This Master thesis is written in connection with the Stockholm Bypass project which is Trafikverkets and Sweden’s largest infrastructure project to date. It will consist of 21 km of motorway running west of Stockholm city linking the southern and the northern parts. Out of the total 21 km of motorway, 17 km will run through rock tunnels and cross beneath the Lake Mälaren at 3 places. One of these places is the water passage Fiskarfjärden, situated between Sätra and the island of Kunghatt which has been carefully studied with geological (drill core mapping, BIPS, Water-loss measurements and outcrop mapping) and geophysical (reflection and refraction seismic) methods. This has been used to produce an engineering geological prognosis over the area which indicates that the rock mass in the water passage is heavily fractured and of poor quality. Due to this, additional investigations of the structural framework and the large-scaled structures in the area have been undertaken. The objectives of this thesis are therefore to analyze and classify available geological data, identify and model the major fracture zones situated in the water passage, investigate the kinematics of the fractures focusing on the relative movement between the blocks, if possible, determine the stress orientation and, predict how these major fracture zones will affect the Stockholm Bypass rock tunnel. The available data provided a good opportunity to examine the area. The drill core mappings showed that the dominating fracture orientation in the water passage is WSW-ENE with deformation structures supporting faulting along these fractures. The additional outcrop mapping and drill core mapping which focused on finding kinematic indicators revealed that fractures in the area have been reactivated both as strike-slip and dip-slip faulting and that dextral strike-slip faulting is dominating in a WSW-ENE orientation and sinistral strike-slip faulting in a NW-SE orientation.The orientation of these two fault surfaces matches the main faults on the geological map and indicates that the area is composed of a conjugate fracture set with conjugate shearing whereas the combination of the dominating fracture orientations in the drill cores with the kinematic observations and fractures found in the field correlates with Riedel shear fractures in a dextral shearing configuration. The majority of the zones of crushed rock that cut the tunnel show a dominating WSW-ENE orientation. At this angle to the NW-SE oriented horizontal stress field, these fractures are more likely to experience closure since they are oriented approximately normal to the stress field. The zones of crushed rock that are either oriented E-W or NNE-SSW are more likely to reactivate as strike-slip faults. The very few fracture zones that are oriented NW-SE and correlate to fractures with sinistral shearing are likely to reactivate as dip-slip faults as they are oriented parallel to the present day extensional forces or as strike-slip faults if they are located at depth. / Denna Masteruppsats är skriven i samband med Förbifart Stockholm vilket är Trafikverkets och Sveriges största infrastruktur projekt. Projektet innefattar 21 km motorväg som går väst om Stockholm stad och länkar de södra och norra delarna av staden. 