Pohjois-Karjalan Cu-Co-Zn-malmilohkareet Outokumpuassosiaatiovyöhykkeiden

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Itä-Suomen yksikkö Kuopio 42/2015 Pohjois-Karjalan Cu-Co-Zn-malmilohkareet Outokumpuassosiaatiovyöhykkeiden malmipotentiaalin indikaattoreina Cu-Co-Zn ore boulders as ore potential indicators of the Outokumpu assemblage zones in North Karelia Lauri J. Pekkarinen & Satu Hietala 2015

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Itä-Suomen yksikkö Kuopio 42/2015 Alkusanat GEOMEX- raportin inspiroima tämä Outokumpu-tutkimus sai alkunsa lähes viisi vuotta sitten, jolloin toiveikkaana saatuani tiedon apurahasta aloin koota tutkimustani varten materiaalia. Kuitenkin yllättävä sairastuminen ja muutto ulkomaille aiheuttivat työn viivästymisen. Vuosien viive ei mennyt hukkaan, vaan vuosien aikana kerätty oppi ja kokemus ovat arvokkaita. Niiden avulla olen saanut lisätietoa, joita ei ole kirjoista saatavilla. Uskon, että tämä tieto on vaikuttanut positiivisesti myös tämän työn sisältöön. Haluan erityisesti kiittää tämän uuden elämänvaiheen syntyyn edesauttanutta henkilöä eli tämän käsikirjoituksen toista tekijää Satu Hietalaa kannustuksesta ja tuesta sairauteni aikana sekä vankkumattomasta uskosta kykyihini. Yhteistyönä saimme aikaan hänen taidokkuutensa ansiosta runsaasti kuvitetun julkaisun. Hän teki tästä työstä innovatiivisuudellaan mahdollisen ja olen siitä kiitollinen. Vastaava tekijä Lauri Jouni Pekkarinen

3 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Itä-Suomen yksikkö Kuopio 42/2015

4 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Itä-Suomen yksikkö Kuopio 42/2015

5 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Itä-Suomen yksikkö Kuopio 42/2015 Sisällysluettelo KUVAILULEHTI TIIVISTELMÄ/ABSTRACT 1 1 JOHDANTO Taustaa Perustietoja Outokummun kaivosalueen historiasta Lähtökohdat tutkimukselle Tutkimuksen tarkoitus ja päämäärä 6 2 KÄYTETTY AINEISTO JA SIITÄ TEHDYT ESITUTKIMUKSET Hietutkimus Palanäytteiden ja hieiden valokuvaus Analyysitiedot Petrofysikaaliset määritykset näytteistä Jäätikkövirtauksen kuljetussuunnat 14 3 OUTOKUMMUN KUPARIMALMIN LÖYTÖHISTORIA Kivisalmen lohkareen löytyminen 15 4 SELKIEN, RÖKSÄN JA SORTAVALAN OKU-TYYPIN MALMILOHKAREIDEN ALKUPERÄN SELVITYKSISTÄ LUVULLA Selkien lohkareet Röksän lohkare Tarkistuskäyntejä luvulla Sortavalan lohkare 25 5 SAVONRANTA- TYYPIN MALMILOHKAREET JA MAHDOLLISTEN LÄHTÖALUEIDEN ARVIOINTIA 26 6 POTOSKAVAARAN MALMILOHKAREEN KÄYNNISTÄMÄT TUTKIMUKSET POHJOIS-KARJALASSA LUVULLA 34 7 FLUIDISULKEUMATUTKIMUKSEN SOVELTUVUUDESTA OKU-TYYPIN MALMILOHKAREIDEN TYYPITTELYSSÄ JA LÄHTÖALUEEN MÄÄRITTÄMISESSÄ? 39 8 GTK:N MAAPERÄTUTKIMUKSIEN TULOSTEN TARKASTELUA Tutkimuskaivannoista tehtyjen havaintojen tarkastelua 47 9 OUTOKUMPU-TYYPPISTEN MALMIEN JA LOHKAREIDEN LUOKITTELUSTA KEMISMIN JA SULFIDIMINERALOGIAN AVULLA Vuoden 1981 luokittelutulosten tarkastelua Malmipuhkeamien Kumpu B ja Kaasila geologiasta Valittujen näytteiden kemiallisten analyysien ja sulfidifaasimääritysten tulokset 56

6 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Itä-Suomen yksikkö Kuopio 42/ Fe-sulfidifaasin Fe/Ni-suhde diagrammi Fe-sulfidifaasin Zn/Sn-suhde diagrammi Fe-sufidifaasin Ag/Cu-suhde diagrammi OKU-tyypin malmilohkareiden uudelleen ryhmittely ONKO KIVISALMEN LOHKAREEN LÄHTÖALUE VARMUUDELLA OUTOKUMMUSSA? Pohdintaa kahdesta Petäisen ja Kivisalmen välillä tehdystä tutkimuksesta PETROFYSIKAALISET MÄÄRITYKSET LOHKAREIDEN JA PUHKEAMINEN VERTAILUSSA SEKÄ LOHKAREIDEN LÄHTÖALUEIDEN MÄÄRITTÄMISESSÄ Taustaa OKU-tyypin malmilohkare- ja malmipuhkeama-aineisto sekä niistä tehdyt petrofysikaaliset määritykset Petrofysikaaliset määritykset lohkareista ja johtopäätökset Määritykset malmipuhkeamista ja vertailua lohkareaineistoon Johtopäätökset MITÄ OKU-LOHKAREIDEN METAMORFOOSIASTE KERTOO LÄHTÖALUEISTA? Arvioita malmilohkareiden tulosuunnista metamorfoosiasteen perusteella Sektori Outokummusta itään Luikonlahden kapea lohkareviuhka Sektori Outokummusta kaakkoon Savonrannan kapea lohkareviuhka Hylekaarteen erillinen lohkare YHTEENVETO Johtopäätökset Outokumpu-tyypin malmilohkareiden lähtöalueista KIITOSMAININNAT LÄHTEET 112 LIITTEET

