Karbonaattikivitutkimukset Kittilän Mantovuomalla Panu Lintinen, Pertti Turunen

Transkriptio

1 Pohjois-Suomen yksikkö M19/2732/2010/ Rovaniemi Karbonaattikivitutkimukset Kittilän Mantovuomalla Panu Lintinen, Pertti Turunen

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro Tekijät Panu Lintinen Pertti Turunen Raportin laji tutkimusraportti Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Raportin nimi Karbonaattikivitutkimukset Kittilän Mantovuomalla Tiivistelmä Geologian tutkimuskeskus (GTK) teki vuosina Kittilän Mantovuomalla karbonaattitutkimuksia, joiden tavoitteena oli selvittää alueella kalliopaljastumissa tavatun karbonaattikiven laatua ja määrää. Tutkimusmenetelminä käytettiin geofysiikan hajaprofiilimittausta ja syväkairausta. Kahteen profiiliin kairattiin 7 reikää, yhteispituudeltaan 444 m. Kairasydämistä tehtiin kemiallisia analyysejä ja ohuthieitä. Lisäksi karbonaattikivien mineralogiaa selvitettiin mikroanalyysein ja MLA-määrityksin. Syväkairauksessa lävistettiin molemmilla profiileilla noin 30 metriä harmaata tai vaaleanharmaata, tiivistä ja massamaista karbonaattikiveä. Kemiallisista analyyseistä laskettu keskimääräinen karbonaattipitoisuus oli noin 80 %, josta noin 20 % oli kalsiittia. Loput 80 % karbonaattifraktiosta oli mikroanalyysien mukaan hyvin rautarikasta dolomiittia ja ankeriittia (Fe:Mg ankeriitti > 1:4). Kokokivianalyyseissä karbonaattikiven Fe 2 O 3 pitoisuus oli noin 5 % ja MnO pitoisuus 0,4 %. Karbonaattien lisäksi kivissä oli yleisesti useita prosentteja kloriittia, albiittia, kvartsia, muskoviittia ja flogopiittia. Mantovuoman karbonaattikiveä voisi mahdollisesti hyödyntää neutralointikalkkina, lähinnä perustuen kohtalaisen korkeaan karbonaattipitoisuuteen ja kemiallisesta koostumuksesta laskettuun neutralointikykyyn. Muuten aihe ei ole erityisen potentiaalinen karbonaatin korkean rautapitoisuuden ja dolomiittivaltaisuuden vuoksi. Lisäksi karbonaattikerros vaikuttaa melko kapealta ja maapeitteet paksuilta. Ympäröivä sivukivi on erittäin rikkonaista ja rapautunutta, mikä osaltaan vaikeuttaa aiheen tutkimista kairaamalla. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Kittilä, Mantovuoma, teollisuusmineraalit, karbonaatit, dolomitti, kalsiitti, ankeriitti, geofysikaalinen tutkimus, syväkairaus, mikroanalyysit, MLA Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Lappi, Kittilä, Mantovuoma Karttalehdet , 12 Muut tiedot Arkistosarjan nimi M19 Arkistotunnus M19/2732/2010/18 Kokonaissivumäärä 26 Kieli suomi Hinta Julkisuus julkinen Yksikkö ja vastuualue Pohjois-Suomen yksikkö / 501 Allekirjoitus/nimen selvennys Panu Lintinen Hanketunnus Allekirjoitus/nimen selvennys Pertti Turunen

3 Kittilä, Mantovuoma M19/2732/2010/18 GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND Authors Panu Lintinen Pertti Turunen DOCUMENTATION PAGE Date / Rec. no Type of report Research report Commissioned by GTK Title of report Karbonaattikivitutkimukset Kittilän Mantovuomalla Abstract The Geological Survey of Finland (GTK) carried out carbonate rock surveys at Mantovuoma, located in the municipality of Kittilä in Central Lapland. The aim of the survey was to investigate the quality and quantity of the carbonate rocks outcropping in the area. During the target was investigated with two geophysical ground profiles and with two shallow diamond drilling profiles, comprising a total of 7 holes and 444 meters. The drill cores were investigated with chemical analyses and thin section studies. Further mineralogical studies included microprobe analysis and MLA measurements. Both of the drilling profiles intersected an approximately 30 m thick layer of grey to pale grey, fine-grained and massive carbonate rock. The average carbonate content, calculated from the chemical analyses, was approximately 80 %, of which 20 % was calcite. The remaining 80 % consisted, according to the microprobe analyses, of iron rich dolomite and ankerite (Fe:Mg ankerite > 1:4). The average Fe 2 O 3 -content of the carbonate rock was 5 % and the average MnO-content 0,4 %. In addition to the carbonates, the rocks contained up to several percents chlorite, albite, quartz, muscovite and phlogopite. Due to the moderately high carbonate content and relatively high calculated values of the neutralizing capacity, the Mantovuoma carbonate rock could be suitable for basic neutralization purposes. Otherwise, the target is of quite low economic potential, because of the high iron content of the carbonates and because dolomite and ankerite are the dominant carbonate minerals. Additionally, the carbonate layer seems to be fairly thin and the glacial overburden is in places rather thick. The surrounding country rocks of the carbonate rock layer(s) are heavily fractured and intensely weathered, which makes their investigation by drilling difficult and slow. Keywords Kittilä, Mantovuoma, industrial minerals, carbonates, dolomite, calcite, ankerite, geophysical survey, diamond drilling, microprobe, MLA Geographical area Finland, Lapland province, Kittilä, Mantovuoma Map sheet , 12 Other information Report serial M19 Total pages 26 Unit and section Northern Finland Office / 501 Signature/name Panu Lintinen Language Finnish Archive code M19/2732/2010/18 Price Project code Signature/name Pertti Turunen Confidentiality public