17 km av de totalt 21 km av motorväg kommer gå genom bergtunnlar och korsar under Mälaren vid 3 platser. Ett av dessa ställen är vattenpassagen Fiskarfjärden, belägen mellan Sätra och Kungshatt vilket har undersökts både med geologiska och geofysiska metoder. Underlaget från dessa metoder har sedan används för att ta fram en ingenjörs-geologisk prognos vilket syftar till att beskriva bergmassan i området, både var gäller strukturer och kvalitét. Baserat på denna prognos förväntas bergmassan främst i vattenpassagen vara kraftigt upp-sprucken och av generellt väldigt dålig kvalitét vilket är varför ytterligare undersökningar med fokus på det strukturgeologiska förhållandet och de storskaliga strukturerna i området har genomförts i detta arbete. Målen med detta arbete är därför att analysera och klassificera de tillgängliga geologiska data från tidigare undersökningar, identifiera och modellera the stora sprickzonerna som befinner sig under vattenpassagen, utföra kinematisk analys på sprickorna och fokusera på den relativa rörelsen mellan blocken, om möjligt fastställa orienteringen av bergspänningsfältet och utvärdera hur de stora sprick-zonerna kommer påverka Förbifart Stockholm tunneln. Från borrkärnekarteringen kunde det fastställas att den dominerande sprickorienteringen i vattenpassagen är VSV-ONO och att dessa utgörs av förkast-ningar. Från de kompletterande fältundersökningarna med focus på kinematiska indikatorer kunde det konstateras att sprickorna i området har reaktiverats både som strike-slip- och dip-slip-förkastningar där dextral skjuvning är dominerande i VSV-ONO orienterade sprickor och sinistral skjuvning, vilket är dominerande, i NV-SO orienterade sprickor. Orienteringen av dessa två förkastningsytor sammanfaller med huvudförkastningarna vilka visas på den geologiska kartan och indikerar att området består av konjugerande spricksystem där skjuvning skett. Dock sammanfaller de dominerande sprick-orienteringarna i borrkärnorna tillsammans med storskaliga sprickor från hällkarteringarna också med Riedel sprickor i en konfiguration med dextral skjuvning. Majoriteten av zonerna med krossat berg som korsar tunneln har en dominerande VSV-ONO-lig riktning. Med denna orientering i relation till den NV-SO-liga riktningen på det horisontala maximala bergspänningsfältet, är det inte troligt att dessa sprickor kommer reaktiveras. Zonerna som är orienterade E-W eller NNO-SSV är mer benägna att reaktiveras som strike-slip-förkastningar. De få zoner som är orienterade NV-SO och sammanfaller med sprickor med sinistral skjuvning kommer troligtvis reaktiveras som dip-slip-förkastningar eller som strike-slip-förkastningar om de är belägna på större djup.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στην γεωδυναμική εξέλιξη της Αττικής. Η Αττική συνίσταται από τους μεταμορφωμένους σχηματισμούς της Αττικοκυκλαδικής Μάζας στους οποίους επωθούνται οι αμεταμόρφωτοι έως χαμηλά μεταμορφωμένοι σχηματισμοί της Υποπελαγονικής Ζώνης. Στην Αττική η Αττικοκυκλαδική Μάζα διαχωρίζεται σε Ενότητα Κυανοσχιστολίθων και Ενότητα Βάσης. Η μεγασκοπική, μεσοσκοπική και μικροτεκτονική ανάλυση που εφαρμόστηκε κυρίως στα μεταμορφωμένα πετρώματα, οδήγησε στην αναγνώριση τεσσάρων κύριων παραμορφωτικών φάσεων. Η πρώτη παραμορφωτική φάση D1 έλαβε χώρα σε πλαστικές συνθήκες και είναι σύγχρονη με την Ηωκαινική Μ1 μεταμόρφωση υψηλών πιέσεων - χαμηλών θερμοκρασιών που προέκυψε από την καταβύθιση του πρωτόλιθου της Ενότητας Κυανοσχιστόλιθων κάτω από την Υποπελαγονική Ζώνη σε βάθη περίπου 40χλμ. σε ένα καθεστώς ηπειρωτικής σύγκρουσης. Στη ζώνη καταβύθισης εισήλθε προοδευτικά κατά το Ολιγόκαινο ο πρωτόλιθος της Ενότητας Βάσης ο οποίος βρισκόταν παλαιογεωγραφικά ανατολικότερα από την Ενότητα Κυανοσχιστολίθων. Κατά τη διάρκεια της καταβύθισης ένα μικρό τμήμα της επωθημένης Υποπελαγονικής Ζώνης, γνωστή ως Ενότητα Τουρκοβουνίων, αποσπάστηκε, ενταφιάστηκε σε βάθος περίπου 10 Χλμ. και παραμορφώθηκε σε εύθραυστες συνθήκες. Η παραμόρφωση των πετρωμάτων της Ενότητας Τουρκοβουνίων χαρακτηρίζεται από εύθραυστες