7 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Itä-Suomen yksikkö Kuopio 42/2015 Lauri J. Pekkarinen & Satu Hietala Pohjois-Karjalan Cu-Co-Zn malmilohkareet Outokumpu-assosiaatiovyöhykkeiden malmipotentiaalin indikaattoreina Tiivistelmä Tiivistelmä Tämän K. H. Renlund Säätiön tukeman tutkimuksen tarkoituksena on täydentää Geologian tutkimuskeskuksen Tämän K. H. Renlund (GTK) Säätiön ja Outokumpu tukeman Mining tutkimuksen Oy:n (OKU) tarkoituksena yhteistyönä on täydentää syntynyttä Geologian GEOMEXraporttia tutkimuskeskuksen sekä tuottaa (GTK) OKU-tyypin ja Outokumpu malmilohkareiden Mining Oy:n (OKU) merkitystä yhteistyönä käsittelevän syntynyttä laajennusosan. GEOMEXraporttia sekä Tutkimus keskittyy tuottaa OKU-tyypin OKU-tyypin lohkareiden malmilohkareiden sekä malmipuhkeamien merkitystä käsittelevän keskinäiseen laajennusosan. vertailuun Tutkimus eri tutkimusmenetelmiä keskittyy OKU-tyypin käyttäen. lohkareiden Tulosten sekä perusteella malmipuhkeamien on arvioitu keskinäiseen mahdollisuutta vertailuun löytää Outokumpu-jaksosta eri tutkimusmenetelmiä vielä käyttäen. uusia indikaattoreita Tulosten perusteella Cu-Co-Zn on potentiaalista. arvioitu mahdollisuutta löytää Outokumpujaksosta vielä uusia indikaatioita Cu-Co-Zn potentiaalista. Työn kuluessa selvisi, että kvartsin fluidisulkeumat eivät ole tässä tapauksessa käyttökelpoinen työkalu Työn kuluessa tavanomaiseen selvisi, että lohkarejäljitykseen, kvartsin fluidisulkeumat mikä johtunee eivät ole nimenomaan tässä tapauksessa birbiriittisen käyttökelpoinen kvartsin ja työkalu tavanomaiseen Outokumpu-tyypin malmien lohkarejäljitykseen, geneettisesti mikä erillisistä johtunee ja nimenomaan monivaiheisista birbiriittisen synty- ja kvartsin deformaatioprosesseista ja Outokumpu-tyypin malmien geneettisesti erillisistä ja monivaiheisista synty- ja deformaatioprosesseista. Fe-sulfidifaasin kemialliseen koostumukseen perustuva luokittelu todettiin toimivaksi. Käytetyt Fe-sulfidifaasin erotteludiagrammit kemialliseen Fe/Ni, koostumukseen Zn/Sn ja Cu/Ag perustuva jakavat koko luokittelu aineiston todettiin selkeästi toimivaksi. kahteen Käytetyt päätyyppiin. erotteludiagrammit Rikkikiisuvaltaiset, Fe/Ni, Zn/Sn vaihtelevasti ja Cu/Ag kvartsia jakavat harmeena koko aineiston sisältävät selkeästi malmilohkareet kahteen päätyyppiin. muodostavat Rikkikiisuvaltaiset, oman ryhmänsä vaihtelevasti ja rinnastuvat kvartsia Kumpu harmeena B- Kaasila sisältävät malmipuhkeamiin. malmilohkareet Tällaisia muodostavat lohkareita oman ryhmänsä ovat: ja Kivisalmi, rinnastuvat Kettulankatu, Kumpu B- Kaasila Outolammenkatu, malmipuhkeamiin. Selkie I-II, Tällaisia Röksä, lohkareita Ikolansaari, ovat: Enanniemi, Kivisalmi, Kettulankatu, Muljula, Rokkala, Outolammenkatu, Vaivio, Karvonen, Selkie I-II, Potoskavaara Röksä, Ikolansaari, ja parageneesin Enanniemi, perusteella Muljula, myös Rokkala, Sortavalan Vaivio, Karvonen, lohkare. Potoskavaara Magneettikiisuisia ja parageneesin lohkareita ja perusteella puhkeamia myös edustavien Sortavalan pisteet lohkare. voidaan puolestaan Magneettikiisuisia rajata lohkareita ellipsimäisen ja puhkeamia kentän sisään edustavien käsittäen pisteet Luikonlahden, voidaan puolestaan Riihilahden rajata ja ellipsimäisen Hietajärven mineralisaatioita kentän sisään käsittäen sekä Luikonlahden, Hylekaarteen Riihilahden ja Savonrannan ja Hietajärven lohkareita edustavat mineralisaatioita pisteet. sekä Hylekaarteen ja Savonrannan lohkareita edustavat pisteet. Petrofysikaalisten parametrien soveltaminen lohkare- ja puhkeama-aineston luokitteluun todettiin Petrofysikaalisten myös hyvin toimivaksi. parametrien Luokitteluun soveltaminen käytetyistä lohkareluokitteluja puhkeama-aineston diagrammeista luokitteluun tuli esille edellisen todettiin myös kaltainen hyvin toimivaksi. kahtiajako Luokitteluun siten, että magneettikiisuiset käytetyistä luokittelutai magneettikiisufasieksen diagrammeista tuli esille näytteet edellisen erottuvat kaltainen korkeamman kahtiajako siten, suskeptibiliteetin että magneettikiisuiset vuoksi alemman tai magneettikiisufasieksen suskeptibiteetin omaavien näytteet rikkikiisuvaltaisten näytteiden joukosta. Tästä syystä rikkikiisulohkareita mukaan lukien kvartsia harmeena erottuvat korke- sisältäviä näytteitä edustavat pisteet lankeavat erotteludiagrammissa KumpuB- Kaasilan puhkeamanäytteitä edustavaan kenttään tai sen jatkeelle. Lisäksi Hylekaarteen lohkareen korkea suskeptibiliteetti erottaa sen muusta lohkarejoukosta. Valitettavasti magneettikiisutyypin Savonrannan lohkarenäytteet olivat vuosien varrella tuhoutuneet ja vertailu siltä osin jäi puutteelliseksi.

8 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Itä-Suomen yksikkö Kuopio 42/2015 amman suskeptibiliteetin vuoksi alemman suskeptibiteetin omaavien rikkikiisuvaltaisten näytteiden joukosta. Tästä syystä rikkikiisulohkareita mukaan lukien kvartsia harmeena sisältäviä näytteitä edustavat pisteet lankeavat erotteludiagrammissa KumpuB- Kaasilan puhkeamanäytteitä edustavaan kenttään tai sen jatkeelle. Lisäksi Hylekaarteen lohkareen korkea suskeptibiliteetti erottaa sen muusta lohkarejoukosta. Valitettavasti magneettikiisutyypin Savonrannan lohkarenäytteet olivat vuosien varrella tuhoutuneet ja vertailu siltä osin jäi puutteelliseksi. OKU-tutkimusaineiston jakautumista voidaan tarkastella myös Säntti ym. (2006) julkaiseman Pohjois Karjalan metamorfisten vyöhykkeiden kartan avulla. Kartan mukaan metamorfoosiaste nousee vyöhykkeittäin idästä länteen ja samalla tapahtuu rikkikiisun vaihtuminen magneettikiisuksi, esimerkkiketju: Kylylahden malmi alemman asteen amfiboliittifasies/ Vyöhyke A; KumpuB Kaasilan puhkeamat keskiasteen amfiboliittifasies/ Vyöhyke B; Luikonlahden malmi ylemmän asteen amfiboliittifasies / Vyöhyke C. Tunnettujen OKU- lohkareiden löytöpaikat hajoavat em. kartalla eri metamorfisille vyöhykkeille, ilmeisesti monivaiheisten jäätikön virtausten kuljettamina. Tästä syystä lohkareille määritettiin ensin silikaatti- ja malmimineralogian avulla metamorfoosiaste, jotta saadaan selville, miltä vyöhykkeeltä kukin lohkare on lähtöisin. Käyttämällä apuna kaavioon lisättyjä jäätikön virtaussuuntia on palautettu lohkareet alkuperäisille lähtöalueilleen. Tämän käsittelyn tulokset on visualisoitu kuvassa 58. Saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että tutkittujen rikkikiisuvaltaisten OKU-tyypin lohkareiden lähtöalueen voidaan katsoa suurelta osin olevan Outokummun malmin KumpuB-Kaasilan puhkeamissa. Lisäksi Selkien lohkareiden lähialueelta löydetyn Vanajan lohkareen parageneesi vastaa hyvin Luikonlahden malmin lähilohkareita, niinpä sen lähtöalue on ilmeisesti Luikonlahden esiintymässä. Muusta lohkarejoukosta poikkeavan ryhmän muodostavat ns. Savonrannan magneettikiisuiset malmilohkareet, joille on tyypillistä erikoinen breksiarakenne. Lohkareiden parageneesi ei muistuta Savonrannan malmipuhkeamien, Kettukummun tai Hietajärven näytteitä, eivätkä jäätikön virtaussuunnatkaan täsmää, joten niiden lähtöalue on vielä avoin.

9 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Itä-Suomen yksikkö Kuopio 42/2015 Hylekaarteen lohkare on Cu-Zn-rikas (Cu 8,9 % ja Zn 3,86 %). Lohkareelle on tunnusomaista erikoinen ulkoasu merkit hiertymisestä, kloriittiutumisesta ja graniittiutumisesta. Tästä syystä se poikkeaa esim. Hietajärven malminäytteistä. Parageneesi, petrofysiikka ja jäätikön vanhempi virtaussuunta 325 johtavat Juojärven alueelle. Lohkareen jäljittäminen olisi kuitenkin aiheellinen, mutta varmasti haasteellinen tehtävä. Tässä tutkimuksessa oli mukana kaksi näytettä Mondo Mineralsin Karnukan talkkikairauksissa lävistetyistä OKU-tyypin sulfidivyöhykkeistä. Näytteet muistuttavat Kylylahti-tyyppiä, mutta metamorfoosiaste on hieman korkeampi. Sulfidivyöhyke näyttää jatkuvan Pehmytkivi ja Horsmanaho talkkiesiintymien alle. Tämän vyöhykkeen Cu-Co-Zn-Ni malmipotentiaali on aiheellista tutkia. Erityisesti Kylylahden kaivoksen perustaminen 2010 ja sen täystuotannon käynnistyminen 2012 on uudelleen herättänyt kiinnostuksen ja uskoa OKU-vyöhykkeen Cu-Co-Zn malmipotentiaaliin. Yleisesti ottaen näyttää siltä, että helpoimmat Outokumpu-tyypin esiintymät on jo löydetty, siksi uusien kohteiden löytämiseksi tarvitaan uusia innovaatioita ja työkaluja.

