Kortejärven karbonatiitin geofysikaaliset tutkimukset Pertti Turunen

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geofysiikan sovellukset Rovaniemi /2016 Kortejärven karbonatiitin geofysikaaliset tutkimukset Pertti Turunen

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tekijät Pertti Turunen KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro Raportin laji Työraportti Toimeksiantaja GTK Raportin nimi Kortejärven karbonatiitin geofysikaaliset tutkimukset Tiivistelmä Pudasjärven Kortejärvellä on voimakas pari kilometriä pitkä magneettinen anomalia, jonka aiheuttaa kairausten mukaan karbonatiittimuodostuma. Geofysikaalisina mittauksina tehtiin systemaattinen magnetometraus sekä yksi gravimetrinen, magneettinen ja sähkömagneettinen profiili. Kairattujen reikien sydännäytteistä tehtiin petrofysikaalisia mittauksia, joiden mukaan karbonatiitin magneettiset ominaisuudet ovat hyvin anomaalisia mutta tiheydeltään eivät eroa ympäristön mafisista vulkaniiteista. Magneettista anomaliaa tulkittiin kolmella tavalla. Mallinnusten mukaan näyttää mahdolliselta, että syvyyttä magneettisen anomalian aiheuttajalla on moninkertaisesti kairauksella todettua 200 metriä enemmän. Tälle syvyydelle laskettua magneettisesti anomaalista massaa on ~100 Mt. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Kortejärvi, petrofysiikka, magneettinen menetelmä Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Pohjois-Pohjanmaa, Pudasjärvi, Kortejärvi Karttalehdet UTM S521 Muut tiedot Arkistosarjan nimi Arkistotunnus 5/2016 Kokonaissivumäärä 20 Kieli Suomi Hinta Julkisuus Julkinen Yksikkö ja vastuualue Geofysiikan sovellukset, Geofysiikan tutkimus Allekirjoitus/nimen selvennys Hanketunnus Allekirjoitus/nimen selvennys Pertti Turunen

3 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND Authors Pertti Turunen DOCUMENTATION PAGE Date / Rec. no Type of report Archive report Commissioned by GTK Title of report Kortejärven karbonatiitin geofysikaaliset tutkimukset [ = Geophysical surveys of the Kortejärvi carbonatite] Abstract At Pudasjärvi Kortejärvi there is a strong, two kilometers long magnetic anomaly. According to drilling it is caused by a carbonatite formation. A systematic magnetometry and a gravity, magnetic and electromagnetic profile were the geophysical surveys. Physical properties were measured of the drill hole core samples. According to the measurements the magnetic properties of the carbonatites are very anomalous but density does not differ from the mafic volcanites in the surroundings. The magnetic anomaly was interpreted in three different ways. Modeling shows it to be possible that the depth extent of the causative body is many times bigger than the drilled 200 m. The mass of the magnetically anomalous body with maximum depth of 200 m is ~100 Mt. Keywords Kortejärvi, physical properties, magnetometry Geographical area Finland, Northern Ostrobothnia, Pudasjärvi, Kortejärvi Map sheet UTM S521 Other information Report serial Total pages 20 Language Finnish Unit and section Applied geophysics, Geophysical research Signature/name Archive code 5/2016 Price Project code Signature/name Confidentiality Public Pertti Turunen

4 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Sisällysluettelo Kuvailulehti Documentation page 1 JOHJANTO 1 2 LENTOMITTAUKSET 1 3 MAANPINTAMITTAUKSET 1 4 PETROFYSIKAALISET MITTAUKSET Mittaukset Eri kivilajien petrofysikaaliset ominaisuudet P 2 O 5 :n ja petrofysiikan välisestä yhteydestä Sähköisistä ominaisuuksista 8 5 MAGNETOMETRAUKSEN TULKINTAA Tulkintamahdollisuuksista Mallitulkinta ja massa-arvio TDR-tulkinta VOXI-mallinnus 14 6 ARVIOINTIA 16

