Geofysikaalisia tutkimuksia Iivaarassa vuosina

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geofysiikan sovellukset Rovaniemi /2016 Geofysikaalisia tutkimuksia Iivaarassa vuosina Pertti Turunen Iivaaran magneettinen anomalia keskellä, Näränkävaara takanurkassa

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geofysiikan sovellukset Rovaniemi /2016 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tekijät Pertti Turunen Raportin nimi KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro Raportin laji Työraportti Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Geofysikaalisia tutkimuksia Iivaarassa vuosina Tiivistelmä Kuusamon Iivaarassa tehtiin magneettisia ja gravimetrisiä mittauksia GTK:n Kriittiset mineraalit-hankkeessa vuosina Mittausten tarkoituksena oli tutkia Iivaaran magneettista ja gravimetrista rakennetta sekä etsiä kairauspaikkoja. Painovoimaprofiilit ulotettiin pitkiksi jotta piipun syvyysrakenteesta ja massan suuruudesta saataisiin käsitys. Tehtyjen tulkintojen mukaan piippu kaatuu lounaaseen Näränkävaaran suuntaan mutta syvyysrakenteesta ei saada tarkkaa käsitystä profiilien lyhyyden ja Näränkävaaran häiritsevän vaikutuksen takia. Massa-arvion mukaan tarvitaan 10.8 Gt:n massa synnyttämään mitattu anomalia. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Iivaara, petrofysiikka, painovoimamenetelmä, magneettinen menetelmä Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Pohjanmaa, Kuusamo, Iivaara Karttalehdet UTM S5413B Muut tiedot Arkistosarjan nimi Arkistotunnus 4/2016 Kokonaissivumäärä 26 Kieli Suomi Hinta Julkisuus Julkinen Yksikkö ja vastuualue Geofysiikan sovellukset, Geofysiikan tutkimus Allekirjoitus/nimen selvennys Hanketunnus 4/2016 Allekirjoitus/nimen selvennys Pertti Turunen

3 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geofysiikan sovellukset Rovaniemi /2016 GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND Authors Pertti Turunen Title of report DOCUMENTATION PAGE Date / Rec. no Type of report Work report Commissioned by Geological Survey of Finland Geofysikaalisia tutkimuksia Iivaarassa vuosina [ = Geophysical investigations at Iivaara in ] Abstract The report describes the magnetic and gravimetric investigations conducted at Iivaara, Kuusamo by the project Kriittiset mineraalit (Critical Minerals) in The meaning of the surveys was to investigate the magnetic and gravimetric structure of the Iivaara pipe and to find drilling sites. The gravimetric profiles were long to shed light on the depth structure of the pipe and to estimate its mass. Modeling suggests the pipe a SW plunge. The profiles are too short and Näränkävaara disturbs so that closer estimates could be done. Mass estimate for the pipe is 10.8 Gt. Keywords Iivaara, physical properties, gravimetric method, magnetic method Geographical area Finland, Ostrobothnia, Kuusamo, Iivaara Map sheet UTM S5413B Other information Report serial Archive code Total pages 26 Language Finnish Unit and section Applied Geophysics, Geophysical research Signature/name Price Project code 4/2016 Signature/name Confidentiality Public Pertti Turunen

4 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Sisällysluettelo Kuvailulehti Documentation page 1 JOHDANTO 1 2 LENTOMITTAUKSET 1 3 MAANPINTAMITTAUKSET 3 4 PETROFYSIKAALISET MITTAUKSET 5 5 MAGNEETTISET MITTAUKSET TMI-kartta Magneettinen sylinterimallinnus Tilt Derivative-kartta Magneettinen worm-kartta 9 6 PAINOVOIMAMITTAUKSET Painovoima-anomaliakartta Gravimetrinen sylinterimallinnus Iivaaran massa-arvio Iivaaran piipun syvyysulottuvuudesta Gravimetrinen worm-kartta 17 7 IIVAARAN ITÄPUOLEN ANOMALIOISTA 18 KIRJALLISUUSLUETTELO LIITTEET Liite 1. Petrofysikaaliset mittaukset reiästä S R1. Liite 2. Petrofysikaaliset mittaukset reiästä S R2. Liite 3. Painovoimatulkinta profiileilla 1 ja 2.

