VIRTASALMEN VUORIJOEN KAOLIINIESIINTY TUTKIMUKSET VUOSINA

Transkriptio

1 EOLOGIAN TUTKI M19/ 3231/-89/2/8 2 VIRTASALMI, KAOLIINPROJEKTI MUSKESKU S Yrjö Pekkala, Tapio Kuivasaari, Jukka Lehtimäki ja 0111 Sarapä i VIRTASALMEN VUORIJOEN KAOLIINIESIINTY TUTKIMUKSET VUOSINA MÄ N

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS M19/3231/-89/2/8 2 VIRTASALM I Vuorijoki Yrjö Pekkal a Tapio Kuivasaar i Jukka Lehtimäk i 011i Sarapä ä VIRTASALMEN VUORIJOEN KAOLIINIESIINTYMÄN TUTKIMUKSET VUOSINA Valtausalueet Vuorijoki 1 ja 2, kaivosrekisteri n :ot 4063/1 ja 4260/1

3 IVISTELMÄ Vuorijoen kaoliiniesiintymän tutkimukset aloitettiin syksyll ä 1986 ja kolmen vuoden aikana sinne on kairattu 94 reikää, yhteispituudeltaan metriä. Kairauksen ohella esiintymällä on tehty runsaasti geofysikaa - lisia mittauksia ; painovoima-, seismisiä, magneettisia j a monia sähköisiä mittauksia sekä tutkittu niiden soveltuvuutt a kaoliinitutkimuksissa. Lisäksi on käytetty hyväksi 1960-luvu n runsasta ja laaja-alaista geofysikaalista mittausaineistoa. Maastotutkimusten perusteella Vuorjoen rapautuma-alueen laa - juus on noin 60 hehtaaria. Alueen sisältä on kairauksin paikannettu kolme erillistä kaoliinialuetta. Länsiosa on noin 450 m pitkä ja sen suurin leveys on 200 metriä, ltäosa on 300 x 450 m laaja ja Itäosan "satelliittiosa" on vastaavast i 100 x 300 m laaja. Laboratoriotutkimuksissa kaoliini on jaettu mineralogisen j a kemiallisen koostumuksen sekä raekoko- ja vaaleus-keltaisuu s -määritysten perusteella neljään laatuluokkaan : 1A ja 1B sekä 2A ja 2B. Näistä ainakin 1A- ja 1B-luokan kaoliineista o n arvioitu voitavan rikastaa teollisesti käyttökelpoista loppu - tuotetta. Vuorijoen todetut A- ja 1B-luokan kaoliinivarat ovat 4.75 Mt ja todennäköiset 1.71 Mt. Vastaavat arviot 2A- ja 2B-luoka n kaoliinille ovat 5.15 Mt ja 0.62 Mt eli Vuorijoen kaoliinivarannot ovat yhteensä 12.2 milj. tonnia.

4 1 - SlSÄLLYSLUETTELO Tiivistelmä 1. JOHDANTO Tutkimuksen tausta ja tavoite Tutkimuskohteen sijainti Kulkuyhteydet ja infrastruktuuri Aikaisemmat tutkimukset 5 2. SUORlTETUT TUTKlMUKSET Geofysikaaliset mittaukset ja niiden tulkinta Kairaukset Näytteenkäsittely TUTKIMUSKOHTEEN GEOLOGlASTA Alueen kivilajit Kaoliini ja muut rapautumat KAOLllNlN OMlNAlSUUDET JA LAATU Kaoliinin yleiset laatuvaatimukset Raekokojakautuma Mineraalikoostumus Kemiallinen koostumus Vaaleus ja keltaisuus Muut määritykset KAOLllNlESllNTYMÄ Esiintymän muoto ja sisäinen rakenne Itäosa Länsiosa Kaoliinivarantoarvio AlHEEN ARVlOlNTl ALUEEN MUUT ESllNTYMÄT KlRJALLISUUTTA LllTTYY LllTTEET 49

5 JOHDANTO 1.1 Tutkimuksen tausta ja tavoite Virtasalmen kaoliinitutkimukset aloitettiin syksyllä valtakunnallisen kaoliiniprojektin yhteydessä. Lähtökohtana tutkimuksille oli alueelle 1960-luvulla kairatuista rei'ist ä havaitut lukuisat, pitkät sydänhukkapätkät ja niihin liitty - vät vähäiset rapautumanäytteet, joiden todettiin sisältävä n kaoliinia. Jo ensimmäisissä tunnustelurei'issä tavattiin kiinnostusta herättävää vaaleaa kaoliinirapautumaa. Kun lisäks i mineralogiset määritykset osoittivat näytteiden sisältävän kaoliniittia % ja alle 2 mikronin (pm) raekokofrakti - oiden osuus oli korkea (30 %), pääsivät Virtasalmen kaoliini - tutkimukset todella vauhtiin. Alkuvaiheessa tutkimuksia tehtiin Ukonkankaan, sitten Litmase n ja Vuorijoen alueella. Vuoden 1988 lopulla todettiin, ett ä Litmasen ja Vuorijoen esiintymissä voisi olla potentiaali a paperikaoliinin tuottamiseen. Tutkimuksia päätettiin tehosta a perustamalla Virtasalmen kaoliiniprojekti. Projektin tavoitteena on kolmen vuoden aikana tutkia Virtasal - men alueen potentiaaliset kaoliiniesiintymät. Päämääränä o n löytää riittävän suuri tai suuria esiintymiä kaoliinituotannon aloittamiseksi. Ensisijainen tavoite on päällystekaoliini n laatuvaatimukset täyttävä tuote. Vuoden 1989 aikana projekti n tehtävänä oli tutkia Litmasen ja Vuorijoen esiintymät nii n pitkälle, että niistä laaditut tutkimusselostukset voidaa n luovuttaa KTM :lle. 1.2 Tutkimuskohteen sijaint i Vuorijoen valtausalue sijaitsee Virtasalmen kunnan Hällinmäe n kylässä. Kunta on Mikkelin läänin pohjoisosassa ja lähimmä t kaupungit ovat Pieksämäki luoteessa, Varkaus koillisessa j a Mikkeli etelässä (kuva 1).

6 Kuva 1. Tutkimuskohteen sijainti ja kulkuyhteydet. Virtasalmi on asukasluvultaan läänin pienin kunta, vajaat henkilöä. Aluepoliittisen jaon mukaan kunta kuuluu llb-tuki - alueeseen. Virtasalmella on vanhastaan kaivosperinteitä. Montolan maan - alainen kalkkikivikaivos suljettiin 1960-luvulla ja Loukolam - men kalkkitehdas saa nykyisin raaka-aineensa Ankeleen avolou - hoksesta, joka on 2 km länsi-luoteeseen Vuorijoen esiintymäl - tä. Hällinmäen v suljettu kuparikaivos on Vuorijoelt a linnuntietä n. 5 km itään.

7 - 4 - Kaivoksen rikastamo- ja huoltotilat ovat nykyisin Virtasal - men konepajan hallussa. Rikastamoalueelle johtaa 20 kv : n voimansiirtolinja. Litmasen kaoliiniesiintymä, jota on tutkit - tu rinnan Vuorijoen esiintymän kanssa, sijaitsee Hällinmäe n kaivoksesta noin kilometri luoteeseen. Tutkimusalueella on kahden pienen joen yhtymäkohta, jossa etelästä virtaava Vuorijoki yhtyy Ankeleenjärvestä laskevaan lso - jokeen. Isojoki jakaa Vuorijoen esiintymän kahteen osaan. Tässä raportissa joen länsipuolista osaa esiintymästä nimite - tään Länsiosaksi ja itäpuolista Itäosaksi. Isojoki laskee puo - lestaan pohjoisessa Monnijärveen. Tutkimusalueella jokilaaks o on kahden luode-kaakko -suuntaisen drumliinin välisessä pai - nanteessa. Itäinen drumliini on korkeimmillaan noin 10 m j a läntinen noin 20 m jokilaaksoa ylempänä. 1.3 Kulkuyhteydet ja infrastruktuur i Esiintymän luoteispuolella Mikkeli-Pieksämäki tiestä erkanev a maantie sivuaa tutkimusaluetta ja on kestopäällystetty tutki - muskohteelle saakka. Tästä itäänpäin aina Virtasalmi-Juva - maantielle asti tie on sorapintainen ja kelirikkokausina sii - nä on 8 tonnin painorajoitus (kuva 1). Tutkimusalueen sisäll ä on kantavapohjaisia (sora/hiekkamoreeni) traktoriuria. Ajokaluston kannalta hankalaa maastoa on alueen itäosassa, jossa o n ojitettua suota (kuva 2). Seuraavassa on yhteenveto tärkeimmistä maantie-etäisyyksistä. Vuorijoki - Pieksämäki 28 km - " - - Varkaus 61 " - " - - Mikkeli 60 " " - - Varkaus lentokenttä 32 " Virtasalmi kk 12 " Kantala seisake 16 " - " - - Litmanen kaoliiniesiintymä 5 " - " - - Karsikumpu kaivos 10 "

8 - 5 - Tutkimusalueen itäpuoli on asumatonta metsämaata, länsipuolella maantien laidassa valtausalueen reunalla on yksi omakotitalo sekä maatila. Alueen halki kulkee 20 kv :n sähkölinja. Kuva 2. Vuorijoen rapautuma-alue rajattuna peruskartall a (1 : ). 1.4 Aikaisemmat tutkimukse t Geologinen tutkimuslaitos suoritti ja 1970-luvuill a systemaattisia malmitutkimuksia Virtasalmen alueella, joide n tuloksena paikannettiin 1964 Hällinmäen Karsikummun kuparimalmiesiintymä.