4 Kittilä, Mantovuoma M19/2732/2010/18 Sisällysluettelo Kuvailulehti Documentation page 1 JOHDANTO Tutkimusten tausta, tavoite ja aikaisemmat tutkimukset Tutkimusalueen sijainti, maasto ja tieyhteydet Alueellinen geologia 2 2 SUORITETUT TUTKIMUKSET JA TUTKIMUSMENETELMÄT Geofysikaaliset maastomittaukset Petrofysikaaliset mittaukset Näytteenotto Kemialliset analyysit Ohuthietutkimukset, mikroanalyysit ja MLA-määritykset 6 3 TUTKIMUSTULOKSET Geofysiikan ja petrofysiikan mittaustulokset Tutkimuskohteen kallioperä Silikaattiset kivet Karbonaattikivet 10 4 JOHTOPÄÄTÖKSET JA AIHEEN ARVIOINTI 14 KIRJALLISUUSLUETTELO LIITTEET

5 1 1 JOHDANTO Tässä raportissa selostetaan Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) vuosina tutkiman Mantovuoman karbonaattiaiheen tutkimustoimenpiteet, -menetelmät ja -tulokset. Kohteelle tehtiin 2009 tammikuussa 3,9 km 2 :n valtausvaraus, jonka voimassaolo päättyi Kohteelle tai sen ympäristöön ei ole sen jälkeen haettu valtausta. Kohde sijaitsee kokonaan valtion mailla ja tehtyihin kairauksiin saatiin Metsähallitukselta kirjallinen lupa. Tutkimuksista vastasi geologi Panu Lintinen. Geofysiikan maastomittaukset ja petrofysiikan mittaukset käsitteli ja tulkitsi geofyysikko Pertti Turunen. Liitteiden 4 ja 5 kairausprofiilikuvat laati tutkimusavustaja Pertti Telkkälä. 1.1 Tutkimusten tausta, tavoite ja aikaisemmat tutkimukset Vuoden 2008 aikana tehtiin laajahko, GTK:n hallussa oleviin aineistoihin perustuva selvitys Keski-Lapin karbonaattikivipotentiaalista. Selvitysalueena oli Keski-Lapin liuskejakson alue länsirajalta Sodankylän itäpuolelle. Aineistoselvityksen ja myöhempien maastotarkistusten perusteella nousi esille muutamia karbonaattikivikohteita, joiden laajuus, kiven laatu ja käyttökelpoisuus katsottiin perustelluksi selvittää kairaamalla ja analysoimalla riittävä määrä kairasydännäytteitä. Kittilän graniitin pohjoispuolella oli runsaasti karbonaattikivihavaintoja noin itä-läntisenä, lähes 15 km pitkänä nauhana ulottuen lännestä Aakenustunturilta itään Kittilän lentokentän eteläpuolelle. Havaintojen perusteella P. Rastas (1984) piirsi kapean, epäyhtenäisen ja siirrosten katkoman karbonaattikivihorisontin Kittilän 1: mittakaavaiselle kallioperäkartalle. Horisontti näkyy juuri ja juuri kuvan 2 geologisessa yleiskartassa kalkkisilikaattikivenä. Kartta on ote GTK:n digitaalisesta kallioperätietokannasta ja se pohjautuu Kittilän karttalehden (KL 2732) alueella mainittuun 1: mittakaavaiseen kallioperäkarttaan. Maastotarkistuksissa löytyi silmämääräisesti puhtaalta vaikuttavaa karbonaattikiveä sekä vyöhykkeen keskiosasta Mantovuoman alueelta että myös läheltä vyöhykkeen länsipäätä, Aakenusjoen rannalta. Koska jokivarressa kulki retkeilyreittejä ja joella on yleistä virkistys- ja matkailukäyttöä, katsottiin Mantovuoman alue otollisemmaksi tutkimuskohteeksi mahdollista hyödyntämistä ajatellen. Mantovuoman alueella pienet karbonaattikivipaljastumat muodostavat viivasuoran jonon (liite 1) ja siten selkeältä vaikuttavan horisontin, joka arveltiin pystyttävän lävistämään vaikeuksitta profiilikairauksella. Kairausten tavoitteeksi asetettiin karbonaattikiven lävistäminen kahdella profiililla ja edustavan näytemateriaalin saaminen analysoitavaksi. 1.2 Tutkimusalueen sijainti, maasto ja tieyhteydet Tutkimusalue sijaitsee Kittilän kunnassa, 1: karttalehdillä ja 12 (kuva 1). Matkaa Kittilän kirkonkylään on linnuntietä 10 km, maanteitse noin 20 km. Maastoltaan kohde on soista, alavaa ja paikoin kivikkoista. Alueen puusto on nuorta mäntyvaltaista talousmetsää tai taimikkoa, suon reunamailla kasvaa myös sekametsää. Tutkimusalueelle on hyvät tieyhteydet ja aivan kohteen pohjoispuolitse kulkee hyväkuntoinen metsäautotie.