πτυχές και C-S δομές με ροπή προς ΝΑ. Στο όριο Ολιγόκαινου – Μειόκαινου και σε συνθήκες ανάδρομης πρασινοσχιστολιθικής φάσης μεταμόρφωσης Μ2, έλαβε χώρα μία δεύτερη πλαστική παραμορφωτική φάση D2 που σηματοδοτεί την έναρξη του εκταφιασμού της Ενότητας Κυανοσχιστόλιθων και την τοποθέτηση τους επί της Ενότητας Βάσης μέσω μιας φλοιικής κλίμακας πλαστικής επώθησης, της «Επώθησης Βάσης». Στην Επώθηση Βάσης πραγματοποιήθηκε λεπτομερής κινηματική ανάλυση σε περίπου 1200 θέσεις σε όλη την έκταση της Αττικής χρησιμοποιώντας πληθώρα μεσοσκοπικών και μικροσκοπικών κινηματικών δεικτών. Οι μεσοσκοπικοί κινηματικοί δείκτες προέκυψαν από την ανάλυση 554 F2 πτυχών πλαστικού τύπου, 20 boudinages και 25 πορφυροκλαστών. Οι μικροσκοπικοί κινηματικοί δείκτες προέρχονται από την ανάλυση 187 λεπτών τομών και αριθμούν στη κινηματική εκτίμηση πλάγιων φολιώσεων σε 65 λεπτές τομές, C’ ταινιώσεων διάτμησης σε 43 λεπτές τομές, πορφυροκλαστών σε 23 λεπτές τομές, ιχθυόσχημων μαρμαρυγιών σε 12 λεπτές τομές, C-S ταινιωτών δομών σε 11 λεπτές τομές και την μέτρηση 14096 [c]-αξόνων χαλαζία, 4809 [c]-αξόνων ασβεστίτη και 3289 διδυμιών ασβεστίτη. Ο συνδυασμός των παραπάνω και η κατασκευή χαρτών των πορειών των κρυσταλλικών γραμμώσεων έκτασης που προκύπτουν από την μέτρηση 2720 κρυσταλλικών γραμμώσεων έκτασης, έδειξαν κίνηση των μεταμορφωμένων καλυμμάτων με ροπή προς ΑΒΑ κατά την D2 φάση. Από συνολικά 59 δείγματα υπολογίστηκε το ποσό της παραμόρφωσης στο επίπεδο που είναι παράλληλο στη διεύθυνση κίνησης, ενώ σε 19 από αυτά προσδιορίστηκε το ελλειψοειδές της παραμόρφωσης. Η ποσοτική τεκτονική ανάλυση για τον προσδιορισμό του ποσού της παραμόρφωσης και του κινηματικού αριθμού στροβίλισης (Wm) έδειξε ότι η τεκτονική τοποθέτηση της ενότητας Κυανοσχιστόλιθων επί της Ενότητας Βάσης έλαβε χώρα σε συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης (k≈1,02) και γενικής διάτμησης εκφραζόμενης από τιμές Wm μεταξύ 0,22 και 0,97. Με βάση τα στοιχεία αυτά υπολογίζεται ότι η πλαστική λέπτυνση και η αντίστοιχη πλαστική επιμήκυνση παράλληλα στην διεύθυνση κίνησης του καλύμματος των Κυανοσχιστολίθων είναι 20-50% και 30-90%, αντίστοιχα. Οι τιμές αυτές οι οποίες είναι συγκρίσιμες με αυτές που έχουν υπολογιστεί σε άλλες ορογενετικές ζώνες (π.χ. Εξωτερικές Ελληνίδες, Ιμαλάια) φανερώνουν ότι ο εκταφιασμός της Ενότητας Κυανοσχιστόλιθων πιθανότατα πραγματοποιήθηκε με ένα μηχανισμό πλαστικής διαφυγής. Με τη συνεχή άνοδο σε ανώτερους δομικούς ορόφους (~10Χλμ.), τα μεταμορφωμένα καλύμματα της Αττικής υπεισήλθαν κατά τη διάρκεια του Κ. έως Α. Μειόκαινου, σε μία τρίτη παραμορφωτική φάση D3 και υπέστησαν παραμόρφωση σε καθεστώς συμπίεσης κάτω από εύθραυστες συνθήκες. Η ποιοτική και κινηματική ανάλυση από 531 F3-πτυχές και 30 C-S δομές δείχνει κίνηση με ροπή προς τα Α-ΑΒΑ. Η κατασκευή χαρτών πορειών φολιώσεων από την μέτρηση 3500 φολιώσεων που φανερώνουν τους άξονες της D3 μεγαπτύχωσης, σε συνδυασμό με τους χάρτες πορειών κρυσταλλικών γραμμώσεων έκτασης δηλώνουν ότι η Επώθηση Βάσης κατά την D3 φάση, απόκτησε μία δεξιόστροφη συνιστώσα και πλαγιοανάστροφο χαρακτήρα κίνησης. Τα αλλεπάλληλα συμπιεστικά γεγονότα στα μεταμορφωμένα πετρώματα της Αττικοκυκλαδικής Μάζας, διαδέχτηκε ένα καθεστώς διαστολής D4 που αντιπροσωπεύεται από κανονικά ρήγματα και το σχηματισμό ρηξισχισμού που λειτούργησαν κατά το Α. Μειόκαινο και δείχνουν στο τελικό τους στάδιο Β-Ν διεύθυνση εφελκυσμού. Η D4 φάση παραμόρφωσης παρατηρείται σε όλα τα πετρώματα της Αττικής και υπερτίθεται όλων των προγενέστερων παραμορφωτικών φάσεων. / The present PhD thesis focuses on the geodynamic evolution of Attica. Attica consists of the metamorphic rocks of the Attico-Cycladic Massif and the low- or non-metamorphosed