9 - 6 - Alueen kallioperä ja sen geofysikaaliset ominaisuudet tunnet - tiin jo tuolloin varsin tarkasti, sillä tutkimuksista tehtii n kaksi väitöskirjaa, joista Hyvärisen (1969) työ käsittele e Virtasalmen kuparimalmin geologiaa ja Siikarlan (1967) ty ö Virtasalmen alueen geofysikaalisten tutkimusten tuloksia. Lisäksi alueelta on käytettävissä Haukivuoren kivilajikartt a (1 : ) ja lukuisia aikaisempiin malmitutkimuksiin liittyviä geologisia ja geofysikaalisia raportteja sekä geo - fysikaaliset maanpintamittau- ja matalalentokartat. Varsinaiset kaoliinitutkimukset Vuorijoella aloitettiin syk - syllä 1986, jolloin Vuorijoen esiintymästä otettiin ensim - mäiset porausnäytteet (Sarapää ja Nissinen 1986). Vuorijoen kaoliinitutkimuksia käsitellään myös myös vuosien yhteenvetoraportissa (Sarapää ja Kuivasaari 1989). 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET 2.1 Geofysikaaliset tutkimukse t Vuorijoen alueella on tehty systemaattisia geofysikaalisi a mittauksia Hällinmäen malmiesiintymän tutkimusten yhteydess ä vuosina Tällöin alueella tehtiin painovoima-, slin - gram- ja magneettisia mittauksia. Vuorijoen tutkimusalue sisältyy v tehtyyn alueelliseen painovoimamittaukseen sekä kesän 1988 matalalentomittaukseen. Näistä laaditut kartat ovat saatavissa GTK :n arkistosta. Erityisesti Virtasalmen alueen laaja-alaiset, vanhat painovoimamittaukset ovat olleet tärkeitä kaoliinitutkimukselle. Mit - taustulokset on tallennettu tietokoneelle tulkintoja ja joh - dannaiskarttojen piirtoa varten. Gravimetrausta on täydennet - ty Litmasen ja Luomasen järvien alueilla talvina 1987 ja tehdyillä mittauksilla. 0

10 - 7 - Vuorijoen muodostuman Isojoen itäpuolisella alueella on tehty systemaattinen magneettinen mittaus sekä slingram- ja gradientti-ip -mittaus. Lisäksi profiilimittauksia on tehty seuraavilla linjoilla : Sampo-luotauksi a Profiilit L 59.40, jonomittaus, L = 150 m L 59.50, jonomittaus, L = 150 m L 59.60, jonomittaus, L = 150 m tai 200 m L 59.70, rintamamittaus, L = 100 m L 59.80, jonomittaus, L = 150 in, tai rintamamittaus, L = 100 m L 59.90, rintamamittaus, L = 100 m L 60.00, rintamamittaus, L = 100 m K , jonomittaus, L = 150 m Maxmin-mittaus, profiili L VLF ja VLF-R mittaus, profiili L Pulssi-IP -mittau s Profiilit L j a X = , Y = Seisminen luotaus, profiili L 59.60, K Vastusluotauksia on tehty pisteissä L 59.60, K ja K sekä X = , Y = Reiästä 502 (L , K ) on mitattu ominaisvastus Norma -mittarilla. Profiilimittauksilla on pyritty selvittämään kaoliiniesiinty - män laajuutta ja laatua sekä testaamaan eri mittausmenetelmi - en sopivuutta kaoliinitutkimuksiin. Erityisen monipuolisen mittauksen kohteena on Vuorijoen tutkimusalueella ollut pro - fiilin L Isojoen itäpuolinen osa (liite 3).

11 Painovolmatutkimukset Tutkimusalueen karttalehdellä alueellisen painovoima - mittauksen pistetiheys on ollut 3.7 pistettä/km2. Havainnois - ta laaditulla Bouguer-anomalian 2.vertikaaliderivaattakartall a Vuorijoen rapauma erottuu selvänä minimialueena. Systemaattisessa 20 x 100 metrin verkkoon tehdyssä mittaukses - sa muodostuma aiheuttaa n. 2 mgal minimin, jonka gradientti se-littyy ainoastaan suurella tiheyserolla (liite 2). Tietoko - neelle tallennetut (1960-luvun) painovoimakarttojen profiilit on tulkittu S. Elon ohjelmistolla, joissa on kairausten j a laboratoriomittausten perusteella päädytty käyttämään tiheys - eroa 0.7 tn/m3. Profiilin L tulkinta esitetään liittees - sä 3. Painovoimaminimi aiheutuu jokseenkin saman tiheyksisistä irto - maakerroksesta ja rapautumasta, joiden välistä rajapintaa e i voida määrittää. Kairaukset ovat kuitenkin osoittaneet, ett ä muodostuman pohja saadaan painovoimamittauksilla tulkituks i hyvällä tarkkuudella. Irtomaan, kaoliinin ja alla olevan kallion tiheysvaihteluis - ta ja kontaktien vähittäisyydestä johtuen laskentamallin j a luonnonmuodostuman dimensiot eroavat yksityiskohdissa toisis - taan. Tästä huolimatta tulkinnassa saatu massavajaus pitää paikkansa, jos käyräsovitus on hyvä ja regionaalitaso oikei n valittu. Painovoimatulkinnoilla on Vuorijoen rapautuma pystytty rajaa - maan ja saatu tietoa sen sisäisestä rakenteesta Seisminen luotau s Maastotyöt tehtiin syksyllä 1987 GTK :n 12-kanavaisella Abe m Trio -seismografilla. Linjalla (L 59.60) mitattiin 700 m :n p i- tuinen profiili välille K = Työ toteutettiin

12 m :n vastakkaisluotauksina. Saadut seismogrammit ovat hyvä - laatuisia ja niistä on voitu luotettavasti määrittää P-aallo n saapumishetki. Luotauksen syvyysulottuvuus (50-70 m) ei riitä muodostuma n paksuusmääritykseen. Irtomaan ja rapautuman seismiset nopeudet ovat lähellä toisiaan, joten niiden rajapintaa ei void a luotettavasti määrittää. Profiililla kaukopanoksista laskettu P-aallon nopeus on noi n 2200 m/s (liite 3), eli rapautuma on tasalaatuista. Tätä seuraa noin 80 m leveä epähomogeeninen rapautuma, joka muuttuu rakoilleeksi kallioksi ja lopuksi ehjäksi kallioksi Magneettiset mittaukse t Kaoliinirapautumat sijaitsevat usein magneettisesti neutraaleilla alueilla. Systemaattisista mittauksista laaditun gravimetrisen stereokartan ja aeromagneettisen kartan vertail u osoittaa Vuorijoen rapautuman seuraavan tarkoin n. 40 m :n korkeudesta mitatun magneettisen kartan minimialuetta Slingram- ja aerosähköiset mittaukse t Näytteenoton perusteella tiedetään kaoliinirapautumaa peittä - vän irtomaan vahvuudeksi m. Reiästä 502 mitattu ominaisvastuksen keskiarvo on rapautuman yläosassa 30 Oh= j a alaosassa 60 Ohmm. Slingram-mittauksissa 1960-luvulla rapautumalle on saatu irto - maapaksuuteen nähden pienestä 40 m :n kelavälistä johtuen aino - astaan heikko imaginäärianomalia. Kelaväliä pidentämällä j a käyttämällä eri taajuuksia saadaan kaoliinisavesta voimaka s anomalia (liite 3). Profiilin L slingram-mittauksist a voidaan paikantaa rapautuman koillislaita, mutta kaoliinisaven sisäisen johtavuuden määritys on epävarmaa. Poikkeuksen

13 - lo - tekee 220 Hz :n mittaustaajuus, joka osoittaa kaoliinisavess a olevan grafiittipitoisen, ympäristöään johtavamman vyöhykkee n kohdassa K Lentosähköisissä mittauksissa Vuorijoen rapautuma aiheutta a muodostuman muotoa hyvin kuvaavan anomalian, jonka RE/IM suhd e on n. 1. Vastaava suhde Litmasen muodostumalla on n. 0.3, joten Vuorijoen rapautuma on Litmasen rapautumaa johtavampi VLF- ja VLF-R -mittaukse t Mittaukset tehtiin Geonics EM16 -vastaanottimella. Lähetinasemana käytettiin Keski-Norjassa sijaitsevaa JXZ-asemaa. Profii - lin L mittauksesta voidaan arvioida johtavan muodostuma n koillislaita, mutta rapautuman rakenteesta ei juuri saad a tietoa. VLF-R -mittauksessa sekä näenäinen ominaisvastus että vaihe - kulma rajaavat muodostuman terävästi. Vastusluotauksess a irtomaalle määritettyä arvoa 1000 Ohm käyttäen VLF-R -tulkinta antaa keskimääräiseksi irtomaapaksuudeksi noin 30 m ja kao - liinirapautuman ominaisvastukseksi Ohm. Sekä Litmasen että Vuorijoen tutkimukset osoittavat VLF-R -mittaukset tehokkaiksi kaoliinirapautumia tutkittaessa Sampo-luotaukse t Geologian tutkimuskeskukseen hankittiin v Sampoks i nimetty EM-luotauslaitteisto. Sampo-luotauksessa horisontaal i lähetinluuppi synnyttää pystyn magneettikentän, jonka suuruut - ta vastaanotin mittaa kolmella ortogonaalisella kelalla. Kelaväliksi valitaan tutkimussyvyyden perusteella m. Laitteen 81 mittaustaajuutta kattavat kaistan Hz. Mitattujen magneettikentän arvojen perusteella voidaan tulkita maankamaran kerrosten johtavuutta ja paksuutta.

