Geofysikaalisia tulkintoja Hailuodosta, Pohjois-Suomi Erkki Lanne

Transkriptio

1 Pohjois-Suomen yksikkö Q19/2442/2008/ Rovaniemi Geofysikaalisia tulkintoja Hailuodosta, Pohjois-Suomi Erkki Lanne

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro Tekijät Erkki Lanne Raportin laji Arkisto Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Raportin nimi Geofysikaalisia tulkintoja Hailuodosta, Pohjois-Suomi Tiivistelmä Hailuodon alueelta on tulkittu aeromagneettisia, -sähköisiä ja gravimetrisia havaintoja myöhäisprekambristen sedimenttikivien (Muhoksen muodostuma, Hailuoto-muodostuma) rakenteen selvittämiseksi. Painovoimakentän vaihtelujen pääsyyksi osoittautui sedimenttikivien alla olevan kiteisen peruskallion tiheysvaihtelut. Teräväpiirteisten magneettisten anomalioiden aiheuttajat ovat tyypiltään intrusiiveja tai muita leikkaavia muodostumia. Koska tulkintamallien yläpinnat voivat olla vain metrin syvyydellä, peruskallio voi leikata sedimenttikivimuodostumaa. Osa magneettisista yksiköistä saattaa olla kerrosmyötäisiä. Magneettikentän lyhytaaltoinen vaihtelu voi aiheutua sekä leikkaavien muodostumien pintaosien vaihtelusta että sedimenttikivien sisältämän magneettisen aineksen pitoisuusvaihtelusta. Sähkömagneettisten havaintojen perusteella hyvin sähköäjohtava sedimenttikivimuodostuma voi saaren pohjoisosassa olla paikoin hyvin ohut tai se puuttuu kokonaan. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) geofysikaaliset tutkimukset, painovoimamenetelmät, magneettiset menetelmät, sähköiset menetelmät, Hailuoto sedimenttikivet, mallit Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Oulun lääni, Hailuoto Karttalehdet 2442, 2444, 2531, 2533 Muut tiedot Arkistosarjan nimi Q19 Arkistotunnus Q19/2442/2008/45 Kokonaissivumäärä 24 Kieli Suomi Hinta Julkisuus Julkinen Yksikkö ja vastuualue Pohjois-Suomen yksikkö/kallioperä ja raaka-aineet Allekirjoitus/nimen selvennys Erkki Lanne Hanketunnus Allekirjoitus/nimen selvennys

3 GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND DOCUMENTATION PAGE Date / Rec. no Authors Erkki Lanne Type of report Archive Title of report Geophysical interpretations from Hailuoto, Northern Finland Commissioned by Geological Survey of Finland Abstract From the area of Hailuoto island, gravimetric, airborne magnetic and electromagnetic observations have been interpretated. The purpose of interpretations is to clarify the structure of late Precambrian Muhos and Hailuoto sedimentary formations. However, the main reason to the variations of the gravity field is the density variations of the crystalline bedrock. On the area, there are sharp magnetic anomalies which originate from intrusives or other cutting formations. Because their upper surfaces are only in depths of meters, they may cut the sedimentary rocks. Some of the magnetic bodies may be stratiform. The short-wave-length variation of the magnetic field may be caused both by surfaces of cutting magnetic formations and the heterogenities of the magnetic material in the sedimentary formations. Sedimentary rocks are good electrical conductors, and they cause considerable responses to airborne electromagnetic observations. However, in the northern part of the island the electromagnetic fields are weak, which may indicate a very thin or missing sedimentary rock layer. Keywords geophysical surveys, gravity methods, magnetic methods, electrical methods, sedimentary rocks, Hailuoto Geographical area Finland, Oulun lääni, Hailuoto Map sheet 2442, 2444, 2531, 2533 Other information Report serial Q19 Total pages 28 Language Finnish Unit and section Northern Finland Unit/ Bedrock Geol. and Signature/name Erkki Lanne Archive code Q19/2442/2008/4545 Price Project code Signature/name Confidentiality Public

