Tutkimusraportti 212 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS. Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tutkimusraportti Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia Summary: Ore mineralogy of the gold deposits in the Pirkkala area Antti Kuikka

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND Tutkimusraportti 212 Report of Investigation 212 Antti Kuikka PIRKKALAN ALUEEN KULTAESIINTYMIEN MALMIMINERALOGIA Summary: Ore mineralogy of the gold deposits in the Pirkkala area Ne kuvat, joissa ei mainita tekijää, ovat julkaisun kirjoittajan tekemiä. Kansikuva: Erkkilän raskasmineraalirikaste, jossa on kultahippuja. Sulfidit ovat pääasiassa arseenikiisua ja magneettikiisua. Rakeiden koko on 0,1 0,6 mm. Kuva: Kari Kojonen, GTK. Front cover: Heavy mineral concentrate with gold grains from Erkkilä. Sulphides are mainly arsenopyrite and pyrrhotite. The size of the grains is mm. Photo: Kari Kojonen, GTK. Taitto: Elvi Turtiainen Oy Espoo 2014

3 Kuikka, A Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia. Summary: Ore mineralogy of the gold deposits in the Pirkkala area. Geological Survey of Finland, Report of Investigation 212, 95 pages, 59 figures, 22 tables and 12 appendices. Kalliojärvi, Ania and Erkkilä gold deposits are located in the Pirkanmaa belt in southern Finland. The nearest city is Tampere, approximately 15 km northeast of the deposits. The bedrock at Pirkkala and Lempäälä is mainly composed of gneissic mica schists and pegmatite veins. At Kalliojärvi, the gold mineralisation is associated with quartz veins and shear zones and its host rock is mica gneiss. At Ania, the elevated Au contents are related to narrow quartz veins of shear zones. At Erkkilä, the gold mineralisation is in a silicified and sheared granitic intrusion, gneiss and black schist. Gold grades of the mineralisations are in the range of g/t. The peak of metamorphism is at upper amphibolite facies at Erkkilä, at the K-feldspar + sillimanite isograd. At Kalliojärvi, the metamorphic index mineral is staurolite, which indicates middle amphibolite facies conditions. At Ania, the metamorphism has progressed to the lower-amphibolite facies stability field of garnet. These metamorphic mineral associations indicate a pressure of 8 kb to 6 kb and a temperature of 790 to 525 C in the study area. Hydrothermal alteration is intense in the mineralised zones, as demonstrated by silicification and K-metasomatism, which altered feldspars to sericite and biotite to chlorite. Plagioclase has also altered to albite, potassium feldspar, epidote and calcite. Ilmenite has altered to rutile. The mineralising fluids were enriched in the same elements in all three deposits. These elements include Fe, Cu, Ni, Co, Au, Ag, Hg, Pb, Bi, Sb, Te, S, Se and As. In addition to geochemistry, the similar mineral assemblage of the deposits also indicates that gold has drifted along with fluids of the same composition. The major sulphide minerals are arsenopyrite, pyrite, pyrrhotite and Fe-arsenide loellingite. Other ore minerals include gold, native bismuth, maldonite, bismuth tellurides and oxide minerals. The ore minerals have crystallised as dissemination in intergranular spaces between silicates and carbonates, in quartz- and epidote-clinozoisite veins and walls of the fluid channels. Arsenopyrite geothermometry shows crystallisation temperatures from 438 to 609 ± 25 C, with pyrrhotite and löllingite in equilibrium with arsenopyrite. The sulphur activity (log S2 ) was from to Fluids mainly transported gold as reduced sulphur and thioarsenide complexes. The first-generation higher temperature gold is intergrown and as inclusions in arsenopyrite and as discrete grains and thin films along arsenopyrite-löllingite grain boundaries. The secondgeneration gold occurs in gangue as free grains and together with lower temperature Bi, Sb, and Te minerals and bismuth (<271.5 C). Minerals occur intergrown and as inclusions in sulphides, on fracture surfaces and as open space filling between grains of gangue minerals, and as inclusions in potassium feldspar. The main crystallisation stage of gold and tellurides took place in the epizonal temperature range from 150 to 300 C. According to the MLA analyses, at Ania wt% of gold is in grains of µm, at Erkkilä wt% of gold is in grains of µm and at Kalliojärvi wt% of gold is in grains of µm. In heavy mineral concentrates, gold occurs as free grains and intergrown mainly with arsenopyrite and bismuth. A small proportion of gold is totally embedded in other minerals, mainly in arsenopyrite. All three gold deposits have crystallised after the complex, accretionary to collisional orogenic evolution of the Svecofennian. The mineralisation and crystallisation of the ore minerals is epigenetic, i.e., it took place after the metamorphic peak in shear zones of the host rock. The ore mineral crystallisation occured in the hypozonal-epizonal temperature range from 600 to 150 C. Keywords (GeoRef Thesaurus, AGI): gold ores, shear zones, gneisses, quartz veins, mineralogy, arsenopyrite, gold, geologic thermometry, mineral liberation analyzer, Proterozoic, Kalliojärvi, Lempäälä, Ania, Erkkilä, Pirkkala, Finland Antti Kuikka, Niittymaanaukea 4B 25, FI Espoo, Finland antti.kuikka@alumni.helsinki.fi ISBN (PDF) ISSN

4 Kuikka, A Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia. Summary: Ore mineralogy of the gold deposits in the Pirkkala area. Geologian tutkimuskeskus, Tutkimusraportti 212, 95 sivua, 59 kuvaa, 22 taulukkoa ja 12 liitettä. Kalliojärven, Anian ja Erkkilän kultaesiintymät sijaitsevat Etelä-Suomessa Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeessä. Lähin kaupunki Tampere sijaitsee n. 15 km kultaesiintymistä koilliseen. Pirkkalan ja Lempäälän alueen kivilajit ovat valtaosin vaihtelevasti gneissiytyneitä liuskeita ja pegmatiittijuonia. Kalliojärven kultaesiintymä liittyy kvartsijuoniin ja kvartsiutuneisiin hiertovyöhykkeisiin, ja sen isäntäkivi on kiillegneissi. Anialla kohonneet kultapitoisuudet liittyvät hiertovyöhykkeiden kapeisiin kvartsijuoniin. Erkkilän kultaesiintymä sijaitsee kvartsiutuneessa ja hiertyneessä graniittisessa intruusiossa, gneississä ja mustaliuskeessa. Kultaesiintymien kultapitoisuudet ovat 0,1 26,7 g/t. Erkkilässä metamorfoosin huippu on ylemmän amfiboliittifasieksen kalimaasälpä-sillimaniittiisograadissa. Kalliojärvellä metamorfisena indeksimineraalina on stauroliitti, mikä viittaa keskiasteen amfiboliittifasieksen olosuhteisiin. Aniassa metamorfoosi on edennyt alemman amfiboliittifasieksen granaatin stabiilisuusalueelle. Nämä metamorfisten mineraalien assosiaatiot tutkimusalueella viittaavat 8 6 kb:n paineeseen ja C:n lämpötilaan. Hydroterminen muuttuminen on voimakasta mineralisoituneilla vyöhykkeillä, mikä ilmenee kvartsiutumisena ja K-metasomatoosin aihettamana maasälpien serisiittiytymisenä ja biotiitin kloriittiutumisena. Plagioklaasi on myös muuttunut albiitiksi, kalimaasälväksi, epidootiksi ja kalsiitiksi. Ilmeniitti on muuttunut rutiiliksi. Malmimineralisaation fluideissa on kaikissa kolmessa kultaesiintymässä ollut samanlainen alkuaineseurue. Nämä alkuaineet ovat Fe, Cu, Ni, Co, Au, Ag, Hg, Pb, Bi, Sb, Te, S, Se ja As. Geokemian lisäksi myös kultaesiintymien samankaltainen mineraaliseurue osoittaa kullan kulkeutuneen koostumukseltaan samantyyppisten fluidien mukana. Runsaimmin esiintyviä sulfideja ovat arseenikiisu, rikkikiisu, magneettikiisu sekä Fe-arsenidi löllingiitti. Muita malmimineraaleja ovat kulta, natiivi vismutti, maldoniitti, vismuttitelluridit ja oksidimineraalit. Malmimineraalit ovat kiteytyneet intergranulaariseksi pirotteeksi silikaatteihin ja karbonaatteihin, kvartsi- ja epidootti-klinozoisiittijuoniin sekä fluidikanavien seinämiin. Kun magneettikiisu ja löllingiitti ovat kiteytyneet taspainossa arseenikiisun kanssa, ovat lämpötilat vaihdelleet arseenikiisugeotermometrian mukaan 438 ja 609 ± 25 C:n välillä. Rikin aktiivisuus (log a S2 ) on ollut -3,70-8,30. Kulta on kulkeutunut fluideissa pääasiassa pelkistyneinä rikki- ja tioarsenidikomplekseina. Ensimmäisen vaiheen korkeamman lämpötilan kulta on yhteen kasvaneena ja sulkeumina arseenikiisussa sekä rakeina ja ohuena filmimäisenä kalvona arseenikiisun ja löllingiitin kontaktipinnoilla. Toisen vaiheen kulta on harmeessa vapaina rakeina ja yhdessä alhaisempien lämpötilojen Bi-, Sbja Te-mineraalien ja vismutin (< 271,5 C) kanssa. Mineraalit ovat yhteen kasvaneina ja sulkeumina sulfideissa, harmemineraalien rakopinnoilla ja rakeiden väleissä avoimien tilojen täytteenä sekä sulkeumina kalimaasälvässä. Kullan ja telluridin kiteytymisen päävaihe tapahtui epitsonaalisella lämpötila-alueella C. MLA-analyysien mukaan Aniassa kullasta 86,10 wt-% on µm:n kokoisissa rakeissa, Erkkilässä kullasta 98,22 wt-% on µm:n kokoisissa rakeissa ja Kalliojärvellä kullasta 76,02 wt-% on µm:n kokoisissa rakeissa. Kulta on raskasmineraalirikasteissa vapaiden rakeiden lisäksi yhteen kasvaneena suurimmaksi osaksi arseenikiisun ja vismutin kanssa. Pieni osa kullasta on täysin sulkeumina muissa mineraaleissa, pääasiassa arseenikiisussa. Kaikki kolme kultaesiintymää ovat syntyneet monivaiheisen svekofennisen vuorijononmuodostuksen jälkeen. Mineralisaatio ja malmimineraalien kiteytyminen on epigeneettinen, ts. se tapahtui alueellisen metamorfoosin huippuvaiheen jälkeen isäntäkiven hiertovyöhykkeissä. Malmi kiteytyi hypotsonaalis-epitsonaalisella lämpötila-alueella C. Asiasanat (Geosanasto, GTK): kultamalmit, hiertovyöhykkeet, gneissit, kvartsijuonet, mineralogia, arseenikiisu, kulta, geotermometria, MLA, proterotsooinen, Kalliojärvi, Lempäälä, Ania, Erkkilä, Pirkkala, Suomi Antti Kuikka, Niittymaanaukea 4B 25, Espoo Sähköposti: antti.kuikka@alumni.helsinki.fi