14 Sampo-syvyysmuunnoskuvissa näkyy selvästi resistiivinen irtomaa, jonka paksuudeksi saadaan noin 30 m (kuva 3). Rapautuman päällä, linjalla K 59.60, luotausten näennäiset ominaisvastukset ovat alhaisimmillaan Ohm (liite 3). Mallilaskut ovat osoittaneet, että luotauksesta ei saada tarkast i tulkituksi johtavan kerroksen ominaisvastusta ja paksuutt a vaan ainoastaan niiden tulo. Kaoliinirapautuma näkyy selvästi myös magneettikentän kaltevuutta ja elliptisyyttä kuvaavissa profiileissa. Mittaus rajaa muodostuman koillisreunan luotettavasti. Slingramin taajuudella 220 Hz, kohtaan K paikannettu, ympäristöään johtavampi vyöhyke havaitaan myös Sampo-profiileissa.

15 IP-mittaukse t IP-mittauksesta toivottiin apu den paikantamisessa. a graflittipitoisten vyöhykkei Mittaus vaihe-ip :n gradienttielektrodijärjestelmällä epäonnistui, koska johtavalla muodostumall a mitatut jännitteet olivat liian pieniä vaihe-erojen määrityk - seen. Tuloksista pystyttiin kuitenkin laskemaan näennäine n ominaisvastus (liite 3), joka on rapautuman päällä laajall a alueella n. 40 Ohm. Scintrex-pulssi-IP -laitteella mitattiin linja L dipol i- dipoli elektrodijärjestelmän arvoilla a = 20 m, N = 3 ja 4. Rapautuman päälle saatiin varautuvuusanomaliota (liite 3), joiden yhteyttä grafiittiin ei ole osoitettu. Mittauksess a toimittiin elektrodijärjestelyn syvyysulottuvuuden rajalla, mikä vaikeuttaa tulkintaa. Vastusprofiilista voidaan rajat a rapautuma, mutta muodostuman alueella ominaisvastuksen muutokset aiheutunevat paljolti irtomaan paksuus- ja koostumuserois - ta Päätelmä t Vuorijoen kaoliinirapautuma eroaa ympäristöstään tiheydel - tään, johtavuudeltaan ja seismiseltä nopeudeltaan. Magneettisella kartalla muodostuma sijaitsee anomalioden välisess ä rauhallisessa minimialueessa. Vuorijoen kaoliiniesiintymän poikkeukselliset fysikaaliset ominaisuudet mahdollistava t muodostuman tutkimisen geofysikaalisin menetelmin. Virtasalmen alueen kaoliinirapautumien tutkimukset ovat osoittaneet alueelliset painovoima- ja matalentomittaukse t käyttökelpoisiksi kaoliinimuodostumien etsinnässä. Mahdollisi a kohteita voidaan edelleen paikantaa ja tutkia painovoimapro - fiilein ja Sampo-luotauksin. Rapautuman rajojen ja massojen määrityksessä systemaattine n painovoimamittaus on ollut luotettava menetelmä. Seismisi n luotauksin voidaan parantaa painovoimatulkintoja ja saadaan

16 tietoa rapautuman homogeenisuudesta. Tulkintojen kontrolloi - miseksi ja tiheyden varmistamiseksi ovat rapautuman läpi ulottuvat kairaukset ovat kuitenkin välttämättömiä jo tutkimuste n aikaisessa vaiheessa. 2.2 Kairaukse t Kairanreikien sidonta koordinaatistoon Vuorijoen kairanreiät on sijoitettu maastoon käyttäen L- K -erilliskoordinaatistoa. Akseleiden suunnat ovat luode j a koillinen. Yhteinen piste X-Y -koordinaatiston kanssa on : K = L = ; X = , Y = Peruslinja (K = ) on merkitty maastoon sadan metrin vä - lein sijoitetuilla, punaisiksi maalatuilla metallipaaluilla. Kairauspisteet on merkitty muovisilla sähköasennusputkilla. Putkien yläpää on maalattu punaiseksi ja niihin on kiinnitetty alumiininen kohokirjoitusliuska, josta ilmenee reiän tunnusnumero, esim. M/52/3231/89/R Näytteenottomenetelmä t Pääasiallisin näytteenottomenetelmä on ollut iskuporaus, joskin wireline-kairausta on myös käytetty. Iskuporauksess a maapeite lävistetään kovametalliterällä vesihuuhtelua käyttä - en. Varsinainen näyte pakotetaan näytteenottimeen (sisähalkaisija tavallisimmin 50 mm) iskettämällä. Samanaikaista pyöritystä on pyritty välttämään, sillä se aiheuttaa näyttee n tarpeetonta deformaatiota. Saanti on ollut yleensä yli 80 %. Wireline-kairauksessa huuhteluveden käyttö on oltava tarkast i kontrolloitua, koska kaoliini on helposti veteen liettyvää Iskuporaus vuonna Syksyllä 1986 porattiin Vuorijoen itäpuoliseen painovoima - minimiin yhdeksän tunnustelureikää, joista kahdella päästiin

17 - 14 maakerrosten läpi ja löydettiin kaoliinirapautumaa. Näytteenotto tehtiin Suomalaisen Insinööritoimiston (SITO) B-Sondika - lustolla Iskuporaus vuonna Vuoden 1987 syksyllä jatkettiin edelleen tunnustelunäytteen - ottoa. Terraplan Oy :n A-Sondilla tehtiin yhteensä 13 reikää, joissa kaikissa päästiin maapeitteiden läpi. Suurin os a rei'istä porattiin painovoima-anomalian itäiseen osaan, joss a maakerrosten vahvuuden todettiin olevan 20 m tai enemmän. Näytteitä saatiin vain rapautuman pintaosista, jota lävistet - tiin parhaimmillaan noin 10 m Wireline-kairaus ja iskuporaus vuonna Vuonna 1987 sydännäytekairausta oli kokeiltu wireline-menetel - mällä Virtasalmen Ukonkankaan kaoliinialueella. Vaikka mene - telmän puutteet (sydänhukka, alhaiset vuorotehot) oli tiedos - tettu, oli kairaustavalla etujakin, kuten melko häiriintymät - tömät näytteet sekä mahdollisuus saada näyte myös rapautumat - tomasta kallioperästä. Kevään ja kesän aikana Vuorijoell e kairattiin viisi syväkairausreikää, joista syvin oli 105,4 m (syvyys pystysuunnassa 98 m). Kairausten urakoinnista vastas i Terraplan Oy Longyear-kairakoneella. Samana kesänä oli näytteenotossa mukana myös Malmikaivos Oy : n monitoimikaira Farmi-Trac, jolla tehtiin 11 näytteenottorei - kää. Konetta käytettiin pääasiassa iskuporausnäytteenottoon. Alkutalvesta tutkimustyömaalle saatiin Maa ja Vesi Oy : n Valmet-alustainen iskuporakone. Aiempi näytteenotto oli kes - kittynyt painovoima-anomalian itäiseen osaan, ja nyt aloitet - tiin tutkimukset sen länsiosassa. Maaston topografian perus - teella osattiin odottaa paksuja maapeitteitä. Paksuimmillaan

18 ne osoittautuivatkin olevan yli 30 m ja anomalian luoteis - päässä paikoin yli 40 m. Näytteenotto paksujen maapeitteide n alueella tapahtui pääasiassa pystyrei'illä, sillä vinoreikie n kairaus oli usein teknisesti vaikeaa. Vuoden loppuun menness ä oli tehty 14 reikää Wireline-kairaus ja iskuporaus vuonna Maa ja Vesi Oy :n näytteenottoyksikkö oli osoittautunut tehok - kaaksi, joten samalla koneella tehtiin Vuorijoelle vuonna syyskuun alkuun mennessä vielä 34 reikää. Aiemmin wireline-kairaus oli osoittautunut ongelmalliseks i suuren sydänhukan ja alhaisten vuorotehojen vuoksi. Suomen Malmi Oy oli kuitenkin kehittänyt pehmeisiin muodostumiin soveltuvan näytteenottotekniikan, joten Vuorijoelle kairat - tiin DBH-700 -koneella ja NDBWL-kalustolla kuusi reikää keski - määräisen saannin ollessa yli 80%. Taulukko 1. Vuorijoen näytteenotto vuosina Laite Yhtiö Näyte- Vuosi Reikä- Kairaus - koko määrä metri t B-Sondi SITO 25 mm A-Sondi Terrap. 25 mm Long.WL Terrap. 46 mm F-trac M-kaivos 50 mm ValmetAC Maa&Vesi 50 mm ValmetAC Maa&Vesi 50 mm DB WL SMOY 56 mm Yhteensä Kairaukset on tehty pääsääntöisesti 100 m profiilivälei n reikävälin ollessa 50 m. Pieniä poikkeuksia näistä tasaluvuista esiintyy johtuen mm. maastoesteistä.