10 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Lauri J. Pekkarinen & Satu Hietala Cu-Co-Zn ore boulders as ore potential indicators of the Outokumpu assemblage zones in North Karelia Abstract In February 2008 it was a hundred years since a copper ore boulder was discovered at Kivisalmi in Karelia, eastern Finland, which led to the discovery of the Outokumpu ore in After the discovery of the Kivisalmi boulder, similar ore boulders have been found elsewhere in Karelia but their provenance is still under debate. The results of the GEOMEX project inspired to a new investigation of the Outokumpu type boulders, which included different research material of the twenty best known ore boulders, compiled from the archives of Outokumpu Mining Oy and the Geological Survey of Finland. For comparison, material from the Outokumpu, Luikonlahti, Riihilahti, Saramäki, Kylylahti, Hietajärvi, Kettukumpu and Karnukka ore outcrops was studied. On the basis of mineralogical and geochemical compositions, Fe-sulphide phase chemistry, petrophysical data, metamorphic grades and the directions of glacial transportation of the boulders and partly fluid inclusion data, the following source areas can be suggested. Eastern sector The Vaivio, Selkie I II, Röksä and Karvonen boulders have metamorphic grades which equal metamorphic zone B and may have an origin from Outokumpu KumpuB-Kaasila ore outcrops. The Vanaja (Sarvinki) boulder is different and may originate from the Luikonlahti area. The Kylylahti ore outcrop is in metamorphic zone A, but there are no matching boulders to that.

11 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS The South-East sector The Kettulankatu, Kivisalmi, Enanniemi, Taskila, Ikolansaari, Muljula, Nivunki, Rokkala Potoskavaara and Sortavala boulders have chemical features and metamorphic grades matching zone B, so Outokumpu KumpuB-Kaasila ore outcop area is a probably provenance also for them. Narrow Savonranta fan A separate group consists of so-called Savonranta ore boulders, which are characterised by a peculiar breccia-structure. Their paragenesis does not resemble Savontranta type outcrops nor Kettukumpu and Hietajärvi samples, and glacier flow does not match, so their provenance is still open. Separate Hylekaarre boulder Hylekaarre boulder is Cu-Zn-rich. It is characterized by a peculiar habitus showing shearing, chloritization, granitization differing e.g. Hietajärvi ore samples. Paragenesis, petrophysics and older ice flow of 325 would indicate Juojärvi area. Karnukka ore indications Mondo Minerals talc drillings in Karnukka intersected also Oku-type Cu-Co-Ni-bearing sulphide zones. Samples resemble a little the Kylylahti ore samples. It seems that sulphide zones are continuing down below the Pehmytkivi and Horsmanaho talc deposists. The authors propose that ore potential of this zone should be revised. In particular, establishment of the Kylylahti mine in 2010 and full production since 2012 aroused new interest and belief in Cu-Co-Zn ore potential within the Outokumpu association zones. Generally speaking, it seems that the easy discoveries of Oku-type deposits have already been done, therefore, to find new targets, new innovations and tools are required.

12 3 1 JOHDANTO 1.1 Taustaa Vuoden 2015 helmikuussa oli kulunut 107 vuotta Kivisalmen kuparimalmilohkareen löytymisestä. Löytö johti vuonna 1910 Outokummun malmin paikantamiseen ja vuonna 1913 kaivoksen perustamiseen sekä antoi jatkossa voimakkaan sysäyksen Suomen kaivosteollisuuden kehittymiselle. Kivisalmen lohkareen jälkeen samankaltaisia malmilohkareita on aika ajoin löydetty eri puolilta Pohjois-Karjalaa. Erityisesti jotkut malmirikkaat lohkareet ja lohkaretihentymät, kuten Kontiolahden Selkien lohkareet, Savonrannan lohkareet ja Kiteen Potoskavaaran lohkare aiheuttivat aikoinaan ympäristössään laajoja tutkimuksia, mutta vastaavia malmipuhkeamia ei voitu tuolloin varmuudella osoittaa. Tämä työ antaa uutta tietoa OKU-tyypin malmilohkareiden lähtöalueista nykytietämyksen valossa (vrt. Viluksela 1973). Vuonna 1998 perustettiin Geologian tutkimuskeskuksen ja Outokumpu Oy:n välinen viisivuotinen GEOMEX yhteistyöprojekti. Sen tehtävänä oli koota yhteen Outokumpu-tyypin malmien tutkimuksia koskeva aineisto yhteen laaja-alaiseksi raportiksi. Erityinen syy siihen oli 1980-luvulla toiminnassa olleen Outokumpu-projektin aikana suoritettujen tutkimusten raporttien puute. Yhteistoiminnan tuloksena syntyi ko. projektin toimesta laaja GEOMEX-pääraportti (Kontinen ym ). GEOMEX-raportin kuvauksen mukaan paleoproterotsooiset metaturbidiitit Jormuan-Outokummun ylityöntovyöhykkeellä Itä- Suomessa sulkevat sisäänsä metristä kilometrien mittaisia ultramafisia massiiveja, jotka ovat jakautuneet yli 5000 km 2 laajuiselle alueelle. Raportissa annetaan perinpohjainen yleiskuvaus Jormua-Outokumpu ylityöntövyöhykkeen geologiasta, litologiasta ja Outokumpu alloktonin alueen ultramafisiin massiiveihin liittyvistä massiivisista - semimassiivisista Cu- Co-Zn-Ni-Ag-Au sulfidiesiintymistä (kuva 1). GEOMEX-projektin alueen kivilajien metamorfoosia käsittelevän alaprojektin julkaisussa (Säntti ym. 2006) on tutkittu metamorfoosin muuttumista idästä länteen kuuluvassa Outokumpu Jormua ofioliitti-vyöhykkeessä (OJOB). Siinä on tarkasteltu metamorfisia muutoksia metaultramafisissa kivissä ja sen perusteella on määritetty neljä selvää vyöhykettä idästä länteen kohoavan metamorfisen lämpötilan mukaan. Lisäksi malmiesiintymille on määritetty metamorfoosiaste. Nämä vyöhykkeet, samoin kuin karakteristiset mineraalit näkyvät tämän tutkimuksen tutkimusindeksikartan

13 4 karttapohjassa (kuva 1). Tässä tutkimuksessa oletettiin, että metamorfoosiaste voidaan määrittää myös OKU-tyyppisille lohkareille. Kuva 1. Outokumpu alloktonin geologinen kartta osoittaen ofioliittimassiivien sekä malmien ja etsintäkohteiden sijainnit, joita on käsitelty tekstissä Säntti et al. (2006) ja Peltonen et al. (2008) mukaan muokattuna. Tutkimusalue on rajattu monikulmiolla. Fig. 1. Geological map of the Outokumpu allochthon showing distribution of the ophiolite massifs and location of ores and prospects discussed in text modified after Säntti et al. (2006) and Peltonen et al. (2008). Study area of this paper is indicated by a polygon.

