Centre Number

Candidate’s Name (in full)

Candidate’s Examination Number

WELSH JOINT EDUCATION COMMITTEE CYD-BWYLLGOR ADDYSG CYMRUGeneral Certificate of Education Tystysgrif Addysg Gyffredinol

UwchAdvanced

454/01

GEOLOGY – GL4

EXTENSION GEOLOGY

A.M. WEDNESDAY, 11 June 2003

(2 Hours)

TJ*(0016/16)

In addition to this paper you will need:the Geological Map Extract (Hawes)

Examineronly

Section A

Section B

INSTRUCTIONS TO CANDIDATESAnswer all the questions.

Write your answers in the spaces provided.

INFORMATION FOR CANDIDATESThe number of marks is given in brackets at the end of each sub-question.

Candidates are reminded that marking will take into account the quality of communication used inyour answers.

No certificate will be awarded to a candidate detected in any unfair practice during the examination.

Total

15

15

16

14

8

8

10

10

96

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

2 Examineronly

Arholwryn unig

SECTION A

Answer all questions in the spaces provided.

This Section should take approximately 1 hour to complete.

1. Figure 1 is a temperature/pressure diagram showing the variation in the geothermal gradientbeneath part of a continent, together with the melting point curves for wet and dry granite,obtained from laboratory experiments.

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6

12

18

24

30

0

X

Temperature (∞C)

Dep

th (

km)

CRUST

MANTLE

continental geotherm

melting point curve at which wet(hydrous) granite begins to melt melting point curve at

which dry(non-hydrous) granite begins to melt

Pres

sure

(kb

ar)

MOHO

Figure 1

Refer to Figure 1.

(a) (i) Complete the table below by stating the temperatures found at the base of the crust(Moho). [3]

(0016/16)

Temperature at base of the crust (Moho)

Actual temperature

Temperature at which dry (non-hydrous)granite would begin to melt

Temperature at which wet (hydrous)granite would begin to melt

Temp (°C)

3

Turn over.

Examineronly

Arholwryn unig

(ii) Calculate the average geothermal gradient for the top 10 km of the crust. Show yourworking. [2]

Geothermal gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . °C/km

(iii) Use Figure 1 to describe how the average geothermal gradient in the mantlecompares with that in the crust. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) (i) Use Figure 1 to explain why it is not possible for dry granite to begin melting at thebase of the crust. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(ii) Shade in the area of Figure 1 at which a crust composed of wet granite might beexpected to begin melting. [2]

(iii) Explain why a partial melt generated at X is unlikely to be erupted at the surface. [2]

Explanation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(c) Explain the importance of gas content in the emplacement and extrusion of magma. [3]

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Total 15 marks

(0016/16)

4 Examineronly

Arholwryn unig

2. Figure 2a shows the temperature and pressure stability fields for three aluminium silicate mineralsfound in metamorphic rocks.

0

1

2

3

4

5

6

7

Pres

sure

(kb

ar)

0 100 200 300 400 500 600 700Temperature (∞C)

800

A1

andalusiteA2

sillimanitekyanite

B2

B1

X

Y

Figure 2a

(a) (i) State the temperature and pressure conditions under which all three minerals couldcoexist in equilibrium in a single metamorphic rock. [2]

(0016/16)

(ii) Name the types of metamorphism represented by pathways A1 A2 and B1 B2 on Figure 2a and describe the geological environment in which eachmetamorphic rock was formed.

1. Type of metamorphism (Pathway A1 A2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [1]

Geological environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2. Type of metamorphism (Pathway B1 B2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . [1]

Geological environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Temperature (°C)

Pressure (kbar)

5

Turn over.

Examineronly

Arholwryn unig

(b) Figures 2b and 2c show thin sections of metamorphic rocks formed at locations X and Y onpathways A1 A2 and B1 B2 respectively.