19 Näytteenkäsittely Kentäll ä Kairasydännäytteiden vasti käsittely kentällä on tapahtunu t seuraa : 1. Kuivaus. Näytelaatikot on pidetty avoimina noin vuoro - kauden ajan kuivassa varastossa. 2. Kuorinta. Kairasydännäytteistä on kuorittu puukolla noi n 1 mm paksuinen kontaminaatiokerros sydämen pinnalta. 3. Raportointi, valokuvaus ja näytteenotto. Geologi on raportoinut kairasydämet ja valinnut näytteet laboratoriotut - kimuksiin noin kahden metrin pätkissä, jonka jälkeen kairasydännäytteet on valokuvattu. 4. Uunikuivatus. Noin 200 g painoinen näyte-erä on kuivatt u 105 C lämpötilassa vähintään 8 tuntia. Sen jälkeen näytteet o n pussitettu ja lähetetty laboratoriotutkimuksiin Otaniemeen Laboratoriotutkimukset 1. Kahtiointi. Kaikista näytteistä on kahtiointilaitteell a otettu 70 g fraktiointiin, lisäksi joka neljännestä raakanäytteestä osa on lähetetty XRF-, Sedigraph- ja XRD-määrityk - siin. 2. Fraktiointi. Laskeuttamalla on erotettu alle 20 mikronin fraktio, jossa on dispergenttinä käytetty Na-pyrofosfaa - tin vesiliuosta ja suodattamisessa Magnafloc-flokkulanttia. 3. Vaaleus- ja keltaisuusmittaus on tehty kaikista alle 20 mikronin näytteistä Minolta-värimittauslaitteella Dataco - lor-puristimella tehdyistä briketeistä. Osa näytteistä on ana - lysoitu VTT :n Elrepho-vaaleusmittarilla. Minoltan tulokset on

20 standardien avulla kalibroitu Elrepho -mittauksia vastaaviksi. 4. XRF-silikaattianalyysit on tehty kaikista alle 20 mikronin näytteistä ja joka neljännestä raakanäytteestä. 5. Sedigraph - raekokoanalyysit on tehty joka neljännest ä raakanäytteestä. 6. XRD-analyysit, joissa on määritetty semi -kvantitatiivine n mineraalikoostumus on tehty joka neljännestä raakanäytteest ä ja alle 20 mikronin näytteistä. Taulukko 2. Laboratoriotutkimukset vuosina Määritys Laboratorio Menetelmä Kp l Vaaleus GTK, teoll.min Minolta 45 3 Raekoko <20 gm GTK, teoll.min fraktiointi 45 8 Raekoko <2 µm GTK, teoll.min fraktiointi 10 Raekoko GTK, maaperä Sedigraph 25 8 Silik.anal RR, Raahe XRF 3 5 Silik.anal GTK, geokemia XRF, Leco 53 9 Min.koost GTK, kallioperä XRD 37 8 Min.koost OKU, Outokumpu XRD, DTA+TGA 5 Min.koost Helsingin YO DTA+TGA 5 Kuluttavuus Lohja Oy 1 0 Viskositeetti Kemira Oy 1 0 Tiilikokeet Lohja Oy 4 Tiilikokeet TTL 3 Rikastuskokeet Kemira Oy 65

21 TUTKIMUSKOHTEEN GEOLOGIASTA 3.1 Alueen kivilaji t Virtasalmen alueen kallioperä koostuu pääpiirteissään luodekaakkosuuntaisista metasedimentti- ja amfiboliittivyöhykkeis - tä, joita lävistävät kooltaan ja koostumukseltaan vaihteleva t syväkivimassiivit (liite 4). Hyvärisen (1969) ja Haukivuoren kallioperäkartan (3231) mukaan tutkimuskohteen lähiympäristö koostuu lähinnä kiillegneisseistä, jotka ovat osaksi grafiittipitoisia sekä karbonaattikivis - tä, joissa on välikerroksina amfiboliittia ja kvartsimaasälpägneissiä. Todellisuudessa karbonaattikivien osuus on huomattavasti pienempi kuin mitä kallioperäkarttaan (1 : ) on merkitty. Tämä johtuu tulkinnasta, jonka mukaan painovoimaminimit johtuisivat karbonaattikivistä. Nyt tiedetään suurim - man osan paikallisista minimeistä aiheutuvan rapautumamassois - ta. Tutkimusalueen lähiympäristössä maapeitteet ovat paksuja eik ä paljastumia tunneta. Näinollen alueen kallioperägeologine n tuntemus on puutteellista ja perustuu näytteenotossa saatuu n aineistoon, joka on pääosin otettu iskuporauksella ja edusta a rapautumalla muuttunutta kiviainesta. Iskuporauksella ja wireline-kairauksella saaduista vähemmän muuttuneista näytteistä voidaan kuitenkin päätellä esiintymä - alueen kallioperän koostuvan kvartsi-maasälpägneissistä, kiillegneissistä, joka sisältää paikoin grafiittia, amfibo - liitista sekä karbonaattikivistä. Tutkimusalueen ulkopuolell a on koostumukseltaan grano- ja kvartsidioriittisia syväkiviä. Rapautumajaksossa niitä ei ole havaittu, mikä ei kuitenkaa n sulje pois niiden esiintymismandollisuutta.

22 Kaoliinirapautumien isäntäkivinä kvartsimaasälpägneissit j a vaaleat syväkivet ovat otollisimpia, koska ne sisältävät runsaasti maasälpiä ja vain vähän tummia mineraaleja (taulukko 3). Taulukko 3. Virtasalmen alueen kivilajien mineraalikoo s tumuksia (%). Laskettu pistelaskurilla (1000 pistettä). Plagioklaasin anortiittipitoisuus (%) esitetty suluissa KVAR PLAG (An32) (An32) (An37) (An33) (An33) (An33 ) KALI BIOT SERI MUSK OPAK AKSE GRANODIORIITTI M/52/3231/87/R 387/39.6 m Ukonkanga s 2.TONALIITTI M/52/3231/87/R 389/33.0 m -" - 3.KVARMAAGN TJR KVARMAAGN JPR Litmanen 5.KVARMAAGN VRS-69/R188/51.7 m Litmanen 6.KVARMAAGN VRS-68/R180/45.8 m Ukonkanga s 3.2 Kaoliini ja muut rapautumat Vuorijoen rapautumasavet on kentällä raportoitaessa jaettu kahteen pääryhmään : kaoliini ja muut rapautumat. Kaoliiniks i on luettu pääosin kaoliniitista koostuva, väriltään vaihtele - va savi, jonka on arvioitu soveltuvan johonkin teolliseen

23 käyttötarkoitukseen ja siten olevan jatkotutkimusten arvoinen. Muut rapautumat sisältävät taloudellisessa mielessä vähempi - arvoisia kaoliniittisia savia, jotka sisältävät kaoliniiti n ohella runsaasti tummia savimineraaleja. Rapautumiin on luoki - teltu myös karkeita hiekka- ja palarapautumia, joista iskupo - rauksessa on saatu vain soijanäyte. Vuorijoen kaoliini on kairausprofiileissa jaettu kolmeen er i värisävyyn : valkoinen - vaaleaharmaa, värillinen ja harmaa - tummanharmaa. Viimeksi mainittu sisältää usein hieman grafii t- tia. Yksittäisissä rei'issä kanden eri kaoliinityypin välinen raj a on usein selvä, mutta koko esiintymä huomioiden eri tyyppie n välillä on runsaasti välimuotoja. Esimerkiksi värillisess ä kaoliinissa tavataan värisävyjä kellertävästä kellanruskeaa n ja punertavasta punaiseen. Myös kaoliinin ja rapautuman väl i - nen raja on joskus vaikea määrittää. Kaoliinin laatuluokittelu (soveltuvuusarvio) perustuu täss ä raportissa pääasiassa raakakaoliinista lietetyn alle 20 µm : n fraktion vaaleus- ja keltaisuusarvioihin. Lisäksi luokittelus - sa on huomioitu näytteiden mineraloginen ja kemiallinen koos - tumus. Näillä perusteilla on päädytty neljään laatuluokkaan : la on kaoliinia, jonka vaaleus on yli 60 % ja keltaisuus all e 10 % eli esiintymän parasta kaoliinia ; 1B -luokassa kaoliin i on lievästi värillistä, kuitenkin vaaleus on yli 60 %, mutt a keltaisuus yli 10 % ; 2A -luokan kaoliini on värillistä, vaaleus alle 60 % ja keltaisuus yli 10 % ; 2B -luokan kaoliini o n harmaata, hieman grafiittia sisältävää ja sen vaaleus on all e 60 %, mutta keltaisuus alle 10 %. Tämän luokittelun perusteel - la on laadittu Vuorijoen esiintymäkartta (liite 5) sekä myöhemmin esitettävät varantoarviot. Kuvissa 4-7 on esitelty Vuorijoen eri kaoliinityypit.