14 5 GEOMEX-projektin uuden malmimallin laatimista käsittelevän alaprojektin tuloksena syntyi Outokumpu-tyypin esiintymille uusi aiemmista poikkeava malmimalli, joka on esitetty julkaisussa Peltonen ym. (2008). Sen mukaan malmin synty on kuvattu vaiheittain: A) Ultramafinen valtameren pohja, vaihe 1950Ma: - inhalatiivinen siirrosten kontrolloima sulfidien hydroterminen kerrostuminen valtameren selänteillä tai transformisiirrosvyöhykkeellä Cu-protomalmin synty. B) Obductio vaihe, 1900Ma: matalan T ( C) listweniitti-birbiriitti-tyypin karbonaatti-kvartsi muuttuminen peridotiittimassan reunoilla > Ni-sulfidipirotteet >Niprotomalmin synty. C) Alueellinen deformaatiovaihe, 1880 Ma: syntektoninen remobilisaatio Cu- ja Niprotomalmikomponenttien sekoittuminen; yhdessä metamorfisen uudelleenkiteytymisen kanssa. Peltonen ym. (2008) ehdottavat, että syntektoninen sekoittuminen näiden kahden pääjäsenen välillä, tarkoittaen primääristä Cu-rikasta protomalmia ja sekundäärisiä Ni-sulfidipirotteita, on tuottanut Outokumpu-tyypin sulfidien metallien epätavallisen metallikombinaation. Myöhempi tektonisen solid-tilan remobilisaatio (kiinteässä tilassa tapahtuneet liikunnot), ja isokliinisesta poimutuksesta johtuva kertaantuminen paksunsi malmia ja sulfideista kasautui ekonomisia esiintymiä. 1.2 Perustietoja Outokummun kaivosalueen historiasta Outokummun kaivosalue Itä-Suomessa on hyvin tunnettu poikkeuksellisista prekambrisista sulfidiesiintymistään, joihin liittyy ekonomisia pitoisuuksia metalleja, kuten Cu, Zn, Co, Ni, Ag, ja Au. Alueen kaivostoiminnan historia ulottuu vuodesta 1913 vuoteen 1988 käsittäen kolmen pääesiintymän (Outokumpu, Vuonos ja Luikonlahti) hyödyntämisen kokonaistuotannon ollessa 50 Mt, keskipitoisuuksin 2,8 wt % Cu, 1 wt % Zn and 0,2 wt % Co sekä pieniä määriä Ni ja Au (Peltonen ym. 2008).

15 6 Nyt uuden kiinnostuksen Outokumpu tyypin malmeihin on saanut aikaan Kylylahden esiintymä (löydetty 1984). Maanalaisen kaivoksen rakentaminen alkoi 2010 ja täysi tuotanto saavutettiin Nykyinen mineraalivarantojen arvio on 8,80 Mt ja pitoisuudet 1,33 % Cu, 0,7 ppm Au, 0,54 % Zn, 0,22 % Ni ja malmireserviksi on arvioitu 4,55 Mt pitoisuuksiltaan 1,55 % Cu, 0,83 ppm Au ja 0,52 % Zn. Mineraaliresurssien arvio esittää joulukuun 2013 tilannetta (Altona Mining - http// altona mining.com.au). 1.3 Lähtökohdat tutkimukselle Havainnot Kylylahden kairauksista vuosilta (Pekkarinen ym. 1998) ovat melko yhteneväisiä GEOMEX - projektin näkemysten kanssa. GEOMEX- projektissa OKU -tyypin lohkareiden käsittely oli kuitenkin jäänyt vähälle, ilmeisesti ajan puutteen takia. GEOMEX projektin tulosten ja toisaalta Turun yliopiston Geologian laitoksen 50-vuotisjuhlaseminaarisssa lokakuutta 2008 pitämäni esitelmän Origin of Outokumpu boulders (Pekkarinen 2008) jälkeen useilta henkilöiltä saamien virikkeiden innoittamana syntyi idea täydentää GEOMEX - tutkimusta lohkaretutkimusten osalta (kuva 1). Tässä tutkimuksessa punaisena lankana kulkee Peltonen ym. (2008) esittämä vaiheittainen malmimalli. 1.4 Tutkimuksen tarkoitus ja päämäärä Nyt työn alla olevan K. H. Renlund Säätiön tukeman tutkimuksen yhtenä tarkoituksena on täydentää GEOMEX-raporttia ja lisätä OKU-tyypin malmilohkareiden merkitystä käsittelevä laajennusosa. Tärkein päämäärä nyt esillä olevassa tutkimuksessa on vertaaminen eri menetelmillä OKU tyypin lohkareita ja malmipuhkeamia keskenään ja siihen perustuen arvioida löytyykö Outokumpujaksoista vielä uusia indikaatioita Cu-Co-Zn-Ni-Ag-Au - potentiaalista.

16 7 2 KÄYTETTY AINEISTO JA SIITÄ TEHDYT ESITUTKIMUKSET Tutkimuksen aloittamista helpotti se, että aikaisemmin kesällä ja syksyllä 2008 olin koonnut palanäyte- ja hieaineistoa Outokumpu -tyypin lohkareista ja malmipuhkeamista kahta esitelmää varten (Turku / Origin of Outokumpu type boulders ja Outokumpu / Historiaa ja nykypäivää Outokummun malmin löytymisestä ). Esitysteni laatimista varten olin saanut aiemmin käyttööni GTK:sta erikoistutkija K. A. Kinnusen (1981) fluidisulkeumatutkimusta varten kootun OKU-tyypin lohkare- ja paljastumanäyteaineistosta keskeisen osan. Näytteitä oli yhteensä 13 lohkareesta, joista oli saatavilla osittain myös rinnakkaisnäytteitä. Malmipuhkeamanäytteitä oli kuudesta puhkeamasta (Kumpu B, Kaasila, Saramäki (Mihkali), Luikonlahti, Riihilahti ja Hietajärvi), ja ne olivat pääasiassa kairasydännäytteiden puolikkaita, lähinnä ns. ohuthieiden vastakappaleita. Edellä mainittu aineisto muodosti perusrungon nyt käsillä olevassa tutkimuksessa, mutta sitä on täydennetty mm. GTK:n, Outokumpu Oy:n ja Malmikaivos Oy:n kivikokoelmista saaduilla näytteillä sekä maasto- ja kaivoskäynneillä saaduilla näytteillä (kuva 2, taulukot 1 ja 2). Valitettavasti joitakin vanhoja näytekappaleita oli kadonnut tai tuhoutunut, kuten ns. Savonrannan malmilohkarenäytteet.

17 8 Kuva 2. Outokumpu-tyypin kuparimalmilohkareita ja esiintymiä esitettynä GTK Active Map Explorer 2014 kartasta muokatulla pohjalla. Fig. 2. Outokumpu- type copper ore boulders and deposits represented on the modified base of GTK Active Map Explorer 2014.

18 9 Taulukko 1. Pohjois-Karjalan tärkeimpien OKU-tyypin malmilohkareiden perustiedot. Table 1. The most important OKU-type ore boulders in North Karelia. No Lohkareen kenttäkoodi / ja Löytövuosi Löytötapa Tietoja Lohkareen koko Löytöpaikan Karttasyst. Koordinaatit rinnakkaisnäytteet *) löytäjästä sijainti K100 K20 X Y 1 Kivisalmi M Kn Montin ym. 5 m3 Rääkkylä Selkie - I M Kn E.Eskelinen 35 kg Kontiolahti Selkie II - M91+M Kn " 15 kg Kontiolahti Röksä M520 / L35-HK-72** ) 1928 Kn Röksä,maanomistaja 2 tn Eno Sortavala - M Unk Unk pieni Sortavala /Venäjä Nivunki 1957 Kn A.Makkonen kg Kesälahti Vaivio 1958 Kn A.Lyytikäinen et al. suuri,hajanainen Liperi Hylekaarre / L15-HK-72 **) 1964 Kn H.Karppanen 5kg Kitee Enanniemi/ L14-HK-72 **) 1964 Kn H. Karppanen 100 kg Kitee Taskila 1964 Kn H. Karppanen 5 kg Kitee Ryttylä/ L117-VT Oku Lohkare-etsijä pieni Savonranta Sotasaari I - L90-VT Oku Lohkare-etsijä 50 x 50 x 50 cm Savonranta Sotasaari II - L91-VT Oku Lohkare-etsijä 30 x 30 x 20cm Savonranta Ikolansaari 1965 Kn H. Ikonen/ K x 140 x 90 cm Kitee Muljula 1967 Kn J.Musikka 40 x 30 x 30 cm Kitee Rokkala/ L23-HK-72 **) 1967 Kn S. Pirinen pieni Kitee Retula - L29-VK Oku Lohkare-etsijä 100 x 70 x 50 cm Savonranta Potoskavaara - L32-ON GTL geologi O.Nykänen 120 x 80 x 50 cm Kitee Karvonen - L30-HK -72 **) 1972 GTL & Kn P.Mononen x 20 x20 cm Kiihtelysvaara Vanaja 1973 Kn K.Pennanen pieni Eno Kettulankatu 1978 Kn L. Kokko suuri Outokumpu Lti-1, kaivoksen lähilohkare Ei tietoa LUI Unk Ei tietoa Luikonlahti Lti-2, kaivoksen lähilohkare " LUI Unk Ei tietoa Luikonlahti *) Kn= Kansannäyte Oku= Outokumpu Oy:n lohkare-etsintä GTL= GTK:n (GTK) lohkare-etsintä LUI= Malmikaivos Oy:n lohkare-etsintä ** Rinnakkaisnäyte / Hylekaarre= "Heinonniemi" ; Vanaja= "Sarvinki"; "Karvonen" =Kastelampi/ P.Mononen -75 Unk= löytöhistoriasta ei tietoa

