ETELÄ-POHJANMAAN METASEDIMENTTIEN KEMIALLISESTA KOOSTUMUKSESTA

Transkriptio

1 RAPORTTITIEDOSTO N:O 3410 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS M19/2222/91/1/10 Etelä-Pohjanmaa Koskee 1244, 2311, 2313, 2323 Niilo Kärkkäinen ETELÄ-POHJANMAAN METASEDIMENTTIEN KEMIALLISESTA KOOSTUMUKSESTA

2 1 SISÄLLYS: 1. JOHDANTO 1.1 Työn tausta 1.2 Aineisto 1.3 Kallioperän yleispiirteet 2. EPIKLASTISET METASEDIMENTIT 2.1 Liusketyypit 2.2 Modaalinen koostumus 2.3. Kemiallinen koostumus Luokitteludiagrammit Pääkomponentit Keskipitoisuus Profiilidiagrammit Hivenalkuaineet Keskipitoisuus Profiilidiagrammit 3 KEMIALLISET METASEDIMENTIT 3.1 Esiintyminen 3.2 Kemiallinen koostumus 3.3 Malmikriittisyys 4. TARKASTELUA 4.1 Kerrostumisympäristö ja lähdealue 4.2 Petrogeneettiset diagrammit 5 YHTEENVETO 6 KIRJALLISUUS LIITTEET liite 1 Kemiallisten metasedimenttien korrelaatiomatriisi liite 2 Kemiallisten metasedimenttien faktorianalyysi

3 2 1. JOHDANTO 1.1 Työn tausta Tarkoituksena on selvittää Etelä-Pohjanmaan liuskeiden kemiallisessa koostumuksessa havaittavia piirteitä, jotka mahdollisesti kuvastavat liuskevyöhykkeen rakennetta tai malminmuodostusprosesseja. Malminmuodostuksen suhteen tyyppialueena pidetään Seinäjoen antimonivyöhykettä, johon liittyy myös tinan, kullan ja wolframin mineralisoitumista (mm. Pääkkönen 1966, Oivanen 1982, 1983). 1.2 Aineisto Näytteet on kerätty paljastumista, jotka sijaitsevat neljässä jokseenkin liuskevyöhykkeen poikkisuuntaisessa leikkauksessa (kuvat 1 ja 2). Liuskevyöhykkeen länsi- ja eteläosaa edustavat Orisbergin alue Ylistarossa sekä Seinäjoen ja Lapuan alueet. Kemiallisista metasedimenteistä on näytteitä myös lännempää, Maalahden Nikkarin alueelta. Kaarimaisen liuskevyöhykkeen itäosalta näytteet ovat Vimpelin - Lappajärven korkeudelta ja pohjoisosasta linjalta Kaustinen - Teerijärvi(-Alahärmä). Kaustisen alueelta osa näytteistä on otettu Lopen arkiston kairasydänmateriaalista malmitutkimusraporttien perusteella (mm: Lindmark 1977). Tässä yhteydessä käsitelty aineisto käsittää noin 200 pala-, minikaira- ja kairasydännäytettä, joista on tehty kemialliset monialkuaineanalyysit (ZNAA/VTT, ICP/GTK).

4 3 Epiklastisten kivien kemiallista koostumusta kuvataan alueittain yksinkertaisen statistiikan ja karttakoordinaattien mukaisesti paikkaan sidottujen pitoisuusjakaumien avulla. Erilaisia lähdealueita ja kerrostumisympäristöä mahdollisesti kuvastavia petrologisia erotteludiagrammeja testattiin. Ne soveltuvat ainakin osa-alueiden keskinäiseen vertailuun. Kuva 1. Tutkimusalueen sijainti ja näytteenottoprofiilien sijoittuminen Sakselan (1933, 1935) mukaan piirretyllä karttapohjalla.

5 4 Lähinnä malmigeologiselta kannalta on tarkasteltu myös kemiallisia sedimenttejä, joihin on sisällytetty myös tavanomaista runsaammin grafiittia ka kiisuja sisältävät sedimenttisiksi tulkitut liuskeet. Eniten näytteitä on Seinäjoen alueelta. Alueen liuskeita käsitellään yksityiskohtaisemmin ja käytetään vertailuaineistona muiden osa-alueiden näytteisiin. Kuva 2. Näytteenottopisteiden jakautuminen karttalehtijaon mukaisella indeksikartalla, jossa ruudut vastaavat 1:10'000- mittakaavaisia karttalehtiä.

6 1.3 Kallioperän yleispiirteet Etelä- ja Keski-Pohjanmaan kallioperäkartoituksen tehnyt Saksela (1935) kutsui alueen yleisintä liusketyyppiä biotiitti-plagioklaasigneissiksi, jonka alkuperän arveli osittain sedimenttiseksi ja osittain, erityisesti leptiittijaksoihin rajautuvissa ja vaihettuvissa vyöhykkeissä, vulkaaniseksi. Liuskeiden katsottiin olevan valtaosin vulkaniitteja nuorempia. Laitakarin (1942) mukaan biotiitti-plagioklaasigneissin normaalisedimenttisen ja tuffisedimenttisen syntytavan voi erottaa toisistaan vain huomioimalla suhde muihin kiviin. 5 Vanhat käsitykset svekofennidien bottnialaisen yksikön luonteesta eivät ole ristiriidassa uudempien tulkintojen kanssa. Mm. Gaálin (1986) mukaan svekofennidien varhaisproterotsoisen saarikaaren vulkaanisten sedimenttien ympärillä on vulkanogeenisia turbidiitteja, jotka vaihettuvat kiilleliuskeiksi, -gneisseiksi ja migmatiiteiksi muodostaen vyöhykkeitä vulkaanisten jaksojen väliin. Tampereen liuskealueen grauvakoissa on todettu olevan runsaasti vulkaanista alkuperää olevaa materiaalia (Ojakangas 1986). Ojakankaan (1986) mukaan H. Huhman isotooppitutkimukset viittaavat siihen, että svekofennidisiin grauvakoihin on tullut vain vähän vanhan kuoren materiaalia ja valtaosa sedimenteistä erodoitui 'resenttisestä' vulkaanista alkuperää olevasta kuoresta. Laajoen (1986) mukaan on mahdollista, että svekofennidiset liuskeet edustavat muinaisen mantereen läheisyydessä tai osittain jopa sen päällä olevan saarikaaren tai vastaavan systeemin tuotteita. Uusin Tampereen liuskealueesta karttunut tietous osoittaa paleotektoonisten olosuhteiden, vulkanismin ja sedimentologian olleen ainakin yksityiskohdissaan monimuotoisempaa kuin aiemmin oletettiin (Kähkönen 1989, 1990). Yksityiskohtaisempia kuvauksia Etelä-Pohjanmaan liuskeista on mm. Evijärven (Vaarma 1984), Seinäjoen (Pääkkönen 1966, Oivanen 1982, Mäkitie 1990), Kuortaneen (Tyrväinen 1985) ja Kaustisen alueilta (Vanne 1984). Vittingin jakson kvartsirikkaista kiviä ovat tutkineet Hietanen (1938), Kokko (1983) ja Tuukki (1984). Liuskekaaren pohjoisosan grafiittirikkaiden liuskeiden geokemiaa ovat tarkastelleet mm. Lindmark (1978), Talvitie ym. (1980), Lonka (1981) ja Ruskeeniemi ym. (1986).