5 Antti Kuikka Sisällysluettelo Contents 1.JOHDANTO Tutkimuksen tausta ja tavoitteet Tutkimuskohteiden sijainti Aikaisemmat tutkimukset Ania Erkkilä Kalliojärvi ETELÄ-SUOMEN KALLIOPERÄ JA KULTAESIINTYMÄT Svekofenninen kallioperä Pirkanmaan migmatiittivyöhyke Etelä-Suomen kultaesiintymät AINEISTO JA TUTKIMUSMENETELMÄT Hietutkimukset Elektronimikroanalyysi SEM-EDS-analyysi MLA-tutkimus TUTKIMUSALUEEN KIVILAJIT JA MALMIN ESIINTYMINEN Tutkimuskohteiden kivilajien ja malmin esiintymisen vertailu Kalliojärven kultakriittiset kivilajit Pegmatiitti Kiillegneissi Erkkilän kultakriittiset kivilajit Granodioriitti Sillimaniitti-biotiittigneissi Anian kultakriittiset kivilajit ALUEELLINEN METAMORFOOSI HYDROTERMINEN MUUTTUMINEN Havainnot tutkimuskohteista Malmia muodostavat hydrotermiset fluidit ja kullan kiteytymisolosuhteet KULTAESIINTYMIEN MALMIMINERAALIT Sulfidi- ja arseenimineraalit Arseenikiisu FeAsS Löllingiitti FeAs Magneettikiisu Fe 1-x S Rikkikiisu FeS Kuparikiisu CuFeS

6 Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia Pentlandiiti (Fe,Ni) 9 S Hopeapentlandiitti (Ag,Fe,Ni) 9 S Gersdorffiitti-kobolttihohde CoAsS NiAsS Kulta-, vismutti-, telluuri- ja antimonimineraalit Kulta (Au) Vismutti ja joseiitti-b Maldoniitti (Au 2 Bi) Hedleyiitti (Bi 7 Te 3 ), vismuttihohde (Bi 2 S 3 ) ja Ni-Sb-mineraali Jonassoniitti AuBi 5 S Grafiitti (C) ja oksidit ARSEENIKIISUGEOTERMOMETRIA Kultaesiintymien kiteytymislämpötilat ja rikin aktiivisuus MLA-TUTKIMUKSET Ania Erkkilä Kalliojärvi TULOSTEN TARKASTELU JOHTOPÄÄTÖKSET KIITOKSET LÄHDE- JA KIRJALLISUUSLUETTELO LIITTEET Appendices Liite 1. Näyteluettelo Appendix 1. Sample list Liite 2. Erkkilän rikastenäytteen R427-31,00-32,00m kultapitoisuus Appendix 2. The gold content of the heavy mineral sample R m from Erkkilä Liite 3. Elektronimikroanalyysin kalibrointistandardit Appendix 3. Calibration standards used for electron microprobe analysis Liite 4. Sulfidi- ja arsenidimineraalien analyysideklaraatio Appendix 4. Analysis declaration of sulphide and arsenide minerals Liite 5. Magneettikiisun analyysideklaraatio Appendix 5. Analysis declaration of pyrrhotite Liite 6. Vismuttimineraalien analyysideklaraatio Appendix 6. Analysis declaration of bismuth minerals Liite 7. Natiivi Au(Ag):n analyysideklaraatio Appendix 7. Analysis declaration of native Au(Ag) 5

7 Antti Kuikka Liite 8. Arseenikiisun elektronimikroanalyysejä Appendix 8. Electron microprobe analyses of arsenopyrite Liite 9. Löllingiitin elektronimikroanalyysejä Appendix 9. Electron microprobe analyses of loellingite Liite 10. Magneettikiisun elektronimikroanalyysejä Appendix 10. Electron microprobe analyses of pyrrhotite Liite 11. Vismutin elektronimikroanalyysejä Appendix 11. Electron microprobe analyses of bismuth Liite 12. Au(Ag):n elektronimikroanalyysejä Appendix 12. Electron microprobe analyses of Au(Ag) 6

8 Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia LYHENNELUETTELO ABBREVIATIONS 1 pol yhdensuuntaiset polarisaattorit / one polariser + pol polarisaattorit ristissä / crossed polarisers BSE-kuva / image back-scattered electron (BSE) image / -kuva GFAAS graphite furnace atomic absorption spectrometry ICP-AES inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry KOH kiillotettu ohuthie / polished thin section KON konsentraatti, raskasmineraalirikaste / heavy mineral concentrate mss monosulfidi kiinteä liuos / monosulphide solid solution PH kiillotettu pintahie / polished epoxy slab R timanttikairausreikä / diamond-drill hole SEM-EDS scanning electron microscope - energy-dispersive X-ray spectroscopy WDS-EMP wavelength-dispersive X-ray spectroscopy - electron microprobe Malmi-ja harmemineraalit Saltikoffin (1976) mukaan / Ore and gangue minerals after Saltikoff (1976) MALMIMINERAALIT / ORE MINERALS AGPE hopeapentlandiitti / argentopentlandite (Ag,Fe,Ni) 9 S 8 ASKI arseenikiisu / arsenopyrite FeAsS AUST aurostibiitti / aurostibite AuSb 2 CUKI kuparikiisu / chalcopyrite CuFeS 2 GERS-COHO gersdorffiitti-kobolttihohde / gersdorffite-cobaltite CoAsS-NiAsS GRAF grafiitti / graphite C HEDL hedleyiitti / hedleyite Bi 7 Te 3 JONA jonassoniitti / jonassonite AuBi 5 S 4 LOLL löllingiitti / loellingite FeAs 2 MAGK magneettikiisu / pyrrhotite Fe 1-x S MALD maldoniitti / maldonite Au 2 Bi MARK markasiitti / marcasite FeS 2 PBHO lyijyhohde / galena PbS PENT pentlandiitti / pentlandite (Fe,Ni) 9 S 8 RUTI rutiili / rutile TiO 2 SCHE scheeliitti / scheelite Ca(WO 4 ) SKII rikkikiisu / pyrite FeS 2 7