5 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 1 1 JOHDANTO GTK:n hankkeessa Kriittiset mineraalit tehtiin malminetsintätutkimuksia Kuusamon Iivaarassa vuosina Kahdella syväkairausreiällä päästiin näkemään kohteen keskeltä lähes 200 metrin syvyyteen. Geofysikaalisista mittauksista systemaattisella magneettisella kartoituksella tutkittiin lentoanomalian sisärakennetta ja painovoimamittausten tarkoituksena oli selvittää anomalian aiheuttajan syvyysrakennetta sekä päästä tekemään piipun massa-arvio. Gravimetriset profiilit olivat pitkiä jotta piipun oletettavasti kilometrien syvyydessä olevat juuret synnyttäisivät oman mitattavan osansa anomaliaan. Pisin profiili oli 20 km pitkä mutta lisäpituus olisi antanut luotettavamman käsityksen Iivaaran juurista. 2 LENTOMITTAUKSET Lentomittaukset Iivaaran alueella on tehty vuonna Lentosuunta on ollut NS ja linjojen välimatka 200 m. Kuvassa 1 esitetään lentolinjojen sijainti ja värikoodilla magneettisen totaalikentän voimakkuus. Väri ei vaihdu tasaisin välein vaan niin, että jokaista väriä on saman verran. Punainen läikkä kartan keskellä on Iivaara. Alalaidan sininen alue on Näränkävaaran muodostuman pohjoispuolen sivuminimi ja Kuva 1. Iivaaran ympäristön magneettiset lentolinjat.

6 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 2 anomalia lähtee varsinaisesti nousemaan vasta kartan ulkopuolella. Iivaaran kaakkois- ja luoteispuolella näyttää olevan vähän anomaliaa, mutta Näränkävaaran minimi saattaa vääristää kenttää niin, etteivät Iivaaran piipun kaltevuusarviot ole luotettavia. Iivaaran pohjoispuolella on pieni sivuminimi. Pinnassa oleva voimakkaasti magneettinen massa voi synnyttää näin matalan sivuminimin vain jos piippu kaatuu jyrkästi mutta selvästi pohjoiseen. Koska myös remanenssi, joka petrofysiikan mittausten mukaan on kohtalaisen voimakas, pystyy synnyttämään saman efektin, magneettisen lentokartan kvantitatiivinen mallinnus ei ole luotettava. Kartan keskellä olevalla profiililla mitatut kentän arvot esitetään kuvassa 2. Kuva 2. Geofysikaalista dataa Iivaaran yli menevällä profiililla.

7 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3 Lentomittauksissa Iivaaran piippu näkyy vain sähkömagneettisessa reaalikomponentissa, jolla on paljon yhteisiä piirteitä magneettisen kartan kanssa. Magneettisen anomalian aiheuttava magnetiitti synnyttää reaalikomponenttiin negatiivisen anomalian. Imaginaarisessa näkyy pyöreä hahmo Iivaaran ympärillä mutta itse piipun päällä on vain kohinaa. Radiometrissä kartoissa järvet ja kosteat maat näkyvät anomaliattomina ja näiden väleissä on heikkoja kaarimaisia anomalioita. Kuva 2 valaisee Iivaaran geofysiikkaa. Käyrästö kuvaa anomalian keskeltä menevää NS-suuntaista linjaa pitkää painovoiprofiilia pitkin. Ylimpänä oleva korkeuskäyrä esittää topografiaa painovoimamittauksen perusteella. Korkeusvaihtelua linjalla on yli 100 m. Toisen kuvan esittämä lentokoneen korkeus maanpinnasta on odotetusti suurimmillaan jyrkkien rinteiden kainalossa. Suurimmat poikkeamat nimelliskorkeudesta ovat anomalian reunoilla tai ulkopuolella mutta niistä ei ole syntynyt merkittävää virhettä mittaustuloksiin. Kolmantena olevan painovoimakentän taso nousee etelää kohti Näränkävaaran suuntaan. Punainen käyrä on lentomittauksen magneettikenttä ja seuraavana lentomittauksen sähkömagneettisen kentän reaali- ja imaginaarikomponentti. Reaalikomponentin kuopalla ja magneettisella maksimilla on yhteinen syy ja ne muistuttavatkin paljon toisiaan. Imaginaarikomponentin paikalliset maksimit aiheutuvat maaperän kosteuksista eikä Iivaaran piippu näy johdeanomaliana. Alimpana esitetään säteilymittaustulokset. Iivaaran anomalian kohdalla kaikissa komponenteissa on tasainen ympäristöstään erottuva anomalia, mutta sen syy on matalapeitteinen tai paljastunut kuiva kallio. Monet imaginaarimaksimit osuvat yksiin säteilyminimien kanssa. Yhteisenä syynä näille on maaperän kosteus, joka nostaa vähän johtavuutta ja vaimentaa gammasäteilyn intensiteettiä. 3 MAANPINTAMITTAUKSET Kriittiset mineraalit-hankkeessa tehtiin magneettisia ja gravimetrisia maastomittauksia Iivaaran piipun rakenteen selvittämiseksi. Systemaattisen magneettisen kartoituksen pinta-ala oli 6.3 km 2, profiileja oli 28, niiden yhteispituus 65.8 km ja pisteiden määrä Painovoimaprofiilien koordinaatit ja muut parametrit ilmoitetaan taulukossa 1. Taulukko 1. Iivaaran painovoimaprofiilit. Profile X begin Y begin X end Y end Length Stations Σ Maastoesteiden takia havaintoja puuttuu etenkin profiileilta 1 ja 5. Painovoimatulkinnoissa käytettiin hyväksi myös Näränkävaaran APV-mittaustuloksia. Kaikkien mittausten sijainnit ilmenevät kuvasta 3.