7 6 Liuskeiden kemiallisia analyysejä ja kuvauksia sisältyy myös Lonkan (1967) koko maan liuskeiden hivenmetallipitoisuuksia käsittelevään tutkimukseen. Sakselan (1935) ja Laitakarin (1942) mukaan Etelä- Pohjanmaa edustaa korkeampaa stratigrafiatasoa kuin Keski-Pohjanmaa. Sittemmin yläbotnialaisiksi on luettu grauvakkavyöhykkeitä, joissa on välikerroksina emäksisiä vulkaniitteja ja grafiittiliuskeita (Luukkonen ja Lukkarinen 1986). Yhteenvetona tutkimusalueesta voidaan todeta, että liuskevyöhyke muodostaa kaaren Vaasan graniitin ympärille. Valtakivilaji on grauvakkakoostumuksinen kiilleliuske tai -gneissi. Liuskekaaren sisäosa on rakenteeltaan ja koostumukseltaan varsin homogeeninen. Tyypillisiä eriasteisesti migmatiittiutuneissa kiillegneisseissä ovat vähäiset grafiitti- ja rautakiisupitoiset välikerrokset. Johtohorisontin muodostavat tholeiittiset emäksiset metavulkaniitit, joista yhtenäisin on Vittingin amfiboliittijakso liuskevyöhykkeen eteläosassa. Siihen ovat rinnastettavissa pohjoisempana Teerijärven alueen amfiboliitit. Amfiboliittijaksoihin liittyy grafiittipitoisia liuskeita ja sulfidirikkaita, kalkkisilikaattisia sekä liuskevyöhykkeen eteläosassa myös oksidisia kemiallisia metasedimenttejä. Liuskekaaren ulkoreunalla liuskeiden koostumus ja rakenne ovat vaihtelevampia. Osittain se johtuu alhaisemmasta metamorfoosiasteesta. Vulkaniitit ovat valtaosin kalkkialkalisia ja intermediaarisia. Seinäjoen alueen liuskeissa on erotettavissa alumiinirikas yksikkö, kvartsi-maasälpärikkaita patjoja sekä rakenteeltaan kerrallisten grauvakoiden yksikkö. Vastaavan tyyppistä vaihtelua on kuvannut Vaarma (1984) liuskevyöhykkeen pohjoisosassa, Evijärven alueella. Metamorfoosiaste kohoaa koko liuskekaaren alueella kohti Vaasan graniittia, jonka kontaktivyöhykkeellä esiintyy sillimaniitti-, kordieriitti- ja granaattigneissejä.

8 7 Liuskekaaren keskivaiheilla - Lappajärven korkeudella - metamorfoosiaste on alhaisin vyöhykkeen itäreunalla, missä Perhon mafisten metavulkaniittien mineraalikoostumus vastaa epidootti-amfiboliittifasiesta. Metamorfoosiaste kasvaa varsin jyrkästi länteen päin. Vaarman (1984) mukaan Lappajärven ja Kaustisen alueiden välissä sijaitsevalla Evijärven alueella kiilleliuskeiden indeksimineraaleja ovat stauroliitti ja granaatti liuskevyöhykkeen itäosassa. Ne korvautuvat liuskevyöhykkeen keskiosalla muskoviitilla ja länsiosassa porfyroblastit ovat kalimaasälpää ja sillimaniittia. Seinäjoen antimonivyöhykkeen metamorfoosiaste vastaa amfiboliittifasieksen andalusiitti-isogradia ja metamorfoosiaste kasvaa sieltä progressiivisesti etelään (Mäkitie 1990), mutta myös kohti Vaasan graniittia pohjoisessa ja liuskejakson pituussuunnassa länteen päin. Metamorfisten leikkausten luonteesta, isogradien suunnasta ja mahdollisista epäjatkuvuuspinnoista ei viimeksi mainituilta osin ole yksityiskohtaisempia selvityksiä. 2. EPIKLASTISET METASEDIMENTIT 2.1 Liusketyypit Kerätystä materiaalista yleisin ryhmä ovat rakenteettomat, raitaiset tai massamaiset, yleensä hienorakeiset kiillegneissit, jotka ovat eriasteisesti migmatiittiutuneet. Liuskevyöhykkeen eteläosalla, Seinäjoen alueella (kuva 3) on kentällä erotettu kolme petrografista ryhmää. Yleisimpiä ovat lameelaarisesti tai kerrallisesti kerrokselliset metagrauvakat (kuva 4 ja 5). Osaa tästä paljastumissa selvästi erottuvasta ryhmästä on malmitutkimuksissa nimitetty myös tuffiiteiksi. Kivissä on yleensä silminnähden erotettavissa pieniä mineraalisiruja, jotka ovat valtaosin kvartsia.

9 8 Kuva 3. Näytteenottopisteiden sijainti Seinäjoen alueella karttalehdillä ja 08; kivilajit Neuvosen (1961) ja Oivasen (1981( mukaan.

10 9 Kivet ovat tyypillisiä Seinäjoen kaupungin eteläpuolella, Pajuluoman-Routakallion alueella ja siitä pohjoiseen Seinäjoen kaupungin alueella. Kerrospaksuus vaihtelee keskimäärin cm:stä noin yhteen metriin. Seinäjoen kaupungin pohjoispuolella kerrospaksuus ohenee tai kivet käyvät rakenteettoman massamaisiksi tai migmatiittisen raitaisiksi. Vittingin alueella kerrallisia grauvakkaliuskeita esiintyy amfiboliitijakson molemmilla puolilla. Tyypillisesti jakson pohjoispuolella niiden peliittisissä raidoissa esiintyy sillimaniittia. Grauvakkamamaisissa kivissä on yleisesti kalkkisilikaattilinssejä ja satunnaisesti esiintyy virtakerrosrakenteita ja karkeampia välikerroksia (kuvat 6, 9 ja 10). Karkeaklastisiset grauvakat käyvät yleisemmiksi lännempänä, Kuortaneen Tiisjärven alueella (mm. Tyrväinen 1984). Pajuluoman - Routakallion alueella esiintyy peliittien ja grauvakkavaltaisen yksikön välissä n. 10 m paksu kerrosrakenteinen konglomeraattipatja sekä ohuita kvartsiittisia tai kvartsiutuneita liuskeita, joissa kvartsin ohella on serisiittiä tai fibroliittia. Mm. Marttalanniemen Aumineralisoituneessa vyöhykkeessä esiintyy tektonisesti fragmentoitunutta serisiitti-kvartsikiveä, joka vastannee Pääkkösen (1966) kuvaamia Törnävän antimonimineralisaation sivukiviä. Liuskevyöhykkeen pohjoisosalla, Evijärven alueella vallitseva liusketyyppi on metagrauvakka, joka on kerrostunut sameusvirtausmekanismilla siten, että yleisin turbidiittityyppi on Bouman A-yksikkö (Vaarma 1984). Vimpelin-Lappajärven leikkauksen itäreunalla, Perhon alueella kiilleliuskeiden kerrospaksuus on 1-10 cm ja mineraalikoostumus vastaa yleisesti subgrauvakkaa (Laajoki 1966). Seinäjoen alueella toisen liuskeryhmän muodostavat andalusiittikiilleliuskeet. Plastisen kiilleliuskeen ja niukemmin kiillettä sisältävien kivilajiyksiköiden kompe-

11 10 Kuva 4. Kerrosrakenteinen metagrauvakka, Lauttajärvi, Ylistaro, kartta , X= , Y= Kuva 5. Kerrosrakenteinen metagrauvakka, Kapernaumi, Seinäjoki, kartta , X= , Y=