24

25

26 Muita rapautumia on neljä päätyyppiä. Ensinnäkin vihreää, sit - keää savea, jota tavataan Vuorijoen länsiosassa, esim. R 54 1 (kuva 5). Vihreä savi koostuu pääosin kaoliniitista, montmo - rilloniitista ja kloriitista. Toinen tyyppi on Vuorijoe n rapautuma-alueen pohjoisosassa tavattava tummanruskea kaoli - niitista, biotiitista ja talkista koostuva rapautuma (R 556). Vastaavaa rapautumaa on tavattu myös esiintymän itäpääss ä pienellä erillisellä rapautuma-alueella (R 505). Kolmanne n tyypin muodostavat silttimäiset grafiittiset rapautumat, jotk a sisältävät myös kaoliniittia. Neljäs tyyppi on kaoliinin j a kovan kalliopohjan välissä tavattu hiekka- ja palarapautuma, josta iskuporaamalla saatu tieto on kuitenkin puutteellista.

27 Wireline-kairauksella tehdyissä rei'issä, R 504, R 510 j a R 572, voidaan seurata kaoliinisaven vaihettumista muutama n metrin matkalla silttimäisestä tyypistä ensin palarapaut u maksi ja sitten kvartsimaasälpägneissiksi, joka nopeasti muut - tuu terveeksi kiveksi. Tämä havainto osoittaa kaoliinin oleva n in situ -tyyppinen. 4. KAOLIININ OMINAISUUDET JA LAAT U 4.1 Kaoliinin yleiset laatuvaatimukse t Paperikaoliinin tärkeimmät laatuvaatimukset kohdistuvat sen vaaleuteen (ISO), keltaisuuteen, hienorakeisuuteen, viskosi - teettiin sekä kuluttavuuteen. Paperin päällysteaineena käytettävän kaoliinin vaaleusarvo on yleensä %, alimmillaan 81,5 %. Raekooltaan se on hyvin hienorakeista, yleens ä % on alle 2 mikronia ja yli 10 mikronin osuus on 0,2-6 %. Viskositeettiarvo (Brookfield) on mpas j a kiintoainespitoisuus yli 66 %. Päällystekaoliinin kuluttavuus - arvo saisi olla korkeintaan g/ m2 (ECC :n SPS 18 g/m2 ). Täyteaineena käytettävän kaoliinin laatuvaatimukset ovat sel - västi lievemmät. Suomessa käytetään pääasiassa englantilaist a (80 %) ja amerikkalaista (15 %) kaoliinia, joten taulukossa 4 on esitetty niiden tyypillisiä ominaisuuksia. Keraamisen kaoliinin laatuvaatimukset ovat jonkin verran eri - laiset kuin paperikaoliinilla. Tärkeimmät ominaisuudet ovat : vaaleus polton jälkeen, joka riippuu kemiallisesta koostumuksesta ; mineralogia ; raekoko ja lujuus ; sekä valu- ja polttoominaisuudet. Parhaiden posliinikaoliinien Fe 2O3-pitoisuudet ovat 0,39-0,75 % ja TiO2-pitoisuudet 0,02-0,03 % sekä all e 2 µm :n osuus %, murtolujuus 7,5-27,0 kg/cm2, kiinto - ainepitoisuus % ja vaaleus polton jälkeen %.

28 Taulukko 4. Paperikaoliinin laatuvaatimuksia. Tuote Vaal. Kelt. <2 µm >10 gm >53 µm Viskositeetti ph min. max. max. (Brookf.)(kiintoa. ) mpas Engl. päällyst e SPS Superclay Dinkie B Täyte Grade B Grade C Grade D Filler M Grade E Amer. päällyst e Alphatex (kalsin. ) Alphagloss Alphaplate (delamin. ) Betagloss

29 Raekokojakauma Vuorijoen raakakaoliinin alle 62 µm :n raekoon osuus on noi n 70 %. Alle 20 mikronin raekokoa on Vuorijoella vähän yli 60 % sekä alle 2 mikronin osuus on 35 % ja alle 0.5 mikronin 25 % (taulukot 5 ja 6). Vaalean ja värillisen kaoliinin (laatuluoka t 1 ja 2) raekokojakaumat ovat likipitäen samanlaisia (tauluko t 7 ja 8). Verrattaessa Vuorijoen Itäosan ja Länsiosan kaoliinin raekokojakaumia keskenään havaitaan, että Länsiosan kaoliin i on hienorakeisempaa (kuva 9). Selvimmin tämä tulee esille hie - noimpien raekokojen kohdalla, sillä esiin. alle 0.5 µm :n osuus on Länsiosassa % ja Itäosassa noin 20 %.

30 Taulukko 5. Vuorijoen vaalean ja lievästi värillisen raakakaoliinin ominaisuuksia (laadut la ja 1B) näytteistä, joiden all e 20 mikronin fraktion vaaleus on yli 60%. Variable Mean Std Dev Minimum Maximum Valid N PITUUS <0.5 µm <1 Am <2 Am <6 Am <10 µm <20 Am <62 Am <F20 µm VAALEUS KELT KAOL KVAR MUSK KALI PLAG KLOR BIOT SIO AL FE TIO MGO MNO CAO NA2O K2O SUM P C S H N = analysoitujen näytteiden pituuksien summa metrein ä Pituus = näytepituu s <F20 µm = fraktioimalla erotettu alle 20 µm :n osuus

31 Taulukko 6. Vuorijoen värillisen ja harmaan raakakaoliinin ominaisuuksia (laadut 2A ja 2B) näytteistä, joiden alle 20 µm : n fraktion vaaleus on alle 60 %. Variable Mean Std Dev Minimum Maximum Valid N PITUUS <0.5 Am <1 Am <2 Am <6 Am <10 Am <20 µm <62 µm <F20 Am VAALEUS KELT KAOL KVAR MUSK KALI PLAG KLOR BIOT GRAF SIO AL2O FE2O TIO MGO MNO CAO NA2O K2O SUM P2O C S H2O N = analysoitujen näytteiden pituuksien summa metreinä Pituus = näytepituu s <F20 Am = fraktioimalla erotettu alle 20 µm :n osuus

32 Taulukko 7. Vuorijoen vaalean ja lievästi värillisen kaoliini n alle 20 µm :n fraktion ominaisuuksia (laadut la ja 1B) näytteistä, joiden vaaleus on yli 60 %. Raekokomääritykset on tehty raakanäytteestä. Variable Mean Std Dev Minimum Maximum Valid N PITUUS <0.5 µm <1 µm <2 µm <6 µm <10 µm <20 µm <62 µm <F20 µm VAALEUS KELT KAOL KVAR MUSK KALI PLAG BIOT SIO AL2O FE2O TIO MGO MNO CAO NA2O K2O SUM P2O C S H2O N = analysoitujen näytteiden pituuksien summa metreinä Pituus = näytepituus <F20 µm = fraktioimalla erotettu alle 20 µm :n osuus

33 Taulukko 8. Vuorijoen värillisen ja harmaan kaoliinin alle 20 µm :n fraktion ominaisuuksia (laadut 2A ja 2B) näytteistä, joiden vaaleus on alle 60 %. Raekokomääritykset on tehty raakanäytteestä. Variable Mean Std Dev Minimum Maximum Valid N PITUUS <0.5 pm <1 µm <2 µm <6 µm >10 µm <20 µ1u <62 µm <F20 µm r VAALEUS KELT KAOL KVAR MUSK KALI PLAG KLOR BIOT SIO AL2O FE2O TIO MGO MNO CAO NA2O K2O SUM P2O C S H2O N = analysoitujen näytteiden pituuksien summa metrein ä Pituus = näytepituu s <F20 Am = fraktioimalla erotettu alle 20 µm :n osuus

34 Mineraalikoostumus Raakakaoliin i Vuorijoen raakakaoliinin keskimääräinen kaoliniittipitoisuu s on noin 60 % ja kvartsipitoisuus noin 25 % (taulukot 5 ja 6). Raakakaoliinissa on muskoviittia 3-4 %, kalimaasälpää 4,5-6,5 %, plagioklaasia 1-2 %, kloriittia 0,1-1,4 % j a biotiittia noin 3 %. Laatuluokan 2 kaoliinissa on lisäksi keskimäärin 0,3 % grafiittia ja se sisältää rautapitoisuuden perusteella noin 7-8 % götiittiä, joka ei amorfisena näy XR D -tuloksissa. Kaoliniittipitoisuus on Länsiosan 1 laadussa % korkeamp i kuin Itäosan 1 laadussa ja vastaavasti kvartsipitoisuus on yl i 10 % pienempi (kuva 10). Myös muskoviittia on Länsiosan kaoli i - nissa vähemmän kuin Itäosassa, mutta kalimaasälpää ja muit a mineraaleja on runsaammin Länsiosassa.