8 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 4 Kuva 3. Iivaaran maastomittaukset. Taustakuvana magneettinen lentokartta. Punaisella magneettinen maastomittauskartta. Vihreällä painovoimaprofiilit ja niiden numerot. Mustat täplät ovat Näränkävaaran APV-mittauspisteitä. Muina mittauksina tehtiin petrofysikaalisten parametrien määrityksiä reikien S R1 ja S R2 sydännäytteistä. Tiheys, suskeptiivisuus, remanenssin intensiteetti ja induktiivinen ominaisvastus mitattiin yhteensä 343 näytteestä.

9 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 5 4 PETROFYSIKAALISET MITTAUKSET Laboratoriossa määritettiin tiheys, suskeptiivisuus, remanenssin intensiteetti ja induktiivinen johtavuus reikien S R1 ja S R2 343 sydännäytteestä. Mittaustulokset esitetään liitteissä 1 ja 2 yhdessä kivilajitiedon kanssa. Suskeptiivisuudesta ilmoitetaan kaksi arvoa, mitattu suskeptiivisuus ja efektiivinen suskeptiivisuus, johon remanenssin intensiteetti on summattu mukaan. Viimeksi mainittu parametri selittää pelkkää suskeptiivisuutta paremmin magneettisen anomalian intensiteetin. Remanenssin suuntaa ei mitattu, mutta magneettisen ja painovoima-anomalian vertailu antaa aiheen olettaa, että suunta poikkeaa jonkin verran, mahdollisesti muutaman kymmentä astetta indusoituneen magnetoituman suunnasta. Taulukko 2. Petrofysikaalisten parametrien mediaanit kairanrei istä S R1 ja S R2. Rock Number Density Susceptibility Remanence Q ratio Eff. susc. kg/m 3 (SI) A/m (SI) Ijolite Urtite Melteigite Magnetite ore Σ Kuva 4. Eri kivilajien suskeptiivisuus vs. tiheys.

10 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 6 Kuvassa 4 esitetään suskeptiivisuus ja tiheys xy-tasossa. Magnetiittinäytteet ovat yhdestä n. metrin pituisesta lävistyksestä ja ne otettiin mukaan vertailun vuoksi. Magnetiitin tiheys on n kg/m 3 ja suskeptiivisuus (SI). Muiden kivien suskeptiivisuuksissa on kolmen kertaluokan vaihteluväli mutta tiheys rajoittuu magnetiittia lukuun ottamatta pienelle alueelle niin että mallinnuksessa käytetty tiheys 2975 kg/m 3 kuvaa hyvin koko muodostumaa. Magneettisissa tulkinnoissa olisi käytettävä SI-suskeptiivisuutta 0.2. Liitteiden 2 ja 3 kuvissa on mukana myös induktiivisesti mitattu näennäinen ominaisvastus. Tätä parametria ei ole saatu mitatuksi kaikista näytteistä. Myös remanenssin intensiteetistä ja suskeptiivisuudesta laskettu Q-suhde (Q = J/κ/41) on piirretty kaavioihin. 5 MAGNEETTISET MITTAUKSET 5.1 TMI-kartta Iivaara näkyy aeromagneettisessa kartassa läpimitaltaan ~3 km läpimittaisena ja maksimi-intensiteetiltään ~7000 nt anomaliana. Raportin kansikuvasta ilmenee, että anomalia nousee hyvin tasaisesta taustasta. Magneettisen anomalian millään sivulla ei näy selkeää sivuminimiä, mikä ilmeisesti tarkoittaa sitä, että sen aiheuttajalla on vähintäänkin kilometrikaupalla syvyyttä. Anomalian muodosta päätellen piippu kaatuu jyrkästi pohjoisen ja luoteen välille, ja sen symmetrisyyden perusteella piipun läpimitta voi myös kasvaa syvyyssuunnassa. Kuva 5. Iivaaran magneettinen maastomittauskartta.