4 Sisällysluettelo Kuvailulehti Documentation page 1 JOHDANTO 1 2 TUTKIMUSALUE 1 3 GEOFYSIKAALISET HAVAINTOAINEISTOT 1 4 PETROFYSIKAALISET TIEDOT 3 5 PAINOVOIMATULKINNAT 5 6 MAGNEETTISET TULKINNAT Kvalitatiiviset tulkinnat 7 7 MAGNEETTISET JA GRAVIMETRISET MALLIT Linja Gr Linja Gr Linja Gr Linjat M1, M4 ja M Linja M Linja M Linjat M3, M6, M8 ja M Linjat M7 ja M SÄHKÖMAGNEETTISISTA HAVAINNOISTA 21 9 JOHTOPÄÄTÖKSIÄ KIRJALLISUUSLUETTELO 24

5 1 1 JOHDANTO Hailuoto on Oulun edustalla oleva saari, jonka pinta-ala on noin 200 km 2. Geologisesti alue on poikkeuksellinen: kiteisen peruskallion päällä on myöhäisprekambrinen metamorfoitumaton sedimenttikivimuodostuma Muodostuma jatkuu mantereen puolelle ja tunnetaan yleisesti Muhoksen muodostuman nimellä. Koska sedimenttikivien ja peruskallion välinen rajapinnan syvyys vaihtelee suuresti, tämän työn päätavoitteena oli tarkentaa rajapinnan vaihtelua geofysikaalisten tulkintojen avulla. 2 TUTKIMUSALUE Hailuodon metamorfoitumattomat sedimenttikivet koostuvat alemmasta hapettuneesta karkeasta ja hienosta rapautuma-aineksesta ja ylemmästä pääosin pelkistyneistä savi- siltti- ja hiekkakivikerroksista. Yläosista käytetään nimityksiä Hailuoto-muodostuma ja alaosista Muhoksen muodostuma. Sedimenttikivien alla on kairauksin todettu kiteinen prekambrinen peruskallio (Veltheim 1969). Muodostuman paksuus vaihtelee muutamasta kymmenestä metristä mantereella todettuun noin kilometriin. Tunnetuissa havaintopaikoissa kvartääri on useita kymmeniä metrejä paksu eikä alueelta tunneta ainoatakaan sedimenttikivien tai peruskallion paljastumaa. Hailuodossa sedimenttikivimuodostuman suurimmat todetut paksuudet ovat seismisen tulkinnan mukaan noin puoli kilometriä. Veltheimin (1969) julkaisussa on myös tietoja kolmesta kairanreiästä, jotka ulottuvat joko muodostumaan tai sen läpi. Nyttemmin on kairattu kaksi uudempaa reikää, joiden tulkinta on meneillään (Solismaa, 2006; Ojala, suullinen tiedonanto). Kuvassa 1 on esitetty kairauksiin ja seismisiin luotauksiin perustuva arvio peruskallion syvyydestä. Havaintopistetiheys on liian harva, jotta voitaisiin todeta mantereella havaittuja jyrkkäasentoisia muodostuman ja peruskallion välisiä kontakteja. Yhteenvedon vuoteen 1986 mennessä Muhoksen muodostumaa koskevista geofysikaalisista tutkimuksista on esittänyt Vuento (1986). Myöhemmin, mantereella tehdyt tutkimukset liittyvät pohjavesitutkimuksiin (Martinkauppi, I. 2006; Martinkauppi, A-M. 2006; Lehtimäki, 2003). 3 GEOFYSIKAALISET HAVAINTOAINEISTOT Hailuodon alueelta on Geodeettisen laitoksen painovoimahavaintoja, joita tähän työhön liittyen oli täydennetty kolmella yhteensä n. 33 kilometriä pitkällä painovoimalinjalla. Kuvassa 2 on käytössä olevista havainnoista interpoloitu Bouguer-anomaliakenttä. Veltheimin (1969) mukaan alueella on suoritettu seismisiä luotauksia 17 kohteessa. Samoin Hailuodossa on tehty AMT ja MT-luotauksia. Koko alueen kattavia havaintoaineistoja ovat GTK:n tekemät korkealentomittaukset ja vuonna 2007 julkistetut matalalentomittaukset. Nimellislentokorkeudella 30 m on mitattu magneettinen totaalikenttä, sähkömagneettinen dipolikenttä kahdella taajuudella sekä spektrometriset gammasäteilyhavainnot. Mittaukset on tehty ns. Cessna-kalustolla, jonka yksityiskohtainen kuvaus on esitetty raportissa (Airo, 2005). Kuvassa 3 on alueen matalalentomittausten magneettikenttäkartta.