12 11 tenssieron seurauksena alumiinirikas kiilleliuske poimuilee osittain epäjatkuvina patjoina Pajuluoman kassiteriittipegmatiitin ja Routakallion plagioklaasiporfyriittimuodostuman alueella sekä siitä etelään. Andalusiittikiilleliuskeita esiintyy myös Orisbergin alueella Vittingin amfiboliittijakson eteläpuolella. Koostumukseltaan jokseenkin vastaavia stauroliittikiilleliuskeita esiintyy Kaustisen ja Teerijärven välisellä alueella. Ahvenjärvellä suoritettujen syväkairausten perusteella ne sijaitsevat intermediaarisen vulkaanisen yksikön päällä (Lindmark 1979). Evijärven alueella kiilleliuskeita esiintyy satunnaisina välikerroksina metagrauvakassa, joskin yleisesti ja siten, että peliit-tisen materiaalin osuus on alueen itäosissa hieman suurempi kuin muualla (Vaarma 1984). Evijärven alueella esiintyy myös peliittisiä sulfidi-grafiittiliuskeita (Vaarma 1984), jotka liuskevyöhykkeen eteläosassa on yleisimpiä liuskekaaren sisäkehällä eli Vaasan graniitin puoleisella osalla. Kolmas ryhmä Seinäjoen alueella ovat kvartsi-maasälpärikkaat, lähinnä massamaiset kivet, joita on myös kutsuttu happamiksi tuffiiteiksi (kuvat 7 ja 10b). Niukasti kiillettä sisältäviä kerroksia esiintyy andalusiittikiilleliuskeiden ja grauvakkaliuskeiden kontaktivyöhykkeellä yleensä korkeintaan muutamia metrejä paksuina patjoina (Bouman A-horisontti?). Muilla alueilla niukasti kiillettä sisältäviä liuskeita esiintyy Vimpelin ja Kaustisen alueilla intermediaaristen vulkaniittien välikerroksina sekä vulkaniittien ja kiille-liuskeiden kontaktivyöhykkeellä. Vimpelin Hallapuron alueella niitä on pidetty sedimentteinä (Laajoki 1966), mutta osaa kivistä lienee pyroklastisia tai epiklastisia vulkaniitteja (ks. mm. kuva 13). Vanteen (1978) mukaan Kaustisen alueella esiintyy karsikivihorisontin ja kiille-liuskeiden välissä paikoin m paksulti kerrallista leptiittistä kiveä.

13 12 Kuva 6. Virtausrakenteinen metagrauvakka, Tarikonkorpi, Nurmo, kartta , X= , Y= Kuva 7. Kvartsimaasälpäliuskekerros metapeliitissä, Routakallio, Seinäjoki, kartta , X= , Y=

14 Modaalinen koostumus Taulukossa 1 on esitetty Seinäjoen alueen tyyppikivien modaalisia analyysejä ja taulukossa 2 vastaavia kemiallisia analyysejä. Mineraalikoostumus on puhtaasti metamorfinen ja sidoksissa isokemialliseen uudelleenkiteytymiseen, ja siten mm. Blattin (1985) kuvaamat pääkomponenttien varhaisen vaiheen tasapainottumiseen liittyvät muuttumisreaktiot eivät ole jäljitettävissä. Seinäjoen alueen liuskeissa yleensä vain kvartsi on tunnistettavissa klastiseksi (kuvat 8 ja 9). Kivilajisirut ovat harvinaisia tai niin voimakkaasti uudelleenkiteytyneet, ettei alkuperäinen kivilaji yleensä ole määritettävissä (kuvat 10 a ja b). Seinäjoen andalusiittikiilleliuskeissa on biotiitin ohella muskoviittia. Maasälpää runsaammin sisältävissä liuskeissa kiille on lähes yksinomaan biotiittia ja mm. granaattia esiintyy suhteellisen vähän porfyroblasteina. Vyöhykkeen eteläosalla porfyroblastisina kasaumina esiintyvä muskoviitti korvaa andalusiitin kiillerikkaissa liuskeissa. Yksityiskohtaisesti alueen liuskeiden metamorfisia muuttumisilmiöitä on tutkinut Hannu Mäkitie (mm. Mäkitie 1990). Kvartsi-maasälpäliuskeiksi luokitelluissa kivissä kvartsia voi olla jopa 60 %, jolloin muiden komponenttien osuus jää vähäiseksi. Myös metagrauvakoiksi luokitellut kivet ovat kvartsivaltaisia. Ne sisältävät % kvartsia (> 65 SiO 2 ).Plagioklaasi on vallitseva maasälpä. Mikroskooppisesti erottuvien, yleensä melko hyvin pyöristyneiden jyvästen osuus on enimmillään parikymmentä prosenttia. Suurin osa niistä on kvartsia. Kalimaasälpää on sanottavasti vain karkearakeisissa muunnoksissa, joissa maasälvän osuus voi kohota 30 %:iin.

15 14 Taulukko 1. Seinäjoen alueen kiilleliuskeiden ja -gneissien, metagrauvakoiden sekä kvartsi-maasälpäliuskeiden modaalisia koostumuksia, paikat tarkemmin taulukossa Kvartsi Plagioklaasi Kalimaasälpä - on Biotiitti Muskoviitti Muut klasteja kpl/ p., joista kvartsi kpl plagioklaasi kpl kalimaasälpä kpl kivisirut kpl on Määritykset on tehnyt Jussi Leveinen v Metapeliitti; Seinäjoki, NKK Kerrallinen metagrauvakka, NKK Kerroksellinen metagrauvakka, NKK Kerroksellinen metagrauvakka, NKK Kerroksellinen metagrauvakka, NKK Taulukko 1. jtk Kvartsi Plagioklaasi Kalimaasälpä Biotiitti Muskoviitti Muut klasteja kpl/ 170 ei määr. ei määr p., joista kvartsi kpl plagioklaasi kpl 19 1 kalimaasälpä kpl 15 - kivisirut kpl on Karkeaklastinen metagrauvakka, NKK Kiilleliuske, NKK Kvartsimaasälpäliuske, NKK Kvartsimaasälpäliuske, NKK

16 15 Taulukko 2. Seinäjoen alueen kiilleliuskeiden ja -gneissien, metagrauvakoiden ja kvartsi-maasälpäliuskeiden kemiallisia koostumuksia (vrt. taulukko 1) SiO 2 % TiO Al 2 O Fe 2 O MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O Rb ppm Ba Sr La Th Routakallio; , , NKK Pentinneva; , , , NKK Kapernaumi; , , , NKK Kapernaumi; , , , NKK Kapernaumi; , , , NKK Taulukko 2 jtk Si 2 O TiO Al 2 O Fe 2 O MnO MgO CaO Na 2 O K₂O P₂0₅ Rb ppm Ba Sr La Th Tarikonkorpi; , , NKK Lauttajärvi; , , NKK Pajuluoma; , , NKK Routakallio; , , NKK

17 16 Kuva 8. Mikroskooppikuva noin viisinkertaisella suurennoksella tyypillisestä hienorakeisesta metagrauvakaksi luokitellusta liuskeesta, jossa on harvakseltaan makroskooppisesti erottuvia jyväsiä. NKK , Pentinneva, Seinäjoki; , , Kuva 9. Kerrallisen karkeahkorakeisen metagrauvakan mikroskooppirakenne, suurennos noin 5-kertainen; kuvan keskellä oleva tumma juova on heikosti uudelleenkiteytynyt liuske-fragmentti. Näyte 2222-R m, Marttalanniemi. Nurmo, , ,

18 17 Kuva 10. Karkearakeisen grauvakkaliuskeen (a) ja tuffiittisen (?) kvartsimaasälpäliuskeen (b) mikroskooppikuvia, joissa on nuolella merkitty uudelleenkiteytyneitä kivilaji-fragmentteja. Näytteet: (a) NKK , Tarikonkorpi, , , (b) NKK-83-58, Koninpäänmäki, , ,

19 Kuva 11. Etelä-Pohjanmaan epiklastisten kivien ryhmittyminen Herronin (1998) luokitteludiagrammien mukaan. 18

20 19 Kuva 12. Natrium-kalium-suhteen vaihtelu Etelä-Pohjanmaan liuskenäytteissä. (a) Seinäjoen - Lapuan alue, näytteet on eroteltu kenttäluokittelun mukaisesti omilla tunnuksilla (b) kiilleliuskeet ja -gneissit muilta osa-alueilta, tunnukset viittaavat alueeseen