9 Antti Kuikka HARMEMINERAALIT / GANGUE MINERALS AMFI amfiboli / amphibole BIOT biotiitti / biotite EPID-KLZO epidootti-klinozoisiitti / epidote-clinozoisite GRAN granaatti / granat KARB karbonaatti / carbonate KIIL kiille / mica KLOR kloriitti / chlorite KMAA kalimaasälpä / potassium feldspar KVAR kvartsi / quartz MUSK muskoviitti / muscovite PLAG plagioklaasi / plagioclase SILL sillimaniitti / sillimanite STAU stauroliitti / staurolite TITA titaniitti / titanite TURM turmaliini / tourmaline ZIRK zirkoni / zircon 8

10 Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia 1 JOHDANTO 1.1 Tutkimuksen tausta ja tavoitteet Malmimineralogiaa käsittelevä tutkimus liittyy Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Etelä-Suomen yksikön Etelä-Suomen kallioperän mineraalipotentiaalin kartoitushankkeeseen (hankenumero: ), jonka aiemmissa vaiheissa tämän tutkimuksen kohteena olevat kultaesiintymät on löydetty. Tietoa kullan esiintymistavasta ja seuralaismineraaleista tarvitaan sekä esiintymien ekonomiseen tarkasteluun että etsintäteknologian kehittämiseen. Tutkimuksen tarkoituksena on kuvata Pirkkalan migmatiittivyöhykkeellä Länsi-Suomen läänissä sijaitsevien Kalliojärven, Anian ja Erkkilän kultaesiintymien malmimineralogiaa. Tutkimuksessa verrataan kohteiden malmimineralogian lisäksi myös malmimineraalien esiintymistapaa suhteessa muuttuneeseen isäntäkiveen sekä malmiutumien syntytapaa. Tämä tutkimusraportti pohjautuu tekijän pro gradu -työhön (Kuikka 2013). Arseenikiisugeotermometri on tässä tutkimuksessa tärkeä kriteeri silloin, kun tulkitaan kultaesiintymien syntyolosuhteita. Arseenikiisun kemiallisen koostumuksen ja sen kanssa tasapainossa olevan mineraaliseurueen perusteella pystytään määrittämään kultaesiintymien muodostumisvaiheen rikin aktiivisuus ja lämpötila ensimmäisten sulfidien kiteytymisen hetkellä. Fluidi- ja isotooppitutkimukset on rajattu tämän tutkimuksen ulkopuolelle. 1.2 Tutkimuskohteiden sijainti Kalliojärven tutkimuskohde (kuva 1) sijaitsee Lempäälän kunnassa, Tampereelta n. 15 km etelään pienen Kalliojärven pohjoispuolella. Valtatie 3:lta on Kalliojärven kohteelle matkaa noin viisi kilometriä. Tutkimusalue on pääosin avointa, hakattua lohkareikkoista metsämaastoa, jossa maaperä on tiivistä ja runsaskivistä pohjamoreenia. Kohteelle johtaa hyväkuntoinen metsäautotie. Tutkimusalue sijaitsee KKJ-karttakoordinaateissa X=6809,396 ja Y=2483,974. ETRS-TM35FINtasokoordinaatit (Euref-Fin) ovat N= ja E= Kalliojärveltä Anian ja Erkkilän tutkimuskohteille on matkaa n. kahdeksan km. Anian tutkimuskohde (kuva 1) sijaitsee Anian rantatien itäpuolella lohkareikkoisessa metsämaastossa Pirkkalan kunnassa noin 15 km Tampereelta lounaaseen. KKJ-karttakoordinaatit ovat X=6811,500 ja Y=2475,840. ETRS-TM35FINtasokoordinaatit (Euref-Fin) ovat N= ja E= Erkkilän tutkimuskohde (kuva 1) sijaitsee n. 1,5 km Aniasta etelään. Kriittinen paikka on metsäinen ja luonnontilassa täysin peitteinen kalliokumpare peltoaukeaman reunalla Anian rantatien itäpuolella. Kallioperän paljastumissa on nähtävillä arseenikiisua. KKJ-karttakoordinaatit ovat X=6809,960 ja Y=2475,840. ETRS-TM35FINtasokoordinaatit (Euref-Fin) ovat N= ja E= Tampere-Pirkkalan lentoasema sijaitsee n. 4,5 km Anian ja Erkkilän tutkimuskohteista koilliseen. Kohteiden lähellä sijaitsee suurista vesialueista Pyhäjärvi (kuva 1). 1.3 Aikaisemmat tutkimukset Vuosien ja aikana on GTK:n Etelä-Suomen aluetoimisto selvittänyt Etelä-Suomen kallioperän kultapotentiaalia kahdessa eri hankkeessa käyttäen mm. kohdentavia ja kohteellisia moreeni- ja raskasmineraalitutkimuksia (Kärkkäinen ja muut 2012a). 9

11 Antti Kuikka Kuva 1. Kultaesiintymien ja Au-aiheiden sijainti. Vanhassa peruskarttalehtijaossa (1: ) kohteet sijaitsevat Tampereen karttalehdellä Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 03/2013 aineistoa. Fig. 1. Location of the gold deposits. According to the division of the old national basemap (1: ), deposits are included on Tampere map sheet Contains data from the National Land Survey of Finland Topographic Database 03/2013. GTK:n vuosien malminetsinnän kultatutkimusten painopiste oli Tampereen vyöhykkeen länsipäässä ja Pirkanmaan vyöhykkeen pohjoisosassa. Vuosien hankkeen tutkimusalue siirtyi Hämeen vyöhykkeelle. Alueellisella moreenigeokemian kartalla (1 näyte / 4 km 2 ) Anian, Erkkilän ja Kalliojärven kultaesiintymät kuuluvat Nokialta kaakkoon Valkeakoskelle ja Hämeenlinnaan asti ulottuvaan Au-anomaliseen vyöhykkeeseen (Salminen 1995). Aerogeofysiikan aineiston mukaan keskimääräistä korkeammat, anomaliset U/Th-suhteet korreloituvat hyvin Pirkkalan-Lempäälän alueen kultaesiintymien ja Au-aiheiden, kanssa. Maastogeofysiikan magneettisiin ja IP-menetelmiin perustuvia mittauksia tehtiin Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeellä vuosina Mittaustuloksia käytettiin kultakriittisten rakenteiden ja kiisuja sisältävien vyöhykkeiden selvittämiseen (Kärkkäinen ja muut 2003) Ania Pirkkalan tutkimukset käynnistyivät vuonna Lähtökohtana tutkimusten aloittamiselle olivat Tampereen ympäristöstä valmistuneet alueellisen moreenigeokemiallisen kartoituksen tulokset. Tutkimuskohteina olivat Vatanen, Lintumäki, Sorkkala, Poikkiaro ja Hynnä (kuva 1). Kohteissa havaittiin moreenigeokemian anomalioihin liittyvissä kivilajeissa yleisesti laaja-alaista kvartsiutumista, kvartsijuonimuodostusta, heikkoa arseeni- ja magneettikiisupirotetta sekä heikosti kohonneita kullan pitoisuuksia (Rosenberg 1990). Anian alueelle tutkimukset keskitettiin, kun malminetsinnän harrastaja Onni Similä toimitti GTK:lle Au-pitoisen lohkarenäytteen vuonna Kansannäyte oli peräisin näkyvää kultaa sisältävästä ns. Lähteen lohkareesta. Löytölohkareen lähiympäristössä Tikkarinvuoren ja Luitamon valtauksilla (kuva 1) suoritettiin tarkempia tutki- 10