5 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 1 1 JOHJANTO Kortejärven karbonatiittiesiintymä Pudasjärvellä näkyy erittäin voimakkaana anomaliana magneettikentässä. Kairausten mukaan syvyysulottuvuutta karbonatiittimuodostumalla on ainakin 200 metriä, mutta magneettisen anomalian mallinnuksen mukaan syvyyttä voi olla enemmänkin. Maanpintaprofiilit ovat liian lyhyitä luotettavan syvyysarvion tekemiseksi. Muissa parametreissa anomaliat ovat hyvin vaatimattomia. Painovoimamittauksia ei ollut käytettävissä yhtä profiilia enemmän, mutta pienten tiheyserojen takia suurikaan mittausmäärä ei antaisi luotettavaa tulosta. Myöskään sähkömagneettiset menetelmät eivät vaikuta hyviltä ainakaan syvyysulottuvuuden selvittämisessä. Malminetsinnällisesti merkittävimmän mineraalin, P 2 O 5 :n ja petrofysiikan välillä ei ollut selkeää yhteyttä. Raportissa esitellään maanpintamagnetometrauksen tulkintaa petrofysikaalisten mittausten lisäksi. 2 LENTOMITTAUKSET Magneettisen anomalian eteläosa sijaitsee kkj-karttalehdellä ja pohjoisosa lehdellä Itäpuolella 400 metrin päässä anomaliamaksimista on karttalehtien ja raja. Lennot eteläisemmillä lehdillä on tehty vuonna 1998 pohjois-eteläsuunnassa ja pohjoisempana vuonna 1989 itä-länsisuunnassa. Edellinen mittaussuunta menee kulun suunnassa ja jälkimmäinen lähes kohtisuoraan kulkuun nähden. Lentokartoissa huomio kohdistuu ensisijaisesti magneettikentän anomaliaan. Sen piirteistä saa kuitenkin epätarkan mielikuvan, koska eteläosan profiileista vain yksi menee anomalian päältä. Pohjoisosan suunnaltaan optimaalisista profiileista kolme leikkaa anomaliaa mutta täällä anomalia on heikompi kuin etelämpänä. Sähkömagneettisissa kartoissa on anomalian länsipuolella sijaitsevan Kortejärven kohdalla heikkoja, ilmeisesti järven pohjaliejujen synnyttämiä johdeanomalioita. Reaalikomponentissa on voimakas negatiivinen, karbonatiittiesiintymän korkean magnetiittipitoisuuden aiheuttama anomalia magneettisen maksimin kohdalla. Radiometrisissä kartoissa kosteat maat vaimentavat säteilyn intensiteetin matalaksi, eikä edes anomalian itäpuolella korkealle nouseva Kauniskumpu-Kortepalon vaara nosta säteilyn tasoja. 3 MAANPINTAMITTAUKSET Kuvassa 1 esitetään geofysikaaliset maastomittaukset. Taustakuvana on magneettinen totaalikenttä. Kartan eteläosa pohjoiskoordinaattiin saakka on mitattu ENVI MAG-protonimagnetometrilla ja havaintopisteet on merkitty kuvaan pieninä täplinä. Mittauspisteitä oli 2587, profiileja 42 ja niiden yhteispituus metriä. Alueen eteläosassa on tyhjä tila järven takia. Kartan pohjoisosa on mitattu jatkuvasti rekisteröivällä overhauser-protonimagnetometrilla, jossa havaintopisteiden välimatka on ollut keskimäärin 1.2 metriä. Profiileja oli 9 ja mittauspisteitä n Kartan pohjoisosassa on itä-länsisuuntainen painovoima-, VLF-R- ja magneettinen profiili. Tämä on eteläisin yhdestätoista tunnusteluprofiilista, jotka tehtiin vuonna 2010 Kouvan alueelle. Värikoodilla ilmoi-

6 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 2 tetaan VLF-R:n vaihekulman arvo. Profiililla on pituutta 1500 m ja sekä painovoima- että VLF-R-pisteitä profiililla on76. Magneettisessa mittauksessa oli 151 havaintopistettä. Kuva 1. Kortejärven magneettinen kartta mittausprofiileineen. Yläosassa painovoima-, VLF-R- ja magneettinen hajaprofiili. Värikoodi tarkoittaa profiililla mitattua vaihekulmaa.