21 Pääkomponentit Keskipitoisuudet Taulukossa 3 on detritaalisten liuskeiden keskipitoisuuksia eri osa-alueilta. Taulukossa 4 on vastaavasti keskipitoisuuksia rakenteeltaan eri tyyppisistä liuskeista. Liuskevyöhykkeen pituussuunnassa pääkomponenttien alueellisissa keskipitoisuuksissa on vain vähäisiä eroja. Keskiosalla, eli Seinäjoen ja Vimpelin-Lappajärven alueilla, on vähän rautaa suhteessa alkaleihin. Lisäksi Vimpelin - Lappajärven alueen näytteet ovat keskimääräistä kvartsirikkaampia, mikä heijastuu alhaisena alumiini-oksidipitoisuutena. Lännessä, Orisbergin alueella on hieman enemmän kalsiumia kuin muilla osa-alueilla. Oleellisia eroja ei ole myöskään Seinäjoen alueen andalusiittikiilleliuskeiden ja Kaustisen alueen stauroliittikiilleliuskeiden koostumuksissa. Metapeliiteissä on alumiinioksidia keskimäärin kolme prosenttiyksikköä enemmän kuin Seinäjoen grauvakkaliuskeissa. Kalsium ja natrium erottavat parhaiten peliittiset kivet grauvakoista ja biotiitti-plagioklaasigneisseistä, joissa alumiinioksidin määrä saattaa joskus olla korkeahko (17 % Al 2 O 3 ). Seinäjoen kvartsi-maasälpäliuskeissa on keskimäärin 8 %-yksikköä enemmän piihappoa kuin grauvakkaliuskeissa. Vertailuryhmänä on myös petrograafisesti vastaavia, joskin maasälpää selvästi enemmän sisältäviä gneissejä Vimpelin alueelta. Vimpelin näytteisiin sisältyy vulkanogeenisia kiviä, jotka sijaitsevat välikerroksina Perhon ja Lappajärven mafisissa vulkaniiteissa ja Vimpelin kalkkikivi-dolomiittihorisontissa. Kiillerikkaampiin liuskeisiin verrattuna niissä on niukemmin titaania, rautaa ja magnesiumia sekä runsaammin kalsiumia. Vastaavasti Seinäjoen kvartsimaasälpäliuskeisiin nähden niissä on runsaammin alumiinia, rautaa ja kalsiumia.

22 21 Taulukko 3. Detritaalisten liuskeiden kemiallisia keskipitoisuuksia ryhmiteltynä osa-alueittain n kpl SiO₂ TiO Al 2 O Fe 2 O MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O As ppm Au ppb Ba ppm Co Cr Cu Cs La Li Mn Ni Rb P Sb Sc SM Sr Ta Th U V Y Zn Kaikki epiklastiset liuskeet 2. Orisbergin alueen kiilleliuskeet ja gneissit 3. Seinäjoen - Lapuan alueen kaikki liuskeet 4. Vimpelin-Lappajärven kiilleliuskeet ja -gneissit 5. Kaustisen-Teerijärven kiilleliuskeet ja -gneissit

23 22 Taulukko 4. Detritaalisten liuskeiden kemiallisia keskipitoisuuksia ryhmiteltynä liusketyypeittäin. Vertailuryhmänä on analyysi 5, johon sisältyy vulkaniittisia kiviä n kpl SiO 2 % TiO Al 2 O Fe 2 O MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O As ppm Au ppb Ba ppm Co Cr Cs Cu La Li Mn Ni P Rb Sb 81 < Sc SM Sr Ta Th U V Y Zn Metapeliitit, Seinäjoen - Lapuan alue 2. Stauroliittikiilleliuskeet, Kaustisen alue 3. Grauvakkaliuskeet, Seinäjoen alue 4. Kvartsi-maasälpäliuskeet, Seinäjoen alue 5. Kvartsi-maasälpäliuskeet ja -gneissit, Vimpelin alue

24 23 Eri alueiden kvartsi-maasälpäliuskeet ja happamat vulkanogeeniset kivet erottuvat toisistaan varsin hyvin titaanin harker-diagramilla (kuva 13a). Seinäjoen alueen kvartsi-maasälpäliuskeet ryhmittyvät 'päällekkäin' grauvakkaliuskeiden ja kiillegneissien sekä sedimenttisiksi luokiteltujen biotiitti-plagioklaasigneissien kanssa (kuva 13b). Vimpelin (Perhon ja Lappajärven) alueen kvartsi-maasälpägneisseissä ja erityisesti Kaustisen (Köyhäjoen ja Ahvenlammen jaksojen) mineraalikoostumukseltaan vastaavissa vulkanogeenisissä kivissä titaanin suhde piihappoon on erilainen. Niiden jakauma vastaa melko hyvin Seinäjoen alueen metavulkaniittien (uraliitti- ja plagioklaasiporfyriittien) jakaumaa (kuva 13 c). Kalsiumin ja natriumin oksidisumma kuvastaa plagioklaasin määrä. Vertailuryhmänä olevissa Seinäjoen alueen vulka-niiteissa kalsiumin ja natriumin oksidisumma on alumiiniin nähden keskimäärin hieman suurempi kuin ympäristön grau-vakkaliuskeissa (kuva 14). Vastaavasti Seinäjoen alueella alumiinioksidin määrä on suurempi suhteessa kalsiumin ja natriumin oksidisummaan kuin Helovuoren (1979) ja Huhtalan (1979) mukaan Pielaveden - Pyhäsalmen alueen happamissa ja intermediaarisissa tuffiiteissa. Piin suhde alumiiniin kuvastaa kvartsin osuutta liuskeissa. Piin suhde alumiiniin on keskimäärin jokseenkin saman suuruinen eri osa-alueiden grauvakka- ja kiillegneisseissä (kuva 15). Niihin verrattuna Seinäjoen alueen kvartsi-maasälpäliuskeissa on ylimäärin kvartsia.

25 Kuva 13. Titaanin harker-diagrammeja eri tyyppisistä liuskeista ja vulkaniiteista Etelä-Pohjanmaan liuskealueelta (a) Eri osa-alueiden kvartsi-maasälpäliuskeet (b) Eri osa-alueiden kiilleliuskeet ja -gneissit (c) Seinäjoen uraliitti- ja plagioklaasiporfyriitit; tunnus muodostumakohtaisesti

26 25 Kuva 14. Liuskeiden keskipitoisuuksien sijoittuminen diagrammilla Al 2 O 3 vs (CaO+Na 2 O); tunnukset viittaavat osa-alueeseen tai liusketyyppiin. Kuvaan on merkitty myös keskipitoisuuksia Pohjanmaan intermediaarisista ja happamista vulkaniiteista: : Seinäjoen Sikakankaan muodostuman kvartsi-plagioklaasiporfyriitin (n=14) ja uraliitti-plagioklaasi-porfyriitin (n=3) keskipitoisuudet : Pielavesi - Pyhäsalmi-alueen leptiittien sekä happamien ja intermediaaristen tuffiittien keskipitoisuuksia Helovuoren (1979, taulukko 1, anal.l-5) ja Huhtalan (1979, taulukko 3, anal sekä taulukko 2, anal. 1-4) mukaan Kuva 15. Liuskeiden keskipitoisuuksien sijoittuminen diagrammilla SiO 2 /Al 2 O 3 vs K 2 O/Na 2 O, tunnukset kuten edellä.