19 10 Taulukko 2. Pohjois-Karjalan Oku-tyypin malmiesiintymistä ja puhkeamista otettujen näytteiden perustiedot. Table 2. General information of selected samples of Outokumpu type deposits and ore outcrops in North Karelia. Esiintymä Näyte Näytteen koodi Näytetyyppi Näyte- Näytteen mineralisaatiotyyppi Karttasyst. Koordinaatit No No jäännös K100 K20 X Y 1 1A KUMB-OKU-712/ 2.65 Kairasasydän jäljellä Raitainen rikkikiisuinen ms malmi " 1B KUMB-OKU-712/3.15 " " Rikkikiisuinen ms malmi " " " 1C KUMB-OKU-712/ 4.60 " " Magneettikiisuinen ms malmi " " " 1D KUMB-OKU- 712/ 6.30 " " Magneettikiisuinen sms malmi, kv-kivifragmentteja " " " 1E KUMB-OKU-712/9.00 " käytetty Rikkikiisuinen ms malmi, kv-kivifragmentteja " " " 1F KUMB-OKU-712/9.85 " jäjellä Kvartsikivi, heikko sulfidipirote " " 2 2A KAA-/Outcrop 1 käsinäyte jäljellä Raitainen rikkikiisuinen malmi/ kv-kiven kontakti " 2B KAA-OKU-711/ 5.70 kairasydän " Leikkaava kv-juoni pyriittisessä ms malmissa " " " 2C KAA-OKU-711/ 5.80 " " Magneettikiisuinen ms malmi " " 3 3A KYL-OKU-886/ Kairasydän jäjellä Rikkikiisuinen ms malmi " 3B KYL-OKU-887/ " " Hiertynyt rikkikiisuinen sms malmi " 3C KYL-OKU-905/ *) " " Magneettikiisunen ms malmi " 3D KYL-OKU-905/ *) " " Rikkikiisu-magneettikiisu ms malmi " " " 3E KYL-OKU-905/ *) " " Rikkikiisuinen ms malmi " " 4 4A KAR-33/ " jäjellä Magneettikiisuinen Ni-pit. pirotemalmi, kv-krb-kivessä " 4B KAR-43/ " " Magneettikiisuinen sms malmi Bt SAR- JM-27/n.560 *) " jäljellä Magneettikiisuinen sms syvämalmi A LUI-Lti-0/ tyyppinäyte käsinäyte jäjellä Magneettikiisuinen ms malmi & kuplaista kvartsia " 6B LUI-Lti- 3/ malmin yläosa " " Magneettikiisuinen ms malmi & kuplaista kvartsia " 6C LUI-Lti- 4 / päämalmi " " Magneettikisuinen ms malmi & apliittinen mikrojuoni " " " 6D LUI-Lti- 5/ päämalmi " " Magneettikiisuinen sms malmi & kuplaista kvartsia " " 7 7A RII-Vrl- 5/ kairasydän jäljellä Magneettikiisuinen sms malmi & kuplaista kvartsia " 7B RII-Vrl-5/ " " Magneettikiisuinen pirotemalmi karsikivessä A Petäjäjärvi, Pe-8/ Kairasydän Jäljellä Vahva Ni-pit. magneettikiisupirote karsikivessä A HIE-Sr/Sä- 8/ kairasydän jäjellä Magneettikiisuinen sms malmi " 9B HIE-Sr/Sä- 8/ " " Magneettikiisuinen Zn rikas malmi " 9C HIE-Sr/ Sä- 8 /42.30 " " Magneettikiisuinen sms malmi A KET-Savr -1/91.20 käsinäyte ei jäljellä Vahva magneettikiisupirote karsikivessä " 10B KET-Savr -17/ *) " " Vahva magneettikiisupirote karsikivessä *) syvämalminäyte ms=massiivinen ; sms=semimassiivinen KUMB= Kumpu B SAR= Saramäki HIE=Hietajärvi KAA=Kaasila Lui=Luikonlahti KET= Kettukumpu KYL= Kylylahti RII= Riihilahti KAR= Karnukka PET= Petäjärvi=Petäinen Tämän tutkimuksen mahdollisti erityisesti se, että yli 30 vuotta sitten tehdyn fluidisulkeumatutkimuksen hieaineisto oli pääosin säilynyt GTK:ssa erikoistutkija K. A. Kinnusen hallussa (Luku 7). Fluidisulkeumatutkimusta varten GTK:ssa oli tehty kaikista lohkare- ja paljastumanäytteistä erilaisia hieitä: erityisiä sulkeumahieitä (SH), kiillotettuja ohuthieitä (KOH) sekä joistakin tavanomaisia ohuthieitä (OH). Sulkeumahieet eivät enää olleet käyttökelpoisia mikroskopointiin. Kiillotetut ohuthieet olivat yleensä hyvin säilyneitä ja rikkoutuneiden hieiden tilalle tehtiin uusia. Tutkimukseen otetuista uusista näytteistä tarvittiin myös kiillotettu ohuhie. Lisähieet tehtiin GTK:n Itä-

20 11 Suomen yksikön hielaboratoriossa, ja muutama VTT:n hielaboratoriossa Outokummussa. Hyvä asia oli se, että kadonneista ns. Savonrannan lohkareista löytyi kiillotettu ohuthie. Hieisiin liittyvät tiedot ovat lohkareista liitteessä 1 ja puhkeamista liitteessä Hietutkimus Yksi tärkeä vaihe heti alussa oli sekä lohkare- että malmipuhkeamanäytteistä tehtyjen hieiden mikroskopointi. Niiden avulla pystyttiin määrittämään niin lohkareiden kuin malmipuhkeamanäytteiden mineraalikoostumus ja mineralisaatiotyyppi. Mikroskopoinnissa punaisena lankana oli OKU-tyypin uusi malmimalli, joten kvartsiitti-kivilajinimenä hylättiin massiivisten semimassiivisten OKU-malmien isäntäkivenä ja kvartsi niissä tulkittiin yhdeksi harmemineraaliksi muiden vähemmän yleisten harmemineraalien joukossa. Niiden avulla voitiin seurata myös metamorfoosiastetta. 2.2 Palanäytteiden ja hieiden valokuvaus Tutkimuksessa mukana olleet palanäytteet ja kairasydännäytteet valokuvattiin havainnollistamaan lohkareiden ja puhkeamanäytteiden rakenteellisia ja eroavuuksia ja samankaltaisuuksia. Suurin osa valokuvauksista tehtiin GTK:n Kansannäytetoimistossa. Pieni osa kuvista on tekijöiden ottamia. Lähes kaikista kiillotetuista ohuthieistä otettiin GTK:ssa ns. kokohiekuvat yhdellä nikolilla (1Nic) ja nikolit ristissä (Nic +) rakenteiden visualisoimiseksi. Lisäksi vastaava tutkija otti omalla pikkulaitteellaan samoista sulfidirikkaiden hieiden pinnoista heijastuvan auringon valon avulla ns. heijastehiekuvia (Refl +), joista eri sulfidimineraalien keskinäiset suhteet voidaan visuaalisesti määrittää. 2.3 Analyysitiedot Malmilohkarelöydön tärkeys määritetään usein lohkareesta analysoitujen metallipitoisuuksien, sen koon ja tyypin sekä arvioidun jäätikön kuljetussuunnan ja -matkan perusteella. Useimmiten kiinnitetään erityshuomio analyysipitoisuuksiin. Kokosimme eri lähteistä, kuten GTK:n ja Outokumpu Oy:n listoista sekä löytöpaikalla tehdyistä maastotarkistusraporteista lohkareiden analyysitietoja.