12 Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia Kuva 2. Anian kairareikien sijainti. Tässä työssä käytetyt näytteet ovat rei`istä, jotka on merkitty punaisilla palloilla. Kairaussuunta on ilmoitettu kairareiän numeron jälkeen. Anian löytölohkare, jonka on löytänyt harrastajamalminetsijä Onni Similä, on merkitty kolmiolla. Profiilit rei`istä R400, R401 ja R402 ovat kuvassa 16. Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 03/2013 aineistoa. Fig. 2. Drill hole locations at Ania. The samples used in this work are from drill holes marked as red spheres. The direction of drilling is informed after the drill hole number. The triangle indicates a mineralised boulder found in Ania by prospector Mr. Onni Similä. The profiles of drill holes R400, R401 and R402 are presented in Figure 16. Contains data from the National Land Survey of Finland Topographic Database 03/2013. muksia vuosina (Rosenberg 1998a,b). Tutkimusmenetelminä olivat mm. moreenitutkimukset, geofysiikan mittaukset sekä syväkairaus. Kohonneet kultapitoisuudet liittyivät pääsääntöisesti arseenikiisua sisältäviin kvartsijuoniin. Alueella tunnetiin entuudestaan pieni, hiertovyöhykkeeseen liittyvä As-Au-pitoinen kvartsijuoniesiintymä, nk. Piiponvuoren Au-aihe sekä Hahmonkulman kvartsijuoniin liittyvä Au-aihe. Hahmonkulman Au-aihe sijaitsee n. kolme km Piiponvuoresta kaakkoon (kuva 1). Anian alueen lisätutkimusten lähtökohtana oli kultapitoinen kansannäyte suuresta (10 m 3 ) lohkareesta. Mineralisoituneen lohkareen löysi Onni Similä vuonna Lohkare edustaa paikallista kivilajia, grauvakkamaista, kohtalaisesti kvartsia ja maasälpää sisältävää kiillegneissiä. Lohkareessa on näkyvää kultaa pirotteena kvartsijuonien reunoil- la. Korkein kultapitoisuus (515 ppm) lohkareesta saatiin sahatusta näkyvää kultapirotetta sisältävästä kvartsilinssistä (Kärkkäinen ja muut 2006a). Kultaesiintymän kairaukset (8 reikää) suoritettiin vuonna 2000 (kuva 2). Lohkareen alle kairatut kolme reikää lävistivät pegmatiitti- ja kvartsijuoniverkostoa sekä eriasteisesti gneissiytynyttä grauvakkaliusketta. Kohonneet kultapitoisuudet liittyivät voimakkaasti liuskettuneiden hiertovyöhykkeiden kapeisiin kvartsijuoniin. Muut, lohkareen ympärille kairatut reiät lävistivät kapeita arseenikiisupirotteisia vyöhykkeitä ja yksittäisiä kvartsijuonia, joissa oli vain heikkoja Au-pitoisuuksia. Kovemmissa grauvakkaliuskeissa puristus on duktiilin venymisen sijasta avannut poikittaisia rakoja (kvartsijuonia) hauraassa kivessä (Niilo Kärkkäisen henkilökohtainen tiedonanto syyskuussa 2014). Löytölohkareessa kvartsijuonet 11

13 Antti Kuikka ovat budinoituneet, ja siten kullan kiteytyminen on vanhempi ilmiö tai samanaikainen kuin kallioperän viimeiset kehitysvaiheet (Kärkkäinen ja muut 2006a) Erkkilä Erkkilän kultaesiintymän on löytänyt alun perin harrastajamalminetsijä Yrjö Kurikka vuonna Kallioperän ruosteiset paljastumat sisältävät kvartsijuonia ja magneettikiisu- ja arseenikiisupirotetta liuskeissa ja graniittisessa kivessä. Erkkilän tutkimukset tehtiin Anian valtaukselle kohdentuneiden kairauksen rinnalla. Erkkilässä syväkairaus suoritettiin vuosina Kohteeseen kairattiin yhteensä 12 reikää yhteispituudeltaan 625 m (kuva 3). Laajin kultapitoinen vyöhyke on noin 10 metriä leveä. Vyöhykkeen Au-pitoinen kivi on hiertynyt ja kvartsiutunut arseeni- ja magneettikiisupirot- teinen kvartsi-maasälpägneissi. Kivi on tulkittu hiertyneeksi granodioriitiksi. Sen jalkapuolella on useita patjoja (1 10 m) paljastumatonta mustaliusketta. Korkein kultapitoisuus on mitattu osin runsaasti arseeni- ja magneettikiisua sisältävästä hiertyneestä ja kvartsiutuneesta kvartsi-maasälpägneissistä mustaliuskeiden ja grauvakkaliuskeen kontaktissa. Geokemiallisen analyysin mukaan kullan ja arseenin positiivinen korreloituminen on Erkkilän kairanäytteissä selvempää kuin Aniassa. Erkkilän Au-anomalisissa näytteissä on enemmän rikkiä kuin Anian vastaavissa näytteissä. Kaakko-luodesuuntainen malmiutuma kaatuu loivasti lounaaseen. Luoteeseen esiintymän jatke on vielä epäselvä. Malmiutuneista paljastumista kaakkoon kiisuuntuminen hiipuu ja Au-pitoisuudet ovat heikkoja. Vuonna 2007 tehdyn pintamoreenin kartoituksen mukaan Erkkilän ja Anian välisellä alueella on kohonneita kultapitoisuuksia (Kärkkäinen & Pelkkala 2013). Kuva 3. Erkkilän kairareikien sijainti. Tässä työssä käytetyt näytteet ovat rei`istä, jotka on merkitty punaisilla palloilla. Kairaussuunta on ilmoitettu kairareiän numeron jälkeen. Profiilit rei istä R409, R410, R428, R430 ja R431 ovat kuvissa 12 ja 13. Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 03/2013 aineistoa. Fig. 3. Drill hole locations at Erkkilä. The samples used in this work are from drill holes marked as red spheres. The direction of drilling is informed after the drill hole number. The profiles of drill holes R409, R410, R428, R430, R431 are presented in Figures 12 and 13. Contains data from the National Land Survey of Finland Topographic Database 03/

14 Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia Kalliojärvi GTK:n raskasmineraalitutkimusten yhteydessä vuonna 1994 löydettiin Kalliojärven moreeninäytteistä runsaasti kultahippuja. Raskasmineraalien ja kvartsiutuneiden arseenikiisupitoisten lohkareiden perusteella moreenissa todettiin olevan 400 metriä pitkä ja n m leveä Au- As-anomalia (Rosenberg 2000a). Alueella tehtiin myös magneettisia ja IP-mittauksia. Kohteeseen kairattiin vuosina yhteensä 38 kairareikää yhteispituudeltaan 1 814,40 metriä. Kairaukset rajoittuivat pääosin Au-pitoisen anomalian läheisyyteen sekä malmiutuneen kiven oletetuille jatkeille. Au-pitoiset kivilajit lävistetyissä hiertovyöhykkeissä ovat tunnistettavissa vaihtelevasta kvartsiutumisesta, kvartsijuonista ja arseenikiisusta. Kultaesiintymä todettiin kooltaan pieneksi ja hajanaiseksi. Vuonna 2001 suoritettiin lisäkairauksia kultakriittisen hiertovyöhykkeen syvemmälle painuvalle, läntiselle jatkeelle. Kairanäytteiden kemiallisten analyysien mukaan kultapitoisuudet jäivät kuitenkin indikaation luonteisiksi (Lehto 2004a). Kairaukset (649 m, 8 kpl) vahvistivat alueen rakennetulkintaa. Pienellä ja hajanaisella itä-länsisuuntaisella kultaesiintymällä on pituutta noin 250 metriä ja leveyttä metriä. Kalliojärven kairareikien sijainti on kuvassa 4. Rakenteeltaan Kalliojärven kultaesiintymä on poimuttunut ja muodostaa länteen tai lounaaseen avautuvan synkliinirakenteen (Rosenberg 2000a). Poimurakenteiden kyljillä on kairaustulosten perusteella heikompia Au-pitoisuuksia (Lehto 2004a). Itäosassa malmiutunut kivi nou- Kuva 4. Kalliojärven kairareikien sijainti. Tässä työssä käytetyt näytteet ovat rei`istä, jotka on merkitty punaisilla palloilla. Kairaussuunta on ilmoitettu kairareiän numeron jälkeen. Malmin puhkeama näkyy harmaana hevosenkengän muotoisena alueena. Profiili reiästä R350 on kuvassa 8 ja profiili reiästä R375 on kuvassa 9. Sisältää Maanmittauslaitoksen Maastotietokannan 03/2013 aineistoa. Fig. 4. Drill hole locations at Kalliojärvi. The samples used in this work are from drill holes marked as red spheres. The direction of drilling is informed after the drill hole number. The horseshoe-shaped grey area indicates the outcrop of the study area. The profile of drill hole R350 is presented in Figure 8 and the profile of drill hole R375 in Figure 9. Contains data from the National Land Survey of Finland Topographic Database 03/