11 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 7 Kuvan 5 kartassa systemaattisen maastomittauksesta pohjoinen on ylävasemmalla ja itä yläoikealla. Mittaus ei anna paljon lisäinformaatiota magneettisesta rakenteesta. Suurimmat erot syntyvät siitä, että maastomittauksessa ollaan lähempänä anomalian aiheuttajaa kuin lentomittauksessa ja suhteellisesti nimenomaan massan pintaosia. Eroja aiheutuu myös siitä, että suurten topografisten erojen takia lentokoneen korkeus vaihtelee tasaista maata enemmän ja suodattaa jyrkänteiden lähellä kenttää maanpintahavaintoja enemmän. Lentokartasta eroavana kuvassa erottuu selvästi pääanomaliaa myötäilevä kaari itälaidassa. Muuallakin Iivaaran ympäristössä kaari on olemassa mutta vähemmän selkeänä. Tämä sivuanomalia vaikeuttaa omalta osaltaan magneettista mallinnusta. 5.2 Magneettinen sylinterimallinnus Kuvan 6 yläosassa esitetään Iivaaran aeromagneettinen mittaustulos väripintakarttana. Pohjoissuunta on yläviistoon vasemmalle. Kartan molemman sivut ovat 10 km pituisia. Iivaaran anomalia näkyy kartan keskellä punaisena läikkänä. Alakuvassa on samasta paikasta esitetty pystysuunnassa leviävän elliptisen sylinterimallin tuottama teoreettinen anomalia. Kuvaan on lisätty kaksiosaisen mallin projektio maanpinnalla. Malli kaatuu jyrkästi pohjoiseen ja se selittää hyvin pitkälle mitatun anomalian. Kuitenkin se on ristiriidassa kaateensuunnaltaan painovoimatulkintamallin kanssa. Kuva 6. Magneettinen lentoanomalia tulkittuna kahdella sylinterimallilla.

12 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 8 Sydänmittausten suskeptiivisuuden mediaaniarvo vastaa magnetiittipitoisuutta 3.8 % ja remanenttinen magnetoituma muodostaa 54 % kokonaismagnetoitumasta. Jos remanenssin suunta yhtyy indusoituneen magnetoituman suuntaan, tästä ei tule ongelmia, mutta sen pienikin poikkeaminen indusoituneen magnetoituman suunnasta voi muuttaa magneettisen anomalian rakennetta. Siksi magneettisen anomalian tulkintaan liittyy epävarmuutta. 5.3 Tilt Derivative-kartta Kuva 7. Magneettiset maanpintamittaukset taustalla. Mustat käyrät kuvaavat TDR:n nollakohtia. Kuvan 7 magneettiseen maanpintamittauskarttaan on lisätty mustina käyrinä magneettikentästä lasketut TDR-arvot. Mukana ovat vain TDR:n nollakohdan ylityksen lähellä olevat arvot. Nämä käyrät ovat arvioita magneettisten kappaleiden kontaktien paikoille. Punaisen alueen ulkopuolella erottuu kehämäisiä rakenteita jotka ympäröivät isoa massaa. Magneettinen anomalia kehien maksimeissa on vähäinen mutta todellinen. Maastossa nämä paikat sijaitsevat Iivaaran laella ja rinteillä.

13 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 9 Kuvassa 8 on vielä kuvan 7 kartalta poimittu profiili kuvan luoteiskulmasta kaakkoiskulmaan. Anomalian kaakkoispuolen kaarirakenne näkyy hyvin matkakoordinaatin m paikkeilla. Profiilin alkupäässä kaari näkyy vähemmän selvästi matkakoordinaattien m tienoilla. Kuva 8. TMI- ja TDR-profiili kuvan 7 luoteiskulmasta kaakkoiskulmaan. 5.4 Magneettinen worm-kartta Seuraavassa tarkastellaan Iivaaran magneettista lentoanomaliaa ns. worm-tekniikalla (Archibald et al., 1999). Tekniikka perustuu kentän jatkamiseen ylöspäin, jolla potentiaalikenttädata voidaan muuntaa vastaamaan ylemmältä (tai alemmalta) tasolta tehtyä mittausta. Ylöspäin jatkaminen tasoittaa lyhyitä aallonpituuksia koska operaatio vastaa siirtymistä kauemmaksi pintarakenteista. Suurten aallonpituuksien, joiden lähde usein on syvällä, suhteellinen osuus kasvaa. Worm-tekniikassa kenttää jatketaan useille eri korkeuksille ja lasketaan näillä kentän derivaatta. Derivaatan nollakohta on likimain kontaktin päällä, ja koko prosessista saadaan tulokseksi anomalian aiheuttajan kontakti eri syvyyksillä. Inklinaation vaikutuksen eliminoimiseksi kentälle tehdään ensin napareduktio. Graafisessa esityksessä derivaatan nollakohdat muodostavat matomaisia viivoja. Kuvassa 9 esitetään wormit Iivaaran lentomittauksesta. Lentomittausdata on rasteroitu 50 m verkoksi Iivaaran ympäristöstä. Käyrät ilmoittavat mihin paikkaan prosessi on sijoittanut eri korkeuksille jatketusta kentästä saadut kontaktin paikat, mutta legendan lukuarvot eivät tarkoita syvyyksiä vaan kentän jatkokorkeutta. Alle 1000 m korkeuteen jatketut käyrät on jätetty pois koska ne sekoittavat kuvaa. Jatkamiskorkeudella ja kontaktin syvyydellä on olemassa yhteys, mutta parasta on tarkastella karttaa kvalitatiivisesti. Täysin pystylläkin rakenteella wormit leviävät ympäristöön, eikä laajenevista renkaista voi välttämättä päätellä että magneettisen piipun läpimitta kasvaisi syvyyssuunnassa. Sen sijaan kuvasta näkyy, että jatkamiskorkeudelle ~5000 m saakka wormit ovat symmetrisiä keskipisteen suhteen sekä itä-länsi- että poh-