formations of Subpelagonian Zone. In Attica the Attico-cycladic Massif is represented by the "Blueschist Unit" and the "Basal Unit". Mesoscopic structural data coupled with microtectonic analyses, applied mainly on the metamorphic rocks, enabled the distinction of four deformation phases which took place from Eocene to middle Miocene. The ductile D1 phase was synchronous to Eocene blueschist facies metamorphism and is associated with the continent–continent collision and subduction of the protolith of the Blueschist Unit beneath the Subpelagonian Zone to a depth of c. 40 km. The protolith of the Basal Unit, which was paleogeographically located eastwards of the Blueschist Unit, entered in the subduction channel via progressive underthrusting at Oligocene. During the subduction, a small part of the overthrust Subpelagonian Zone, also known as Tourkovounia Unit buried in a depth of c. 10 km and affected by penetrative brittle deformation expressed by brittle folds and C-S structures indicating a consistent top-to-the-SE sense of shear. At the Oligocene – Miocene boundary a ductile deformation phase (D2) took place coeval with the greenschist facies retrogression and the exhumation of the Blueschist Unit. This was commenced with the emplacement of the Blueschist Unit over the Basal Unit via a crustal scale ductile thrust, named hereinafter the “Basal Thrust”. Detailed kinematic analysis has been performed in c. 1200 locations using a plethora of mesoscopic and microscopic kinematic indicators. The mesoscopic indicators are represented by the analysis of c. 600 F2 folds, asymmetric boudinages and porphyroclasts. Microstructural analysis on 187 thin sections resulted to the designation of oblique foliation, shear bands, C-S structures, porphyroclasts, mica-fish and the measurement of 3289 e-lamellae and c. 19000 c-axes of quartz and calcite. The combination of the aforementioned data and the projection of the stretching lineation trajectories on geological maps indicate dominant top-to-the-ENE sense of shearing during D1 phase. Strain analysis was performed on 59 samples where Rxz values were obtained, while Ryz values were calculated in 19 representative samples. The observed variation in strain geometry indicates that the emplacement of the Blueschist Unit took place under approximately plane strain conditions (k≈1,02) that experienced a general shear deformation history with kinematic vorticity number, Wm, between 0,22 and 0,97. Integration of the vorticity and strain data indicates ductile thinning and transport-parallel elongation by 20–50% and 30–90%, respectively, during exhumation. These values are comparable with ductile thinning in other metamorphic sequences in orogenic belts (e.g. Himalaya and the External Hellenides) and reveal that formation and stacking of the studied units probably occurred under a mechanism of solid-state ductile extrusion. The continuous exhumation of metamorphic rocks at relatively shallow crustal levels (≈10 km) is associated with the third deformation D3 phase, which corresponds to a compression regime occurring under brittle conditions (L. to U. Miocene). Kinematic analysis of 531 F3-folds and 30 C-S structures manifests a top-to-the-A-ABA sense of shear. The projection of the foliation trajectories, that reveal the curved hinge lines of the anticlines/sinclines of the area, in combination with the stretching lineation trajectories, possibly documents a dextral transpressional shearing of the Basal Thrust. The last observed D4 phase occurred during the upper Miocene and is characterized by the formation of normal faults and joints resulted by an N-S extensional regime.