15 Antti Kuikka see pintaan. Malmiutuma on moreenipeitteen alla olevassa kallioperän lähes vaaka-asentoisessa, kvartsijuonien pirstomassa ja pegmatiittijuonten lävistämässä hiertovyöhykkeesssä. Kultaesiintymän pääasiallinen isäntäkivi on kiillegneissi. Nirosen (2002) mukaan malmiutuma on antiformin laella mutta antiformiin saattaa sisältyä pienempiä synformeja. Lisäkairausten mukaan malmiutuma rajautuu lännessä siirrokseen. Syväkairaukseen ja kemiallisiin analyyseihin perustuvan arvion mukaan malmiutunutta kiveä on korkeintaa n tonnia (Rosenberg 2000a). Kalliojärven pohjamoreenista vuonna 2012 tehdyn tutkimuksen mukaan moreenin kohonneet Au-pitoisuudet alle 2,0 mm:n raekokofraktiossa sekä vapaat kultarakeet indikoivat hyvin malmiutuneen kiven puhkeamispaikkaa (Al-Ani & Kärkkäinen 2012). Pintapuhkeama edustaa oletettavasti poimun kärjen aluetta. Puhkeaman päällä on 3 10 m:n paksuinen moreenipeite. GTK suoritti vuosina jatkotutkimuksia Kalliojärveltä n. kaksi km pohjoiseen Kaitajärven alueella. Tavoitteena oli selvittää aikaisemmissa geokemiallisissa tutkimuksissa havaittu syvämoreenin kultapitoisuuden nousu Kaitajärven itäpuolella. Syväkairauksin todettiin kvartsijuonien leikkaama, hiertynyt kiillegneissi Au-anomaliseksi koillis-lounaissuuntaisissa hiertovyöhykkeissä. Kultaa on oletettavasti rikastunut samansuuntaisiin hiertovyöhykkeisiin myös Kalliojärven alueella (Lehto 2004b). 2 ETELÄ-SUOMEN KALLIOPERÄ JA KULTAESIINTYMÄT 2.1 Svekofenninen kallioperä Tutkimuskohteet sijaitsevat Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeellä, joka on osa Suomen svekofennistä kallioperää. Idässä svekofenninen kallioperä rajautuu arkeeiseen kratoniin, joka on osaksi paleoproterotsooisten sedimenttikivien peittämä. Lännessä alue rajautuu kaledoneihin Ruotsissa, ja etelässä svekofenniset kivet peittyvät nuorempien paleotsooisten sedimenttikivien alle Virossa. Valtaosan svekofennistä kallioperää muodostavat synorogeeniset (1,89 1,87 Ga) I-tyypin granitoidit (Kähkönen 1989). Paleoproterotsooisen kuoren ydin on Keski-Suomen granitoidikompleksi, jota ympäröivät Savon, Pohjanmaan ja Tampereen liuskealueet. Etelä- ja Keski-Suomen svekofennisen alueen kallioperän liuskejaksojen kivilajit ovat tyypillisesti alkuperältään 1,92 1,88 Ga sitten turbidiittivirtauksista mereen kerrostunutta paleoproterotsooista ja osin arkeeista vulkanogeenista ja sedimentogeenista ainesta sekä 1,92 1,87 Ga:n ikäisiä vulkaanisia kerrostumia (Kähkönen 2005). Vuorijononmuodostuksen aikaisessa alueellismetamorfoosissa (1,89 1,81 Ga) vulkanogeenisesta ja sedimentogeenisesta aineksesta syntyi eriasteisesti metamorfoituneita ja poimuttuneita hiekka- ja savikiviä, fylliittejä, kiilleliuskeita, kiillegneissejä, migmatiitteja, mustaliuskeita, sertti-, karbonaatti- ja kalkkisilikaattikiviä, amfiboliitteja sekä laavakiviä (Kähkönen 1998, 2005). Lahtinen ja muut (2011) jakavat kehityksen useaan eri orogeniaan ajalla 1,92 1,79 Ga. Svekofennisen alueen pintasyntyisten kivien alueella metamorfoosiaste vaihtelee vihreäliuskefasieksesta granuliittifasiekseen. Laaja-alaisin on korkean lämpötilan ja alhaisen paineen amfiboliittifasieksen metamorfoosiaste (Kähkönen 2005). Alueellisen metamorfoosin aikana korkein metamorfoosiaste saavutettiin migmatiittialueilla. Turun-Kerimäen linjan pohjoispuolisella ns. leukotonaliitti-migmatiittialueella on migmatiittien metamorfoosissa sulanut aines tonaliittista (Kähkönen 1998). Linjan eteläpuolella on migmatiittien sulanut aines kaligraniittista. Tonaliittisilla migmatiittialueilla metamorfoosin huippu saavutettiin 1,885 Ga, kun synkinemaattiset graniitit intrudoituivat sedimenttikiviin. P-T-olosuhteet olivat C ja 5 kb (Korja ja muut 1994, Kähkönen 1998). Kaligraniitti-migmatiittialueella metamorfoosin huippu saavutettiin samoissa metamorfoosiolosuhteissa kuin tonaliittisen migmatiittialueen 1,885 Ga. Kalirikasta graniittista sulaa syntyi vielä 1,86 1,81 Ga sitten nuoremmassa metamorfoosissa C:ssa ja 4 5 kb:n paineessa (Korja ja muut 1994). Toinen alueellisen metamorfoosin huippuvaihe, 1,83 1,81 Ga, vaikutti vain Turun-Kerimäen linjan eteläpuoleisella ns. kaligraniitti-migmatiittialueella, jossa migmatiittien neosomi tuolloinkin oli kaligraniittista (Kähkönen 1998, Lahtinen ja muut 2009). 14