14 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 10 jois-eteläsuunnassa. Tästä eteenpäin vaikuttaa siltä kuin wormit leviäisivät itään päin samalla kuin lännessä ne kääntyvät takaisin. Kuva 9. Magneettisen lentomittauksen wormit Iivaarasta. UC tarkoittaa kentän ylöspäin jatkamiskorkeutta metreinä. Tässä niin kuin muillakin magneettisilla menetelmillä tehtyjen tulkintojen luotettavuutta heikentää remanenssin vaikutus. Jos remanenssin suunta poikkeaa indusoituneen magnetoituman suunnasta, tulkinta kääntää mallin geometriset dimensiot todellisuutta vastaamattomiksi.

15 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 11 6 PAINOVOIMAMITTAUKSET 6.1 Painovoima-anomaliakartta Painovoimamittauksista tehtiin ensiksi kuvan 3 ristikkäiset profiilit 1 ja 2. Tarkoituksena oli päästä näkemään onko anomaliassa epäsymmetrisyyttä piipun kaateen määrittämistä varten sekä laajuutta syvyysulottuvuuden selvittämiseksi. Ilmeni, että profiilit olivat liian lyhyitä ja että niitä oli liian vähän. Toisessa vaiheessa jatkettiin profiileja molemmista päistään sekä lisättiin profiilit 3-6. Muutamilla profiileilla oli ongelmia liikkumisen vuoksi ja siksi havaintoihin jäi pieniä aukkoja. Puuttuvat pisteet eivät kuitenkaan haittaa piipun suuren rakenteen selvittämisessä. Kuva 10. Näränkävaaran (taustalla) ja Iivaaran (etualalla) painovoima-anomalia. Koska mittausprofiileilla korkeuden minimin ja maksimin ero on 120 m, oli paikallaan tehdä topografinen korjaus gravimetrisiin lukemiin. Korjaus oli kuitenkin maksimissaan vain 1 mgal eikä sen huomioonottamisella ole merkitystä anomalian aiheuttajan syvyysulottuvuuden arvioinnissa. Iivaaran gravimetrauksen tulkinnassa on otettava huomioon sen lounaispuolella lähimmillään 15 km etäisyydellä sijaitseva Näränkävaara, jonka painovoima-anomalia on Suomen suurimpia, ~50 mgal. Näränkävaaran alueelta painovoimamittaus on tehty 1970-luvulla sekä vuosina eri hankkeiden yhteydessä (Salmirinne ja Iljina, 2003). Tämän alueellisen hajapistepainovoima-aineiston pisteväli on ~500 m eli neliökilometriä kohti pisteitä on ~4.5 kpl. APV-mittauksen havaintopisteitä näkyy kuvan 3 lounaisnurkassa.

16 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 12 Pintakuvaesitys Näränkävaaran ja sen ympäristön painovoimakentästä nähdään kuvassa 10 tarkasteltuna itä-koillisesta. Iivaaran anomalia näkyy etualalla n. 15 mgalia ympäristön tasosta nousevana kukkulana. Iivaaran ja Näränkävaaran painovoima-anomaliat summautuvat yhdeksi, ja kentän gradientista näkee, että Näränkävaara vääristää Iivaaran anomaliaa merkittävästi. Painovoima-anomalian aiheuttajan syvyysrakenteen tulkinnassa kentän nollatason oikea määritys on olennaista, koska syvät rakenteet näkyvät nimenomaan kaukana anomaliamaksimista Tulkintaa ja Iivaaran anomalian eristämistä varten oli välttämätöntä laskea eteläisen anomalian vaikutus tutkimusalueen kenttään. Näränkävaaran kerrosintruusiota ja siitä kymmeniä kilometrejä länteen ulottuvaa tulokanavamuodostumaa kuvaamaan sijoitettiin karkea malli, jonka tiheys oli 3050 kg/m 3 ja tilavuus ~1000 km 3 ja laskettiin sen anomalia. Tämän mallin anomalia toimii Iivaaran nollatasona, esimerkkinä kuvassa 11 painovoimaprofiilia 1 pitkin vedetty gravimetrinen profiili Näränkävaaran ja Iivaaran yli. Kuva 11. Painovoima-anomalia Näränkävaarasta Iivaaraan. Sininen käyrä kuvaa Näränkävaaran osuutta anomaliassa. Kun Näränkävaaran massan aiheuttama regionaali vähennetään mittausarvoista, saadaan kuvan 11 Iivaaran anomaliakartta. Tarkastelusuunta on lounaasta koilliseen eli Näränkävaaran suunnalta. Kentän yleinen taso nousee Näränkävaaran suuntaan ja sille on olemassa ainakin kaksi selitystä. On kuviteltavissa, että osa Näränkävaaran anomaliasta on jäänyt selittämättä. Kuitenkin sovitus tehtiin paljon kuvaa laajemmalta alueelta, eikä Iivaarasta länteen jäänyt vastaavaa selittämätöntä anomaliaa. Toinen mahdollisuus on, että etelää kohti nouseva kentän taso on Iivaaran piipun aiheuttamaa, mikä tietäisi piipun kaatumista Näränkävaaran suuntaan. Punaisella väritetyt positiiviset painovoima-arvot ovat Iivaaran massan aiheuttamia ja sinisellä merkityt alueet voivat olla merkkinä paikallisista rakenteista tai tuloskäsittelyepätarkkuuksista. Kuvan esittämä anomalia perustuu kuuteen mitattuun profiiliin. Profiiliväli 2500 m on liian harva.

