KAOLIINITUTKIMUKSET SAVUKOSKEN PURNUOJALLA 1990

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS M19/3733/91/2/82 Pohjois-Suomen aluetoimisto Malmitutkimus Risto Vartiainen KAOLIINITUTKIMUKSET SAVUKOSKEN PURNUOJALLA 1990

2 2 SISÄLLYSLUETTELO YHTEENVETO 1. JOHDANTO Tutkimuksen tausta ja geofysikaaliset mittaukset Tutkimusalueen sijainti 4 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET Iskuporanäytteenotto Laboratoriotutkimukset Raekokojakauma Vaaleus ja keltaisuus Mineraalikoostumus Kemiallinen koostumus AIHEEN ARVIOINTI 13 LIITTEET

3 3 YHTEENVETO Purnuojan kaoliinitutkimukset ovat käynnistyneet matalalentokartalla havaitun imaginaarianomalian johdosta. Gravimetraus- ja SAMPO- mittaukset antoivat vahvoja viitteitä siitä, että anomalian aiheuttaja on rapakallio. Mahdollisen rapauman laadun alustavaksi selvittämiseksi Purnuojalla toteutettiin 13 reiän iskuporanäytteenotto vuoden -90 lopulla. Tehtyjen laboratoriotutkimusten mukaan rapauma ei ole laadultaan kaoliinin raaka-aineeksi kelpaavaa mm. mineralogisen koostumuksensa ja voimakkaan värinsä vuoksi. Kaoliinitutkimusten jatkaminen Purnuojan esiintymässä ei siten ole perusteltua.

4 4 1. JOHDANTO 1.1. Tutkimuksen tausta ja geofysikaaliset mittaukset Purnuojan kaoliinitutkimukset ovat käynnistyneet vuonna 1989 geofysikaalisella matalalentokartalla havaitun suurehkon imaginaarianomalian johdosta. Anomalian yli mitattiin yksi gravimetrausprofiili maaliskuussa -90. Mittausten perusteella imaginaarianomalian kohdalla on selvä massavajaus, jonka syvyys gravimetrauslinjan kohdalla on geofysikaalisten tulkintojen mukaan m ja pituus n. 900 m. Samassa yhteydessä alueella mitattiin myös kaksi SAMPOluotauslinjaa (kuva 2), joiden antamien tulosten mukaan imaginaarianomalian ja massavajeen aiheuttaja on johde, joka on todennäköisesti rapakallio. Painovoimamittauksen ja SAMPO-luotauksen tulokset ovat tämän raportin liitteenä (liitteet 1, 2 ja 3). Mahdollisen rapauman ja sen laadun alustavaksi selvittämiseksi alueelle suunniteltiin 13 reiän näytteenotto-ohjelma Tutkimusalueen sijainti Tutkimusalue sijaitsee Savukosken kunnassa karttalehdellä c (kuva 1.). Savukosken kirkonkylälle on matkaa n. 4 km. Purnuojan tutkimusalueelta n. 3 km luoteeseen sijaitsee GTK:n tutkima Nilakaisen kaoliiniaihe. Saman peruskarttalehden länsiosassa ( A) sijaitsee niin ikään GTK:n tutkima Hevoskuusikonaavan kaoliiniaihe.