16 Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia 2.2 Pirkanmaan migmatiittivyöhyke Yleisrakenteeltaan Tampereen liuskealue on itälänsisuuntainen synkliini, jossa metamorfoosiaste kasvaa vähitellen kohti antikliinisesti poimuttunutta Pirkanmaan migmatiittivyöhykettä. Pirkanmaan migmatiittivyöhyke sijaitsee pohjoisen Tampereen liuskealueen ja eteläpuolella sijaitsevan Hämeen liuskealueen välissä. Tampereen liuskealue on leveimmillään noin 20 km ja ulottuu katkonaisena Kankaanpäästä Luhangan tienoille Päijänteen itäpuolelle. Hämeen liuskealue ulottuu syväkivien pilkkomana Turun luoteispuolelta Saimaan liuskealueelle Virtasalmen ja Rantasalmen itäpuolella alkavaan Savon liuskejaksoon. Vulkanogeeniset kivet ovat Hämeen liuskealueella tyypillisempiä kuin Saimaan liuskealueella. Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeen ja Tampereen liuskealueen välinen raja on osin terävä siirrosraja, mutta paikoin Tampereen liuskeet muuttuvat migmatiittialueelle ominaisiksi gneisseiksi ja migmatiiteiksi asteittain (Kilpeläinen ja muut 1994, Kähkönen 1998). Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeen migmatiitit ja gneissit ovat valtaosin poimuvuoriston syntyä edeltäviä turbidiittivirtauksista mereen kerrostuneita grauvakkoja, siltti- ja savikiviä. Mustaliuskeet ja grafiittipitoiset liuskeet ovat yleisempiä Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeellä kuin Tampereen liuskealueella. Verrattuna Tampereen liuskealueeseen vulkanogeeniset kivet eivät ole Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeellä yleisiä (Kähkönen 1998). Ikämääritykset osoittavat, että Tampereen ja Pirkanmaan liuskejaksoilla on ollut samanaikainen noin 1,92 1,89 Ga sedimenttien kerrostumis- ja tektoninen historia (Lahtinen ja muut 2009). Zirkonista tehtyjen U-Pb-ajoitusten perusteella Tampereen liuskealueen ja Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeen stratigrafiassa alimpina olevien grauvakoiden ja konglomeraattien iäksi on ajoitettu noin 1,92 Ga. Sedimentaatio on jatkunut 1,885 Ga asti, mikä on lähellä Tampereen sedimenttikivien stratigrafiassa ylimpien konglomeraattien ikää 1,89 1,88 Ga. Pirkanmaan migmatiittivyöhykeen kallioperän varhaisin deformaatio ilmenee koostumuseroina näkyvän juovaisuuden suuntaisena liuskeisuutena (Kilpeläinen ja muut 1994). Tämän vaiheen deformaation aikana alueelle tunkeutui 1,89 Ga:n ikäisiä granitoidisia, mafisia ja ultramafisia sekä metamorfoosin huippuvaiheen 1,88 Ga:n ikäisiä tonaliittisia intruusioita (Kilpeläinen 1998). Toisen vaiheen deformaatio ilmenee kallioperässä akselitasoliuskeisuutena tai S1-liuskeisuuden krenuloitumisena. Tässä vaiheessa kiviin kehittyi niiden voimakkain suuntaus. Nuorinta deformaatiovaihetta luonnehtii luode- ja kaakkoissuuntaiset poimujen pystyt akselitasot ja hiertovyöhykkeet (Kähkönen 1998). Metamorfoosin huippuvaihe ( C ja 4 5 kb) saavutettiin tonaliittis-trondhjemiittisellä Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeellä D1-deformaatiovaiheen aikana granuliittifasieksen olosuhteissa (Mouri ja muut 1999). Metamorfoosin huippuvaiheen paine- ja lämpötilaolosuhteita indikoi mineraaliseurue granaatti, kordieriitti, sillimaniitti ja biotiitti (Kilpeläinen ja muut 1994). Tampereen liuskealueen kivet metamorfoituivat laaja-alaisesti alhaisen paineen amfiboliittifasieksessa (Kähkönen 1989). Uudelleenkiteytyneestä zirkonista tehtyihin iänmäärityksiin perustuen metamorfoosi huipentui 1,885 Ga Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeen eteläosissa Vammalan Ni-vyöhykkeellä. Migmatiittivyöhykkeen pohjoisemmissa osissa metamorfoosi huipentui 10 miljoonaa vuotta myöhemmin (Lahtinen ja muut 2009). Kilpeläisen (1998) mukaan Pirkanmaan metamorfinen evoluutio alkoi aikaisemmin kuin Tampereen liuskevyöhykkeellä. 2.3 Etelä-Suomen kultaesiintymät GTK:n Etelä-Suomen kohteellisten ja kohdentavien moreeni- ja raskasmineraalitutkimusten yhteydessä on löydetty 2000-luvulla lukuisia uusia Au-anomalisia kohteita Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeellä sekä Tampereen ja Hämeen liuskealueilla. Geokemiallisen kartoituksen tuloksena on löydetty mm. Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeen Ritakallion kultaesiintymä ja Hämeen liuskealueen Kedonajonkulman Cu-Au-esiintymä (Kärkkäinen ja muut 2012a). Etelä-Suomen kultaesiintymät on jaettu geneettisen luokittelun mukaan VMS-tyyppisiin, epitermisiin, porfyyrisiin tai muuntyyppisiin granitoideihin liittyviin Au-Cu-esiintymiin sekä vuorijononmuodostumisvaiheeseen liittyviin orogeenisiin kultaesiintymiin (Eilu 2012). Malmiutu- 15

17 Antti Kuikka mien isäntäkivenä ovat pääasiassa vulkanogeeniset, sedimentogeeniset ja intrusiiviset kivet. Etelä-Suomessa aktiivista kultakaivostoimintaa harjoitetaan tällä hetkellä Tampereen liuskealueella sijaitsevalla Oriveden Kutemajärvellä sekä Jokisivussa Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeellä. Kutemajärven kultaesiintymä luokitellaan geneettisesti epitermiseksi ja Jokisivu orogeeniseksi (Eilu & Pankka 2009). Oriveden Kutemajärven kaivoksen malmivarat ovat 0,347 Mt ja kultapitoisuus on 5,8 g/t; sen malmivarannot ovat 0,587 Mt ja kultapitoisuus on 6,5 g/t. Jokisivun malmivarat ovat 0,160 Mt ja kultapitoisuus 4,5 g/t; sen malmivarannot ovat 1,152 Mt ja kultapitoisuus 5,8 g/t (Dragon Mining 2014a). GTK on listannut kahden toiminnassa olevan kaivoksen lisäksi kultaesiintymiä Etelä-Suomen alueelta yhteensä noin kuusikymmentä (Eilu & Pankka 2009). Esiintymät sijaitsevat Hämeen, Pirkanmaan, Tampereen, Pohjanmaan ja Uudenmaan liuskejaksoilla ja niiden isäntäkivien ikä on 1,9 1,8 Ga. Pirkanmaan migmatiittivyöhykkeeltä on löydetty useita orogeenisiksi luokiteltuja kultaesiintymiä tämän tutkimuksen kohteiden lisäksi. Etelä-Suomen orogeenisia juonikultaesiintymiä on taulukossa 1. Vuorijononmuodostukseen liittyvät kultaesiintymät sijaitsevat pääasiassa lähellä maankuoren suuremman luokan kompressionaalisia rakenteita toisen tai kolmannen luokan siirroksissa tai hiertovyöhykkeissä (Groves ja muut 1998, Eilu ja muut 2003). Lähes kaikki tähän tyyppiin kuuluvat esiintymät Suomessa ovat pitkittäisinä hiertovyöhykkeiden ja siirrosten rakenteita mukaillen. Esimerkkinä suuremman mittakaavan maankuoren rakenteesta Suomessa on Raahe-Laatokka-sutuuri, jonka lähellä sijaitsevalla hiertovyöhykkeellä sijaitsee mm. Osikonmäen kultaesiintymä Rantasalmella. Kaikki Etelä-Suomen geneettisesti orogeenisiksi luokiteltujen juonikultaesiintymien isäntäkivet ovat metamorfoituneet amfiboliittifasieksen olosuhteissa. Kulta on pääasiassa hiertovyöhykkeiden yhteydessä sijaitsevissa kvartsijuonissa. Malmin esiintymisen suhteesta isäntäkiveen on päätelty, että kultaesiintymät ovat muodostuneet svekofennisen orogenian metamorfoosin huippuvaiheen aikana tai sen jälkeen 1,89 1,87 Ga tai 1,84 1,80 Ga (Saalmann ja muut 2009, 2010, Eilu 2012). Etelä-Suomen kultaesiintymistä on tehty tämän raportin kohteiden lisäksi useita muita opinnäytetöitä. Tampereen ja Pirkanmaan liuskejaksojen kultaesiintymistä on väitöskirjan tehnyt Ari Luukkonen (1994) ja pro gradu -tutkielmia ovat tehneet mm. Aarne Perälä (2003) Someron Satulinmäeltä, Jonas Wiik (2004) Halikon Kultanummelta, Hannu Lahtinen (2006) Huittisten Ritakalliolta, Tuomo Etelämäki (2007) Tammelan Riukasta, Teemu Voipio (2008) Huittisten Palokalliolta sekä Jarkko Klami (2013) Jokioisten Kedonajonkulman Cu- Au-esiintymästä. 16

