Analysis of the brittle structural framework of the Boxö-Vårdö zone, as the northern extension of the South Finland Shear Zone, northeastern Åland

Abstract

Brittle structures describe the upper crustal deformation, and local cracks and faults observed in the bedrock represent parts of the fracture system and regional tectonic evolution. The formation of fracture systems occurs due to stress applied to the bedrock, leading to different directions and movements of fractures. Furthermore, the stress tensors correlate with the bedrock lineaments and fractures and form fracture systems of different formation generations and orientations. Structural geological mapping with a paleostress interpretation hence analyses the kinematic and age relationships of the brittle fracture system and faults and their association to past or current tectonic processes.

This study aims to provide a structural geological framework of the Boxö-Vårdö zone, located in northeastern Åland. The Boxö-Vårdö zone is interpreted as a continuation of the northwest-trending South Finland Shear Zone. The Boxö-Vårdö zone has therefore been interpreted as a lineament, forming a northern extension to the shear zone. Patterns between lineament features, regional fractures and fault data have been studied between four domains, and the chronological narrative of the fracture system between the domains was analysed. In addition, the relationship between the structural data from the study area and the SFSZ was examined.

Faults, as well as fracture systems, are often formed as linear shapes in the bedrock. Lineaments were digitised from Light Detection And Ranging, bathymetry and satellite maps and regional fractures were digitised from drone images. Field measurements were conducted to support the digitisation and interpretation of lineaments, regional fractures and faults. Observations of similarities between structure directions and kinematics in the domains are based on rose diagrams and stereonet projections. In addition, a paleostress analysis of the faults was conducted, and the possible fracture and fault system generations and the connection to the regional tectonic evolution were estimated.

The structural analysis shows that lineaments associated with faults have similar orientations, and faults have influenced the orientation of the fracture systems. The paleostress field analysis shows that two principal stress tensors have influenced the formation of fractures and faults. Existing patterns of the Boxö-Vårdö features suggest a structural inheritance of the underlying structures and possible reactivation are related to the SFSZ and the large-scale tectonic evolution. The paleostress analysis indicates that the chronological succession of the fracture systems in the Boxö-Vårdö area is separated into at least two main stages. The first stage represents a generation of mainly dextral strike-slip faults, and the latest deformation stage consists of a younger generation of mainly sinistral faults associated with a sub-horizontal compression ca. 1.14 Ga.

Spröda strukturer beskriver övre jordskorpans utveckling och deformation. De regionala sprickorna och förkastningarna som kan observeras på berggrundsytan är en del av denna spröda utveckling, som har uppstått i och med den regionala tektoniska utvecklingen. Spricksystem uppstår på grund av stress på berggrunden, vilket leder till olika riktningar och rörelser i sprickorna. Detta betyder att spricksystem och förkastningar är även kompatibla med olika stressfält. En strukturgeologisk kartering bidrar således med en analys av det spröda spricksystemet och förkastningars rörelse- och åldersrelationer, samt deras förhållande till de föregående eller nutida tektoniska processerna.

Syftet med denna studie är att skapa ett strukturgeologiskt ramverk över Boxö-Vårdö-zonen i nordöstra Åland. Boxö-Vårdö-zonen har tolkats som en fortsättning på den nordvästliga Södra Finlands Skjuvzon och har därmed tolkats som ett lineament, som bildar en nordlig fortsättning på skjuvzonen. Mönster mellan lineament, regionala sprickor och förkastningsdata har undersökts mellan fyra olika domän, samt har den kronologiska historian av spricksystemet analyserats.

Lineamenten är digitaliserade från Light Detection And Ranging-, batymetri- eller satellitkartor och bakgrundssprickor är digitaliserade från drönarbilder. Fältmätningar och kartering har utförts som en del av studien för att understöda digitaliseringen och analyseringen av bakgrundssprickor och förkastningar. Observationer av likheter i strukturernas riktningar och kinematik mellan domänen är gjord på basis av strukturdiagram. En paleostressanalys genomfördes för att utreda fördelningen av förkastningarnas utveckling och möjliga åldersförhållanden mellan olika förkastnings- och sprickriktningar, samt den regionala tektoniska utvecklingen.

Resultaten från strukturella analysen visar att lineament är förknippade med förkastningar och har liknande riktningar och att förkastningar har inverkat på riktningen hos bakgrundsspricksystemet. Paleostressfältanalysen visar att två stresstensorer är associerade till bildningen av sprickor i tre huvudsakliga riktningar. Boxö-Vårdö-lineamentens deformations historia och de strukturella mönstren hänvisar möjligen till att området utvecklades som en följd av den senaste reaktiveringen av SFSZ. Den kronologiska följden på spricksystemen i Boxö-Vårdö-området är delat i åtminstone två huvudstadier. Det första stadiet representerar en generation av främst dextrala förkastningar, medan den senaste utvecklingen syftar på en yngre generation av sinistrala förkastningar associerade med en subhorisontell kompression för ca 1.14 miljarder år sedan.