6 2 Maanmittauslaitos, lupanro MML/VIR/TIPA/217/10 Kuva 1. Mantovuoman tutkimuskohteen sijainti. Punainen vinoneliö on Mantovuoman valtausvarausalue. 1.3 Alueellinen geologia Mantovuoman tutkimuskohde sijaitsee Keski-Lapin liuskejakson länsiosassa. Tutkimuskohteen kivet ovat Savukosken ryhmän Pittarovan muodostuman hienorakeisia, pääosin metasedimenttisiä kiviä fylliittejä, grafiittiliuskeita, tuffiitteja ja dolomiitteja jotka tutkimusalueen kohdalla esiintyvät noin 1 km leveänä, itä-läntisenä vyöhykkeenä. Kittilän alueella Pittarovan muodostuma on rinnastettavissa itäisempään Savukosken ryhmän tyyppimuodostumaan, Matarakosken muodostumaan (Lehtonen et al. 1998). Sekä kohteen pohjois- että eteläpuolella on Savukosken ryhmän mafisia vulkaniitteja; pohjoispuolella Jolhikon muodostuman mafisia tuffiitteja ja eteläpuolella Linkupalon muodostuman tholeiittisia basaltteja. Alueella runsaina esiintyvät diabaasit ovat pääosin kerroksellisuutta myötäileviä, mutta paikoin myös niitä leikkaavia. Kittilän graniitin pohjoisreuna on noin 3 km Mantovuoman kohteelta etelään. Geologinen ympäristö on esitetty kuvan 2 kartalla, joka pohjautuu GTK:n digitaaliseen kallioperätietokantaan.

7 Kuva 2. Mantovuoman tutkimuskohteen sijainti geologisella kartalla. Kartta on ote GTK:n digitaalisesta kallioperätietokannasta. Punainen vinoneliö on Mantovuoman valtausvarausalue. 3

8 2 SUORITETUT TUTKIMUKSET JA TUTKIMUSMENETELMÄT Geofysikaaliset maastomittaukset Geofysikaaliset maastomittaukset rajoittuivat kahteen taulukon 1 mukaiseen magneettiseen ja VLF-R-profiiliin. Taulukko 1. Geofysikaaliset maastomittaukset. Menetelmä Profiileja Pisteitä Metriä Magneettinen VLF-R Profiilit sijoitettiin karbonaattikivihavaintojen mukaan kohtisuoraan kerroksellisuutta vastaan, minkä lisäksi käytettiin magneettisia ja sähkömagneettisia matalalentokarttoja. Magneettikentän totaalikomponentti mitattiin GSM8-magnetometrillä. Maa-asemakorjausta ei tehty. VLF-Rlaitteena oli Geonics EM 16R ja lähetinasemana DHO38 taajuudella 23.4 khz. Etäisyys asemalle on ~1900 km ja suunta ~217, mikä poikkeaa ~33 geologisen kulun suunnasta. Havaintopisteväli magnetometrauksessa oli 10 m ja VLF-R-mittauksessa 20 m. Paikannus tehtiin DGPS:llä. 2.2 Petrofysikaaliset mittaukset Kaikkien kairattujen reikien sydämistä tehtiin tiheyden, magneettisen suskeptiivisuuden ja remanenssin intensiteetin määrityksiä taulukon 2 ilmoittamalla tavalla. Mittauslaitteena oli GTK:n petrofysiikan laboratorion kalusto Rovaniemellä. Näytteet olivat n. 10 cm pituisia halkaistuja tai täysiä sydämen palasia ja ne valittiin täysien syvyysmetrien kohdalta. Paikoitellen sydämet olivat niin rikkoutuneita, ettei määrityksiä voitu luotettavasti tehdä. Taulukko 2. Petrofysikaaliset mittaukset. Reikä Tiheys Suskeptiivisuus Remanenssi R R R R R R R Σ

9 2.3 Näytteenotto 5 Maaliskuussa 2009 aloitettiin Mantovuomalla timanttikairaus, jonka urakoi GTK:n konsernipalvelut käyttäen T56-kairauskalustolla varustettua GM100 -pokakairausyksikköä. Kohteelle suunniteltiin kaksi kairausprofiilia karbonaattikivipaljastumien perusteella siten, että profiilien aloituspisteet sijoittuivat paljastumista päätellyn karbonaattikivikerroksen viereen ja tarpeen mukaan kairattiin etu- ja takareikiä, kunnes karbonaattikivihorisontti olisi kokonaan lävistetty ja paksuus selvillä. Profiilien etäisyys toisistaan oli 300 m, kairaussuunta 165º, kaltevuus 45º, reikäväli 50 m ja reikäkohtainen tavoitesyvyys 80 m. Kairaussuunta valittiin paljastumilta mitattujen kaateiden sekä matalalentokartoilta havaitun kivien kulun perusteella, pyrkimyksenä kairata kerrosten kulkua vastaan kohtisuoraan. Ennen kairausta tehtiin kairausprofiilien kohdalta geofysikaalinen maastomittaus. Kairaus osoittautui haastavaksi kivien rikkonaisuuden, osittain myös kovuuden vuoksi. Lisäksi kivet olivat poimuttuneet siten, että karbonaattikivihorisonttia ei tavoitettu siellä, missä se paljastumien perusteella oletettavasti sijaitsi. Kairausurakka keskeytettiin kuuden kairatun reiän jälkeen huhtikuun lopussa, ennen kevättulvan alkamista ja viimeisteltiin myöhemmin kesäkuussa, jolloin kairattiin yksi reikä. Vaikeuksista huolimatta molemmilla profiileilla saatiin karbonaattikivihorisontti lävistettyä tai ainakin kiinni. Taulukossa 3 on esitetty reikien sijainti-, kaltevuus- ja loppusyvyystiedot sekä maapeitteiden paksuudet. Reikien paikat mitattiin jälkikäteen tarkkuus GPS-laitteella. Toteutuneiden kairausreikien sijainti ilmenee liitteen 1 kartasta. Taulukko 3. Mantovuoman kairaukset Reikätunnus X (kkj3) Y (kkj3) X (kkj2) Y (kkj2) Z suunta/kaltevuus pituus maata M273209R / M273209R / M273209R / M273209R / M273209R / M273209R / M273209R / YHTEENSÄ