6 S11A R1S S4 151 S R2S2 204 S1 S RH4 RH5 240 S9A S9 S9B S S11B S R3S S7 90 SA Kuva 1. Peruskallion syvyydet kairausten (R, RH) ja seismisten (S) tulkintojen perusteella. Huom. pisteissä S1 ja S2 ei ole tavoitettu peruskalliota. Fig. 1. The depths of the bedrock according to drillings(r, RH) and seismic (S) interpretations. NB! at points S1 and S2 the bedrock has not been reached Kuva2. Geologian tutkimuskeskuksen ja Geodeettisen laitoksen mittauksiin perustuva Hailuodon alueen Bouguer-painovoimakenttä. Fig. 2. Bouguer-gravity field based on observations of Geological survey of Finland and Geodetic institute.

7 Kuva 3. Aeromagneettinen matalalentokartta (ei sekulaarikorjausta). Fig. 3. Low-altitude aeromagnetic map (no secular correction). 4 PETROFYSIKAALISET TIEDOT Petrofysikaaliset tiedot perustuvat aiempien kairanreikien sydännäytteistä mitattuihin tietoihin ja geofysikaalisista tulkinnoista pääteltäviin kokemusperäisiin materiaalivakioihin. Hailuodosta on mitattu kolmen kairanreiän sydännäytteistä on mitattu tiheys, suskeptiivisuus ja remanenssin itseisarvo. Tiedot seismisistä nopeuksista ja sähköisistä ominaisvastuksista perustuvat luotausten tulkintoihin. Hailuodon reikäsydämistä mitattujen savikiven tiheyksien keskiarvo on 2414 kg/m3 ja hiekkakiven 2341 kg/m3. Kiteisen peruskallion tiheydet graniitille ovat 2547 kg/m3 ja silmägneissille 2562 kg/m3. Muutaman basalttinäytteen tiheydet (ka kg/m3 ) ovat selvästi alle emäksisille kiville tyypillisten arvojen. Tiheysarvoja voidaan päätellä myös kokemusperäisten relaatioiden avulla seismisistä nopeuksista. Relaatioista tavallisesti käytettyjä ovat mm. Nafen ja Draken (1957) ja Gardner et al:n (1974) relaatiot. Seismiset nopeudet on poimittu reikien R1-R3 vieressä suoritetuista luotauksista, ja ne on muunnettu em. relaatioiden avulla tiheyksiksi (kuva 4). Lisäksi kuvassa 4 on esitetty seismisiä nopeuksia vastaavat mitatut tiheydet. Petrofysikaalisessa

8 havaintotietokannassa ei ollut maalajien tiheyksiä, mutta tyyppiarvot on liitetty seismisten nopeuksien perusteella (nopeudet alle 2000 m/s). 4 Kuva 4. Seismisten nopeuksien ja tiheyksien välisiä relaatioita. Fig. 4. Relationships between seismic velocities and densities. Esitettyihin relaatioihin nähden tiheydet ovat selvästi korkeampia verrattuna seismisten nopeuksien perusteella laskettuihin arvoihin. Syynä voi olla näytteiden systemaattinen laatuvaihtelu ts. määritykset ovat mahdollisia ainoastaan hauraiden savi- ja hiekkakivien terveimmistä näytteistä. Aikoinaan mm. Tupoksen reiän näytteet pyrkivät hajoamaan niiden liotuksen ja märkäpunnituksen aikana. Mantereen puolelta yhteenvedon sedimenttikivien petrofysikaalisista tiedoista on esittänyt Vuento (1985). Ns. Tupoksen reiästä mitatuksi muodostuman keskitiheydeksi on saatu 2560 kg/m 3. Vastaavasti seismiseksi nopeudeksi on saatu m/s reiän yläosassa ja 3300m/s reiän alaosassa. Savikiven ominaisvastus on luokkaa Ωm ja hiekkakiven 500 Ωm. Mantereen puolella GTK:n tietokannasta poimittujen graniittien tiheys on keskimäärin 2600 kg/m 3.Muiden muodostuman läheisten valtakivilajien kuten granodioriittien ja kiillegneissien tiheydet ovat yli 2700 kg/m 3. Tulkinnassa käytettävät tiheyserot riippuvat peruskallion kivilajioletuksista. Jos peruskallio oletetaan esimerkiksi graniitiksi (tiheys 2600 kg/m 3 ), savikiven tiheysero on -186 kg/m 3 ja hiekka-