35 Alle 20 mikronin frakti o Vuorijoen kaoliinin alle 20 mikronin fraktiossa kaoliniiti n osuus on jo varsin korkea, % (taulukot 7 ja 8). Vastaa - vasti kvartsin määrä on laskenut hyvin pieneksi (0,6-1,7 %). Tämä osoittaa, että kvartsi on selvästi karkearakeisempaa kuin kaoliniitti. Myös kiilteiden ja maasälpien keskimääräise t pitoisuudet ovat alle 20 µm :n fraktiossa pieniä (0,5-1,9 %). XRD-määritykset (2 kpl) raskasneste-separaatista osoittavat alle 20 µm :n fraktion sisältävän hieman ilmeniittiä ja pyriittiä. 4.4 Kemiallinen koostumu s Raakakaoliin i Vuorijoen raakakaoliinin A l 203-pitoisuus on 24 % ja Si O 2-pi - toisuus 55 % (taulukkot 5 ja 6). Fe203-pitoisuus on vaaleass a kaoliinissa (laatu 1) 2,3 % ja värillisessä (laatu 2) 5,3 %, vastaavasti MgO-pitoisuus on 0,56 % ja 0,95 % sekä K20-pi - toisuus 1,44 % ja 1,24 %. Merkille pantava piirre Vuorijoe n raakakaoliinin koostumuksessa on myös suhteellisen korke a hiili- (0,33 ja 1,22 %) ja rikkipitoisuus (0,90 ja 1,48 %) Alle 20 mikronin frakti o Vaalean kaoliinin (la ja 1B) alle 20 µm :n fraktiosta 95 % o n kaoliniittia, joten sen keskimääräinen A l20 3-pitoisuus on 35 %, kun se värillisen (2A ja 2B) kaoliinin fraktiossa on 33 % (taulukot 7 ja 8). Vastaavat F e203-pitoisuudet ovat 0,8 % j a 3,85 % sekä Ti O 2-pitoisuudet 1,26 % ja 1,10 %. Vaalean kaoliinin koostumuksesta huomioidaan vielä suhteellisen korkea t alkalipitoisuudet (K20 0,9 % ja Na 20 0,26 %) eli fraktiossa on maasälpiä ja muskoviittia. Alle 20 µm:n fraktoissa j a rikkipitoisuudet putoavat alle kolmannekseen raakanäytteen vastaavista luvuista.

36 Kuvasta il nähdään, että alle 20 mikronin fraktiossa Al 203- pitoisuus on lähes 10 % suurempi kuin raakanäytteessä j a vastaavasti SiO2-pitoisuus on ainakin saman verran pienempi. Edelleen piirroksesta nähdään Fe2O3-pitoisuuden huomattava aleneminen alle 20 mikronin fraktiossa. Vuorijoen eri kaoliinilaatujen (1A, 1B, 2A, 2B) alle 20 mikronin fraktion kemiallisten koostumusten vertailu osoittaa, että Fe203- pitoisuus on selvästi pienin la -laadussa ja korkein 2A -laa - dussa, sensijaan 1B- ja 2B -kaoliineissa se on lähes sama. Ku - vasta 12 nähdään, että MgO-pitoisuudessa on merkittävä er o vaalean (la ja 1B) ja värillisen kaoliinin (2A ja 2B) välillä. Vielä voidaan todeta harmaan kaoliinin (2B) muita selväst i korkeammat hiili- ja rikkipitoisuudet.

37 4.5 Vaaleus ja keltaisuu s Vuorijoen kaoliinin vaaleusarvojen jakauma (kuva 13) osoittaa, että noin puolet näytteistä on vaaleudeltaan yli 60 %, jota täss ä raportissa pidetään vaalean kaoliinin minimiarvona. Yli 75 % vaaleuteen yltää Vuorijoen näytteistä vain 6 %.

38 Vuorijoen vaalean ja lievästi värillisen kaoliinin (laadut la ja 1B) keskimääräinen vaaleus on hieman alle 70 % ja keltaisuu s 7-9 % (taulukot 5 ja 7). Vastaavat värillisen j a harmaan kao - liinin arvot (laadut 2A ja 2B) ovat hieman alle 50 ja 20 prosenttia (taulukot 6 ja 8). Alle 2 mikronin fraktion vaaleus on keskimäärin kolme prosenttiyksikköä korkeampi ja keltaisuus vastaavasti samanverra n alhaisempi kuin alle 20 mikronin fraktiossa (taulukko 9).

39 Taulukko 9. Vuorijoen kaoliinin alle 20 µm :n ja alle 2 µm :n fraktioiden vaaleus- ja keltaissuusarvojen vertailu. Reikä Syvyysväli 20 gm 2 µm vaal/kelt vaal/kel t /9 78/ /9 80/ /6 77/ /10 79/ /5 81/ /6 76/ /14 71/ /6 78/ /9 69/ /2 79/ 2 Vuorijoen värillisen (laatu 2A) kaoliinin korkeat keltaisuusarvo t aiheutuvat paitsi runsaasta rautarikkaiden mineraalien (götiit - ti), niin joskus myös titaanimineraalien määrästä. Harmaan kao - liinin (laatu 2B) alhainen vaaleus johtuu pääosin grafiitista. Vuorijoella grafiittipitoiset kaoliinikerrokset ovat selväst i yleisempiä kuin Litmasen alueella. Juuri tämä on ilmeisesti syynä siihen, että Vuorijoen kaoliinin vaaleus harvoin saavuttaa kor - keita, yli 75 % tai yli 80 % arvoja. 4.6 Muut määritykset Edellä selostettujen systeemaattisten määritysten lisäksi Vuorijoen kaoliininäytteistä on tehty myös useita alustavia laa - tumäärityksiä : kuluttavuus-, viskositeetti-, kiteisyys-, DTA - ja TGA-määrityksiä sekä otettu SEM-kuvia. Kaoliinin rikaste t - tavuutta on tutkittu Kemiran toimesta laajoissa laboratoriomittakaavaisissa kokeissa. Lisäksi kaoliinin soveltuvuutta

40 tiiliteollisuuden raaka-aineeksi on selvitelty Tiiliteoll i- suusliiton (TTL) ja Lohja Oy :n kokeissa. Kuluttavuuskokeissa (8 näytettä) Vuorijoen kaoliinille saatii n arvoja ( g/m2),, jotka ovat kelvollisia paperin päällystekaoliinille (ECC :n SPS :n arvo on 18 g/m 2 ). Alustavien määritysten perusteella Vuorijoen kaoliniitin kitei - syys (tai oikeammin järjestysaste) on Hinckleyn indeksin mukaa n eli melko alhainen. Epätäydellinen kidemuoto nähdään myös oheisesta SEM-kuvasta (kuva 14). On kuitenkin huomattava, että määrityksiä ei ole tehty häiriintymättömistä näytteistä, joten tuloksiin on suhtauduttava varauksella. Sama koskee myö s viskositeettimäärityksiä, joiden tulokset Vuorijoen kaoliinin kohdalla vaihtelevat hyvin paljon. DTA- ja TGA-määritysten mukaan Vuorijoen kaoliniitit ovat varsin puhtaita eikä niissä näytä olevan sekoittuneena oleellisia mää - riä muita kaoliini- tai savimineraaleja. Kemiran toimesta on Vuorijoen kaoliinista tehty runsaasti laboratoriomittakaavaisia rikastuskokeita. Näissä kokeissa on raaka - kaoliinin vaaleutta voitu parantaa useilla prosenttiyksiköillä. Näyttääkin mandolliselta, että monista selvästi värillisist ä kaoliinilaaduista olisi rikastettavissa vaaleutensa puolesta paperikaoliiniksi kelpaavia lopputuotteita. Alustavien tiiliteollisuustestien mukaan Vuorijoen kaoliin i soveltuu korkean lämpötilan tiilien raaka-aineeksi sel-väst i paremmin kuin normaalit glasiaalisavet ja sitä voitaisiin ehk ä käyttää tulenkestäviä tuontisavia korvaavana raaka-aineena.