10 2.4 Kemialliset analyysit 6 Karbonaattikivilävistykset läntisen profiilin rei istä R512, R513 ja itäisen profiilin reiästä R516 analysoitiin Labtium Oy:ssä. Yksittäisen näytevälin pituus oli lävistysten keskellä 2 m, kontakteissa pituus vaihteli välillä 1,2 2,4 m. Yhteensä 31 näytteestä analysoitiin pääalkuaineet XRFmenetelmällä (Labtium Oy:n menetelmäkoodi 175X) sekä rikin ja hiilen määrät S/C - analysaattorilla (810L rikille ja 811L hiilelle). Karbonaattifraktion koostumuksen selvittämiseksi näytteille tehtiin suolahappoliuotus ja liuenneen fraktion koostumus analysoitiin ICP-AEStekniikalla (406P). Kairasydännäytteistä valittiin 10 eri kivilajien tyyppinäytettä, joista analysoitiin pääalkuaineiden (175X) lisäksi hivenalkuaineet (308M, 25 alkuainetta). Myös näistä näytteistä analysoitiin rikin (810L) ja hiilen (811L) määrät. Kaikkein kiisurikkaimmista kairasydämistä valittiin 10 näytettä, joista analysoitiin perusmetallit (511P) ja jalometallit (704P; Au, Pd, Pt). Arvometallien pitoisuudet näytteissä jäivät pieniksi. 2.5 Ohuthietutkimukset, mikroanalyysit ja MLA-määritykset Kairasydännäytteistä tehtiin GTK:n hielaboratoriossa 22 kpl kiillotettuja ohuthieitä, joita tutkittiin polarisaatiomikroskoopilla. Kolmen karbonaattikivestä tehdyn ohuthieen mineraalikemiaa tutkittiin mikroanalysaattorilla GTK:n Espoon yksikön tutkimuslaboratoriossa. Hieistä analysoitiin karbonaattimineraalien lisäksi myös silikaatteja ja sulfideja. Karbonaattikiven mineraalikoostumuksen selvittämiseksi tehtiin lisäksi kolmelle näytteelle MLA-määritys GTK:n mineraalitekniikan laboratoriossa Outokummussa. Mikroanalyysien ja MLA-määritysten hieet ja näytteet valittiin kemiallisen koostumuksen perusteella siten, että ne edustivat eri koostumustyyppejä ja olivat eri karbonaattilävistyksistä (taulukko 4). Taulukko 4. Mantovuoman mikroanalyysi- ja MLA-näytteet. Mikroanalyysinäyte, kiillotettu ohuthie MLA-määritys + kemiallinen analyysi KOH R /09/R KOH R /09/R KOH R /09/R

11 3 TUTKIMUSTULOKSET Geofysiikan ja petrofysiikan mittaustulokset Geofysiikan maastomittaustulokset esitetään liitteen 1 karttapohjalle piirrettyinä. Karttaa on katsottava lännestä, jolloin positiivinen anomalia tulee nollaviivan ylä- eli itäpuolelle. Magnetometrauksessa on reiän R513 kohdalla jyrkkärinteinen positiivinen anomalia, joka ilmeisesti jatkuu itäisellä profiililla. Kairaustietojen mukaan sen aiheuttaja on skapoliitti-amfibolikivi, jossa on silminnähtävää magnetiittia ja runsaasti rikkikiisua. Reiän R510 päällä oleva anomalia on fylliittien aiheuttama. Muilta osiltaan magneettikenttä on valtausvarauksen alueella anomaliaton ja sopusoinnussa kairansydänten magneettisten ominaisuuksien kanssa. Sähkömagneettisissa lentomittauskartoissa on kairanreikien pohjoispuolella voimakas ja eteläpuolella heikko sähköinen anomaliakaari. Nämä näkyvät VLF-R-profiileilla johdeanomalioina (vaihekulma > 45 ) muutamia satoja metrejä reikien pohjois- ja eteläpuolella. Suot eivät tule kyseeseen anomalioiden syinä ainakaan pohjoisessa. Dolomiittilävistykset rei issä R512 ja R516 näkyvät anomaliattomina kohtina sekä VLF-R:n komponenteissa että magneettisessa mittauksessa. Petrofysiikan mittaustuloksia esittävästä kuvasta 3 nähdään, että lähes kaikkien kivilajien tiheydet keskittyvät välille kg/m 3 ja suskeptiivisuudet paramagneettisen rajan ~10-3 SI alapuolelle. Amfiboliiteissa, kvartsiiteissa, fylliiteissä ja amfiboli-kvartsikiviryhmässä on mukana erilaisia määriä magnetiittia. Dolomiitit ja muut karbonaattikivet muodostavat tiiviin ryhmän molempien ominaisuuksien suhteen. Matalimmat tiheydet on mitattu rapautuneista karbonaattikivistä. Taulukko 5. Kivilajien petrofysikaalisten parametrien mediaanit. Q- Ryhmä Lkm Tiheys Suskept. Reman. suhde Efekt. susk. (-) (kg/m 3 ) (SI) (A/m) (-) (SI) Kvartsiitti/fylliitti Amfiboliitti Mafinen vulkaniitti Metadiabaasi Dolomiitti Amfiboli-kvartsikivi Karsi

12 8 Mitattujen tiheyksien perusteella gravimetraus olisi Mantovuomalla mahdollinen dolomiittien tutkimusmenetelmä. Dolomiittien korkeat Q-suhteet eroavat muista kivistä mihin on syynä matala suskeptiivisuus. Efektiivisessä suskeptiivisuudessa otetaan huomioon remanenssin vaikutus anomalian synnyttäjänä ja nähdään, että kaikkien kivien lukuarvot ovat lähellä toisiaan. Tämä tarkoittaa sitä, ettei magnetometraus ole käytännön tutkimuksissa kovin hyvä menetelmä kivien erotteluun toisistaan. Quartzite Amphibolite Mafic volc Metadiabase Dolomite Amphibole-quartz rock Skarn Susceptibility (SI) Density (kg/m 3 ) Kuva 3. Eri kivilajien suskeptiivisuus vs. tiheys. Liitteissä 2 ja 3 esitetään kaikki petrofysikaaliset mittaukset syvyyden funktiona. Kunkin reiän kohdalla eri parametrien mittakaavat ovat samat niin, että mittausarvoja voidaan visuaalisesti verrata toisiinsa. Kuviin on lisätty dolomiitti- ja karbonaattilävistykset.