9 kiven -259 kg/m 3.Vastaavasti granodioriittiseen tai kiillegneissimäiseen ympäristöön verrattuna tiheyserot ovat n. 100 kg/m 3 suurempia. Sedimenttien suskeptiivisuusarvot ovat SI-yksikköä. Myös graniittien suskeptiivisuudet ovat samaa luokkaa. Sitä vastoin basaltiksi tulkituilla näytteillä arvot ovat 3-4-kertaisia ja voi osaltaan selittää alueen magneettisia anomalioita. 5 5 PAINOVOIMATULKINNAT Lähes vaaka-asentoisten sedimenttikivien paksuusvaihtelujen aiheuttamia painovoimakentän muutoksia voidaan arvoida yksinkertaisen askelmallin avulla. Mantereen puolella sedimenttikiviin näytti liittyvän painovoimaminimi, joka tiheystietojen perusteella voidaan selittää sedimenttien pienemmistä tiheyksistä aiheutuvaksi. Kuvassa 5 on verrattu Hailuodon alueen tunnettuja paksuustietoja painovoimakenttään. (Pisteissä S1 ja S2 ei ole tavoitettu peruskalliota). Jos painovoimakentän vaihtelut selittyisivät pääosin sedimenttikivien paksuusvaihtelujen avulla, havaintojoukossa olisi selvä lineaarinen trendi. Kuva 5 osoittaa kuitenkin, että painovoimakenttään vaikuttaa voimakkaasti peruskalliossa esiintyvät tiheysvaihtelut. Kuvassa 6 on verrattu irtomaan ja sedimenttimuodostuman aiheuttamaa kenttää havaintojen mukaiseen kenttään. Muodostuman kenttä on laskettu Bouguer-laattamallin avulla. Vertailutiheytenä on käytetty "standardi"-tiheyttä 2670 kg/m3 ja muodostuman tiheydet on laskettu seismisistä nopeuksista Gardner et al:n "shale"-mallin avulla. Relaatio muistuttaa kuvan 5 mukaista, ts. sedimenttikivien aiheuttaman ja havaitun painovoimakentän välillä ei ole suurissa piirteissä havaittavaa vastaavuutta. Siten Hailuodon painovoimakentän vaihtelut on selitettävä pääosin peruskallion tiheysvaihteluilla. Sedimenttikivien paksuusvaihtelujen vaikutusta voidaan arvioida myös mallintamalla tyypillistä paksuusvaihtelua. Kuvassa 7 on askelmalli, jossa tiheysero on 300 kg/m 3 ja pohja nousee 200 metristä 100 metriin. Kentän muutos on noin1.2 mgal ja suurin osa kentän muutoksesta tapahtuu yhden kilometrin matkalla. Muutos on verrannollinen sekä tiheyseroon ja askeleen suuruuteen. Jos askel on syvemmällä, anomalian muoto on loivempi. Koska Hailuodon havainnoissa painovoimakentän vaihteluväli on lähes 12 mgal, edellyttäisi se yli kilometrin luokkaa olevia muodostuman paksuusvaihteluja, joista ei kuitenkaan ole näyttöä. Kuten aiemminkin pääteltiin, pääsyy painovoimakentän vaihteluihin on muodostuman alla olevassa peruskalliossa. Koska tämän työn ensisjaisena tavoitteena oli sedimenttimuodostuman rakenteiden selvittäminen, seuraavassa varsinaiset mallitulkinnat tehdään yhdessä magneettisten havaintojen kanssa.

10 6 Kuva 5. Sedimenttimuodostuman paksuuden vertailu havaittuun painovoimakenttään. Fig. 5. Comparison of the observed gravity field to the thickness of the sediment formation. Kuva 6. Sedimenttimuodostuman aiheuttaman painovoimakentän vertailu havaittuun painovoimakenttään. Fig. 6. Comparison of the observed gravity field to the estimated gravity field.