27 Profiilidiagrammit Seinäjoen ja Lapuan alueelta on liuskejakson poikkileikkauksesta esitetty pääkomponenteista x-koordinaatin suhteen piirrettyjä jakaumakuvia (kuvat 16-20). Eri liusketyypit on merkitty omalla tunnuksella siten, että peliittiset kivet sisältyvät rakenteellisesti luokittelemattomien kiilleliuskeiden ja -gneissien ryhmään, jonka tunnus kuvissa on vinoristi. Kenttäluokituksen mukaiset grauvakkaliuskeet on merkitty neliöllä ja kvartsi-maasälpäliuskeet ristillä. Muutamaan kuvaan on piirretty mahdollinen liuskejakson poikkileikkauksen pitoisuusvaihtelua kuvastava 'trendi'. Alumiinirikkaita ja kvartsi-määsälpäliuskeita sisältävä vyöhyke erottuu parhaiten alumiinin, rapautumisindeksin (CIA), raudan ja Na 2 O/K 2 O-suhteen jakaumissa. Raudan pitoisuusvaihtelu on varsin pieni (4-8 % Fe 2 O 3 ) kiilleliuskeissa ja -gneisseissä. Magnesiumilla hajonta on vain hieman suurempi (kuva 17). Rauta kuvastaa pääasiassa biotiitin määrää, koska rautasulfideja on niukasti samoin kuin petrofysiikan (kuva 20) perusteella oksidista rautaa. Seinäjoen alueella eri tyyppiset liuskeet ryhmittyvät ehkä parhaiten suhteilla CaO/K 2 O (kuva 18b), Si/Al (kuva 19a) ja K/Al (19b).

28 27 Pohjoisosassa, Lapuan alueella kaliumia on hieman niukemmin suhteessa alumiiniin, mutta enemmän suhteessa kalsiumiin kuin Seinäjoen alueen grauvakoiksi luokitelluissa liuskeissa. Pohjoisosan liuskeissa Na₂0/K₂0-suhde ja Si/Al-suhde ovat jokseenkin yhtä suuria kuin etelämpänä. Tämä johtopäätös voitaneen tehdä huolimatta ko. suhteiden suurehkosta hajonnasta Seinäjoen alueella. Vastaavasti kalsiumin suhde kaliumiin näyttäisi - huomioiden liusketyyppien vaihtelukin - sekä profiilin etelä- että pohjoisreunalla olevan suurempi kuin liuskevyöhykkeen sisäosilla. Tämä saattaisi olla seurausta kaliumin mobiiliutumista metamorfoosiasteen kasvaessa (esimerkiksi metamorfisessa differentioitumisessa leukosomiainekseen). Lapuan alueella on myös magnesiumia keskimäärin hieman enemmän kuin Seinäjoen alueella (kuva 17b), missä rautaa on varsin runsaasti suhteessa magnesiumiin osassa grauvakoiksi luokiteltuja kiviä (kuva 20a). Tarkasteltaessa edellisiä kuvia liusketyypeittäin havaitaan, että Seinäjoen alueen kvartsi-maasälpäliuskeet sisältävät runsaimmin piitä ja niukimmin kaliumia suhteessa alumiiniin. Myös kalsiumin suhde kaliumiin on suurehko.

29 28 Kuva 16. Paikkaan sidottuja pitoisuusjakaumia Seinäjoen - Lapuan alueen liuskeissa. Näytteenottopisteet on projisoitu kartta-koordinaatistoon siten, että x-akseli vastaa x- koordinaattia. (a) alumiini (% Al 2 O 3 ) (b) ns. rapautumisindeksi, CIA (= mol Al 2 O 3 /Al 2 O 3 +CaO+Na 2 O+K 2 O))

30 Kuva 17. Paikkaan sidottuja pitoisuusjakaumia Seinäjoen - Lapuan alueen liuskeissa. (a) raudan kokonaismäärä (% Fe 2 O 3 ) (b) magnesium ( % MgO) 29

31 30 Kuva 18. Paikkaan sidottuja pitoisuusjakaumia Seinäjoen- Lapuan alueen liuskeissa. (a) natriumin suhde kaliumiin (Na 2 O/K 2 O) (b) kalsiumin suhde kaliumiin (CaO/K 2 O)

32 31 Kuva 19. Paikkaan sidottuja pitoisuusjakaumia Seinäjoen - Lapuan alueen liuskeissa. (a) piin suhde alumiiniin (Si/Al, atomisuhteilla) (b) kaliumin suhde alumiiniin (K/Al, atomisuhteilla)

33 32 Kuva 20. Paikkaan sidottuja pitoisuusjakaumia Seinäjoen - Lapuan alueen liuskeissa. (a) raudan suhde magnesiumiin (Fe/(Fe+Mg)) (b) oksidisen raudan määrää kuvastava suskebtibiliteettiarvo, asteikko logaritminen

34 Hivenalkuaineet Keskipitoisuus Hivenalkuaineiden keskipitoisuudet on esitetty pääkomponenttien tavoin ryhmiteltyinä edellä taulukoissa 3 ja 4. Hivenalkuaineet voidaan luokitella kahteen pääryhmään: - selvimmin pääkomponenttien kanssa korreloivat alkuaineet (mm. Ba, Sr, Sc, Ni) - vulkaniittien hydrotermiseen toimintaan tai pegmatiittiprosessiin ja muihin epigeneettisiin prosesseihin mieluusti osallistuvat alkuaineet (mm. Sb, Au, As, Li, Cs). Määrääviä tekijöitä kaikkien hivenalkuaineiden pitoisuusvaihtelussa ovat kiilteen ja maasälpien määrä ja keskinäinen määräsuhde. Esimerkiksi Tampereen alueen fylliittisiin kerroksiin on todettu sisältyvän enemmän mm. Li, B, Ga, Rb, Cu, Ni ja V sekä vähemmän Cr ja Ba kuin karkeampirakeisiin grauvakkakerroksiin (Lonka 1967). Seinäjoen alueella peliittiset kivet sisältävät grauvakkaliuskeita runsaammin Sc, Ba, Rb, Th, Cr, Cu, Ni, V, Zn ja La sekä vähemmän Sr, Mn, P ja Cs. Mangaani ja cesium eivät siis yksiselitteisesti korreloidu kiilteen määrään eikä lantaani maasälpään. Grauvakkaliuskeiden ja kvartsi-maasälpäliuskeiden hivenalkuainepitoisuuksien keskinäinen suhde on samankaltainen selittyen tämäkin kiilteen ja maasälvän määräsuhteilla. Esimerkiksi bariumin ja strontiumin pitoisuudet ovat jokseenkin yhtä suuret molemmissa liusketyypeissä, koska kivissä on jokseenkin yhtä paljon kalsiumia ja natriumia (taulukko 3). Arseeni, antimoni ja litium ovat varsin selvästi rikastuneet Seinäjoen alueen liuskeissa. Arseenia on keskimääräistä runsaammin myös Vimpelin profiilin kvartsi-maa-

35 34 sälpägneisseissä ja litiumia Kaustisen alueen liuskeissa. Seinäjoen alueen liuskeissa on jokseenkin saman verran bariumia, mutta vähemmän sinkkiä ja nikkeliä Lonkan (1967) mukaan Tampereen alueella. Kaustisen alueen stauroliittikiilleliuskeissa on keskimäärin vähemmän bariumia ja rubidiumia sekä runsaammin kromia ja nikkeliä kuin Seinäjoen alueen andalusiittikiilleliuskeissa (taulukko 4). Vimpelin alueen kiillettä niukasti sisältävät liuskeet eroavat Seinäjoen alueen vastaavista kivistä siten, että niissä on selvästi vähemmän Rb, Ba, Sr, La, Cr ja Cs sekä runsaammin Cu, Mn ja Y. Kaliumin, kalsiumin, strontiumin, bariumin ja rubidiumin keskinäisillä suhteilla ne erottuvat omaksi ryhmäksi (taulukko 5). Taulukko 5. Eräiden Etelä-Pohjanmaan liuskeiden alkalisuhteiden keskiarvoja Rb/Sr K/Rb Ca/Sr Rb/Ba Rb/Sr Vimpelin-Lappajärven kvartsi-maasälpäliuskeet 2. Seinäjoen alueen - " - 3. Seinäjoen alueen metagrauvakat 4. Seinäjoen alueen metapeliitit Seinäjoen alueen liuskeiden keskinäinen suhde kuvastuu varsin hyvin diagrammeilla K/Rb vs Rb, (Al 2 O 3 + 5K 2 O) vs Rb ja Ca/Sr vs Sr (kuva 21). Peliittiset ja kiilleköyhät kivet korreloituvat näissä diagrammeissa jokseenkin lineaarisesti. Kaustisen alueen liuskeet ovat lievästi ja Vimpelin kvartsi-määsälpäliuskeet varsin selvästi Rb- ja Srpuutteisia verrattuna Seinäjoen alueeseen.