5 Kuva 1. Tutkimusalueen sijainti karttalehdellä C. 5

6 6 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET 2.1. Iskuporanäytteenotto Imaginaarianomalian ja painovoimamittausten avulla kohdennettu isku-poranäytteenotto toteutettiin loka-joulukuussa Näytteenotto- ohjelma toteutettiin alkuperäisen, 13 reiän suunnitelman mukaisesti. Reikien sijainti näkyy kuvasta 2. Kuvan pohjakarttana olevalla peruskartalla näkyvät myös imaginaarianomalian sama-arvokäyrät, gravimetrauslinja ja SAMPO - luotauslinjat. Reikien syvyys vaihteli 12,50 metristä 34,20 metriin keskisyvyyden ollessa 24,60 metriä. Kairauksen määrä oli yhteensä 312,35 metriä. Rei'istä otettiin näytteitä 1-4 metrin välein yhteensä 47 kpl, joista 24 toimitettiin jatkotutkimuksiin GTK:n laboratorioon Otaniemeen. Näytteenotto ulotettiin kussakin reiässä niin syvälle kuin se käytetyllä kalustolla (Iller) oli mahdollista. Näytteenotossa oli vaikeuksia mm. kivisen moreenin lävistämisessä ja tankojen ylösnostamisessa. Myös kairausveden jäätyminen pakkasten tultua hidasti iskuporausta olennaisesti. Rapakallio alkoi keskimäärin vähän yli 10 metrin syvyydestä. Päällä olevan moreenin paksuus oli keskimäärin 5,9 m ja turvekerroksen paksuus runsaat 4 metriä. Terveeseen kallioon ei päästy varmuudella yhdessäkään reiässä; gravimetrauksen mukaanhan rapakallio ulottuu syvimmillään jopa 100 metriin asti. Kairauksen maastovalvonnasta ovat vastanneet tutk.avustaja P.Telkkälä ja allekirjoittanut. Kairauksenseurantaraportit ovat tämän raportin liitteenä (liite 4/1-4/13).

7 7 Kuva 2. Iskuporareikien sijainti ja numerointi. Ote topografikartasta C, mittakaava 1: Kartalla näkyvät myös imaginaarianomalian sama-arvokäyrät, gravimetrauslinja (punaisella) ja SAMPO-luotauslinjat (vihreällä).

8 Laboratoriotutkimukset Jatkotutkimuksiin valittiin näytteitä rei'istä , jotka olivat silmämääräisesti arvioiden parhaita. Reikien R408-R413 näytteistä ei jatkotutkimuksiin lähetetty yhtään näytettä, koska ne olivat hyvin tummia ja osin hyvin grafiittipitoisia. Jatkotutkimuksiin valituista näytteistä tehtiin GTK:n separointilaboratoriossa seuraavat määritykset: - raekokojakauma (Sedigraph) - vaaleus- ja keltaisuusmittaukset (Minolta) alle 20 um fraktiosta - mineraalikoostumus raakanäytteestä ja alle 20 um fraktiosta - kemiallinen koostumus raakanäytteestä ja alle 20 um fraktiosta Raekokojakauma Purnuojan rapaumanäytteiden (raakanäyte) raekokojakauma on esitetty taulukossa 1. Alle 62 um:n osuus on keskimäärin 53,3 %, alle 10 um:n osuus 34,3 % ja alle 2 um:n osuus 18,9 %. Hyvälaatuisessa päällystekaoliinissa esimerkiksi alle 2 um:n osuus on % ja päällystelaadussakin vähintään 40 %. Yli 10 um:n osuus päällystelaadussa on yleensä 0,2-6 % ja täytelaadussa 10 %:n luokkaa Vaaleus ja keltaisuus Vaaleus- ja keltaisuusarvot (Minolta) on määritetty fraktiosta F20 (taulukko 1). Keskimääräinen vaaleusarvo on 50.6 ja keltaisuusarvo 18,4. Paperin päällysteaineena käytettävän kaoliinin vaaleusarvo on yleensä ja keltaisuusarvo 4-6. Täytekaoliinin vaaleusarvo on vähintään 76 ja keltaisuusarvo korkeimmillaan n. 8. Vaaleus- ja keltaisuusarvojen perusteella Purnuojan rapauma ei täytä vaatimuksia, vaikka laboratoriotutkimuksiin valittiinkin silmämääräisesti vaaleimpia näytteitä. Analysoimatta jätetyt näytteet olivat vielä tummempia, osa grafiitin lähes mustaksi värjäämiä.