0 5 105

mm

Quartz

Biotite mica

Feldspar

Minerals in monomineralic bands

SillimaniteFine-grained matrixof biotite, muscoviteand quartz

Andalusite

For each rock in Figures 2b and 2c, state

(i) the metamorphic texture; [2]

(ii) the rock name. [2]

Figure 2b Figure 2c

(0016/16)

Rock in Figure 2b (formed at X on Fig 2a) Rock in Figure 2c (formed at Y on Fig 2a)

Texture Texture

Rock nameRock name

(c) (i) Identify, from the list below, one sedimentary rock most likely to give rise to therocks shown in Figures 2b and 2c following metamorphism. [1]

arkose, clay, coal, conglomerate, limestone, quartz-rich sandstone

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Briefly justify your choice. [2]

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Total 15 marks

6 Examineronly

Arholwryn unig

3. Figure 3a is a drawing of a trilobite from an assemblage of the same genus preserved on a singlebedding plane.

Figure 3a

(a) (i) Name the morphological features labelled X and Y. [2]

Feature X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feature Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) State one major difference between the segments of the thorax and the pygidium. [1]

Difference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iii) Suggest the function of the thoracic segments. [2]

Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(b) Suggest a possible former mode of life for this trilobite using two pieces of evidence fromthe morphology of the fossil. [3]

Mode of life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Evidence 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Evidence 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(0016/16)

Source: British Palaeozoic Fossils

0 10 20 30 400

5

10

15

20

25

Len

gth

(mm

)

Width (mm)

Variation in size of pygidium

7

Turn over.

Examineronly

Arholwryn unig

(c) Figure 3b is a scattergraph showing the variation in size of the pygidium for the trilobiteassemblage obtained from the bedding surface.

Figure 3b

(i) Measure the dimensions (maximum width and length) of the trilobite’s pygidiumillustrated in Figure 3a and plot them on the graph (Figure 3b.) [1]

(ii) Describe the general distribution of data plots on the graph. [2]

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(0016/16)

8 Examineronly

Arholwryn unig

(iii) With reference to Figure 3b, suggest, giving reasons, which one of the followingconclusions (A, B or C) is the most likely explanation from the distribution of dataplots shown on the graph. [3]

(0016/16)

Death assemblage formed by the transport and deposition of broken fragments of trilobiteshell.

Life assemblage with trilobites moulting between stages of growth.

Gradual evolution of the trilobite genus from small to larger forms.

A

B

C

Conclusion

Conclusion letter (A, B or C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Reasons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(d) Explain why there are fewer problems in accurately relating morphology to mode of life infossil bivalves and brachiopods than in trilobites. [2]

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Total 16 marks

9

Turn over.

Examineronly

Arholwryn unig

4. Figure 4a is a partly completed block diagram of folded strata, plunging towards the north.

(0016/16)

N

20m

Axialplane12

m

Figure 4a

(a) (i) Complete the table below to describe the fold elements. [3]

Fold element Description

UPRIGHT

PLUNGING to NORTH

Amplitude (in metres)

Wavelength (in metres)

Hinge shape

Axial plane attitude

Axis orientation

(ii) Complete Figure 4a to show the outcrop of the strata on the top surface of thediagram. [2]

10 Examineronly

Arholwryn unig

(b) Figure 4b is a laboratory simulation of folding to investigate the effect of stress onspherical structures in the hinge area of a fold.At location Y the spheres were found to be undeformed.

Draw sketches in the spaces provided to show how stresses acting at locations X and Z in Figure 4b might result in the distortion of spherical structures.Briefly explain your answer. [3]

Explanation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Figure 4b

X

Y

Z

11

Turn over.