13 3.2 Tutkimuskohteen kallioperä 9 Mantovuoman kairauksissa lävistettiin pääasiassa metasedimenttejä ja mafisia juonikiviä. Metasedimentit olivat karbonaattikiviä, fylliittejä ja alun perin serteiksi tulkittavissa olevia amfibolikvartsikiviä. Mafiset juonikivet olivat vaihtelevasti muuttuneita ja rapautuneita metadiabaaseja, amfibolikiviä ja skapoliitti-amfibolikiviä. Karbonaattikiviä lukuun ottamatta kivet olivat hyvin rikkonaisia ja varsinkin mafiset juonikivet myös rapautuneita. Siten alkuperäiset rakenteet olivat heikosti nähtävissä tai jopa kokonaan tuhoutuneet. Mantovuoman kairauksissa tavatut kivilajit kuvataan tarkemmin seuraavissa kappaleissa ja niiden esiintyminen selviää liitteiden 4 ja 5 profiilipiirroksista Silikaattiset kivet Metasedimenteistä yleisimpiä ja parhaiten säilyneitä ovat fylliitit, jotka kuitenkin ovat asultaan, väriltään ja kuvioinniltaan hyvin heterogeenisia. Ne ovat osin massamaisia, osin raitaisia tai ohutkerroksellisia, yleensä poimuttuneita sekä siirrosten ja kapeiden juonien pilkkomia. Pääosa on tummia biotiittirikkaita liuskeita, mutta myös vaaleita serisiittiliuskeita esiintyy. Porfyroblasteina esiintyy vierasmuotoista skapoliittia, joka näkyy kairasydänten pinnalla pyöreinä vaaleina laikkuina sekä biotiittia, joka esiintyy pieninä rakeina tai raekasaumina hyvin tiheässä. Lisäksi itäisemmällä profiililla reikien R515 R517 fylliiteissä esiintyy porfyroblasteina omamuotoista amfibolia. Porfyroblastien esiintyminen rajoittuu aina kapeisiin, korkeintaan muutaman metrin vahvuisiin kerroksiin. Fylliittikerrosten välissä esiintyy hienorakeisia kvartsirikkaita kiviä, joihin on kasvanut varsin runsaasti vaaleanvihreää amfibolia, karsikivien tapaan. Näiden kivien ohutkerroksellinen tai laminaarinen rakenne on edelleen taustalla selvästi nähtävissä, vaikka amfiboli ne laajalti peittääkin. Nämä kvartsirikkaat kivet ovat todennäköisesti metaserttejä, joihin on kasvanut hydrotermistä amfibolia, oletettavasti alueella runsaana esiintyvien mafisten juonikivien vaikutuksesta. Kairasydänraporteissa ja profiilipiirroksissa nämä kivet on nimetty amfiboli-kvartsikiviksi. Mafiset juonikivet ovat voimakkaasti muuttuneita ja rapautuneita, massamaisia ja suuntautumattomia metadiabaaseja, amfibolikiviä tai biotiitti-amfibolikiviä, joissa subofiittinen tekstuuri on vielä paikoin nähtävissä. Sydänhukka nousee pahimmillaan 75 %:iin ja erityisen paljon hukkaa on juonten reunaosissa, kivilajikontaktien lähellä. Reiän R513 karbonaattilävistyksen alapuolella esiintyvä karkearakeinen skapoliitti-amfibolikivi on todennäköisesti myös mafinen juonikivi alun perin. Muina kivilajityyppeinä esiintyy reiässä R517 karsikiveä, jolla tarkoitetaan amfibolirikasta kiveä, jonka sedimenttikiven piirteet ovat täysin peittyneet, mutta joka on selvästi erotettavissa mafisista juonikivistä. Reiän R511 erittäin rikkonaisissa mafisissa kivissä on juonikiviosioiden välissä myös laavaa muistuttavia välejä. Kairasydänraporteissa ja profiilipiirroksissa nämä kivet on nimetty mafisiksi vulkaniiteiksi.