7 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3 4 PETROFYSIKAALISET MITTAUKSET 4.1 Mittaukset Kortejärven esiintymään kairatun 12 reiän sydännäytteistä tehtiin petrofysikaalisten ominaisuuksien määrityksiä taulukon 1 mukaisesti. Täysien syvyysmetrien kohdalta mitattiin tiheys (D), suskeptiivisuus (S) ja remanenssin intensiteetti (R) sekä induktiivinen ominaisvastus. Jälkimmäisen mittaus ei onnistunut kaikista näytteistä. Taulukko 1. Kortejärven petrofysikaaliset mittaukset. Reikä Syvyys DSR Ominaisvastus S R S R S R S R S R S R S R S R S R S R S R S R Σ Näytteiden määrän ja syvyyksien eroaminen toisistaan aiheutuu paksuista irtomaista. 4.2 Eri kivilajien petrofysikaaliset ominaisuudet Sydännäytteiden petrofysikaalisten parametrien jakauma eri kivilajeilla ilmenee taulukosta 2 ja suskeptiivisuus vs. tiheys kuvan 2 graafista. Taulukko 2. Kivilajien petrofysikaalisten parametrien mediaanit. Kivilaji Lkm Tiheys Susk. Rem. Q-arvo Ominaisvastus Eff. susk. kg/m 3 (SI) A/m (-) Ωm (SI) Karbonatiitti Glimmeriitti Syeniitti Mafinen vulkaniitti Graniitti Diabaasi

8 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 4 Kuvan 2 kaaviosta näkyy, että suskeptiivisuuden ja tiheyden suhteen kivet jakautuvat kahteen populaatioon, paramagneettiseen ja ferromagneettiseen. Jälkimmäiseen kuuluvat karbonatiitit, suurin osa glimmeriiteistä sekä puolet syeniiteistä ja edelliseen kaikki muut. Karbonatiittien tiheydet menevät päällekkäin mafisten vulkaniittien kanssa niin ettei näitä voi erottaa toisistaan painovoimamittauksilla. Magneettisilta ominaisuuksiltaan karbonatiitit ovat kaksi kertalukua anomaalisempia kuin muut. Kuva 2. Pääkivilajien suskeptiivisuus vs. tiheys. Kuvassa 3 on esimerkkinä reiän R16 sydännäytteiden petrofysikaaliset mittaukset. Reiässä on kaksi karbonatiittilävistystä ja muut kivet ovat yksittäisiä näytteitä lukuunottamatta mafisia vulkaniitteja. Suskeptiivisuusasteikolla on kaksi pylväikköä, punaisella suskeptiivisuus sellaisenaan ja harmaalla efektiivinen suskeptiivisuus, johon on otettu mukaan remanenssin vaikutus. Karbonatiitin ja vulkaniitin välisten magneettisten ominaisuuksien välillä on kahden kertaluokan tasoero, mutta tiheydessä on eroa