18 Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia Taulukko 1. Etelä-Suomen epigeneettiset juonikultaesiintymät. Table 1. Epigenetic gold-quartz vein deposits in southern Finland. Esiintymä Liuskejakso Isäntäkivi Koko / Paras leikkaus (Au) Lähdeviite Deposit Geological Main host rocks Size / Best sections (Au) References district Eräjärvi Pirkanmaa Gabro / Gabbro 1 m/1 ppm GTK:n julkaisematon tieto / GTK unpublished data Hopeavuori Pirkanmaa Intermediaarinen vulkaniitti / 17,5 m/13,1 ppm Rautio & Tuokko (2013) Intermediate volcanic rock Isovesi Pirkanmaa Intermediaarinen tuffiitti / 3,7 m/5,3 ppm Rautio & Tuokko (2013) Intermediate tuffite Kaapelinkulma Pirkanmaa Kvartsidioriitti / Quartz diorite 0,1222 Mt/5,4 ppm Dragon Mining (2014a) Kaitajärvi Pirkanmaa Grauvakka / Greywacke 1 m/0,6 ppm Rautio & Tuokko (2013) Kivikesku Pirkanmaa Grauvakka / Greywacke 5 m/3,4 ppm Rautio & Tuokko (2013) Palokallio Pirkanmaa Gabro / Gabbro 1 m/1 41,8 ppm Grönholm ja muut (2011) Ritakallio Pirkanmaa Gabro / Gabbro 1,10 m/49,8 ppm Dragon Mining (2014b) Saarijärvi Pirkanmaa Mafinen vulkaniitti / Mafic metavolcanic rock 1 m/2,3 ppm GTK:n julkaisematon tieto / GTK unpublished data Tikkarinvuori Pirkanmaa Grauvakka / Greywacke 1 m/8,1 ppm Rosenberg (1998a) Vatanen Pirkanmaa Tonaliitti / Tonalite 10 m/0,5 ppm Rautio & Tuokko (2013) Välimäki Pirkanmaa Kiillegneissi / Mica gneiss 1 m/18 ppm Rautio & Tuokko (2013) Paiskallio Tampere Amfiboliitti / Amphibolite 0,5 2 m/0,16 62,9 ppm Rosenberg (2000b) Korvenala Häme Plagioklaasiporfyyri / 5,5 m/1 ppm Rosenberg (2000c) Plagioclase porphyry Liesjärvi Häme Granodioriitti / Granodiorite 6 m/2 ppm Kokkola (1986) Satulinmäki Häme Intermediaarinen vulkaniitti / Intermediate volcanic rock 0,36 Mt/2,23 ppm Kärkkäinen ja muut (2006b) Sukula Häme Intermediaarinen vulkaniitti / Intermediate volcanic rock 1 m/1,7 ppm GTK:n julkaisematon tieto / GTK unpublished data Uunimäki Häme Gabro / Gabbro 1 m/12,2 ppm GTK:n julkaisematon tieto / GTK unpublished data Iiruunjärvi Pohjanmaa Intermediaarinen vulkaniitti / Lohkarenäyte / Boulders: Laxström (2010) Intermediate volcanic rock 55,5 ppm Kalliosalo Pohjanmaa Plagioklaasiporfyriitti / 0,3 Mt/1 ppm Tyni (1983) Plagioclase porphyrite Larvanmäki Pohjanmaa Plagioklaasiporfyyri / Plagioclase porphyry 1 m/4,85 ppm GTK:n julkaisematon tieto / GTK unpublished data Lehtimäki Pohjanmaa Granitoidi / Granitoid Paljastumanäyte / Outcrop Kärkkäinen (1991) grab sample: 3,7 3,9 ppm Marttalanniemi Pohjanmaa Plagioklaasiporfyyri / 1 m/14,8 ppm Kärkkäinen (1990) Plagioclase porphyry Orisberg Pohjanmaa Amfiboliitti / Amphibolite Lohkarenäyte / Local boulders: 1,1 3,3 ppm Kärkkäinen & Huuskonen (1992) Peurakallio Pohjanmaa Tonaliitti / Tonalite Paljastumanäyte / Outcrop grab sample: 9,5 ppm GTK:n julkaisematon tieto / GTK unpublished data Pihlajaniemi Pohjanmaa Plagioklaasiporfyriitti / 1 m/1 ppm Oivanen (1982) Plagioclase porphyrite Sikakangas Pohjanmaa Plagioklaasiporfyyri/ 3 m/27,24 ppm Isomaa ja muut (2010) Plagioclase porphyry Sudenkylä Pohjanmaa Mafinen vulkaniitti / 1 m/3,5 ppm Lestinen ja muut (1991) Mafic volcanic rock Tervasmäki Pohjanmaa Plagioklaasiporfyyri/ 5 m/1,3 ppm Oivanen (1982) Plagioclase porphyry Timanttimaa Pohjanmaa Plagioklaasiporfyyri / 1 Mt/1 ppm Kärkkäinen (1993) Plagioclase porphyry Välikorpi Pohjanmaa Intermediaarinen vulkaniitti / 1 m/10,3 ppm Isomaa (2012) Intermediate volcanic rock Ylijoki Pohjanmaa Grauvakka / Greywacke 7 m/1 ppm Kärkkäinen (1992) 17

19 Antti Kuikka 3 AINEISTO JA TUTKIMUSMENETELMÄT Mikroskooppitutkimukset sekä SEM-EDS- ja elektronimikroanalyysit tehtiin GTK:n Etelä-Suomen yksikössä Otaniemessä. Malmi- ja harmemineraalien optisessa tutkimisessa käytettiin Leican polarisaatiomikroskooppia. Kuvia hienäytteistä on otettu polarisaatiomikroskooppiin liitetyllä Sonyn CCD-kameralla käyttäen ZEISS KS-400 kuvausohjelmaa. Optisia ja elektronioptisia tutkimuksia tehtiin kiillotetuista ohuthieistä, pintahieistä, epoksipohjaisista raskasmineraalipreparaateista ja halkaistuista kairanäytteistä. Osa hieistä oli tehty ennen tämän työn aloittamista. Hie- ja kairanäytteet (47 kpl) on listattuna liitteessä 1. Kuvat kairareikänäytteistä on otettu Canon Digital IXUS -kameralla. BSE-kuvia otettiin sekä SEM- EDS- että elektronimikroanalyysin yhteydessä. Kemialliset analyysit (ICP-AES, GFAAS, LECO) kairanäytteistä oli tehty jo aikaisemmin kultaesiintymien löytötutkimusten yhteydessä GTK:n kemian laboratoriossa. Analyysien perusteella on valittu näytesarja tähän tutkimukseen. Alkuaineista Au ja As ovat kultaesiintymien tärkeimpiä seuralais- eli pathfinder-elementtejä. MLA-analyysi täydentää optisia ja elektronioptisia tutkimuksia. 3.1 Hietutkimukset Kairanäytetutkimukset ja uudet näytteet otettiin Lopen valtakunnallisella kairasydänarkistolla. Kairanäytteiden Au-pitoisista ja kvartsiutuneista kultakriittisistä kohdista otettiin cm pitkiä halkisahattuja kairanäytteitä valokuvattavaksi ja uusien hieiden tekoa varten. Tässä tutkimuksessa käytän kairanäytteistä näytetunnuksia, joista ilmenee kairareikä ja näytteenottokohta syvyytenä. Anian rikastenäytteiden lisäksi kairanäytemurskeen sulfidifraktiosta valmistettiin uusia pintahieitä epoksipohjaisina preparaatteina. Erkkilän ja Kalliojärven kairanäytemurskeista tehtiin hienonnuksen jälkeen uusia raskasmineraalirikasteita. Spiraalirikastimella erotettiin kultapitoinen sulfidifraktio (kuva 5). Kuvan kultapitoinen aines ei ole tämän tutkimuksen kultaesiintymien näytteistä. Rikastuksen suoritti tutkimusassistentti Janne Tranberg. Erkkilän esiintymän kultahippuja sisältävä sulfidifraktio on kuvassa 6. Hippuefektin ja isomman näytteen vuoksi Erkkilän rikasteen R427-31,00-32,00m Au-pitoisuudet ovat suurempia kuin kultaesiintymän löytövaiheen vastaavan kairanäytteen kemiallisten analyysien. Erkkilän rikastenäytteen kultapitoisuuden on laskenut Pekka Huhta. Kultapitoisuuden laskukaava on teoksesta Huhta (1993) (liite 2). Kuva 5. Spiraalirikastin eli kultakoira. Urien syvyys on noin 0,5 cm. Raskaimmat mineraalit kulkeutuvat ensimmäisinä keskellä olevasta reiästä läpi. Fig. 5. Gold Hound choke. The depth of the grooves is about 0.5 cm. The heaviest minerals pass first through the hole in the middle. 18