11 7 Kuva 7. Askelmallin painovoimakenttä. Fig. 7 Gravity field of the step model. 6 MAGNEETTISET TULKINNAT Magneettiset tulkinnat voidaan jakaa sekä kvalitatiivisiin että kvantitatiivisiin tulkintoihin. Kvalitatiivinen tulkinnassa karttakuvioinnissa pyritään tunnistamaan geologisia, sivilisaation aiheuttamia tms. piirteitä. Kvantitatiivisessa tulkinnassa eli mallinnuksessa ja inversiotulkinnassa laaditaan fysikaalismatemaattisia malleja, joiden aiheuttamat kentät vastaavat tehtyjä havaintoja. Malleille pyritään etsimään edelleen geologinen tms. vastine. 6.1 Kvalitatiiviset tulkinnat Magneettikenttäkartan (kuva 3) mukaan alueella on erillisiä, muodoltaan syväkiville tyypillisiä anomalioiden aiheuttajia. Hailuodon pohjoisreunalla on suurin anomalia, joka näkyy noin sadan neliökilometrin alalle. Laaja-alaisten anomalioiden ohella magneettikenttä sisältää lyhytaaltoista vaihtelua, jonka aallonpituudet ovat muutaman sadan metrin luokkaa ja kentän vaihtelut muutamia nanotesloja. Geologisten kappaleiden aiheuttamien anomalioiden lisäksi anomaliakuvioinnista voidaan päätellä tektonisia piirteitä. Lineamenttianalyysillä pyrittiin kartoittamaan magneettikenttäkartalla todettavia suoraviivaisia epäjatkuvuuksia, jotka saattavat liittyä maankuoren hauraissa oloissa syntyneisiin murrosvyöhykkeisiin. Alkuperäiseltä ja johdannaiskartoilta tulkittujen lineamenttien kuviointi (kuva 8) on melko sattumanvarainen, ts. lineamentit eivät kuvaa esim. puristuksen aiheuttamaa kuviointia, jossa siirrokset voitaisiin luokitella hierarkkisesti. Lineamenttien pituus-

12 vaihtelu on myös rajallinen toisin kuin toistuvassa tai pitkäaikaisessa tektonisoitumisessa. Hailuodon lineamenttikuviointi indikoi pikemminkin kertaluonteista tapahtumaa kuten repeämälaakson syntyä. Muhoksen muodostuman alueelta on tulkittavissa myös eräs sedimenttialueelle ominainen rakenne: Kuvassa 9 on koko tunnetun muodostuman kattava kartta, jossa on pitkiä, mutkittelevia anomaliavyöhykkeitä. Vyöhykkeet koostuva pienemmistä pitkänomaisista anomalioista, joiden lähellä pintaa olevat aiheuttajat ovat muutaman kymmenen nanoteslan luokkaa. Kuviointinsa perusteella vyöhykkeet sopisivat loivaan maastoon syntyneiksi muinaisiksi joenuomiksi, jotka ovat täyttyneet magneettisemmalla aineksella. 8 Kuva 8. Magneettikentän lineamenttianalyysi. Fig. 8. Lineament analysis of the magnetic field.

13 9 Kuva 9. Mahdollinen paleovirtasysteemi. Fig. 9. Potential paleostream. 7 MAGNEETTISET JA GRAVIMETRISET MALLIT Kvantitatiiviset mallintulkinnat tehtiin Modelvision-ohjelmistolla, jolla varsinaisten mallien lisäksi voi laskea erilaisia johdannaiskenttiä. Tavanomaisten gradientti- ja taajuussuodatusoperaatioiden lisäksi ohjelmistossa on mahdollista laatia magneettisiin havaintoihin perustuva ns. pseudopainovoimakenttä, joka perustuu potentiaalikenttäteoriaan perustuvaan Poissonin relaatioon. Magneettisissa malleissa on otettava huomioon lentokorkeus noin 30 m ts. mallikappaleet ovat noin 30 metriä lähempänä maanpintaa kuin poikkileikkauskuvissa. Painovoimalinjoilta poimittiin yhteistulkintaa varten vastaavat magneettiset havainnot (kuva 10, linjat Gr1-Gr3). Lisäksi poimittiin joukko magneettisia linjoja anomalioiden aiheuttajien selvittämiseksi (linjat ML1-ML11). Tulkintamallit perustuvat lähes yksinoman anomalioiden geometrisiin muotoihin, koska alueelta ei ole kattavia petrofysikaalisia tietoja. Tulkintojen monikäsitteisyyttä lisää myös havaintojen puute kallion pinnassa olevista kivilajirajoista, joiden avulla osa malliparametreistä voitaisiin sitoa. Tulkinnat tehtiin linjoittain, joten eri tulkinnoista saadut mallit eivät aina ole keskenään yhteensopivia. Yleensä käytettiin poikkileikkaukseltaan polygonimaisia vaakasylintereitä, joiden pituudet ja suunnat perustuivat kartalta tehtyihin arvoihin. Pääasiallisimmat optimoitavat parametrit olivat materiaalivakiot ja polygonien kulmakoordinaatit. Painovoimatulkinnoissa taustatiheytenä käytettiin 2600 kg/m 3. Seuraavassa tarkastellaan tulkintoja linjoittain.