9 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 5 vähemmän ja karbonatiittilävistyksissä on enemmän matalia kohtia. Yksittäiset piikit ovat merkkeinä runsaasta magnetiittipitoisuudesta. Kuva 3. Petrofysikaaliset mittaukset reiästä R P 2 O 5 :n ja petrofysiikan välisestä yhteydestä Taulukossa 3 ja kuvassa 4 tarkastellaan P 2 O 5 -pitoisuuden ja petrofysiikan parametrien välistä korrelaatiota reikien R10 R17 sydännäytteistä. Tiheyden ja suskeptiivisuuden arvot laskettiin analyysiväleihin osuvien ominaisuuksien keskiarvoina. Analyysinäytteitä oli 416. Taulukon 3 korrelaatiomatriisissa korrelaatiokertoimet on kerrottu tuhannella selvyyden vuoksi. P 2 O 5 :n ja muiden parametrien välinen selitysaste on korostettu punaisella. Heti nähdään, että P 2 O 5 :n korrelaatio petrofysiikan kanssa on heikko ja tiheyttä lukuun ottamatta negatiivinen. Taulukko 3. Korrelaatiomatriisi petrofysiikan parametrien ja oksidipitoisuuksien välisestä riippuvuudesta. Na 2 O MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 2 O 5 K 2 O CaO TiO 2 MnO Fe 2 O 3 Dens Susc Rem Res Na 2 O 1000 MgO Al 2 O SiO P 2 O

10 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 6 K 2 O CaO TiO MnO Fe 2 O Dens Susc Rem Res Kuva 4. P 2 O 5 :n ja petrofysikaalisten parametrien välinen yhteys.

11 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 7 Kuvassa 4 esitetään P 2 O 5 -pitoisuuden riippuvuus tiheydestä, suskeptiivisuudesta, remanenssin intensiteetistä ja näennäisestä ominaisvastuksesta. Näytteitä kussakin kaaviossa on 416 ja suurimmassa osassa P 2 O 5 -pitoisuus on lähellä nollaa. Suskeptiivisuus- ja remanenssikuvassa paramagneettiset näytteet erottuvat omina ryhminään. Korrelaatiokertoimet kaikkien parametrien kohdalla ovat erittäin pienet, eikä petrofysiikan parametreilla ja P 2 O 5 -pitoisuudella ole juuri keskinäistä riippuvuutta. Kuva 5. P 2 O 5 -pitoisuuden riippuvuus suskeptiivisuudesta ja tiheydestä. Kuvassa 5 tarkastellaan vielä P 2 O 5 -pitoisuuden sekä tiheyden ja suskeptiivisuuden välistä korrelaatiota reikien R10 R17 sydännäytteistä. Tiheyden ja suskeptiivisuuden arvot on laskettu analyysiväleihin osuvien ominaisuuksien keskiarvoina. Kuvion 408 havaintoa on jaettu kuuteen luokkaan P 2 O 5 -pitoisuuden mukaan. Lähes puolet sijoittuu alimpaan luokkaan, mukaan luettuna paramagneettinen populaatio ja runsaasti magnetiittia sisältävät korkeat tiheydet ja suskeptiivisuudet. Korkeimmat P 2 O 5 -näytteet sijoittuvat tiheysvälillä kg/m 3 ja suskeptiivisuusvälillä (SI) olevaan ikkunaan. Tämä tarkoittaa, etteivät P 2 O 5 -rikastumat löydy karbonatiiteista magneettisesti eivätkä gravimetrisesti

12 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Sähköisistä ominaisuuksista Kuvassa 6 esitetään ominaisvastuksen ja suskeptiivisuuden välinen yhteys kaikista mitatuista näytteistä. Kaavion karbonatiitit eroavat muista kivistä selkeästi omaksi ryhmäkseen sekä suskeptiivisuuden että ominaisvastuksen suhteen. Suskeptiivisuuden kasvaminen tietää selkeää ominaisvastuksen pienenemistä. Tämän kuvan mukaan ominaisvastuksen ja suskeptiivisuuden välinen korrelaatio on huomattavasti parempi kuin taulukon 3 antama arvo Kuvan akselien logaritmisuus tarkoittaa kuitenkin, ettei riippuvuussuhde ole lineaarinen eikä lineaarinen korrelaatiokerroin kuvaa tilannetta oikein. Kuva 6. Suskeptiivisuuden ja ominaisvastuksen riippuvuus toisistaan. Karbonatiittien ominaisvastuksen ja suskeptiivisuuden välinen riippuvuus on selitettävissä ainakin kahdella tavalla. Koska magnetiittipitoisuudella on suora yhteys kiven suskeptiivisuuteen ja magnetiitti on jossakin määrin johtavaa, on mahdollista, että voimakkaan trendin molempien akselien suunnassa aiheuttaa magnetiitti. Heikki Säävuoren henkilökohtaisen tiedonannon (2015) mukaan todennäköisempi selitys on mittaustekniikasta aiheutuva. Molempia ominaisuuksia mitataan samalla kalustolla, ominaisvastusta sähkömagneettisen signaalin imaginaari- ja suskeptiivisuutta reaalikomponenttiin syntyvällä anomalialla. On todennäköistä, että reaalikomponentin signaalista osa vuotaa imaginaarikomponentin mittaukseen ja synnyttää (vale)ominaisvastusanomalian.