Examineronly

Arholwryn unig

(c) Figure 4c shows a cliff section exposing two rock sequences separated by an unconformityand cut by a dip-slip fault. The section provides evidence of three separate episodes ofdeformation.

limestone

conglomeratebasal

shale shale

5

10

0

m

Fault

quartzite

sandstone

Figure 4c

(i) Clearly show the net displacement of the quartzite on Figure 4c using arrows toindicate the relative movement of each side the fault plane. [1]

(ii) State the type and direction of regional stress that would cause this displacement. [2]

Stress type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iii) Describe and account for the displacement of the unconformity in terms of the historyof fault movement in this region. [3]

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Total 14 marks

EastWest

ROCK HEAD

12 Examineronly

Arholwryn unig

SECTION B

Questions 5 - 8 relate to the British Geological Survey 1:50,000 Geological Map extract of Hawes.

Answer all questions in the spaces provided.

This Section should take approximately 1 hour to complete.

5. The Geological Map shows both the solid formations and drift deposits.

(a) (i) Explain what is meant by a drift deposit. [1]

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(ii) Name the type of drift deposit covering the greatest area of the Geological Map. [1]

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(iii) Complete the table below to indicate the probable order of superposition of the solidformation and drift deposits in Chapel-le-Dale at grid reference (GR) 724760. [2]

(0016/16)

1. Oldest

2.

3. Youngest

(b) With reference to the Kingsdale valley (GR 700770), and valley sides describe and explain

(i) the distribution of alluvium; [2]

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(ii) the outcrop pattern of Carboniferous strata. [2]

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Total 8 marks

13

Turn over.

Examineronly

Arholwryn unig

6. Figure 6 is a field sketch of the spring line junction at the base of the Carboniferous GarsdaleLimestone (GL).

(0016/16)

Figure 6

(a) Refer to the Geological Map and Figure 6.

(i) Identify, with a tick in the appropriate box, at which of the following locations thesketch was drawn. Explain your answer. [2]

A. 695750

B. 710753

C. 717748

Location grid reference Orientation

Looking NE

Looking NW

Looking SW

Tick ONE box below

Explanation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(ii) Label the field sketch to show details of significant geological features. [3]

(iii) Give a geological explanation for the presence of a spring at this junction. [3]

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Total 8 marks

Not required

No data

14 Examineronly

Arholwryn unig

7. (a) Refer to the Geological Map and Section.

(i) Describe the general trend of faulting on the Geological Map. [1]

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(ii) Complete the table below to identify the characteristics of the following faults:

1. RF Hollintree Fault (Grid Square 6972)2. South Craven Fault (Grid Square 6973). [6]

(0016/16)

Fault characteristics RF Hollintree Fault South Craven Fault

Dip direction and angle(degrees)

N.E

Direction Angle (degrees)82

DirectionSW

Angle (degrees)74

Downthrow direction

Throw (in metres)

Orientation (direction) of themaximum principal stress

component (s max)

Fault type

(b) (i) Describe the geological structure between the RF Hollintree Fault and the SouthCraven Fault. [1]

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(ii) Using evidence from the Geological Map and Section, explain why the altitude ofthe land surface to the south of the South Craven Fault is generally lower than thealtitude to the north. [2]

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Total 10 marks

Figure 8

Refer to the Geological Map and Section.

(i) Mark and label on Figure 8 the base of the Garsdale Limestone (GL) that crops out at250m in the Doe valley. [1]

(ii) Describe the structure of the solid geology of the River Doe valley and sides from thedam site, NE to Chapel-le-Dale (GR 740772). [3]

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(b) Assess the geological implications of developing the River Doe valley as a reservoir. (Youshould consider the geological suitability of both the dam and reservoir sites and refer todata given in previous questions in Section B). [6]

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Total 10 marks

15 Examineronly

Arholwryn unig

8. (a) The River Doe valley could be developed as a reservoir behind a dam located belowTwisleton Scar End (GR 706753) and White Scars (GR 714744). Figure 8 is a topographicsection along the line of this possible dam site showing the estimated height of a reservoir.

(0016/16)

200

250

300

350

400

200

250

300

350

400 SENW TwisletonScar End

White Scars

estimatedreservoir height

currentRiver Doe

Hei

ght a

bove

sea

-lev

el (

m)

Turn over.

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