14 10 Kuva 10. Magneettiset ja painovoimatulkintalinjat. Fig. 10. Gravity and magnetic interpretation lines. 7.1 Linja Gr1 Linjan alkupäässä on voimakasta lyhytaaltoista vaihtelua. Linja kulkee kuivan harjumuodostuman yli, jolloin käytettäessä standardikorkeuskorjausta voimakas topografiavaihtelu vääristää jonkinverran korjattua kenttää. Sekä painovoimakenttä että magneettinen kenttä laskevat itäänpäin mentäessä (kuva 11). Pseudogravimetrinen kenttä osoittaa kuitenkin, että niillä ei ole täysin yhteiset aiheuttajat. Kuvassa 12 on painovoimakentän tulkinta. Lähes Bouguer-laattamaisista kappaleista koostuvassa rakenteessa on mahdotonta erottaa esimerkiksi irtomaan vaikutusta taustakentästä. Kiilamainen kappale kuvaa kentän laskevaa trendiä ja sen ja sen tiheyden (yli 2800 kg/m 3 ) on ajateltu liittyvän magneettiseen kappaleeseen. Kiilamaisen kapppaleen ohella lähes pinnassa on kevyempiä kappaleita, joiden tiheysero ympäristöön nähden on asetettu -200 kg/m 3. Kappaleet kuvannevat savikivien ja hiekkakivien keskinäistä vuorottelua. Kuvassa 13 on magneettikenttään perustuva malli, joka kuvaa vain likimäärin painovoimakenttää.

15 11 Kuva 11. Linjan Gr1 Bouguer- ja magneettikenttä sekä pseudogravimetrinen kenttä. Fig. 11. Bouguer-gravity, magnetic and pseudo-gravity fields on the line Gr1. Kuva 12. Linjan GR1 painovoimakentän inversiomalli. Fig. 12. Interpretation of the gravity field of the line Gr1.

16 12 Kuva 13. Linjan Gr1 magneettista mallia vastaava painovoimakenttä. Fig. 13 Magnetic model and the gravity field of the corresponding body on the line Gr Linja Gr2 Linjalla 2 painovoimakenttä ja pseudogravimetrinen kenttä muistuttavat toisiaan (kuva 14). Siirtämällä magneettikenttää n. 0.5 km kentät ovat vakiokerrointa vaille lähes identtiset. Sijaintipoikkeaman syynä voi olla todellisten rakenteiden kolmiulotteisuus, kun taas pseudogravimetrisen kentän laskeminen ohjelmassa perustunee oletukseen kaksiulotteisesta rakenteesta. Kuvissa 15 ja 16 magneetti- ja painovoimakenttä on tulkittu erikseen. Molemmissa malleissa on yhteistä alkupään kiilamainen kappale ja loppupään noin kaksi kilometriä paksu laattamainen kappale, jonka itäreuna on lähes pysty. Magneettikentässä oleva lyhytaaltoinen vaihtelu edellyttää kappaleen yläpinnan oleva lähellä maanpintaa; mahdollisesti metrin syvyydellä. 7.3 Linja Gr3 Painovomakenttä laskee monotonisesti kohti pohjoista (kuva 17), kun taas magneettikenttä sisältää enemmän vaihtelua. Molemmissa kentissä on linjan keskiosalla paikalliset maksimit, joiden aiheuttaja on pääosin linjan länsipuolella. Koska magneettinen ja myös painovoimakenttä ovat teräväpiirteisiä, magneettinen kappale on lähellä pintaa, vaikka kentän vaimeneminen voisi merkitä myös syvälle ulottuvan kappaleen lievevaikutusta. Pseudogravimetrisellä ja varsinaisella painovoimakentällä on samankaltaista muutosta ainoastaan linjan eteläpäässä. Painovoimakentän pääosan tulkintamalli on kiilamainen kappale, jonka paksuus on kilometrin luokkaa (kuva 18).