17 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 13 Kuva 12. Iivaaran painovoima-anomalia. 6.2 Gravimetrinen sylinterimallinnus Iivaaran intruusioon kairattujen kahden reiän perusteella ijoliitin, urtiitin, melteigiitin sekä magnetiittimalmin mediaanitiheys on 2975 kg/m 3. Tätä arvoa käytettiin kaikissa gravimetrisissä laskuissa. Mallilaskuja tehtiin useita käyttäen malleina pystyä sylinteriä, pystyä elliptistä sylinteriä sekä katkaistua kartiota eli frustumia. Sylinterit ovat laskennallisesti helppoja ja nopeita mutta eivät pysty ottamaan huomioon kentän kaikkia yksityiskohtia. Katkaistu kartiovoi koostua hyvinkin monesta solmupisteestä mikä tekee sen laskennallisesti vaativammaksi sekä epävakaaksi. Kaikilla malleilla saatiin vertailukelpoisia sovituksia mittaustuloksen ja teoreettisen mallin välille ja myös mallikappaleiden tilavuudet olivat lähellä toisiaan. Kuvassa 13 esitetään yksi elliptistä sylinteriä käyttämällä tehty mallitulkinta. Taustana on väritetty magneettinen lentokartta ja mallin tuottama painovoimakenttä esitetään sama-arvokäyrinä. Käyrien välimatka on 1 mgal. Mallikappaleen projektio on vihreillä viivoilla. Malli kaatuu etelälounaaseen kaateena ~45 o. Syvyys mallilla on ~4000 m, vaakapinta-ala 11.5 km 2 ja tilavuus 46 km 3. Kun tiheydeksi oletetaan 2975 kg/m 3, massaksi seuraa 13.8 Gt. Tämä on muutaman gigatonnin verran suurempi kuin seuraavassa esitettävä massa-arvion antama tulos, mutta suuruusluokka on sama. Myös katkaistu kartio-malli antaa samaa suuruusluokkaa olevan tuloksen. Harva profiiliväli aiheuttaa mallien solmupisteisiin kohinaa eivätkä mallit vaikuta luotettavilta vaikka sovitus olisikin hyvä. Kuvasta näkee vielä gravimetrisen ja magneettisen anomalian välisen eron. Vaikka voidaan olettaa, että sama massa on molempien anomalioiden takana, painovoima-anomalia on huomattavasti laajempi kuin magneettinen. Tämän näkee myös kuvasta 2.

18 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 14 Kuva 13. Iivaaran sylinterimallitulkinta. Taustalla magneettinen kartta. Kuvan keskellä olevat valkoiset täpläjonot ilmoittavat kahden päätulkintaprofiilin sijainnin. Liitteen 3 kuvassa esitetään näillä profiileilla tulkintamallien projektiot sekä mitatun ja teoreettisen anomalian vertailu. 6.3 Iivaaran massa-arvio Koska Iivaaran painovoima-anomalia on suhteellisen rajoitettu vaakasuunnassa, voidaan sen aiheuttama massa määrittää Gaussin divergenssilauseen perusteella. Tämä määritys ei ota kantaa massan muotoon eikä syvyyteen. Laskuja varten tarvitsee tietää anomalian voimakkuus ja sen kattaman alueen pinta-ala. Arvioon käytetyn ruudukon koko oli 100*100 m, mutta esim. 500*500 m verkko antoi käytännössä saman tuloksen.