21 12 Joistakin lohkareista on useita rinnakkaisia lisäanalyysejä, joiden tiedot poikkeavat hieman toisistaan. Tämän tutkimuksen alussa tehtiin joitakin tarkistusanalyysejä. Ne tehtiin Labtium Oy:ssä (taulukko 3). Analysointia varten kuivatut näytteet murskattiin leukamurskaimella ja jauhettiin hiiliteräsjauhinastiassa. Jauhettua näytettä punnittiin kuumaa kuningasvesiuuttoa varten 0,2 g. Alkuainepitoisuudet mitattiin uutteesta ICP-OES tekniikalla. Au määritykseen jauhettua näytettä punnittiin 20g. Näyte uutettiin kuningasvedellä 20 C :ssä. Kulta mitattiin uuttoliuoksesta GAAS- tekniikalla Hg- kerasaostuksen jälkeen. Näytteiden rikkipitoisuus määritettiin pyrolyyttisesti ELTRAlaitteistolla. OKU-tyypin lohkareiden tutkimukset jatkuivat vielä 1980-luvulla, kun GTK:ssa K. A. Kinnunen toteutti fluidisulkeumatutkimuksen. Samoihin aikoihin ja lähes samasta näytejoukosta tehtiin Outokumpu Oy:n GAL:ssa kemialliset analyysit sulfidikemiallista tutkimusta varten. Tämän tutkimuksen toteutti E. Hänninen (1981) ja hänen raporttia on käsitelty luvussa 9.

22 13 Taulukko 3. Pohjois-Karjalan tärkeimpien OKU-tyypin malmilohkareiden kemiallisten analyysien yhdistelmätaulukko. Table 3. Combination assay data of the most important OKU-type boulders in North Karelia. Lohkare Näyte Kenttä- Mineralisaatiotyyppi Pitoisuuksia % ppm Analyysi Haltija No. No. koodi Cu Ni Co Zn S Pb Sn Au Ag Hg No. 1 1 /M113 Kivisalmi Rikkikiisuvalt. ms malmi n.d P.Eskola GTK " 1d1 " " n.d. GTK GTK " 1d2 " " GAL OKU 2 2 Selkie I- M88 Raitainen ms rikkikiisumalmi 2.83 n.d. n.d GTK GTK " 2d " " Lab GTK ** 3 3A Selkie II-M91 Rikkikiisuvalt. sms malmi 0.30 n.d. n.d. n.d GTK GTK " 3Ad " Qz-rikas kieleke & sulf. pir <10 11 Lab GTK ** " 3B Selkie II-M93 Rikkikiisuvalt. ms malmi Lab GTK ** " 3Bd " " GAL/EOH OKU 4 4 Röksä Rikkikiisuvalt. sms malmi OKU " 4d " Rikkikiisuvalt. ms malmi GAL OKU 5 5 Sortavala Rikkikiisuvalt. ms malmi n.d. GTK GTK 6 6 Nivunki Rikkikiisuvalt. ms malmi OKU " 6d " " OKU 7 7 Vaivio Rikkikiisuvalt. sms malmi OKU " 7d " " OKU 8 8 Heinonniemi Magneettikiisu-breksia, Cu-rikas OKU " 8d " " GAL OKU 9 9 Enanniemi Rikkikiisuvalt. ms malmi OKU " 9d " " GAL OKU Taskila Rikkikiisuvalt. ms malmi OKU Ryttylä Magn.kiisubreksia, Zn-rikas C07372 OKU " 11d " " GAL OKU Sotasaari I Magneettikiisu-malmibreksia C07365 OKU " 12d " " GAL OKU Sotasaari II Magneettikiisu-malmibreksia C07366 OKU " 13d " " GAL OKU Ikolansaari Rikkikiisuvalt. malmi, Zn-rikas 2.60 n.d. n.d n.d. Ra1061/65 GTK " 14d " " GAL OKU Muljula Rikkikiisuvalt.malmi,kv-pahkuja OKU " 15d " " GAL OKU Rokkala Rikkikiisuvalt.malmi,kv-pahkuja OKU " 16d " " GAL OKU Retula Magneettikiisu-malmibreksia OKU " 17d " " GAL OKU Potoskavaara Rikkikiisuvalt. malmi, Cu-rikas n.d. > Ra1791/70 GTK " 18d " " GAL OKU Karvonen Raitainen ms rikkikiisumalmi n.d Ra1985/72 GTK " 19d1 " " GAL OKU " 19d2 Kastelampi = Raitainen ms rikkikiisumalmi GAL OKU Vanaja Magn.kiisumalmi, apl-juonia C06531 OKU " 20d " " n.d. >1 5 Ra848/73 GTK Kettulankatu Rait. rikkikiisuvalt. malmi OKU " 21d " " GAL OKU d= kaksoisnäyte LAB - Labtium GAL= Geoanalyyttinen laboratorio/ OKU **) LJP tilaus

23 Petrofysikaaliset määritykset näytteistä GEOMEX- raporttiin kuuluu myös geofysiikkaa koskeva laajennusosa, geofyysikoiden T. Ruotoistemäen ja T. Tervon kokoama GTK:n Tutkimuraportti 164. Sen innoittamana uutena vertailumenetelmänä otettiin käyttöön petrofysikaaliset määritykset. Näistä lähinnä magneettinen suskeptibiliteetti ja tiheys (luku 11). Petrofysikaaliset mittaukset tehtiin GTK:ssa Otaniemessä geofyysikko T. Ruotoistenmäen valvonnassa. Petrofysikaalisten määritysten odotettiin tarjoavan hyvän uuden työkalun malmilohkareiden ja puhkeamien luokitteluun ja korrelointiin. 2.5 Jäätikkövirtauksen kuljetussuunnat Jäätikkövirtauksen kuljetussuuntien osalta oli yhteistyötä Pohjois-Karjalan kvartäärigeologiaa hyvin tuntevan geologi H. Rainion kanssa, mutta hänen poismenonsa jälkeen H. Hirvas avusti näissä asioissa (luku 8).

24 15 3 OUTOKUMMUN KUPARIMALMIN LÖYTÖHISTORIA 3.1 Kivisalmen lohkareen löytyminen Helmikuun alkupuolella 1908 koneenkäyttäjät Ossian Asplund ja Axel Eskelin kokivat Rääkkylän Kivisalmen laivaväylää ruopatessaan yllätyksen. Kauha juuttui raskaaseen lohkareeseen, josta irtosi konevoimin vain kullanhohtoisia palasia. Viiden kuutiometrin järkäle saatiin kyllä rantatörmälle, mutta vasta seitsemään palaan räjäytettynä (kuva 3). Miehet luulivat löytäneensä meteoriitin ja lähettivät siitä näytteen Geologiselle toimikunnalle Helsinkiin. Kuva 3. Kivisalmen lohkareen räjäytyskappaleita nostettuna ylös kanavan reunalle. Niiden edessä seisoo koneenkäyttäjä Axel Eskelin. Trüstedtin ottama kuva, maaliskuu Fig. 3. Parts of the Kivisalmi ore boulder lifted up on the edge of the Canal. Standing by them engineman Axel Eskelin. Photo: by O. Trüstedt in March Kokenut malminetsijä ja vuori-insinööri Otto Trüstedt (kuva 4) totesi toimistossa käydessään näytteen malmiksi ja aloitti jatkotoimet. Kivi sisälsi kuparia (3,74 %), hieman nikkeliä ja sinkkiä sekä rautaa (29,85 %) ja rikkiä (33,63 %). Jo maaliskuun lopulla Trüstedt totesi Kivisalmella käydessään lohkareen jäätikön kuljettamaksi.