41 5. KAOLIINIESIINTYMÄ 5.1 Esiintymän muoto ja ra kenne Karttakuvassa Vuorijoen rapautuma-alueen laajuus on n. 58 hehtaaria (liite 5). Alueen rajaus perustuu gravimetrisiin ja seismi - siin mittauksiin. Rapautuma-alueesta sisästä on kairauksin raj attu kolme erillistä kaoliinisaven esiintymisaluetta. Isojoe n itäpuolella sijaitsevista, kandesta erillisestä kaoliinialueest a on käytetty nimitystä Itäosa ja länsipuoleisesta Länsiosa. Kartalla vihreällä merkitty rapautuma-alue perustuu varsin puutteellisiin kairaustietoihin. Vaikka alue on merkitty "raakuksi",

42 39 - tarkempi tutkimus saattaa osoittaa sen sisältävän myös kelvollista kaoliinia. Kuten aiemmin todettiin, Vuorijoen kaoliiniesiintymä on in sit u -tyyppinen. Kairasydämistä tehdyt leikkauskulmahavainnot j a eri kaoliinityyppien jatkuvuus profiililta toiselle (varsinkin Itäosassa) osoittavat, että kaoliinin laatua ja kerrosrakennetta kontrolloi alkuperäinen kivilaji ja sen rakenne. Kaoliinikerros - ten lähes pysty asento (70 /NE) tulee esille mm. Itäosan profii - lilla L , jossa 60 kaateella kairatuissa rei'issä (R 503, 504, 510) todettu kaoliinikerrosten asento on varmistettu pysty - reiällä (R 572). 5.2 Itäosa Itäosan kaoliini on kaksiosainen. Sen kokonaispinta-ala on 11,7 hehtaaria (liite 5). Kaoliinialueen pääosan leveys o n 300 m ja pituus 450 m. Eteläisen "satelliittiosan" leveys o n vajaat 100 m ja pituus 300 m. Maakerroksen paksuus vaihtelee metriin (keskiarv o 24 m). Itäosan keskeinen kaoliinialue sijaitsee suolla ja siell ä maakerroksen ylimmät 3-4 m ovat turvetta. Pääosa maakerrokse s - ta on hiekkamoreenia, mutta paikoin alimpana on parin metri n paksuinen kivettynyt moreenikerros. Itäosan kaoliinin paksuus on suurin profiililla L , joss a sen paksuus kairauksen perusteella on noin 70 m. Kaoliinin laa - dussa ei esiinny olennaisia muutoksia pinnasta alaaspäin mentä - essä. Itäosan kaoliinin laatu vaihtelee melkoisesti alueen eri osissa. Lounaisosa koostuu pääosin vaaleasta ja hieman värillisest ä kaoliinista (laadut la ja 1B). Keskiosassa värillinen kaoliin i on vallitsevana (laatu 2A) ja koillisreuna koostuu pääosi n grafiittisesta kaoliinista (laatu 2B).

43 Yksityiskohtaiset tiedot Itäosan kaoliinin ominaisuuksista o n esitetty liitteessä 8. Vaalean kaoliinin (la) alle 20 µm : n fraktion vaaleus on korkeimmillaan 84 % ja keskimäärin 72 %. 5.3 Länsios a Länsiosan kaoliinialueen kokonaispinta-ala on 8 hehtaaria. Alueen pituus on 450 m ja maksimileveys 200 metriä. Kaoliinialu - een luoteispää on tutkimatta (liite 5). Lounaispuolella on kai - rauksissa tavattu rapautumaa, mutta onko tämän rapautuman lounaispuolella toinen kaoliinialue, sitä ei varmuudella tiedetä. Myös raja kaakkoon on epävarma. Länsiosan ja Itäosan "satelliitti"-kaoliinin välisen rapautuma-alueen kairaus ei ole katta - va. Edellämainituista seikoista johtuen karttakuva osoitta a Länsiosan kaoliinialueen minimidimensiot. Länsiosan kaoliinialueella maakerrokset ovat varsin paksuja. Maakerrosten paksuuteen vaikuttaa luode-kaakko -suuntaine n drumliinimuodostuma, jonka korkein kohta osuu kaoliinialuee n lounaisreunaan. Maapeitteiden paksuus on siellä metriä. Maapeiteet ohenevat koilliseen, joelle päin mentäessä, olle n profiilien koillispäässä metriä. Koko alueella maapeit - teitä on keskimäärin 32 m. Kairauksen perusteella maalaji o n pääosin harvakivistä hiekkamoreenia. Maakerrosten alla kaoliinin paksuus on maksimissaan yli 60 m, mutta yleensä se on m. Länsiosan kaoliini on laadull i- sesti vaihtelevaa ja alue on varsin heterogeeninen kuten karttakuvakin osoittaa. Laadullisesti parasta kaoliinia on Länsiosa n kaakkoispäässä (profiililla L ), jossa laadut la ja l B ovat vallitsevia. Luoteeseenpäin edettäessä hyvälaatuisen kao - liinin osuus pienenee ja vallitsevaksi tyypiksi tulee värilline n kaoliini (laatu 2A). Länsiosan kaoliinin eri laatujen (la, 1B, 2A, 2B) ominaisuude t on esitetty liitteessä 8. Parhaimmillaan vaalean kaoliinin (la ) alle 20 µm :n fraktion vaaleus on 78 % ja keskimäärin se o n 67 %.

44 Kaoliinivarantoarvi o Perusteet Vuorijoen kaoliinivarannot on arvioitu leikkausmenetelmän line aarisella laskutavalla. Arvio perustuu kairausverkkoon, joss a profiiliväli on yleensä 100 metriä. Profiililla reikien väl i on 50 metriä. Kairauksissa lävistetyt kaoliinikerrokset o n projisoitu rapautuman pinnan tasoon olettaen kerroksen kaade - suunnaksi 70 /NE (liite 6). Reikien vaikutusalue on seuraava n reiän puoliväliin asti kaadesuunta huomioiden. Profiilien va i- kutusalue on 100 m eli 50 m profiilien molemmin puolin. Kaoliinivarantoja laskettaessa varannot on jaettu todettuihin, todennäköisiin ja mandollisiin. Todetut kaoliinivarat perustuvat kairauksiin. Todennäköisissä varannoissa kairaustieto on puut - teellista ja sitä on jouduttu täydentämään gravimetrisell ä mittaustiedolla. Mandolliset kaoliinivarat ovat melko hypoteet - tisia ja perustuvat geofysikaalisiin, lähinnä gravimetrisii n mittaustietoihin ja geologisiin analogioihin. Malmiarviossa kaoliinin tiheytenä on käytetty petrofysikaaliste n mittausten antamaa keskimääräistä arvoa, 1,9 g/cm Todetut varanno t Vuorijoen kaoliiniesiintymän todetut kaoliinivarannot ova t 9.9 milj. tonnia (taulukko 10 ; liite 7), josta Itäosan osuu s on 6.64 milj. tonnia ja Länsiosan 3.25 milj. tonnia. Vaaleaa ja lievästi värillistä kaoliinia (la ja 1B) on yhteens ä 4.75 milj. tonnia. Värillistä kaoliinia (2A) on kaikenkaikkiaa n 3.08 milj. tonnia ja grafiittipitoista (2B) 2.06 milj. tonnia. Runsaasti grafiittia sisältävän Itäosan kaakkoispään kaoliiniva - rat eivät sisälly tähän arvioon.

45 Taulukko 10. Vuorijoen kaoliinivarantoarvio (Mt). Yhteensä Todetut la 1B 2A 2 B Itäosa Länsiosa Yhteensä Todennäköise t Itäosa Länsiosa Yhteensä YHTEENSÄ la = vaalea kaoliin i 1B = lievästi värillinen kaoliin i 2A = värillinen kaoliin i 2B = harmaa kaoliini, usein grafiittipitoine n Todennäköiset ja mandolliset varanno t Todennäköiset kaoliinivarannot ovat yhteensä 2.33 milj. tonnia. Tästä määrästä 1.71 milj. tonnia on la- ja 1B-laatua. Itäosassa mandollisia kaoliinvaroja on yhteensä 1.67 Mt, niis - tä suurin osa on alueen kaakkoispäässä vihreällä merkityll ä rapautuma-alueella. Länsiosassa mandollisia kaoliinivaroja on arvioitu oleva n 2.12 Mt. Ne sijoittuvat kaoliinialueen lounaispuolelle j a luoteispäähän. Mandollisten varojen arvio perustuu gravimetr i- siin mittauksiin ja tällöin maakerroksen paksuus on oletett u 30 metriksi ja mukaan on otettu ne varannot, joissa kaoliini n tai rapautuman paksuus on vähintään 20 metriä.

