Undersökning av ursprunget och naturen av den prekambriska seismika reflektiviteten vid det djupa COSC-2 borrhålet

Reflektionsseismiska data samlades in vid International Scientific Continental Drilling Program (ICDP) COSC-2 borrhålet i Jämtland år 2021. COSC-2 borrades till 2275 m i 2021 för att studera strukturen hos de skandinaviska Kaledoniderna i centrala Sverige som en uppföljning till COSC-1 borrhålet som borrades 2014 till 2500 m i Åre-området i Jämtland. De seismiska data analyseras för närvarande i mer detalj och ett antal artiklar förbereds. Det seismiska datasetet är omfattande med flera olika komponenter, inklusive glest 3D, 2D och borrhålsdata insamlande inom projektets ramverk. Berggrunden i området är mycket reflektiv, och de låga brusförhållandena under insamlingen möjliggjorde insamling av högkvalitativa data. COSC borrhålen borrades med den nationella forskningsinfrastrukturen för vetenskaplig borrning, Riksriggen (www.riksriggen.se).

The goal of COSC-1 was to investigate highly metamorphosed rocks (nappes) that had been transported several hundred kilometers due to tectonic forces during mountain building. The next step (COSC-2 borehole) was to characterize and determine the age of the deformation in the underlying Fennoscandian shield and how it differs from the deformation in the overlying nappes, which were transported over the shield during ongoing mountain building. The thrust zone itself will be studied in detail to better understand how this layer acted to separate the nappes from the underlying shield. One hypothesis that will be tested is whether large earthquakes occurred in association with the thrust zone, which can be compared to the destructive earthquakes indirectly observed with geophysical methods at depth in the Himalayas. The borehole also provides, for the first time, information about which geological structures cause the strong, clear reflections of seismic waves in the local (tens of kilometers) and regional (hundreds of kilometers) long seismic profiles. The COSC project aims to, through a combination of basic and applied research, increase the understanding of mountain building, which forms a cornerstone of the plate tectonic paradigm. In addition, the project will result in new strategies for ore exploration, critical data for reconstructing the climate in the Paleozoic, and new information on how the bedrock can be used in energy systems.

Stora fjällkedjor, som Himalaya, har en betydande inverkan på jordens miljö. Fjällkedjornas utveckling är nära förknippade med viktiga frågor som bland annat naturkatastrofer (jordbävningar, översvämningar), väder (monsun), klimat (Tibet mot Indien, Pakistan, etc.) och naturresurser (malmbildning). Den kaledoniska fjällkedjan var en ”paleozoikums Himalaya”, jämförbar i storlek och utvecklat ur en liknande tektoniskt miljö. För 400 miljoner år sedan sträckte den sig i ett bälte från nutidens Appalacherna i Nordamerika till Svalbard i Arktiska havet. Den skandinaviska fjällkedjan är en del av Kaledoniderna. Upp till 20 km av berg har eroderats sedan bergskedjan bildades, något som ger utmärkta förutsättningar för geovetenskaplig grundforskning kring de geologiska processer som pågår på djupet när fjällkedjan bildades och hur dessa kan jämföras med utvecklingen på ytan i en modern fjällkedja. Dessutom är det möjligt att analysera tidigare processer i en djupt eroderad, gammal fjällkedja och använda den nyvunna kunskapen i tillämpade forskningsuppgifter kring t. ex. naturkatastrofer, mineralprospektering, underjordiskt konstruktion och geotermi.

COSC projektet (Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides, eller Bergskedjebildning i de Skandinaviska Kaledoniderna) ger forskare möjlighet att studera och observera ett område av Kaledoniderna där kunskap har samlats in under mer än 100 år. Fokus är på en profil från Trondheim i väster till Östersund i öster. Projektet inkluderar två 2-2,5 km djupa borrhål med borrkärna, samt tillhörande data- och metadata från alla undersökningar i borrhålen och på borrkärnan. Dessutom finns det omfattande geofysiska mätningar som har samlats in sedan 1970-talet samt geologiska observationer sedan 1880-talet. Forskning inom projektet är multidisciplinärt och inkluderar geofysik, geologi, hydrogeologi, geotermi, bergartsfysik, geokemi, mikrobiologi och teknik.

Det första borrhålet (COSC-1) borrades med framgång år 2014 vid Fröå Gruva i närheten av Åre. Målet med COSC-1 var att undersöka starkt metamorfiserade bergarter (skollor) som hade transporterats flera hundra km på grund av tektoniska krafter under fjällkedjesbildningen. Nästa steg (COSC-2 borrhålet) var att karakterisera och bestämma åldern av deformationen i den underliggande Fennoskandiska skölden och hur den skiljer sig från deformationen i de överliggande bergskollorna, som transporterades över skölden under pågående bergsbyggnad. Själva överskjutningszonen studeras noggrant för att bättre förstå hur detta lager agerat för att separera bergskollorna från den underliggande skölden. En hypotes som testas är om stora jordbävningar ägt rum i association med överskjutningszonen, vilket kan jämföras med de destruktiva jordbävningar som indirekt observerats med geofysiska metoder på djupet i Himalaya. Borrhålet ger också, för första gången, information om vilka geologiska strukturer ger de starka tydliga reflektionerna av seismiska vågor i de lokala (tiotals km) och regionala (hundratals km) långa seismiska profiler. COSC projektet ämnar i sin helhet att genom kombinerad grund- and tillämpad forskning utöka förståelsen för bergskedjebyggnad, som bildar en hörnsten i den plattektoniska paradigmen. Dessutom kommer projektet att resultera i nya strategier för malmprospektering, kritiska data för rekonstruktion av klimatet i paleozoikum, och ny information om hur berggrunden kan utnyttjas i energisystem.