19 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 15 Massa-arvion tekemiseen on tiedettävä anomalian amplitudi ja pinta-ala. Painovoima-anomalia ei periaatteessa vaimene nollaan äärellisellä etäisyydellä vaan joudutaan määrittämään cut-off-raja. Käytännössä mittausepätarkkuudet sekä muiden massojen häiritsevät anomaliat sekä kartoitusalueen laajuus määrittävät anomaliaksi katsottavan alueen laajuuden. Anomalian amplitudi vaihtelee etäisyyden mukana ja käytännössä joudutaan valitsemaan tutkittavat kentän arvot esim. 0.1 mgalin välein. Valitaan tarkasteltava anomalia-arvo (esim. 0.1 mgal) ja mitataan kartalta tämän anomaliakäyrän rajoittaman alueen pinta-ala. Otetaan seuraava anomalia-arvo (esim. 0.2 mgal) ja mitataan käyrän pinta-ala. Näin jatketaan kunnes kaikki anomalia-arvot on käsitelty. Anomalian aiheuttaneen massan suuruus tonneina lasketaan kaavasta M = 23.9 Σ g*s, missä g on valittu anomalia-arvo milligaleina ja S on sen rajoittaman alueen pinta-ala neliökilometreinä. Kuva 14. Iivaaran painovoima-anomalian massa-arvio. Pinta-alan kasvaessa massa lähenee arvoa 10.8 Gt. Ainakin pyöreän Iivaaran anomalian tapauksessa laskut voidaan tehdä myös valitsemalla anomalian keskipistekeskisen ympyrän säde ja laskemalla sen rajoittaman tasahilaisen verkon solmupisteiden anomalioiden summa. Näin edetään kunnes summa-anomalia ei kasva ympyrän säteen kasvun mukana. Iivaaran painovoima-anomalian keskipisteen arvioitiin olevan paikassa x623380/ y Ensimmäisen ympyrän säde oli 500 m, pinta-ala 0.8 km 2 ja sen sisällä olevien solmupisteiden anomalialukemien summa 1256 mgal. Seuraavaksi kasvatettiin sädettä 500 m välein arvoon 8 km saakka jolloin oltiin lähellä mittausalueen rajoja. Ympyrän pinta-ala oli tuolloin 200 km 2 ja solmupisteiden summa oli mgal. Tällä tavalla anomalian aiheuttajan massaksi laskettiin tonnia eli 10.8 gigatonnia. Jos profiilit olisivat pitempiä ja kattavampia niin että laskuja voitaisiin jatkaa kauemmaksi, on ilmeistä, että massaa tulisi muutama gigatonni enemmän. Erityisesti etelän suunnassa osa anomaliasta näyttää jäävän selittämättä. Saatu arvo on suhteellisen lähellä sylinterimallitulkinnan antamaa arvoa 13.8 Gt.

20 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Iivaaran piipun syvyysulottuvuudesta Iivaaran piipun massan ja kaltevuuden suunnan määrityksen lisäksi mittausten tarkoituksena oli selvittää, saako mittaustuloksista viitettä piipun syvyysulottuvuudesta. Kuvan 13 sylinterimallilla on syvyyttä 4000 m ja massaa 13.8 Gt. Massaa voidaan periaatteessa pitää totena mutta syvyyteen liittyy epävarmuutta. Gaussin divergenssiteoreema ei ota kantaa massan muotoon, tiheyteen tai jakaumaan ja sama anomalia saadaan tulokseksi muuttamalla mallin tiheyttä ja tilavuutta vastakkaisiin suuntiin. Sylinterin tilavuutta voidaan muuttaa vaihtelemalla sen poikkileikkauspinta-alaa tai syvyyttä. Sylinterin poikkileikkauspinta-ala voi myös vaihdella eri syvyyksillä. Iivaaran tapauksessa vapausasteita vähentää tieto kiven tiheydestä sekä painovoima-anomaliasta nähtävissä poikkipinta-ala maanpinnalla. Kuva 15. Kaavakuva mallin syvyysrakenteen vaikutuksesta painovoima-anomaliaan. On vielä otettava huomioon mittaustuloksiin liittyvä kohina ja epävarmuus. Kuvan 15 tapauksessa esitetään teoreettisen vihreän mallin anomalia vihreillä pilkuilla. Koska kyseessä on laskettu anomalia, havaintopisteisiin ei liity epävarmuutta ja ne muodostavat kauniin loivasti muuttuvan anomalian. Malli on