14 Karbonaattikivet Mantovuoman kairauksissa tavoitettiin karbonaattikivi kolmessa kohtaa. Läntisellä profiililla lävistettiin 10 metrin karbonaattikivikerros reiässä R513 välillä 34,80 44,80 m. Kivi oli vaaleaa, selvästi suuntautunutta, silmägneissimäistä karbonaattikiveä, jossa raekoko vaihteli tiiviistä lähes karkearakeiseen, ollen keskimäärin selvästi karkeampaa kuin muissa kohteen karbonaattilävistyksissä. Reiän R512 loppu välillä 56,50 81,80 m oli vaalean harmaata, tiivistä ja massamaista karbonaattikiveä. Tätä edelsi ruskea karbonaattikivi välillä 48,00 56,50 m, joten kesken jääneen karbonaattikivilävistyksen kokonaispituudeksi tuli 33,8 m. Itäisellä profiililla karbonaattikivikerros lävistettiin reiässä R516 välillä 28,40 55,50 m. Täällä karbonaattikivi oli harmaata, tiivistä ja pääosin massamaista, ollen kuitenkin ulkoasultaan selvästi kuviollista ja sisältäen varsinkin loppupuolella kapeita ruskeita juovia ja kerroksia. Taulukossa 6 on esitetty pääalkuaineiden koostumukset eri karbonaattilävistyksistä. Lisäksi taulukossa esitetään laskennallisia arvoja, kuten neutralointikyky (NEKY), C:n määrästä laskettu totaalikarbonaattipitoisuus ja eri karbonaattimineraalien laskennalliset pitoisuudet kokokivestä ja karbonaattifraktiosta. Mantovuoman karbonaatin kemiallisessa koostumuksessa on silmiinpistävää korkea raudan määrä. Keskimääräinen Fe 2 O 3 -pitoisuus kokokivelle on 4,75 % nousten korkeimmillaan lähes 9 %:iin. Erityisesti reiän R513 gneissityyppisessä karbonaattikivessä rautapitoisuus oli tasaisen korkea. Liuenneen aineksen analyysit osoittivat, että myös karbonaattifraktiossa rautapitoisuus oli korkea. Raudan ohella myös mangaanin määrä oli noussut. Muiden pääalkuaineiden pitoisuudet olivat vaihtelevia, mutta nekin selvästi koholla, mikä antoi viitteitä useiden eri silikaattifaasien esiintymisestä karbonaattikivissä. Kolmesta ohuthieestä tehtyjen mikroanalyysien mukaan karbonaattikivissä on sekä kalsiittia että dolomiittiryhmän karbonaattia, joka on raudan määrästä riippuen joko dolomiittia tai ankeriittia. Ankeriitti määritellään dolomiitti-ferrodolomiitti (CaMg(CO 3 ) 2 -CaFe(CO 3 ) 2 ) -sarjan jäseneksi, jonka Fe:Mg > 1:4 (Deer et. al, 1963). Esimerkiksi hienäytteestä R analysoiduista 11:sta dolomiittiryhmän karbonaatista yhdeksän oli ankeriittia ja vain kaksi dolomiittia. Toisaalta näytteen R analyyseistä kaikki yhdeksän ovat dolomiitista. Ankeriitin määrä näyttäisi korreloivan loogisesti kiven Fe-pitoisuuden kanssa siten, että mitä Fe-rikkaampi kivi sitä enemmän ankeriittia siinä on. Dolomiitit ja ankeriitit sisälsivät myös mangaania ja sinkkiä siten, että vastaavat MnO- ja ZnO-pitoisuudet vaihtelivat välillä 0,3 0,8 % ja 0,1 0,4 %. Esimerkkejä karbonaattimineraalien mikroanalyyseistä on esitetty taulukossa 7. Kalsiittia esiintyi dolomiitin ja ankeriitin rinnalla kaikissa mikroanalyysinäytteissä. Kalsiitti sisälsi hieman vähemmän mangaania kuin dolomiitti ja ankeriitti, mutta rautapitoisuus kalsiitilla oli alle kymmenesosa dolomiitin ja ankeriitin vastaavasta. Silikaateista tehtyjen analyysien perusteella karbonaattikivissä esiintyi ainakin muskoviittia, flogopiittia, kvartsia, albiittia, kloriittia ja apatiittia.

15 11 Taulukko 6. Mantovuoman karbonaattilävistysten kemiallinen keskikoostumus sekä laskennalliset karbonaattipitoisuudet, karbonaattimineraalit ja neutralointikyky. R512 56,5-81,8 N=13 R513 34,8-44,8 N=5 R516 28,4-55,5 N=13 R512+R513+R516 N=31 XRF, paino-% SiO 2 6,52 7,55 13,78 9,75 Al 2 O 3 1,66 1,43 3,04 2,21 Fe 2 O 3 4,33 6,10 4,70 4,75 MnO 0,37 0,78 0,32 0,41 MgO 12,12 14,62 12,56 12,68 CaO 33,08 28,56 29,16 30,74 Na2O 0,34 0,29 0,26 0,30 K 2 O 0,31 0,22 0,69 0,46 P 2 O 5 0,40 0,13 0,09 0,23 C-analysaattori, paino-% C 10,94 11,03 9,61 10,39 Laskennalliset suureet Totaalikarbonaatti% 83,79 84,47 73,57 79,56 Dolom+anker%, kokokivi 63,63 82,27 60,55 65,35 Kalsiitti%, kokokivi 20,74 2,27 12,84 14,45 Dolom + anker%, karb.fr. 74,45 97,20 83,68 81,99 Kalsiitti%, karb.fr. 25,55 2,80 16,32 18,01 NEKY 33,81 32,68 31,38 32,61 N = Näytteiden lukumäärä Käytetyt kaavat: Totaalikarbonaatti%: 2.09 x CO 2, missä CO 2 = x C-pitoisuus (C-analysaattori/811L) Dolomiitti+ankeriitti%, kokokivi: Kalsiitti%, kokokivi: Mineraaliosuudet karb.fraktiolle: Neutralointikyky (NEKY): 4.59 x (MgO+FeO+MnO) (ICP/406P) Totaalikarbonaatti% - Dolomiitti+ankeriitti% Vastaavat %-osuudet kokokivelle normalisoituna 100 %:iin Ca % x Mg %, missä Ca % = x CaO (XRF/175X)) ja Mg % = x MgO (XRF/175X)