25 16 Kuva 4. Otto Trüstedt, Outokummun malmin löytäjä. Kuva: GTK. Fig. 4. Otto Trüstedt, the discoverer of the Outokumpu ore. Photo: GTK. Alueella vallitseva läntinen kulkeutumissuunta tuntui todennäköiseltä, mutta vanhempi luoteinen virtaussuuntakin oli mahdollinen. Tässä vaiheessa kulkeutumissuuntaongelma sivuutettiin, sillä jatkotutkimusten paikan ratkaisi lohkareen kvartsiittimainen osa, joka ohjasi alueen kallioperää tuntevan malminetsijän pohjoiseen Liperin seudulle. Johtolanka osoittautui vääräksi (kuva 5). Rääkkylän kanavan ruoppausmaissa esiintyvät sädekiviliuske ja serpentiinikivi sekä kollegoilta B. Frosterus ja W.Wilkman (kuva 6) saatu tieto kyseisten kivilajien esiintymisestä Kuusjärven pitäjässä Outokummussa houkuttelivat tutkijan jo samana syksynä liki 50 kilometrin päähän luoteeseen Outokummun seudulle.

26 17 Kuva 5. Outokummun kuparimalmin etsintään liittyviä reittejä. Kartta on muokattu alkuperäisestä etsintäkartasta, Outokummun Malminetsintä, L.J. Pekkarinen Fig. 5. Outokumpu copper ore exploration-related paths. The map has been modified after the original map of the Outokumpu Exploration by L.J.Pekkarinen 1993.

27 18 Kuva 6. Outokummun malmin löytymistä edistivät Pohjois-Karjalassa jo tehdyt geologiset perustutkimukset, joita geologit B. Frosterus ja W. Wilkman olivat suorittaneet. Kuvassa Trüstedt pöydän takana ja Frosterus edessä (selin). Kuva:W.W. Wilkman. Fig. 6. Outokumpu ore discovery was facilitated by the geological basic research in North Karelia, which had been performed by geologists B. Frosterus and W. Wilkman. In picture Trüstedt behind the desk and Frosterus in front. Photo: W.W. Wilkman. Outokummun eteläpuolelta moreenista löytyi heti kuparipitoisia lohkareita. Niistä jäätikön tulosuuntaan ohjatut geofysikaaliset mittaukset johtivat magneettisien häiriöjakson löytymiseen Outokummun mäen tuntumasta. Lohkareviitteet ohjasivat vieläkin kauemmas luoteeseen, mutta syyskuussa 1909 Trüstedt, päätyi kairauksiin todennäköisimmällä lähdealueella. Kairauksista vastasi kaivosesimies Claes Törnqvist. Monien vaikeuksien jälkeen kairanterä saavutti 28,85 metrin syvyydessä malmin, jonka yhdeksän metrin mittainen lävistys oli rikkaampi kuin tutkijan paikalle ohjannut Kivisalmen lohkare (kuva 7). Outokummun malmi oli löytynyt.

28 19 Kuva 7. Vertikaalileikkaus Trüstedtin discovery reiästä / liitteenä hänen raportissa 17. maaliskuuta, Maata; 2. Kvartsiitti; 3. Oliviinikivi (serpentiniitti); 4. Kiilleliuske; 5. Kuparimalmi; 6. Timanttikairausreikä. Fig. 7. Vertical section by Trüstedt with discovery hole. Appended to his report of May 17 th, Overburden; 2. Quartzite; 3. Olivine rock (serpentine); 4. Mica schist; 5. Copper ore; 6. Diamond drill hole. Malmin löytymisen jälkeen alkoi intensiivinen malmiesiintymän dimensioiden selvittämisen ja malmivarojen inventoinnin vaihe johtaen koetehtaan ja kaivoksen perustamiseen aikavälillä (kuva 8). Outokummun malmin löytymistä ja kaivoksen perustamista voidaan pitää Suomen kaivosteollisuuden alkuna ja koko vuoriteollisuuden kehityksen lähtölaukauksena.

29 20 Kuva 8. Outokumpu - kukkula vuonna Raakamalmi tuli pintaan kukkulan huipulla, sieltä se siirtyi murskaamoon ja sitten jalostettavaksi kuparirikasteeksi alla näkyvässä rikastamossa. Täältä se kuljetettiin rautateitse yhtiön lastauslaituriin Viipuriin, ja sieltä laivalla maailman kuparimarkkinoille. Fig. 8. Outokumpu Hill in Raw ore reached the surface at top of the hill, entered the crusher and was processed into copper concentrate in the plant below. From here it moved by rail to company loading wharf at Vyborg, and then by ship to world copper market. Kivisalmen lohkareen löytöhistoria ja Outokummun kuparikaivoksen synty- ja tuotanto- vaiheita on yksityiskohtaisemmin kuvattu seuraavissa julkaisuissa: Saksela (1948), Annala (1960) ja Kuisma (1985,1989).

30 21 4 SELKIEN, RÖKSÄN JA SORTAVALAN OKU-TYYPIN MALMILOHKAREI- DEN ALKUPERÄN SELVITYKSISTÄ LUVULLA Kontiolahden Selkien kylästä löydetyt ns. Selkien malmilohkareet Selkie I (1919) ja Selkie II (1923) sekä Kiihtelysvaaran Röksän kylästä löydetty Röksän malmilohkare (1928) olivat suuren kiinnostuksen kohteena Outokummun malmin löydön jälkeen 1920-luvulla. Niiden lähtöalueita yritettiin löytää ja samalla ratkaista kysymys siitä, ovatko ne peräisin Outokummun esiintymästä, joka löydettiin vuonna Vuonna 1939 löydetty Sortavalan lohkare on tiettävästi kaukaisin Outokumpu- tyypin lohkare. 4.1 Selkien lohkareet Geologisen komission 1923 vuosikertomuksen mukaan ensimmäisen Selkien malmilohkareen löysi maanviljelijä Evert Eskelinen omasta pellostaan (GTK-malmikokoelma, tunnus / M88). Reunaosistaan pyöristyneen laattamaisen lohkareen pituus oli noin 30 cm (Kuva 9A). Lohkareen malmiaines koostui pääosin massiivisesta rikkikiisusta ja sen ohella oli kuparikiisua ja hieman sinkkivälkettä (2,83 % Cu, 0,12 % Zn). Lisäksi siinä oli harmeena jonkin verran kvartsia (Huomaa tekijän uusi tulkinta kvartsin alkuperästä). Lohkareen takia oli tehty malmitutkimuksia löytöpaikan lähialueilla, mutta ilman merkittäviä tuloksia. Siksi etsintöjen jatkosuunnitelmissa oli tuolloin jo otettu huomioon mahdollisuus, että lohkare olisikin kulkeutunut kauempaa.