9 Taulukko 1. Purnuojan rapauman raakanäytteiden raekokojakauma sekä vaaleus- ja keltaisuusarvot (Minolta) F20 -fraktiosta. 9 (um) REIKÄ SYVYYS F20 VAAL KELT R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R k.a Mineraalikoostumus Näytteiden mineraalikoostumus on määritetty XRD:llä sekä raakanäytteistä että -20 um fraktiosta. Raakanäytteiden mineraalikoostumus on esitetty taulukossa 2. Valitettavasti näytteistä ei saatu määritettyä mineraalien prosentuaalisia määriä, ainoastaan mineraalikoostumus ja runsausjärjestys. Hyvälaatuisessa kaoliinissa kaoliniitin tulisi olla vallitseva mineraali alle 20 um fraktiossa. Kuten taulukosta nähdään kaoliniitti on päämineraalina 6:ssa näytteessä, mutta 13:ssa näytteessä kaoliniittia ei ole lainkaan. Varsin runsaasti on sen sijaan muita rapautumisen tuloksena syntyneitä kiilteitä, varsinkin illiittiä. Illiitin suuri määrä viittaa siihen, että rapautuminen ei ole edennyt kaoliniitin syntyä ajatellen tarpeeksi pitkälle.

10 10 Hyvälaatuisessa kaoliinissa ei saisi olla huomattavia määriä kvartsia ja maasälpiä, koska varsinkin kvartsi vaikuttaa ratkaisevasti kaoliinin kuluttavuuteen. Alle 20 um fraktiossa plagioklaasi tai kalimaasälpä on päämineraalina 11:ssä näytteessä ja kvartsia on lähes jokaisessa näytteessä. Mineraalikoostumuksenkaan perusteella rapauman laatu ei siis ole toiveita herättävä. Taulukko 2. Purnuojan rapauman mineraalikoostumus raakanäytteessä ja alle 20 um:n fraktiossa. Lyhenteiden selitykset alla. DI-KI= dioktaedrinen kiille ILL=illiitti KAOL=kaoliniiiti KLOR=kloriitti KMAA=kalimaasälpä KV=kvartsi PLAG=plagioklaasi SMEKT=smektiitti TRI-KI=trioktaedrinen kiille VERMIK=vermikuliitti

11 Kemiallinen koostumus Rapauman kemiallisessa koostumuksessa näkyy mm. maasälpien ja kiilteiden suuri määrä, joka ei olennaisesti muutu alle 20 mikrometrin fraktiossa. Raakanäytteessä K2O- ja Na2O- määrät ovat keskimäärin 4,04 ja 2,19 % ja alle 20 um fraktiossa 3,84 ja 2,36 %. SiO2- pitoisuus on raakanäytteessä keskimäärin 67,17 % ja alle 20 um fraktiossa 53,28 %. Fe2O3- pitoisuus on raakanäytteissä keskimäärin 3,25 %, mutta nousee alle 20 um fraktiossa 4,65 %:iin. Raakanäytteiden kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 3 ja alle 20 um fraktion koostumus taulukossa 4. Taulukko 3. Purnuojan rapaumanäytteiden kemiallinen koostumus; raakanäyte.

12 Taulukko 4. Purnuojan rapauman kemiallinen koostumus; alle 20 mikrometrin fraktio. 12

13 13 3. AIHEEN ARVIOINTI Analysoitujen näytteiden perusteella Purnuojan rapauman laatu ei täytä raakakaoliinille asetettuja vaatimuksia. Joissakin yksittäisissä näytteissä kaoliniitin määrä sinänsä on ilmeisesti riittävä, mutta nämä ovat poikkeuksia. Mineralogisten tutkimusten mukaan maasälpien ja kvartsin määrät ovat aivan liian suuria. Illiitin suuri määrä viittaa siihen, että rapautumisprosessi ei ole edennyt tarpeeksi pitkälle kaoliniitin syntyä ajatellen. Vaaleus- ja keltaisuusarvot jäävät kauas vähimmäisvaatimuksista, vaikka laboratoriotutkimuksiin valittiin nimenomaan vaaleita näytteitä. Vaikka rapaumaa ei ilmeisesti lävistettykään yhdessäkään kohdassa, ei syvempien reikien poraaminen järeämmällä kalustolla liene perusteltua. Vaikka metriä paksun huonolaatuisen rapauma- ja moreenikerroksen alla olisikin hyvälaatuista kaoliinia, sen ylösottaminen tuskin olisi kannattavaa. Edellä mainituista syistä jatkotutkimuksiin ei ole aihetta. Geologi Risto Vartiainen LIITTEET Gravimetraustulkinta, liite 1 SAMPO- luotaustulokset, liitteet 2 ja 3 Kairausraportit, liitteet

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29