36 35 Kuva 21. Erilaisia alkuainesuhteisiin perustuvia kovariaatiodiagrammeja; tunnukset edustavat eri osa-alueiden ja erilaisten liusketyyppien keskipitoisuuksia (a) K/Rb vs Rb (b) (Al 2 O 3 +5K 2 O) vs Rb (c) Ca/Sr vs Sr

37 Profiilidiagrammit Seinäjoen - Lapuan leikkauksessa ei detritaalisten liuskeiden perusmetallipitoisuuksissa ole sellaista systemaattista vaihtelua, joka voitaisiin liittää eteläosan kalkki-alkalisiin vulkaniitteihin tai pohjoisosan tholeiittisiin vulkaniitteihin. Joitakin keskimääräistä korkeampia Cu-pitoisuuksia esiintyy Seinäjoen ympäristössä (kuva 22). Mangaanin pitoisuusvaihtelu on pohjoisosassa vähäisempi ja pitoisuus keski-määrin hieman suurempi kuin eteläosassa (kuva 22). Tässä tapauksessa mangaani voi periytyä mangaanimuodostumia sisältävästä metachert-muodostumasta, koska yleensä mangaanin on todettu ajautuvan progressiivisessa metamorfoosissa alhaisemman lämpötilan suuntaan (mm. Rösler & Beuge 1986). Toisin sanoen mangaani on voinut uuttua pelkistävän grafiitti-kiisuliuskeassosiaation vaikutuksesta ja saostua hapettavaan liuskeympäristöön, kuten tapahtuu nykyisin merenpohjalla sedimenttien pinnalla. Volatiilisten alkuaineiden jakautuminen on selväpiirteisempää - niitä on runsaimmin kalkkialkalisten vulkaniittien ja alhaisimman lämpötilan metamorfisen vyöhykkeen alueella (mm. litium ja arseeni, kuva 23). Suhteutettuna kaliumiin, barium ja rubidium esiintyvät varsin samankaltaisesti. Jostakin syystä Rb/K-suhde on korkeahko peliittisten liuskeiden eteläpuolella sijaitsevissa kvartsi-maasälpäliuskeissa (kuva 24). Rubidiumia on kaliumiin nähden ylimäärin myös eräissä Pajuluoman kassiteriittipegmatiittia ympäröivissä muissa liuskeissa. Joko rubidium on ollut kaliumia aktiivisemmin sitoutunut kiilteeseen epigeneettisissä prosesseissa tai sitten kalimaasälvän muuttumisessa rubidium on jäänyt kiilteeseen ja kalium ajautunut hydrotermisiin liuoksiin. Muista alkuaineista esimerkiksi skandiumin määrä seuraa kivien kiillepitoisuutta, rautaa, ainakin siltä osin, että kvartsi-maasälpäliuskeissa sitä on niukasti (kuva 24).

38 Kuva 22. Paikkaan sidottuja pitoisuusjakaumia Seinäjoen - Lapuan alueen liuskeissa. (a) kuparipitoisuus, ppm Cu (b) mangaanipitoisuus, ppm Mn Seinäjoen 37

39 Kuva 23. Paikkaan sidottuja pitoisuusjakaumia Seinäjoen - Lapuan alueen liuskeissa. (a) litiumpitoisuus, ppm Li (b) arseenipitoisuus, ppm As 38

40 Kuva 24. Paikkaan sidottuja pitoisuusjakaumia Seinäjoen - Lapuan alueen liuskeissa. (a) Rb/K-suhde (b) skandiumpitoisuus, ppm Sc 39

41 40 3. KEMIALLISET METASEDIMENTIT JA GRAFIITTI-KIISUPITOISET METAPELIITIT 3.1 Esiintyminen Liuskevyöhykkeen eteläosassa merkittävän johtohorisontin muodostavat ns. Vittingin tyyppiset kvartsikivet, tyyppiesiintymänä Hietasen (1935) kuvaama Lapuan Simpsiönvuoren grafiitti- ja rautakiisupirotetta sisältävä, paikoin sinertävä kvartsiitti. Kvartsikiviin liittyy vähäisiä karsikivi-, rautasilikaatti-, mangaanisilikaatti-, magnetiitti- ja kiisuliuskekerroksia sekä vaihtelevasti grafiittia ja kiisuja sisältäviä peliittiisiin tai grauvakkamaisiin liuskeisiin vaihettuvia muunnoksia. Kokonaisuudessaan assosiaatio on selitettävissä Algoma-tyyppisten rautamuodostumien fasiesjaottelulla (Tuukki 1986). Kalkkikiviä Etelä-Pohjanmaan liuskevyöhykkeellä on niukasti. Eteläosassa esiintyy vähäisiä karbonaattiosueita em. Vittingin jaksossa, yleisimmin sen keski- ja länsiosilla. Lisäksi tunnetaan pieni Hevonkosken kalkkikivilouhos Isossakyrössä sekä Kurikan Myllykylän kalkkikiviesiintymät liuskevyöhykkeen eteläreunalla (Laitakari 1942). Pohjoisempana, liuskevyöhykkeen itäosalla Vimpelin Västerbackan alueella esiintyy yhtenäisempi kalkkikividolomiitti-horisontti intermediaaristen vulkaniittien ja grauvakka-liuskeiden kontaktivyöhykkeellä (Törnroos 1974). Tällä alueella ei esiinny mainittavasti grafiittikiisuliuskeita tai muita rautamuodostuma-assosiaatioon rinnastettavia kiviä, joskin kvartsikivi-grafiittiliuskeassosiaation kiviä esiintyy kairausten mukaan hieman etelämpänä Alajärven alueella. Koko liuskevyöhykkeellä grauvakoissa esiintyy runsaasti mitättömän kokoisia ja koostumukseltaan vaihtelevia karsikivilinssejä, mm. konkreetioita, joissa Seinäjoen alueella tyypillinen mineraali on scheeliitti. Kaustisen-Teerijärven vulkaniitit liuskevyöhykkeen pohjoisosassa vastaavat litologisesti Vittingin amfiboliitteja. Simpsiön tyyppisiä kvartsikiviä ei alueelta tunneta, mutta Raisjoen kiisuliuskeet ovat rinnastettavissa rautamuodostumien sulfidifasiekseen. Vaarman(1984) mukaan

42 41 peliittisissä sulfidi-grafiittiliuskeissa esiintyy satunnaisesti tummia, parin senttimetrin paksuisia cherttimäisiä välikerroksia. Kaustisen alueella karsikivet liittyvät Vanteen (1978) mukaan läheisesti vulkaaniseen jaksoon siten, että yhtenäinen, muutaman kymmenen metrin paksuinen ja epäpuhtaita kalkkikiviosueita sisältävä karsikivihorisontti sijaitsee amfiboliitin ja kiilleliuskeiden välissä. Myös Evijärven alueella karsikivet ovat Vaarman (1984) mukaan läheisessä yhteydessä vulkaanisiin kiviin ja paikoin mustaliuskeisiin periytyen epäpuhtaista karbonaattirikkaista sedimenteistä, jotka sisältävät vulkanoklastista, tuffista ja osaksi myös grauvakkamaista materiaalia Kemiallinen koostumus Talvitie ym. (1980) ovat vertaillet Teerijärven alueen grafiittikiisuliuskeiden perusmetallipitoisuuksia vastaaviin kiviin Kainuussa. Yleinen havainto oli, että Pohjanmaan kiisuliuskeissa on niukemmin nikkeliä ja sinkkiä sekä enemmän kobolttia ja kuparia kuin Kainuun alueella. Lonka (1981) on todennut rikin määrän kasvavan grafiittipitoisissa liuskeissa Kaustisen alueelta (0 3 % S) lounaaseen Teerijärven jaksoihin (0-6 % S) keskimäärin kahdella tai kolmen prosenttiyksikön verran, samalla kun kuparin, nikkelin, koboltin ja sinkin pitoisuudet kasvavat 2-4-kertaisiksi! Taulukossa 6 on keskipitoisuuksia Lapuan ja Nurmon alueiden metacherteistä ja niissä vähäisinä linsseinä esiintyvistä mangaanimuodostumista sekä koko alueen karsikivistä sekä grafiitti- ja kiisupitoisista liuskeista. Kvartsikivien kemiallista koostumusta luonnehtivat alhaiset Al 2 O 3 -, K 2 O- ja Na 2 O-pitoisuudet. Raudan ohella karsiraitaisissa kvartsikivissä on huomattavasti magnesiumia ja kalsiumia, paikoin myös mangaania ja fosforia. Kemiallisen koostumuksen mukaan kvartsikivet ovat uudelleenkiteytyneitä dolomiitti-, rauta- ja rikkipitoisia piisaostumia (Tuukki 1986).