17 13 Kuva 14. Linjan Gr2 Bouguer- ja magneettikenttä sekä pseudogravimetrinen kenttä. Fig. 14. Bouguer-gravity, magnetic and pseudo-gravity fields on the line Gr2. Kuva 15. Linjan GR2 painovoimakentän inversiomalli. Fig. 15. Interpretation of the gravity field of the line Gr2.

18 14 Kuva 16. Linjan GR2 magneettikentän inversiomalli. Fig. 16. Interpretation of the magnetic field of the line Gr2. Kuva 17. Linjan Gr3 Bouguer- ja magneettikenttä sekä pseudogravimetrinen kenttä. Fig. 17. Bouguer-gravity, magnetic and pseudo-gravity fields on the line Gr3.

19 15 Kuva 18. Linjan GR3 painovoimakentän inversiomalli. Fig. 18. Interpretation of the gravity field of the line Gr Linjat M1, M4 ja M9 Linjat kulkevat suurimman magneettisen anomalian yli (kuvat 19, 20, 21). Päämaksimin kohdalla kappaleiden syvyysulottuvuus on useita kilometrejä ja se voidaan tulkita magneettisen yksikön tulokanavaksi. Anomaliat ovat melko loivapiirteisiä yli, joten niiden aiheuttajien yläpinnat ovat melko syvällä: n m. Linjan M1 huippu (noin x=3700 m) on suurimman anomalian haara ja sen länsireunan kaade on noin 45 astetta samoinkuin linjalla M Linja M2 Linja kulkee suurimman anomalian kaakkoishaaran yli (kuva 22). Samoin kuin linjalla Gr1 koillispää on kiilamainen, mutta lounaispäässä voi olla lähes pystyjä, mahdollisesti siirrosten kontrolloimia rakenteita. Lyhytaaltoisen vaihtelun tulkinta on ongelmallinen, koska se voi aiheutua joko magneettisen yksikön pinnan vaihtelusta tai Muhoksen muodostuman sedimenttien sisältämästä magneettisesta aineksesta. 7.6 Linja M5 Linjan alkupäätä lukuunottamatta magneettikentässä ei ole intrusiivityyppisiä anomalioita (kuva 23). Lyhytaaltoisen ja SE-NW-suuntaisen kentän vaihtelun aiheuttavat lähteet, joiden yläpinnat ovat likimain 150 metrin syvyydellä. Koska mantereen puolella, jossa muodostuman paksuus on satoja metrejä, on samanlaista kentän vaihtelua, kentän vaihtelu kuvannee muodostuman sisäistä magneettisuuden epähomogeenisuutta.

20 16 Kuva 19. Linjan M1 magneettikentän inversiomalli. Fig. 19. Interpretation of the magnetic field of the line M1. Kuva 20. Linjan M4 magneettikentän inversiomalli. Fig. 20. Interpretation of the magnetic field of the line M4.

21 17 Kuva 21. Linjan M9 magneettikentän inversiomalli. Fig. 21. Interpretation of the magnetic field of the line M9. Kuva 22. Linjan M2 magneettikentän inversiomalli. Fig. 22. Interpretation of the magnetic field of the line M2.

22 18 Kuva 23. Linjan M5 magneettikentän inversiomalli. Fig. 23. Interpretation of the magnetic field of the line M5. Kuva 24. Linjan M3 magneettikentän inversiomalli. Fig. 24. Interpretation of the magnetic field of the line M3.

23 19 Kuva 25. Linjan M6 magneettikentän inversiomalli. Fig. 25. Interpretation of the magnetic field of the line M6. Kuva 26. Linjan M10 magneettikentän inversiomalli. Fig. 26. Interpretation of the magnetic field of the line M10.

24 20 Kuva 27. Linjan M8 magneettikentän inversiomalli. Fig. 27. Interpretation of the magnetic field of the line M8. Kuva 28. Linjan M7 magneettikentän inversiomalli. Fig. 28. Interpretation of the magnetic field of the line M7.