13 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 9 Magneettisen anomalian pohjoispään kautta kkj-pohjoiskoordinaattia pitkin menee yksi VLF-Rprofiili samasta paikasta gravimetrisen ja magneettisen kanssa. Painovoimassa on matala kuoppa magneettisen maksimin kohdalla, samoin VLF-R:n näennäisessä ominaisvastuksessa. Vaihekulmassakin on anomaliaa vaikka se on levinnyt laajalle alueelle. Topografia nousee profiilin matkalla lännestä itään 195 metriä eikä tällä matkalla ole juuri maaperässä kosteutta. Ainoastaan paikan molemmin puolin on 120 metriä leveä suo, joka näkyy pienenä ominaisvastuksen tason laskuna. Kuva 7. Geofysikaalinen profiili karbonatiittiesiintymän pohjoispäästä. Alimpana VLF-R-tulkinta. VLF-R-mittauksen tulkinta Markku Pirttijärven ohjelmalla 2Layinv antaa kuvan alaosassa näkyvän tuloksen. Keltainen väri tarkoittaa matalaa ja ruskea korkeaa ominaisvastusta. Magneettisen anomalian kohdalla johtavampi rakenne ulottuu syvemmälle kuin muualla profiililla. Kuvasta saa käsityksen, että irtomaa ja anomalian kohdalla oleva syvennys olisivat samaa rakennetta. Tällöin voisi olla kysymys kallioon