43 42 Taulukko 6. Kemiallisten metasedimenttien keskimääräinen kemiallinen koostumus n kpl SiO 2 % TiO Al 2 O Fe 2 O MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O Cu ppm Cr < 5 Ni Zn Nurmon ja Lapuan metachertit 2. Karsikivet 3. Grafiitti-kiisuliuskeet ; Etelä-osa (Nurmo jne.) 4. Grafiitti-kiisuliuskeet; Pohjoisosa (Kaustinen jne.) 5. Rodoniittikvartsiitit (Mn-muodostumat) Mn-muodostumissa perusmetalleja on erittäin niukasti. Bonattin ym. (1972) luokittelulla ne vastaavat lähinnä hydrotermisiä mangaanisaostumia (kuva 25). Yhteenvetona voidaan todeta, että Vittingin jaksossa perus-metallien pitoisuudet ovat selvästi pienempiä ja mangaanin pitoisuus korkeampi kuin Kaustisen - Teerijärven alueella.

44 43 Kuva 25. Rodoniitti-pyroksmangiittikvartsikivien sijoittuminen Bonattin ym. (1981) luokitteludiagrammilla. Kirjaimet viittaavat näytteenottopaikkoihin: S=Lapuan Simpsiönvuori, K=Lapuan Kivimäki, L=Laihian Tönkkä. 3.3 Malmikriittisyys Vittingin jakson ja Kaustisen - Teerijärven alueen kemiallisten metasedimenttien malmikriittisyyden arvioimiseen käytettiin faktorianalyysiä, jolla haettiin lähinnä kullan yhteyksiä muihin metalleihin (As, Sb, Mo, Cu, Zn, Ni, Cr, Co, W, U, V). Ryhmittymistä purettiin alueittain laskettujen korrelaatiomatriisien avulla.

45 44 ROTATED FACTOR MATRIX: FACTOR 1 FACTOR 2 FACTOR 3 FACTOR Au As Sb Mo Cu Zn Ni Cr Co W U V Mn FACTOR VARIABLES=Au As Sb Mo Cu Zn Ni Cr Co W U V Mn ROTATION=VARIMAX Kuva 26. Kemiallisten metasedimenttien faktorianalyysi (Vax-SPSS X ). Varimax-rotaatioon otettiin pääkomponenttianalyysissä ominaisarvoltaan yli yhden olevat neljä faktoria, jotka selittävät 71.2 % käytetyn kolmentoista alkuaineen kokonaisvarianssista (kuva 26, liitteet 1 ja 2). Heikoimmin faktoreihin sisältyvät sinkki, antimoni ja kupari, joiden kommunaliteetti on noin 0.5. Sen sijaan esimerkiksi arseenin ja wolframin varianssista yli 90 % sisältyy pääkomponenttianalyysiin neljään ensimmäiseen faktoriin. Ensimmäinen faktori (V-Mo-Ni-U-Co-Cr) kuvastaa grafiitti-kiisuliuskeita ja neljäs faktori mangaania sisältäviä metacherttejä. Kullan suhteen mielenkiintoisia ovat toinen ja kolmas faktori. Faktori 2 muodostuu lähes yksinomaan metalleista Au, As ja W. Kolmanteen faktoriin ryhmittyvät As, Au, Cu ja Zn. Se edustaa perusmetalleista rikastuneita muodostumia kuvastaen niiden Au-kriittisyyttä. Molybdeenin ja vanadiinin keskinäinen korreloituminen, niiden suhde perusmetalleihin sekä perusmetallien keskinäiset korreloitumiset selittävät hyvin

46 45 ensimmäisen faktorin. Sinkin itseisarvoltaan korrelaatiokertoimet saattavat kuvastaa sen käyttäytyvän vaihtelevammin kuin muut perusmetallit. Faktori 2 on luettavissa suoraan korrelaatiomatriisista (liite 1). Arseenin ja wolframin korrelaatiokertoimet muiden kuin kullan suhteen ovat pieniä. samoin mangaanin ja antimonin korrelaatiokertoimet ovat kauttaaltaan pieniä (<.20), joskin hivenalkuaineiden negatiiviset korrelaatiokertoimet (mm. Mn vs Cr, V) saattavat olla merkityksellisiä lukuarvoiltaan pieninäkin (Chayes 1960). Eri osa-alueilla kulta korreloituu arseenin kanssa selvästi vain Vittingin jakson länsiosalla (Nikkarin alue) ja heikosti Kaustisen alueella (taulukko 7). Orisbergin alueella antimonin, arseenin ja litiumin rikastuminen on todennäköisesti epigeneettistä liittyen laaja-alaisempaan hydrotermiseen toimintaan paikallisesti hauraan kvartsikivimuodostuman särkymävyöhykkeissä. Kaustisen alueella korrelaatiot Au vs (U, Mo, Ni) ja Vittingin jakson itäosassa (Nurmo-Lapua) korrelaatiot Au vs (U, Zn) kuvastavat kullan läheisintä suhdetta mustaliuskeassosiaatioon. Vittingin jakson keskivaiheilla (Orisbergin alue) kulta korreloituu myös kuparin, sinkin ja mangaanin kanssa, mikä saattaa viitata primaariin ympäristöön fasiesvaihtelussa massiivinen sulfidimalmi-sulfidifasieksen rautamuodostumat. Muiden metallien keskinäisen korreloitumisen merkitystä on vaikea arvioida, koska eri tyyppisten kemiallisten sedimenttien määräsuhteiden vaihtelu eri osa-alueilla saattaa olla tärkein korrelaatiokertoimien lukuarvoihin vaikuttava tekijä. Joka tapauksessa perusmetallien keskinäiset korrelaatiokertoimet vaihtelevat suuresti. Kaustisen alueella korkeiden korrelaatiokertoimen lukuarvojen voi tulkita heijastelevan metallisuhteiltaan suhteellisen homogeenista ympäristöä ja huomioiden korkeahko pitoisuustaso, myös tietyssä mielessä monimetallisen assosiaation metallikriittisyyttä.