16 12 Taulukko 7. Mantovuoman karbonaattien mikroanalyysejä. Näyte R R R R R R SiO Al 2 O FeO MnO MgO CaO Na 2 O SrO BaO NiO ZnO SO Cr 2 O Cl F CO Fe/Mg Total Mineraali Dolomiitti Kalsiitti Ankeriitti Kalsiitti Dolomiitti Ankeriitti CAMECA SX100 elektronimikroanalysaattori 15 kv, 15 na Karbonaattinäytteistä tehtyjen hiilianalyysien (811L) perusteella laskettiin näytteiden totaalikarbonaattipitoisuudet. Happoliukoisen (406P) fraktion koostumuksen perusteella laskettiin dolomiitin/ankeriitin ja kalsiitin suhteelliset osuudet kokokivessä ja karbonaattifraktiossa. Analyysien pohjalta laskettiin lisäksi karbonaatin neutralointikyky. Laskelmien tulokset ja laskuissa käytetyt kaavat on esitetty taulukossa 6. Laskennallista neutralointikykyä arvioitaessa on syytä huomioida, että se perustuu kokokiven MgO- ja CaO-pitoisuuksiin ja sekä kloriitti että flogopiitti olivat mikroanalyysien mukaan magnesiumrikkaita (~20 % MgO). Liuenneesta fraktiosta analysoidun CaO/(MgO+FeO+MnO) suhteen perusteella karbonaattikivet luokiteltiin eri kivilajeiksi, soveltaen Reinikaisen (2001) ja Pekkalan (1985) käyttämää luokittelua. Tässä raportissa käytetty luokittelu eroaa edellä mainituista siten, että dolomiitin ja ankeriitin korkeat Fe- ja Mn-pitoisuudet on huomioitu yllä mainitussa oksidisuhteessa, kun taas alkuperäiset luokittelut perustuivat pelkästään karbonaattifraktion CaO/MgO -suhteeseen. Karbonaateista tehtyjen mikroanalyysien tulokset antoivat selkeän perustan sisällyttää ainakin rauta,

17 13 mutta myös mangaani dolomiittifraktioon. Kivien luokittelu- ja nimeämisperusteet on esitetty taulukossa 8 ja luokittelun perusteella saadut kivilajit esitetty eri väreillä liitteiden 4 ja 5 profiilipiirroksissa. Taulukko 8. Karbonaattikivien luokittelu kemiallisen koostumuksen ja mineralogian pohjalta. Muokattu Reinikaisen (2001) taulukosta 1. CaO/(MgO+FeO+MnO) karbonaatti kalsiitti/dolomiitti Kalsiittikivi >27.5 >10.0 Dolomiittipitoinen kalsiittikivi Kalsiitti-dolomiittikivi Kalsiittipitoinen dolomiittikivi Dolomiittikivi <1.67 <0.10 Kolmelle karbonaattinäytteelle tehtiin MLA (Mineral Liberation Analysis) määritykset, joiden tulokset on esitetty liitteessä 6. Vertailussa laskennallisiin määrityksiin havaittiin, että karbonaattimineraalien suhteellisten osuuksien puolesta MLA -määritysten ja kemiallisista analyyseistä tehtyjen laskelmien välillä on varsin hyvä korrelaatio. Sen sijaan C:n määrästä laskettu totaalikarbonaattipitoisuus ylitti huomattavasti MLA-määrityksen antaman kalsiitin ja dolomiitin yhteismäärän. Lisäksi MLA-määrityksen mukaan näytteiden kloriittipitoisuudet olivat huomattavan korkeita, %, mitä taas mikroskooppitutkimukset tai kemialliset analyysit, mm. kokokiven alumiinipitoisuus, eivät tue. Edellä kuvattujen laskelmien ja määritysten tuloksia on pyritty havainnollistamaan liitteiden 4 ja 5 profiilipiirroksissa. Karbonaattikivilävistys reiässä R512 oli koostumukseltaan kohtalaisen heterogeeninen. Siinä vuorottelivat kalsiittipitoinen dolomiittikivi, kalsiitti-dolomiittikivi ja dolomiittikivi, joiden karbonaattipitoisuus oli %. Yksittäisessä analyysivälissä lävistyksen keskivaiheilla kivi oli dolomiittipitoista kalsiittikiveä, jonka karbonaattipitoisuus oli vain 65 % ja jossa rautapitoisuus nousi lähes 10 %:iin, viitaten Fe-rikkaiden silikaattimineraalien runsauteen. Reiän R516 karbonaattilävistyksen kivet olivat pääosin kalsiittipitoista dolomiittikiveä, mutta myös kalsiitti-dolomiittikiveä ja dolomiittikiveä esiintyi. Karbonaattipitoisuus vaihteli melko voimakkaasti siten, että lävistyksen keskellä karbonaattipitoisuus oli %, mutta lasku reunoilla alle 70 %:iin. Yhdessä välissä karbonaattipitoisuus jäi alle 50 %:iin, jolloin kivi ei edes kuulu karbonaattikivien luokkaan. Reiän R513 kapeahko lävistys puolestaan oli varsin homogeenista rautarikasta dolomiittikiveä, jonka karbonaattipitoisuus oli tasaisesti % ja Fe 2 O 3 pitoisuus 5 7 %.