20 Pirkkalan alueen kultaesiintymien malmimineralogia Kuva 6. Erkkilän raskasmineraalirikaste kairanäytteestä R427 syvyydeltä 31,00 32,00 m. Fig. 6. Heavy mineral concentrate from drill-core sample R427 of Erkkilä in the down-hole depth range m. A. Raskasmineraalirikaste, jossa on muutama kultahippu. Rikasteen sulfidit ovat pääosin magneettikiisua ja arseenikiisua. Kuva: Kari Kojonen, GTK. A. Heavy mineral concentrate with some gold grains and other minerals. The most common sulphides in the concentrate are pyrrhotite and arsenopyrite. Photo: Kari Kojonen, GTK. B. Saksanpähkinän muotoinen kultarae. Kuva: Kari Kojonen, GTK. B. A walnut-shaped gold grain. Photo: Kari Kojonen, GTK. 3.2 Elektronimikroanalyysi Mineraalien elektronimikroanalyysi tehtiin käyttämällä GTK:n Cameca SX100 elektronimikroanalysaattoria ja hyödyntämällä aallonpituusdispersiivistä (WDS) analyysitekniikkaa. Analysoitavan mineraalin mukaan elektronisäteen virranvoimakkuus oli na ja kiihdytysjännite 20 kv. Elektronisäteen läpimitta oli 1 µm. Standardeina käytettiin luonnon mineraaleja, synteettisiä yhdisteitä ja puhtaita metalleja. Analyysitulokset korjattiin käyttämällä PAP on-line -korjausohjelmaa (Pouchou & Pichoir 1986). Elektronimikroanalyysissä näytteet olivat hiilipäällystettyjä. Ryhmästandardien käyttö aiheutti piikkien päällekkäisyyksien vuoksi runsaasti ylimääräisiä epätodellisia alkuaineita. Elektronimikroanalyysi tehtiin yhteistyössä Lassi Pakkasen, Mia Tiljanderin ja Bo Johansonin kanssa. WDS-analyysissä käytetyt kalibrointistandardit ovat liitteessä 3. Analyysideklaraatiot ovat liitteissä 4 7. Elektronimikroanalyysitulokset ovat liitteissä SEM-EDS-analyysi Malmi- ja harmemineraalien kemiallista koostumusta tutkittiin kvalitatiivisesti JEOL JSM-5900LV pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM), johon on liitettynä energiadispersiivinen röntgenspektrometri (EDS). Ajot on suoritettu 20 kv:n kiihdytysjännitteellä low vacuum -moodissa. SEM- EDS-analyysin näytteet olivat päällystämättömiä. SEM-EDS-menetelmä on herkempi kontaminaatiolle, ja ongelman muodostavat myös päällekkäiset spektriviivojen piikit joidenkin alkuaineiden, kuten lyijyn ja rikin, kohdalla. Analyysitulosten painoprosentit on vakiosummattu sataan. SEM- EDS-analyysit on suoritettu yhteistyössä Kari Kojosen kanssa. 19

21 Antti Kuikka 3.4 MLA-tutkimus MLA (Mineral Liberation Analyzer) on automaattinen mineraalien analyysimenetelmä, jota käytettiin tutkimuskohteiden raskasmineraalirikasteiden tutkimuksessa. MLA-analyysin suoritti Jukka Laukkanen GTK:n mineraalitekniikan laboratoriossa Outokummussa. Menetelmä antaa tietoa kultaesiintymien mahdolliseen myöhempään kaivostoimintaan vaikuttavista sovelletuista malmimineralogisista tekijöistä, kuten metallisen kullan raekoosta, liberaatioasteesta (vapaan kullan määrä / sulkeumina esiintyvä kulta) sekä raskasmineraalifaasijakaumasta ja sulkeumasuhteista. MLA-työn tuloksia kuvataan luvussa 9. 4 TUTKIMUSALUEEN KIVILAJIT JA MALMIN ESIINTYMINEN Pirkkalan ja Lempäälän alueen kivilajit ovat pääosin eriasteisesti gneissiytyneitä liuskeita ja niitä leikkavia pegmatiittijuonia (kuva 7). Vulkanogeenisten kivien osuus jää pieneksi. Alueen kultaesiintymille ja Au-aiheille tunnusomaisena piirteenä on se, että kulta esiintyy kvartsiutuneissa ja hiertyneissä kivilajeissa sekä kohonneet kultapitoisuudet korreloivat positiivisesti arseenin ja vismutin kanssa. Kartta-alueelle tunnusomaisena piirteenä ovat liuskeisuuksien lähes pystyasentoiset kaateet. 4.1 Tutkimuskohteiden kivilajien ja malmin esiintymisen vertailu Kerrostumisympäristönä kartta-alueen epiklastisille sedimenttikiville on oletettavasti ollut mannerrinne tai vulkaanisen kaaren etumaa-allas. Mereen kerrostuneista epiklastisista turbidiittisista sedimenteistä (pääasiassa grauvakkoja) ja merenpohjan grafiittipitoisesta liejusta on muodostunut metamorfoosissa ja deformaatiossa poimuttuneita liuskeita, gneissejä ja mustaliuskeita. Kultaesiintymien kairanäytteissä on havaittavissa tämä kerrostumishistoria. Gneisseissä vuorottelevat vaaleat psammiittiset ja osin konglomeraattisen karkeat välikerrokset ja peliittiset, enemmän kiillettä sisältävät ja savisemmat, väriltään tummemmat kerrokset. Peliittiset ja psammiittiset kerrospatjat vaihtelevat noin metrin paksuisista kerroksista pienipiirteiseen raitaiseen kerroksellisuuteen. Runsaasti kiillettä sisältävissä gneisseissä on erotettavissa biotiittiporfyroblasteja. Hienorakeisissa hiekkaisemmissa kerroksissa erottuu paljaalla silmällä kvartsi- ja maasälpäjyväsiä. Asultaan massamaisissa kerroksissa primääristä kerroksellisuutta on enää vaikea havaita. Deformaatio on aiheuttanut kerroksiin pienimittakaavaista poimutusta, budinoitumista ja pinch and swell -rakennetta. Tämän tutkimuksen kultaesiintymien pääkivilaji on kvartsiutunut ja eriasteisesti gneissiytynyt ja uudelleen kiteytynyt, kiillepitoinen grauvakkaliuske (turbidiitti). Käytän tämän tutkimuksen esiintymien gneissiytyneistä liuskeista myös termiä kiille- gneissi. Harmaissa ja osin ruhjeisissa gneisseissä on väriltään vihreää karsimuodostusta (diopsidi) ja tummempia grafiittirikkaita raitoja sekä punertavia, deformoitumisesta johtuvia hiertyneitä ja breksioituneita myloniittisaumoja. Kultakriittisissä hydrotermisesti muuttuneissa gneisseissä on paljain silmin nähtäviä muskoviittisuomuja, arseenikiisua, rikkikiisua ja magneettikiisupirotetta. Gneissien kerroksellisuutta leikkaavat terävästi pegmatiitit, apliitit ja poimuilevat kvartsijuonet. Punertavien ja harmaiden pegmatiittien ja apliittien lisäksi Aniassa esiintyy vaaleaa runsaasti kvartsia sisältävää pegmatiittia. Turmaliinin lisäksi pegmatiiteissa esiintyy muskoviittilevyjä ja granaattiporfyroblasteja. Kvartsiutuminen näkyy esiintymien gneisseissä kvartsijuonien lisäksi myös kvartsisuonina ja linsseinä. Kvartsiutuminen on johtunut hydrotermisten SiO 2 -liuosten tunkeutumisesta kiillegneissiin. Kultaesiintymien kvartsijuonien vihertävissä raoissa ja saumoissa esiintyy yleisesti serisiittiä ja karbonaattia sekä juonien reunoilla granaattiporfyroblasteja ja kloriittiutumista. Suonigneissimäisiä liuskeita esiintyy joko sen vuoksi, että graniittista ainesta on tunkeutunut gneissiin ulkopuolelta tai gneissin migmatiittiutumisen vuoksi, kun runsaasti kiillettä sisältävät sedimenttikerrokset ovat alkaneet sulaa. Migmatiittiutumisesta syntyneitä leukosomisilmäkkeitä, suonigneissimäisiä osueita ja kvartsisuonia on vaikea erottaa toisistaan. 20