47 46 Taulukko 7. Metallien keskinäinen korreloituminen eri osa-alueiden kemiallisissa metasedimenteissä; merkitty vain parit, joissa korrelaatiokerroin yli 0.5 (vahvennettuna yli 0.7) tai alle NIKKARI ORISBERG Au As,W,-Sb Cu,Zn,-Cr As Au,W,-Sb -(U,CO,Ni) Sb Mn,Zn,-(Au,As) Mo U,Ni V, U Cu Ni Au Zn Sb Au Ni U,Co,Mo,Cu,V Co Cr V,Co,-Mn -(Au,Mn) Co V,Ni,Cr Ni,-As W Au,As,-Sb V Cr,Co,Ni Mo Mn Sb,-Cr -Cr U Mo,Ni -As jtk NURMO-LAPUA KAUSTINEN Au U,Mo,Ni,-Mn As -(U,CU) Sb -(Cr,V) Mo U,Ni,V,Cu U,Zn,Ni,Co,V,Au,-W Cu Ni,U,V,Mo Ni,-(As,W) Zn Mo,V,Co,Ni Ni U,V,Mo,Cu,Co,-Mn Cu,Mo,Zn,V,-W Cr V,-Mn V,-(W,Sb) Co V,Ni,U Zn,Mo,-W W -(Mo,Cu,Ni,Cr,Co,U) V Ni,Co,Mo,U,Cr,Cu Mo,Cr,Zn,Ni,-Sb Mn -(Ni,Cr,V) -Au U Mo,Cu,Ni,Co,V Au,Mo,-(W,As)

48 47 4. TARKASTELUA 4.1 Kerrostumisympäristö ja lähdealue Muinaisten merellisten detritaalisten sedimenttien kerrostumisympäristön suhdetta sedimenttien kemialliseen ja mineralogiseen koostumukseen ovat tarkastelleet mm. Condie (1967), Bhatia ym. (1981, 1986), Maynard ym (1982) McLennan (1982, 1984), Ayres (1983), Wybor & Chappel (1983), Ojakangas (1985, 1986), Blatt (1985) ja Sawyer (1985). Detritaalisten sedimenttikivien kemiallisen koostumuksen tulkinnassa on muutamia periaatteellisia eroja verrattuna magmakivien petrologiaan. Detritaalisten sedimenttien kemiallinen koostumus on ensisijaisesti seurausta kerrostuvan aineksen mineraalikoostumuksesta ja sitä ohjaavista ulkoisista tekijöistä, mm. kerrostumisympäristöstä, materiaalin saatavuudesta, kuljetusvoimista jne. Sen sijaan magmakivien kemiallinen koostumus on - ainakin periaatteessa - sama kuin kiteytyvällä kivisulalla. Ulkoisilla tekijöillä on toissijainen merkitys mm. kiteytymistä ja fraktioitumista ohjaavina tekijöinä. Kemiallista aineiston tulkinnassa vaikeuksia tuottaa myös oksidisummasta ja prosenttimuotoisesta aineistosta aiheutuvien riippuvuussuhteiden tuottama vääristymä. Diageneettisistä, metamorfisista tai muista sekundaarisista prosesseista aiheutuviin pääalkuaineiden pitoisuusvaihteluihin sisältyy 'tilastollista harhaa' myös sellaisissa komponenteissa, jotka eivät ole aktivoituneet uudelleenkiteytymis- tai muuttumis-prosesseissa (mm. Chayes 1960). Joka tapauksessa, voimakkaasti uudelleenkiteytyneistä liuskeista on käytännössä mahdoton yksityiskohtaisemmin arvioida, mitkä mineralogiset tai kemialliset piirteet kuvastavat autigeenista materiaalia tai aineksen diageneettistä metamorfista tai muuta 'epigeneettistä' alkuperää.

49 48 Helposti vettä läpäisevissä hiekkaisissa kerroksissa maasälvät muuttuvat kohtalaisen helposti savimineraaleiksi jo diageneettisessä vaiheessa, kun taas mutakerroksissa maasälvät ja aksessoriset mineraalit sekä niihin sitoutuneet hivenalkuaineet säilyvät paremmin (Blatt 1985). Metamorfoosissa ionivirta voi olla päinvastainen seuraten sedimenttien hydrolysiittipitoisuutta (Delian ym. 1986). Esimerkiksi vähäinen vaihtelu raudan ja magnesiumin määräsuhteissa ei välttämättä ilmennä primaarin savesaineksen koostumusvaihtelua tai detritaalisen kiilteen rapautumisastetta (Al- vs Mg-fyllosilikaatti). Näitä alkuaineita on varsin todennäköisesti imeytynyt joko suoraan merivedestä autigeeniseen savesainekseen tai muunlaisiksi komplekseiksi uudelleenkiteytymisen aikaisessa kuivettumisprosessissa syvemmältä vapautuneen veden kuljettamista aktiivisista ioneista tai yhdisteistä. Seinäjoen alueen detritaalisista liuskeista voidaan tehdä epäsuoria johtopäätöksiä uudelleenkiteytymisen aikaisista hapetus - pelkistysolosuhteista mm. raudan ja rikin avulla. Melko tasainen raudan suhde magnesiumiin (Fe/Fe+Mg = 0.56) eri tyyppisissä liuskeissa viittaisi siihen ettei oksidista rautaa (magnetiittia) ole kulkeutunut detritaalisena. Nykyisinkään rauta ei ole petrofysiikan perusteella oksidisessa muodossa, magnetiittina, mutta rikkiä sisältävissä välikerroksissa se esiintyy magneettikiisuna, kun taas pyriittiä on niukasti. voidaan siis olettaa, että kivien uudelleenkiteytymisen on tällä varsin rajatulla alueella tapahtunut alhaisen hapen osapaineen vallitessa. Samoin rikin osapaine on ollut alhainen, sillä rikin vähäisyys selittää Pääkkösen (1966) mukaan sen, että antimonia esiintyy poikkeuksellisen runsaasti metallisena. Sawyer (1986) arvioi, että pelkästään kemiallisesti grauvakoiden kerrostumisympäristön proksimaalisuutta ilmentävät 'detritaalisten' kemiallisten komponenttien,

50 49 SiO 2, Na 2 O, CaO, Sr, LREE, Zr ja Hf korkeat pitoisuudet. Distaalista luonnetta kuvastavia alkuaineita ovat Ti, Al, Fe, Mg, Cr, Zn, Sc, Y, Rb ja Cs. Kuitenkin on huomioitava, että esimerkiksi vulkaaniseen, subvulkaaniseen tai epigeneettiseen hydrotermiseen toimintaan liittyvä ulkopuolinen ionilisä sitoutuu helpoimmin adsorboitumalla kerrostumisympäristön savesainekseen ja sen negatiivisiin ioneihin (Delian ym. 1986). Nykyisin merenpohjalle kerrostuvista sedimenteistä erilaisiin kaarisysteemeihin liittyvät detritaaliset kerrostumat ovat koostumukseltaan samanlaisia kuin muinaiset grauvakat (mm. Maynard ym. 1982). Kaariympäristön liuskeissa on niukasti kvartsia ja ja paljon vulkaanisia fragmentteja. Pääalkalisuhteeltaan ne ovat natriumvaltaisia (Na 2 O/K 2 O > 1). Tämän on katsottu kumoavan Condien (1967) esittämän käsityksen siitä, että preliitukautisten grauvakoiden natriumvaltaisuus sekä vakaat Al 2 O 3 / Na 2 O- ja Na/K-suhteet ovat seurausta sedimenttien ja meriveden (tai interstiaalisen veden) reaktiosta, minkä seurauksena systeemi olisi tasapainottunut jo diageneesissä tai kuormitusmetamorfoosissa. Nykyisin merenpohjalle kerrostuvista detritaalisista sedimenteissä ainoa kemiallisesti selvästi erottuva ryhmä ovat passiivisen mannerreunuksen sedimentit, joille on tyypillistä korkea K 2 O/Na 2 O-suhde sekä alumiinin ja kvartsin runsaus (yli 16 % Al 2 O 3 ja yli 40 kvartsia tai 77 % SiO 2, Maynard ym. 1982). Muutoin ei pidetä todennäköisenä, että erityyppisiin ja kypsyysasteeltaan erilaisiin kaarisysteemeihin liittyvien vanhojen grauvakoiden kerrostumisympäristö voitaisiin rajata kemiallisen koostumuksen perusteella. Vaikka kvartsin runsautta onkin pidetty osoituksena graniittisesta lähdealueesta (mm. McLennan 1984), areniittien ja grauvakoiden suuri kvartsin osuus saattaa viitata pikemminkin happamaan vulkaaniseen lähdealueeseen kuin granitoidivaltaiseen kratoniseen ympäristöön (Ayres 1983).