31 22 A B Kuva 9. Kaksi valokuvaa vanhoista alkuperäisistä Selkien malmilohkareista: Kuvauspaikka: GTK/ Malmiarkisto, GTK/ Otaniemi. Kuvat: L.J. Pekkarinen A) Laattamainen Selkie I lohkare, josta on lohkaistu useita näytteitä eri tutkimuksia varten. Lohkareen alkuperäinen pituus on ollut 27 x 18 cm. B) Timanttisahapintainen laatta Selkie II lohkareesta, josta myöskin on otettu näytteitä eri tutkimuksia varten. Pääosa kuvasta edustaa Cr-diopsidi & uvaroviittipitoista hieman sulfideja sisältävää kvartsikivifragmenttia (M91), vain kuvan yläreunassa on näkyy kapea kaistale rikkikiisuista Cu-malmia (M93). Kuvatun näytteen koko 5 x 7.8 cm. Fig. 9. Two photographs from the old original Selkie ore boulders A) Selkie I boulder, which has been cleaved for some samples for various studies. Original length of boulder 27x 18 cm B) Diamond sawn surface of a plate of Selkie II boulder, which also has been split for various studies. Main part of this sample is illustrating a quartz rock fragment (M91) inside the boulder containing Cr- diopside and uvarovite grains with little sulphides; only upper rim (M93) consists of pyritic Cu- ore. Sample size 5 x 7.8 cm.

32 23 Selkien lohkareen emäkallion arvoitus joutui uuteen valoon, kun mv. Evert Eskelinen vuoden 1923 kesän alussa löysi pellostaan uuden malmilohkareen Selkie II:n. Löytöpaikka oli pari sataa metriä edellisestä etelään. Uusi lohkare oli myös laattamainen ja sen pituus noin 28 cm ja se painoi n. 15 kg. Lohkareessa voitiin erottaa vyöhykkeisyyttä: toisessa laatan puoliskossa oli ensin noin 5 cm rikkikiisuvaltaista kuparikiisupitoista malmia, jossa oli harmeena kvartsia (Cu 4,81 % / Zn 0,33 % / M93). Näytteen keskellä oli noin 6 cm:n paksuinen sulfidipirotteinen kvartsikivikiila, jossa oli harvakseltaan kromidiopsidia ja -tremoliittia sekä uvaroviittia (kuva 9B). Kvartsikivikiilan toiseen laitaan rajoittuva toinen puolisko koostui rikkikiisusta ja harmeena olevasta kvartsista. Laatan rekonstruointia vaikeutti se, että lohkare oli tutkimuskappaleiden oton yhteydessä pahasti paloiteltu. Geologisen komission 1923 vuosikertomuksen mukaan tutkijoilla oli aluksi tarkoitus etsiä emäkalliota kauempaa, kuten Polvijärvellä esiintyvien serpentiniittien yhteydestä. Toisen Selkien lohkareen löytyminen siirsi kuitenkin tutkimusten painopistettä lähialuille. Lähiseutujen etsinnöissä tavattiin kuitenkin vain magneettikiisu- ja rikkikiisupitoisia kiviä, mutta merkkejä malmista ei löydetty. Selkien lohkareet olivat Väyrysen (1923) tutkittavana, ja hänen mukaansa ne edustivat kahta eri tyyppiä: Selkie II sisälsi harvinaisia Cr- pitoisia mineraaleja esim. uvaroviittia, mutta Selkie I ei sisältänyt. Väyrysen (1923) mukaan, koska Outokumpu on sellainen esiintymä, joissa näitä harvinaisia mineraaleja esiintyy, hän katsoi niiden olevan peräisin Outokummusta. Myöskin Trüstedt (1926) oli samaa mieltä, kuten myös lopulta Eskola. 4.2 Röksän lohkare Muutama vuosi myöhemmin tuli uusi pulma. Eräs mv. Röksän kylältä toimitti 1928 Geologisen komission Selkien tutkimusryhmälle uuden näytteen muutaman km päästä Selkiestä, Kortelammen läheltä löytämästään malmilohkareesta. Paikalla käynti osoitti lohkareen olevan suuri (vähintään kaksi tonnia) ja painuneena syvälle moreeniin. Lohkare sisälsi rikkikiisun ohella merkittävästi kuparikiisua ja sinkkivälkettä (2,36 % Cu ja 0,83 % Zn). Malmiaineksen lisäksi lohkare sisälsi harmeena runsaasti kvartsia, jonka raeväleissä oleva kloriitti-serisiittisilaus antaa kivelle vihertävän yleissävyn (kuva 10). Myöhemmin todettiin, että lohkareen pinnalla esiintyy harvakseltaan epämääräisinä kohoumina kvartsikivi-fragmentteja, samankaltaisia kuin Ikolansaaren lohkareessa (Luku 6, kuva 20).

33 24 Kuva 10. Kuva 10. Timanttisahauspintainen laatta Röksän lohkareesta, joka edustaa rikkikiisuvaltaista, melko Cu-rikasta malmityyppiä. Kuvatun näytteen koko 2.8 x 12 cm. Fig. 10. Diamond-sawn surface of a plate from Röksä boulder which is representing pyrite dominant quite rich Cu-ore. Sample size 2.8 x 12 cm. Lohkare käynnisti intensiiviset tutkimukset lähialueilla käsittäen mm. lohkare-etsintöjä, kartoitusta ja kvartäärigeologisia selvityksiä Kortelammelta Selkien kautta aina Pielisjokeen saakka. Etsintöihin osallistui suuri ryhmä, mukana oli monia myöhemmin tunnetuiksi tulleita geologeja. Tutkitulta alueelta ei löydetty kuitenkaan merkkejä Outokumpu- tyypin malmipuhkeamasta eikä uusia OKUlohkareita, sen sijaan talteen oli otettu lukuisia sekalaisia sulfidipitoisia lohkareita, mutta niissä ei ollut Selkien ja Röksän lohkareita vastaavia tyyppejä. Näin ollen kiinnostus Selkien alueeseen laimeni useiden vuosien ajaksi. 4.3 Tarkistuskäyntejä luvulla Silloin tällöin kiinnostusta Selkien ja Röksän lohkareiden lähtöalueen toteamiseen tuli esille mm. kenttätarkistuskäyntien merkeissä. Röksän hieitten tutkimuskorteista voidaan päätellä, että ainakin A. Palman on tehnyt vuonna 1934 tarkistuskäynnin Röksän lohkareelle, ottanut näytteen, ja siitä on tehty hie tutkimuksia varten. Samoin E. Aurola on käynyt vuonna 1936 Röksän lohkareen paikalla ja ottanut näytteen hiettä varten. Sauramo (1940) on pohtinut Röksän lohkareen kulkeutumismahdollisuuksia. Tarkempaa kuvausta käynneistä ei löytynyt.

34 Sortavalan lohkare Otamme tässä yhteydessä esille yhden erikoisuuden. Se on nykyisen Venäjän puolelta Helylästä, läheltä Sortavalaa vuonna 1939 löydetty kaukaisin OKU-tyypin lohkare. Jos oletetaan sen kulkeutuneen Outokummusta, kulkeutumismatkaksi tulee kartalta mitattuna 135 km. Huomautettakoon, että pyriittivaltainen lohkare on Cu-rikasta ja Zn-pitoista tyyppiä (5,10 % Cu ja 1,00 % Zn), mikä olisi antanut aihetta tarkistuksiin. Kuitenkin sotaa ennakoiva ilmapiiri esti ilmeisesti jatkotutkimukset. Mitään löytöhistoriaan liittyvää tarkempaa tietoa ei löytynyt; ja palanäyte M1202 on GTK:n M- kokoelmasta kateissa. Ainoastaan hieet ovat tallella (kuvat 11A ja 11B). A B Kuva 11. Kaksi mikrovalokuvaa Sortavalan lohkareesta tehdystä kiillotetusta ohuthieestä (KOH23164). Hieen koko 24 x 36 mm, kuva-alan leveys 72 mm, suurennos 2x: A. Kokohiekuvan mukaan Savonrannan lohkare on Zn- pitoista tyyppiä. 1 Nic. B. Heijastehiekuvan mukaan se edustaa rikkikiisuvaltaista suhteellisen Cu- ja Zn-rikasta malmityyppiä. Refl +. Fig. 11. Two photomicrographs of polished thin section (KOH 23164) of the Sortavala boulder. Thin section size is 24 x 36 mm, image area width 72 mm, magn. 2x: A. In Sortava boulder quartz is almost entirely gangue mineral forming also aggregates. 1Nic. B. The boulder represents pyritic sms massive ore type and it is relative rich in Cu and Zn. Refl+.