14 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 10 kuopan kuluttaneesta rapautumasta, mikä selittäisi myös painovoiman negatiivisen anomalian. Toinen selitys on ympäristöä johtavampi karbonatiitti, jota kuvaava malli on laskennassa sulautunut irtomaakerrokseen. Vaikka petrofysiikan mittaukset eivät annakaan varmaa tukea karbonatiitin ympäristöään paremmalle sähkönjohtokyvylle, se on kuitenkin mahdollista. Anomalian kohdalla ominaisvastus on luokkaa 500 m ja ympäristössä runsaan dekadin korkeampi. Kuitenkin on selvää, etteivät sähköiset eivätkä sähkömagneettiset menetelmät oikein hyvin sovellu esiintymän rakenteen tutkimusmenetelmiksi. 5 MAGNETOMETRAUKSEN TULKINTAA 5.1 Tulkintamahdollisuuksista Karbonatiittien tiheyden mediaani on 2898 kg/m 3 ja muiden kivien, lähinnä mafisten vulkaniittien, mediaanitiheys on 2932 kg/m 3. Magneettisen anomalian pohjoisosan pohjoiskoordinaattia pitkin menevä painovoimaprofiili on tiheyshavaintojen kanssa sopusoinnussa, sillä karbonatiittilävistyksen päällä on kuvan 7 mukaisesti ~0.2 mgalin negatiivinen anomalia. Periaatteessa gravimetrisesta mittauksesta voitaisiin laskea kuopan aiheuttavan massavajauksen suuruus, mutta arvio edellyttäisi suurta määrää mittauksia ja sen tarkkuus olisi huono erityisesti syvyysulottuvuuden määrittämisen kannalta. On myös mahdollista, että osan anomaliasta aiheuttaa karbonatiitin yläpinnan rapautuminen ja sitä mukaa irtomaakerroksen paksuusvaihtelu. Sähköisesti saattaisi olla painovoimaa paremmat mahdollisuudet mallinnukseen, mutta massa-arviota ei pystyttäisi tekemään. Korkea magnetiittipitoisuus lisäksi aiheuttaisi häiriöitä sähkömagneettisten mittausten tulkintaan. Kuvien 1 ja 3 perusteella on selvää, että magneettinen menetelmä soveltuu karbonatiittiesiintymän rakenteen selvittämiseen. Magneettisissa ominaisuuksissa on runsaan kahden dekadin ero sivukiviin verrattuna. Anomalian kulku on magneettisen deklinaation suuntainen jolloin anomalian symmetrisyydestä voi päätellä suoraan kaateen suuntaa. Seuraavassa tulkintaa tarkastellaan kolmelta eri kannalta. 5.2 Mallitulkinta ja massa-arvio Kortejärven magneettinen anomalia on erittäin voimakas, sillä sen maksimi ylittää nt. Näin voimakas anomalia voi syntyä vain magnetiitin vaikutuksesta. Ympäristön mafisiin vulkaniitteihin verrattuna karbonatiitin suskeptiivisuus on kaksi dekadia korkeampi ja myös remanenssi on korkeampi niin että magneettisten anomalioiden takana oleva karbonatiittien efektiivinen suskeptiivisuus on 120 kertaa muita kiviä korkeampi. Anomalia sijaitsee rauhallisessa ympäristössä eikä naapurissa ole häiritseviä anomalioita.

15 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 11 Magneettisesta kartasta ei ole mahdollista tehdä massa-arviota samassa mielessä kuin gravimetrisesta. Kuitenkin jos oletetaan, että magneettinen anomalian aiheuttaja on magnetiitti, sen määrän suuruusluokka on mahdollista arvioida mallintamalla anomalia. Mallinnus tehtiin sijoittamalla jokaiselle sadan metrin välein olevalle profiilille monikulmio, jonka ulottuvuus kulun suunnassa oli 50 metriä profiilin molemmilla puolilla. Täten monikulmiot muodostavat kuvan 8 mukaisen jonon. Jokaista mallia optimoitiin muuttelemalla sen profiilin suuntaisia ulottuvuuksia sekä suskeptiivisuutta. Syvyysulottuvuuden oletettiin olevan 300 metrin paikkeilla ja nollatasoksi sidottiin nt. Kuvan 8 vasemmassa reunassa esitetyt mitattu ja laskettu anomalia muistuttavatkin huomattavasti toisiaan. Kuva 8. Kortejärven magneettinen anomalia (field) ja sen mallinnusanomalia (model). Oikealla tulkintaan käytetyt profiilit ja tulkintamallit.

16 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 12 Kuvassa 9 esitetään tulkintamallien massat, magnetiittipitoisuudet ja magnetiitin määrät tonneina. Mallien summamassa on 186 Mt. Magnetiittipitoisuudet ovat muutamien prosenttien luokkaa kun otetaan huomioon, että Q-arvon 2.7 mukaan 73 % tulkinnassa käytetystä efektiivisestä suskeptiivisuudesta on peräisin remanenssista. Nämä pitoisuudet antavat tuloksen, että tarvitaan 5.7 Mt magnetiittia mitatun anomalian syntymiseksi. Jos remanenssia ei otettaisi huomioon, magnetiitin määrä kasvaisi arvoon 21 Mt mutta muodostuman kokonaismassa ei muuttuisi. Kuva 9. Tulkintamallien massat, magnetiittipitoisuudet ja magnetiitin massat. Kuva 10. Mallinnukset profiileilta ja

