close cooperations with the PIs for other
research topics such as geochronology, geothermics, geology, and geophysics are a main
focus of the project. These cooperations will be important for the calibration of borehole
geophysical data as well as for a reasonable geothermal model and a realistic interpretation
of the reflexion seismic data from the subsurface in the study area.


COSC 2 ist als Teil des COSC-Bohrprojekts (‘Collisional Orogeny in the Scandinavian
Caledonides’) fester Bestandteil des ‘Swedish Scientific Drilling Program’ (SSDP) sowie des
‘International Scientific Drilling Program’ (ICDP).
Mit der Schliessung des Iapetus und der Kontinent-Kontinent zwischen Baltica und Laurentia
im unteren Paläozoikum der Kontinentalrand Balticas zum Teil unter Laurentia subduziert und
es entstand ein Gebirgsgürtel vom Himalaya-typus. Das COSC-Projekt untersucht diese
Prozesse, COSC 1 im Hinblick auf die Platznahme der hochgradig metamorphen allochthonen
Decken im Åre-Gebiet, COSC 2 hatte zum Ziel eine mächtige, durchgehende unterpaläozische
Sedimentabfolge (Lower Allochthon and Autochthon), das kaledonische Hauptdécollement
innerhalb der kambrischen Alaunschiefer, sowie das fennoscandische, granitische Basement
zu studieren. Allerdings kam mit der Forschungsbohrung (April-August 2020) eine völlig
unerwartete, wenn auch sehr interessante Abfolge zutage. Die Bohrung endete in einer Teufe
von 2276,05 m nicht im paläoproterozoischen, granitischen Basement, sondern in einer
mächtigen Vulkanitsequenz, die in einem jüngeren Riftbecken des Proterozoikums gebildet
wurde. Die Interpretation der Seismik und geophysikalische Modelle unterscheiden sich
deutlich von der lithologischen COSC 2-Abfolge. Vulkanite und Intrusiva (Dolerite) im unteren
Bohrabschnitt zeigen ähnliche Lithologien wie proterozoische Gesteine im und um den Siljan-
Krater im Süden, die zu dem mesoproterozoischen Dalarna-Ladoga-Riftsystem gehören. Die
Scherkörper der über diesem unerwarteten basement gelegenen ´imbricate zone` bestehen
nicht aus kambrischem Alaunschiefern sondern aus proterozoischen und kambrischen
Sandsteinen unterschiedlicher Alter und Ablagerungsräume. Ein größeres Décollement ist an
der Basis der nur 50 m mächtigen Alaunschiefer (Top des Authochton). Die darüber folgenden
paläozischen Siliziklastika entstanden vermutlich in tieferen Bereichen auf dem Aussenschelf
als vorher angenommen.
Unter diesen Umständen sind detaillierte sedimentologische und stratigraphische Studien und
eine Alterseinstufung der Einheiten besonders wichtig. Ein vernünftiges stratigraphisches
Gerüst ist essenziell als Basis für die Korrelation mit geotektonischen Events,
Meeresspiegelschwankungen, Klimaänderungen und für die Neuinterpretation der
seismischen Modelle. Fokus und Resultate des Projekts bereiten den zukünftigen Grund für
interdisziplinäre Studien und Projekte der unterschiedlichen Arbeitsgruppen des COSCWissenschaftsteams.
Enge Kooperationen mit den PIs anderer Forschungsrichtungen
(Geochronologie, Geothermik, Geologie, Geophysik) sind ein Hauptschwerpunkt des Projekts.
Dies ist bedeutend für die Kalibrierung der geophysikalischen Bohrlochmessungen, das
geothermische Modell, sowie eine vernünftige Auswertung der reflexionsseismischen Daten
aus dem Untergrund des Untersuchungsgebiets.