46 AIHEEN ARVIOINT I Vuorijoen esiintymässä on kairauksilla paikannettu kolme osa - aluetta, joissa vaalean (la) ja lievästi värillisen (1B ) kaoliinin todetut varat ovat yhteensä 4.75 Mt ja todennäköise t varat 1.71 Mt. Lisäksi esiintymän värillisen kaoliinin (2A j a 2B) todetut ja todennäköiset varat ovat yhteensä 5.76 Mt. Kaoliinin värisävy vaihtelee melkoisesti, mutta muuten kaoliin i on varsin homogeenista. Kaoliniittipitoisuus on korkea, noin 60 %, samoin hienojen raekokofraktioiden osuus : all e 20 µm :n osuus on noin 60 % ja alle 2 µm :n osuus noin 35 %. Kun lisäksi alle 20 mikronin fraktio on lähes puhdasta kaoliniit - tia, tulee lopputuotteen saanti olemaan rikastuksessa varsi n hyvä. Laboratoriotutkimusten ja alustavien rikastuskokeiden perusteel - la Vuorijoen vaaleasta ja lievästi värillisestä raakakaoliinist a on mandollista puhdistaa päällystekaoliinin vaaleutta vastaava a tuotetta. Myös kuluttavuuden puolesta Vuorijoen kaoliini soveltu u paperiteollisuuden käyttöön. Sen sijaan viskositeetin suhtee n kaoliinin ominaisuuksia ei ole vielä tarkoin tutkittu, kosk a esiintymästä ei ole saatu häiriintymättömiä näytteitä. Niiden saanti edellyttää koemonttujen kaivamista. Vuorijoen esiintymän taloudelliset käyttömahdollisuudet riippuva t hyvin suuressa määrin siitä, kuinka paljon raakakaoliinin laatua, erityisesti vaaleutta, voidaan rikastamalla parantaa. Tämän het - kisten tutkimustulosten perusteella Vuorijoella on lähes viis i miljoonia tonnia raakakaoliinia, josta on arvioitu saatavan ke l- vollista paperikaoliinia. Myös värillisellä kaoliinilla saatta a olla käyttöä keraamisessa ja tiiliteollisuudessa.

47 ALUEEN MUUT E81INTYMXT Virtasalmen alueella on Vuorijoen esiintymän lisäksi tiedoss a myös muita kaoliiniesiintymiä ja -aiheita. Näistä on parhaite n tutkittu Litmasen esiintymä, josta laadittu tutkimusraportt i (Pekkala ja muut, 1989) luovutetaan KTM :lle samanaikaisesti Vuorijoen raportin kanssa. Litmasen esiintymän vaalean kaolii - nin todetut varannot ovat 3.6 Mt. Ukonkankaan esiintymässä on tämänhetkisten tutkimustuloste n perusteella tiedossa 0.8 Mt vaaleata kaoliinia, mutta esiintymä n jatkuvuutta tullaan selvittämään v Virtasalmen alueell a on em. esiintymien lisäksi tavattu alustavassa näytteenotoss a vaaleata kaoliinia mm. Montolan ympäristön, Kandeksaisiensuo n ja Kangaslanden alueilla. Näiden esiintymien yksityiskohtaisemp i tutkimus on kaoliiniprojektin ohjelmassa v Espoossa 31. pnä joulukuuta Valtiongeologi Yrjö Pekkal a Geologi Tapio Kuivasaar i Geofyysikko Jukka Lehtimäki Geologi 01li Sarapää

48 KIRJALLISUUTTA Hyvärinen, Lauri On the geology of the copper ore fiel d in the Virtasalmi area, eastern Finland. Bull. Comm. geol. Finlande 240, 82 p. Hyvärinen, Lauri Selostus Juvan-Virtasalmen aluee n malmitutkimuksista v I x = pohjoispuoli. 42 s. M 19/3232/70/1/1. Lehtimäki, Jukka Työraportti seismisistä luotauksis a Virtasalmella. 4 s. Q 19/3231/84/1/23. Nenonen, Keijo & Stylman, Markku Raportti kaivuututkimuksista Virtasalmen Litmasen kaoliinityömaalla syyskuuss a s. Pekkala, Yrjö & Sarapää, 01li Kaolin exploration i n Finland. Current Research 1988, Edited by Sini Autio, Geol. Surv. Finl., Special paper 10 : Pekkala, Yrjö, Kuivasaari, Tapio, Lehtimäki, Jukka & Sarapää, 01li Virtasalmen Litmasen kaoliiniesiintymä n tutkimukset vuosina M 19/3231/-89/1/82. Pekkarinen, Jouni Selostus Juvan tutkimusprojektin malmitutkimuksista vuosina (x = eteläpuoli). 48 s. M 19/3231/72/1/10. Pekkarinen, Lauri J. & Hyvärinen, Lauri Haukivuori. Suomen geologinen kartta 1 : : kallioperäkartta (Geological map of Finland : pre-quaternary rocks) Sarapää, 01li Raportti kaoliinista ja Etelä- ja Keski - Suomen kaoliinipotentiaalisista alueista. 65 s. M82/1987/1. Sarapää, 01li & Nissinen, Ahti Väliraportti Virtasalme n kaoliinitutkimuksista. 16 s. M 19/3231/87/1/82. Sarapää, 01li & Kuivasaari, Tapio Yhteenveto Virtasalme n kaoliinitutkimuksista vuosina s. M 19/ 3231/88/1/82. Siikarla, Toivo Selostus geofysikaalisista mittauksist a Karsikummun alueella Virtasalmella. 6 s. M17/Vrs-66/2. Siikarla, Toivo Selostus geodeettisista mittauksist a Karsikummun alueella Virtasalmella. 6 s. M17/Vrs - 66/3.

49 Siikarla, Toivo On the geophysical investigation in th e Virtasalmi area. Bull. Comm. geol. Finlande 233, 85p. Siikarla, Toivo Selostus geofysikaalisista tutkimuksista Virtasalmen-Juvan tutkimusalueen pohjoisosassa vuosina s. M 19/3232/70/3/10.

50 LIITTYY (Säilytetään GTK :n arkistossa ) Kairausraportit M 19/52/3231/-87/R R23 1 M19/52/3231/-88/R502 -R517, R 541 -R552 M19/52/3231/-89/R553-R579, R600-R610, R R 63 9 Kairausprofiilit M 52.7/3231/-88/R R 54 5 M 52.7/3231/-88/R R 54 9 M52.7/3231/-89/R502 -R504, R 510 -R510, R R 57 4 M 52.7/3231/-89/R 505, R 50 7 M 52.7/3231/-89/R 506, R 508, R 50 9 M 52.7/3231/-89/R 51 1 M 52.7/3231/-89/R 513, R 575, R 576, R 63 6 M 52.7/3231/-89/R 514, R 515, R 517, R 568, R 56 9 M 52.7/3231/-89/R R 552, R 61 0 M 52.7/3231/-89/R R 56 3 M 52.7/3231/-89/R R 567 M 52.7/3231/-89/R 570, R 57 1 M 52.7/3231/-89/R R 579, R R 63 9 M 52.7/3231/-89/R 600, R 60 1 M 52.7/3231/-89/R R 606 M 52.7/3231/-89/R R 609 Gravimetrinen stereokartta Q21.1/ /1, 1 : Magn. profiilikartta Q22.23/323109A/1988/1, 1 : Slingram profiilikartta Q24.11/323109A/1988/1, 1 : Maxmin profiili L59.60 Q24.11/ A/1988/1,1 : 4000 IP-mittauksen vastuskartta Q28.42/323109A/1988/1, 1 : IP-profiilit 1-2 Q28.4/ /1988/1-2, 1 : 2000 VLF-profiilikartta Q24.31/ C/1988/1, 1 : VLF-R -profiilikartta Q24.32/ C/1988/1, 1 : Seisminen nopeus, L59.60 Q23.11/ A/1988/1,1 : 5000

51 48 - Yhdistelmäkartta, L59.60, Q20/ A/1, 1 : Ominaisvastusmittaus R 502, Q27.4/52/ /1988, 1 : 4000 Sampo syvyysmuunnos, L59.60, Q24.16/ A/1989/1, 1 : Sampo syvyysmuunnos, L59.40, Q24.16/ A/1989/2, 1 : 2000 Sampo syvyysmuunnos, K149.50, Q24.16/ A/1989/3, 1 : Sampo syvyysmuunnos, L59.50, Q24.16/ A/1989/4, 1 : Sampo syvyysmuunnos, L59.80, Q24.16/ A/1989/5, 1 : Sampo syvyysmuunnos, L59.70, Q24.16/ A/1989/6, 1 : Sampo syvyysmuunnos, L59.80, Q24.16/ A/1989/7, 1 : Sampo syvyysmuunnos, L59.90, Q24.16/ A/1989/8, 1 : Sampo syvyysmuunnos, L60.00, Q24.16/ A/1989/9, 1 : Sampo profiili, L59.60, Q24/ A/1989/ : 2000

52 LIITTEET 1. Vuorijoen valtausaluekartt a 2. Vuorijoen rapautuman gravimetrinen massa -arvio, 1 : Geofysikaaliset mittaukset, L = Hällinmäen kivilajikartta, 1 : Vuorijoen kaoliiniesiintymäkartta, 1 : Kairausprofiilit, 1 : 500 ; L = , L = , L = , L = , L = , L = , L = , L = , L = , L = Malmiarviokartta, 1 : Analyysituloksi a 9. Tutkimuskustannukset

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70