21 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS m syvä ja sen poikkipinta-ala maanpinnalla on 12.5 km 2 eli samaa luokkaa Iivaaran kanssa. Sininen malli on tulkinnan antama tulos kun malli on pakotettu laajenemaan syvyyssuunnassa. Tämän mallin sininen anomaliakäyrä yhtyy lähes täydellisesti vihreisiin mittausarvoihin. Koska mittaustuloksissa on aina mukana kohinaa, käytännön prospektaustilanteessa tulkitsija on tyytyväinen tulokseen eikä näe tarvetta tai mahdollisuutta parantaa sovitusta. Punainen malli ja anomaliakäyrä kuvaavat tilannetta jossa malli kapenee syvyyssuunnassa. Syvyyttä mallilla on nyt 13 km. Anomalian ja mittaustuloksen välinen sopusointu on vähän pienempi kuin sinisellä mallilla mutta käytännössä hyväksyttävä. Anomalian kyljissä olevat poikkeamat olisi helppo poistaa korjaamalla punaisen mallin pintaosia. Kaukana anomaliasta, missä syvyysefektit varsinaisesti näkyvät, poikkeamat ovat käytännön kohinatasoa pienempiä. Tässä tapauksessa tulokseksi tulisi, että anomalian aiheuttajan massa saataisiin lasketuksi ja sen kontaktit ja kaade saataisiin selville, mutta vaikka tiheydestä olisi mittaustietoja mutta ei käsitystä syvyyssuuntaisesta rakenteesta, massan syvyyden epävarmuus ulottuisi viidestä kolmeentoista kilometriin. Iivaaran anomalian tulkintaan vaikuttavat vastaavat tekijät. Mittausprofiilit saisivat olla pitempiä. Mittaustuloksissa on kohinaa, jonka mahdollisena syynä on irtomaiden paksuusvaihtelu. Erikoisen haastava on Näränkävaaran massiivisen anomalian vaikutus. Näränkävaara sijaitsee Iivaaran piipun kaateen suunnassa joka on tärkein suunta syvyysulottuvuuden määrittämisen kannalta. Näränkävaaran anomaliaa ei saada mallinnetuksi luotettavasti niin tarkasti, että sen poistamisen jälkeisestä residuaalista voitaisiin arvioida yksikäsitteisesti Iivaaran piipun syvyysulottuvuus. 6.5 Gravimetrinen worm-kartta Kuvassa 16 esitetään painovoimamittauksista lasketut worm-kuviot. Lähtöarvoina ovat olleet Bouguer-anomaliahavainnot, joista Näränkävaaran kontribuutiota ei ole poistettu. Worm-käyrät sijaitsevat symmetrisesti anomalian ympärillä mutta lounaan suunnassa on rakenteita, jotka viittaavat NE-SW-suuntaiseen kaateeseen. Tulos ei ole ristiriidassa sylinterimallitulkinnan antaman suunnan kanssa. Kuva 16. Gravimetriset wormit.

22 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 18 7 IIVAARAN ITÄPUOLEN ANOMALIOISTA Kuvan 1 magneettisessa kartassa sekä raportin kansikuvassa näkyy useita vinosti länteen nousevia kilometrien pituisia anomalioita. Kuvassa 17 kartan kaakkoisnurkassa on paljon punaista ja siitä luodetta kohti ojentuu muutamia anomaliavyöhykkeitä. Selvin ja voimakkain anomalia menee Isokankaan laella. Reaalikartassa ei näkynyt selkeitä anomalioita. Imaginaarikartassa niitä on useita, mutta paria lukuun ottamatta ne sijaitsevat vesistöjen tai soiden päällä. Isokankaan ja Kangaslammen eteläpuolella on usean neliökilometrin laajuinen anomalia kuivalla maalla. Magneettisessa ja reaalikartassa tällä paikalla on tyhjää. Imaginaarianomalia ulottuu kuitenkin osittain Isokankaan magneettisen anomalian alueelle. Samantapainen anomalia on Juurikkalampien lähellä, sekin osittain kuivalla maalla. eth- ja muiden säteilykarttojen anomaliat ovat matalia. Alueen keskellä on laaja anomaliavyöhyke, jossa maat ovat pääasiassa kuivia. Pohjoislaidassa näkyvä vähän säteilevä vyöhyke on kostealla alueella. Onkin ilmeistä, että säteilykartat kertovat pääasiassa maaston kosteusolosuhteista. Kuva 17. TMI-, TDR-, imaginaarinen ja eth-kartta Iivaaran kaakkoispuolelta.

23 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 19 Mainitut magneettiset anomaliat ovat erittäin pieniä vaikka niillä on pituutta. Ilmeisesti kyseessä ovat kallioperän rakenteet ja niihin liittyvät vähäiset magneettisuuden lisääntymät. KIRJALLISUUSLUETTELO Salmirinne, Heikki ja Iljina, Markku Koillismaan kerrosintruusiokompleksin tulokanavamuodostuman painovoimatulkinta ja alueen malmimahdollisuudet.(osa 1) 23 s., 12 liites, Geologian tutkimuskeskus, raportti Q 21/2003/1. Archibald, N., P. Gow, and F. Boschetti Multiscale edge analysis of potential field data. Exploration Geophysics, 30,

24 Depth (m) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 20 Liite 1. Petrofysikaaliset mittaukset reiästä S R1. 0 Density kg/m Susceptibility (SI) Remanence A/m Q ratio Apparent resistivity m Soil 40 Ijolite 60 Urtite Ijolite Urtite Ijolite Urtite Ijolite Urtite 120 Ijolite 140 Urtite Ijolite 160 Urtite 180 Melteigite Ijolite 200 Urtite

25 Depth (m) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 21 Liite 2. Petrofysikaaliset mittaukset reiästä S R2. 0 Density kg/m Susceptibility (SI) Remanence A/m Q ratio Apparent resistivity m Soil Ijolite 40 Melteigite Ijolite 60 Magnetite Ijolite/Urtite Ijolite/Urtite Ijolite 80 Melteigite 100 Ijolite Urtite 160 Ijolite

26 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 22 Liite 3. Painovoimatulkinta profiileilla 1 ja 2.