17 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 13 Kuvassa 10 esitetään tulkintatulokset kahdelta profiililta. Koska muodostuman kulku on indusoivan kentän horisontaalikomponentin suuntainen ja anomaliat ovat symmetrisiä, kaateen voi odottaa olevan lähes vertikaalinen. Vasemmalla on pohjoiskoordinaatilla sijaitseva profiili. Malli on pidetty 300 m syvyisenä. Anomaliamaksimin vasemmalla ja oikealla puolella yhteensopivuus on huono. Sitä voisi parantaa muotoilemalla malli pyramidimaiseksi tai lisäämällä sille huomattavasti syvyyttä. Kairaustulokset eivät tue eivätkä kiellä kumpaakaan vaihtoehtoa. Oikealla olevalle mallille syvyyttä on annettu yli kaksinkertainen määrä edelliseen verrattuna. Yhteensopivuus maksimin ulkopuolella on parantunut huomattavasti vaikka vieläkin anomalian ulkopuolella selittämätöntä anomaliaa jää 500 nt. Vaikuttaa siltä, että karbonatiitilla on enemmän syvyysulottuvuutta kuin tässä arviossa oletettu 300 m. Remanenssi on voimakas eikä sen suunnasta ole havaintoja, mutta sekään ei pysty selittämään tässä vaille selitystä jääneitä anomalian osia. 5.3 TDR-tulkinta Seuraavassa tehdään toinen yksinkertainen tarkastelu massan suuruusluokan määrittämiseksi. Kuvassa 11 on magnetometrauksesta laskettu TDR (Tilt Derivative)-kartta. TDR määritellään arcustangenttina kentän vertikaalisen ja horisontaalisen gradientin suhteesta. Sen arvot vaihtelevat arvojen +π/2 ja π/2 välillä riippumatta gradienttien voimakkuuksista. TDR on positiivinen anomalian lähteen päällä, ohittaa nollakohdan kontaktien läheisyydessä ja on negatiivinen lähteen ulkopuolella. Kartassa punaisella väritetyt positiiviset alueet kuvaavat magneettisen anomalian aiheuttajan sijaintia. Eteläisemmän, pohjoiskoordinaatista etelään olevan anomalian pinta-ala on m 2. Eteläosasta puuttuu havaintoja voimakkaan anomalian alueelta ja täällä nollaviivan oletetaan menevän katkoviivaa pitkin. Pohjoisen anomalian oletetaan jatkuvan valkoiseen katkoviivaan ( ) saakka. Tämän anomalian pinta-ala on m 2 ja anomalioiden summapintaala m 2. Eri syvyyksille laskettu massa-arvio esitetään taulukossa 4. Kuva 11. Kortejärven magneettikentän TDR-kartta.

18 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 14 Taulukko 4. Kortejärven esiintymän massa TDR-tarkastelun mukaan. Syvyys/m Tilavuus/km 3 Massa/Mt Tämä tarkastelu ei ota huomioon massan vertikaalisuuntaista laajuusvaihtelua. 300 metrin syvyyteen laskettu massa 147 Mt on kuitenkin riittävän lähellä mallitulkinnasta saatua arvoa 186 Mt. 5.4 VOXI-mallinnus Geosoftin VOXI-mallinnuksessa maankamara jaetaan kolmiulotteisiin voxeleihin (volume + pixel), joiden suskeptiivisuutta optimoidaan niin että mitatun ja lasketun kentän välinen ero saadaan minimoiduksi. Tavallisessa mallisovituksessa varioidaan myös mallien geometrisia parametreja. Voxelien koko määrittää sen kuinka pieniä yksiköitä saadaan selville. Rajoitukseksi tulee nopeasti voxelien lukumäärän ja tarvittavan laskentakapasiteetin nopea kasvu. Kuva 12. Kortejärven VOXI-malli.