18 14 4 JOHTOPÄÄTÖKSET JA AIHEEN ARVIOINTI Keskimääräinen totaalikarbonaattipitoisuus Mantovuomalla on noin 80 %, josta kalsiitin osuus on noin 20 % ja dolomiitin/ankeriitin osuus noin 80 %. Kuitenkin sekä lävistysten sisällä että niiden välillä esiintyi mineralogiassa ja kemiallisessa koostumuksessa melko suurta vaihtelua. Silikaattimineraalien kirjo oli karbonaattikiveksi varsin runsas. Mantovuoman karbonaattikiven hyödynnettävyyden kannalta positiivista on lähinnä vain kohtalaisen korkea karbonaattipitoisuus. Karbonaattikerros vaikuttaa melko kapealta ja karbonaatista valtaosa on hyvin rautarikasta dolomiittia tai ankeriittia, jota tuskin pystytään hyödyntämään teollisuusmineraalina. Mahdollisesti kiveä voisi hyödyntää neutralointikalkkina, lähinnä perustuen juuri korkeaan karbonaattipitoisuuteen ja laskettuun neutralointikykyyn. Karbonaattikerrokset, jotka itsessään ovat varsin ehyitä, rajoittuvat erittäin rikkonaisiin ja osittain täysin rapautuneisiin metasedimentteihin ja juonikiviin. Siksi kohteen kairaaminen osoittautui haastavaksi ja hitaaksi. Vaikka kallio on alueella kohtalaisen hyvin paljastunut, on sen pinta hyvin epätasainen ja maan paksuudet nousevat paikoin suuriksi. Maastollisesti kohde ei ole erityisen vaikeakulkuinen, vaikka maasto onkin alavaa, osin soista ja kivikkoista. Kohteen sijainti on toisaalta edullinen; lähellä Kittilän keskustaa ja hyvien tieyhteyksien päässä. Toisaalta alueelle on näköyhteys Levi- ja Kätkä- ja Aakenustuntureilta ja matkailun vaikutus näkyy kohteen läheisyydessä mm. kelkka- ja retkeilyreitteinä. Kittilän lähiympäristössä ei ole tiedossa karbonaattipitoisuudeltaan Mantovuomaan verrattavia karbonaattikiviä. Jos Mantovuoman karbonaattikiviin kohdistuu kiinnostusta esimerkiksi kaivostai maa- ja kiviainesyhtiöiden puolelta, on jatkotutkimuksissa syytä pyrkiä paikantamaan karbonaattikivihorisontti ennakkoon tarkemmin, lähinnä systemaattisella geofysiikan maastomittauksella. Karbonaattikivikerrosten ollessa poimuttuneita ja katkeilevia, on myös kairausprofiilien väli syytä pitää melko kapeana, jolloin rikkonaisen ja rapautuneen sivukiven kairausta tulee mahdollisimman vähän. GTK:n ei ole, ainakaan tässä vaiheessa, syytä jatkaa Mantovuoman kohteen tutkimuksia.

19 15 KIRJALLISUUSLUETTELO Deer, WA, Howie, RA and Zussman, J Rock-Forming Minerals. Volume 5, Non Silicates. Longmans, 371pp. Lehtonen, M.; Airo, M.-L.; Eilu, P.; Hanski, E.; Kortelainen, V.; Lanne, E.; Manninen, T.; Rastas, P.; Räsänen, J.; Virransalo, P Kittilän vihreäkivialueen geologia : Lapin vulkaniittiprojektin raportti. Summary: The stratigraphy, petrology and geochemistry of the Kittilä greenstone area, northern Finland : a report of the Lapland Volcanite Project. Geologian tutkimuskeskus. Tutkimusraportti 140. Espoo: Geologian tutkimuskeskus. 144 p. + 1 app. map. Pekkala, Yrjö Petrography, geochemistry and mineralogy of the Precambrian metasedimentary carbonate rocks in North Kuusamo, Finland. Geological Survey of Finland. Bulletin 332. Espoo: Geologian tutkimuskeskus. 62 p. + 2 app. Rastas, Pentti Kittilä. Kallioperäkartta 1 : , Reinikainen, Jukka Petrogenesis of Paleoproterozoic marbles in the Svecofennian Domain, Finland. Geologian tutkimuskeskus. Tutkimusraportti 154. Espoo: Geologian tutkimuskeskus. 84 p. + 1 app., 2 app. maps. LIITTEET 1. Geofysikaalisten maastomittauslinjojen sijainti ja mittausten tulokset, kairauspisteet ja valtausvarausalue. 2. Reikien R513, R510, R511 ja R512 petrofysikaaliset mittaukset 3. Reikien R515, R517 ja R516 petrofysikaaliset mittaukset 4. Poikkileikkausprofiili, reiät R515 R Poikkileikkausprofiili, reiät R510 R MLA määritysten tulokset

20 Liite 1 Geofysikaaliset maastomittauslinjojen sijainti ja mittaustulokset, kairauspisteet ja valtausvarausalue. 0

21 Liite 2 Reikien R513, R510, R511 ja R512 petrofysikaaliset mittaukset. 1 Q Ratio Remanence Susceptibility Density R513 Carbonate rock Q Ratio Remanence Susceptibility Density R Depth Depth Q Ratio Remanence Susceptibility Density R Depth Q Ratio Remanence Susceptibility Density R Depth Dolomite Carbonate rock

22 Liite 3 Reikien R515, R517 ja R516 petrofysikaaliset mittaukset Q Ratio Remanence Susceptibility Density R515 Q Ratio Remanence Susceptibility Density R517 Carbonate rock Depth Depth Q Ratio Remanence Susceptibility Density R516 Dolomite Depth

23 Liite 4. Poikkileikkausprofiili R510 R513

24 Liite 5 Poikkileikkausprofiili R515 R517

25 Liite 6 (1/2) Modal mineralogy of three samples of carbonates The Mineral Liberation Analyser (MLA) was used to measure the modal mineralogy of three samples of the carbonates. They were measured by using the point counting method XMOD_STD. Two microscope specimens per sample were prepared and measured. The whole specimen of each specimen was analysed. The magnification of the measurement was X150 for all blocks. The results are shown in Table 1 and Figure 1. Table 1. The modal mineralogy of samples of carbonates. 2732/09/R /09/R /09/R ID Mineral weight % weight % weight % 1 Quartz K-Feldspar Plagioclase Marialite Diopside Serpentine Muscovite Phlogopite Chlorite Smectite Calcite Dolomite Hematite Rutile Apatite Pyrite Pentlandite Pyrrhotite Unclassified Total Number of analysed points

26 Liite 6 (2/2) Figure 1. The modal mineralogy of samples of carbonates.