19 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 15 Kuvassa on mallinnustulos, jossa voxelien lukumäärä on = Mallin värit kuvaavat suskeptiivisuutta. Väripalkin arvot näkyvät kuvassa 13. Pinnassa on matalia suskeptiivisuuksia mutta 400 m alapuolella on jo hyvin korkeita arvoja. Pinnan matalat arvot on poistettu kuvasta selvyyden vuoksi. Malli ulottuu 900 metrin syvyyteen saakka ja täällä lukemat ovat korkeimmillaan. Suskeptiivinen materiaali näyttää myös laajenevan alaspäin mentäessä. VOXI-malli on katkaistu pohjoiskoordinaatin kohdalta, johon on kairattu reiät R14 ja R15. Ylimmässä osassa oleva musta viiva kuvaa tätä profiilia. Kuvassa 13 esitetään profiilin tulkintatulos, jonka mukaan suskeptiivisuus kasvaa vertikaalisuunnassa. Syvällä olevaa magneettista materiaalia tarvitaan jotta magneettisen anomalian loivat sivuosat saisivat selityksen. Kuva 13. VOXI-mallinnus reikäprofiililta R14-R15.

20 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 16 Tulkintatulos ei ole ristiriitainen kairaustietojen eikä magnetometrauksen kanssa. Sydännäytteistä mitatut korkeat suskeptiivisuuspylväät ovat samassa paikassa missä syvyyksistä nouseva korkean suskeptiivisuuden keltainen vyöhyke lähestyy maanpintaa. Magneettisen maksimin kohdalla siniset mallinnuksen täplät sopivat huonosti yhteen mittaustulosten kanssa, mutta anomalian tällä alueella lähellä maanpintaa olevat mallin yksityiskohdat vaikuttavat eniten, eikä karkea VOXI-malli pysty ottamaan näitä kaikkia huomioon. Kaukana maksimista sovitus on erittäin hyvä ja tällä alueella nimenomaan syvällä olevat rakenteet vaikuttavat eniten. Lisätietojen saamiseksi suuremmista syvyyksistä magneettisten profiilien tulisi olla paljon pitempiä, useiden kilometrien pituisia. Profiilien pidentäminen lisää niistä saatavaa informaatiota siihen saakka kunnes sivuilla mahdollisesti olevat muut magneettiset anomaliat sekoittavat kentän sisältämän informaation. 6 ARVIOINTIA Kairansydämisten tehtyjen analyysien mukaan karbonatiitti ei ole isotrooppista vaan sen P 2 O 5 -pitoisuus vaihtelee. Saman kiven magneettisten ominaisuuksien vaihtelu on paljon vähäisempää. Täten petrofysiikkaa ja geofysikaalisia mittauksia ei voida käyttää hyväksi P 2 O 5 :n kartoituksessa. Korkeat P 2 O 5 -pitoisuudet kätkeytyvät suskeptiivisuuden ja tiheyden virittämään parametriavaruuteen kuvan 5 esittämällä tavalla ja samoin käy kun tarkastellaan magneettista ja gravimetrista kenttää. Magnetometraus ei sovellu fosforin etsimiseen mutta soveltuu hyvin sen isäntäkiven tutkimiseen. Karbonatiitin itä- ja länsipuolella oleva mafinen vulkaniitti sekä muut kivilajit ovat tätä yli sata kertaa heikommin magneettisia. Anomalian ulkopuolella magneettikenttä on erittäin tasainen ja kohina on vähäistä niin että näitä tasaisia alueita hyväksi käyttäen voitaisiin arvioida anomalian aiheuttajan syvyysrakennetta. Vaikka tarkkuus heikkenee syvyyden kasvaessa, näyttää todennäköiseltä, että karbonatiittimuodostumalla on paljon enemmän syvyysulottuvuutta kuin syvimmillä rei illä tavoitettu ~200 m. Gravimetraus soveltuu tässä tapauksessa huonosti syvyyden tutkimiseen, samoin sähkömagneettiset menetelmät, mutta tehtyä laajempi magneettinen kartoitus voisi antaa lisäinformaatiota.