25 21 Kuva 29. Linjan M11 magneettikentän inversiomalli. Fig. 29. Interpretation of the magnetic field of the line M Linjat M3, M6, M8 ja M10 Linjat kulkevat teräväpiirteisten anomalioiden yli (kuvat 24-27). Terävien huippujen edellytyksenä on magneettisten kappaleiden ulottuminen lähelle pintaa. Tulkintamallien yläpinnat ovat tyypillisesti alle 200 metriä. Koska tulkinnat perustuvat interpoloituun ja osittain tasoittuneeseen kenttään, todelliset lähteet voivat ulottua vieläkin lähemmäksi pintaa. 7.8 Linjat M7 ja M11 Linja M7 kulkee seismisen luotauskohteen S1 kautta, jossa muodostuman paksuus on ainakin 170 m (kuva 28). Myöskään anomalian aiheuttaja ei ulotu lähelle pintaa, ollen ainakin yli 250 metrin syvyydessä. Linja M11 kulkee seismisen luotauspisteen S10 ja kairauspisteen RH5 kautta (kuva 29). Magneettikentässä ko. pisteissä on ainoastaan lyhytaaltoista vaihtelua, joka on tyypillistä koko alueella. Reiässä ei tavattu viereistä magneettista kappaletta selittävää ainesta. 8 SÄHKÖMAGNEETTISISTA HAVAINNOISTA GTK:n sähkömagneettisista havainnoista laaditaan rutiininomaisesti ns. vastus-syvyys-muunnos. ts. kentän aiheuttajaksi tulkitaan johtava puoliavaruus, jonka yläpinta vaihtelee. Merialueella suolainen merivesi on merkittävin kentän aiheuttaja, eikä meren pohjan laadusta voi tehdä päätelmiä kuin aivan matalimmilta alueilta. Myös Hailuodon alueella matalimmat, viimeksi meren-

26 pinnan yläpuolelle kohonneet alueet ovat osittain meriveden kyllästämiä. Matalalla taajuudella (3 khz) mitattu imaginäärikomponentti (kuva 30) osoittaa että saaren pohjoisosan harjualue on eristävämpää kuin merialue ja matalat maastokohteet. Harjualueelle on ilmeisesti muodostunut makean veden akviferi. Kuvassa 30 on myös alueet, joissa vastusmuunnoksen mukainen ominaisvastus on yli 100 Ohmm, eli se on suurempi kuin Hailuotomuodostumassa, joka on alle 50 Ohmm. Vastaavat skin-syvyydet ovat noin 100 metriä tai enemmän eli syvyydelle, joka ulottuu Hailuoto-muodostuman läpi. Muodostuman vaikutusta mallinnettiin kolmikerrosmallilla, jossa pinta- ja pohjakerroksen ominaisvastukset ovat 500 Ohmm ja Hailuotomuodostumaa kuvaava välikerros 50 Ohmm. Kahden ylimmän kerroksen paksuudet olivat 50 metriä. Malli aiheuttaa voimakkaamman kentän kuin pienimmät mitatut arvot. Siten voi olla alueita, joista sedimenttikivet joko puuttuvat kokonaan tai ne ovat selvästi ohuempia kuin tunnetuissa paikoissa. Yksityiskohtaisemmat tutkimukset edellyttäisivät lentomittausten tarkemman analyysin ohella maastossa suoritettavia luotauksia ja niiden tulkintoja sekä kairauksia. 22 Kuva 30. Sähkömagneettisen kentän imaginaarikomponentti (3 khz) ja resistiiviset alueet (> 100 Ohmm taajuudella 3 khz, merkitty punaisella) Fig. 30. Low-altitude airborne electromagnetic imaginary field (3 khz) and resistive points (> 100 Ohmm at 3kHz, marked by red dots).

27 23 9 JOHTOPÄÄTÖKSIÄ Olemassaolevien tiheys- ja kairaustietojen sekä seismisten luotausten perusteella Hailuodon alueen painovoimakentän vaihtelut selittyvät suurimmaksi osaksi sedimenttikivimuodostuman alla olevan peruskallion tiheysvaihteluilla, eikä painovoimamittauksiin perustuvilla mallinnuksilla voitu määrittää sedimenttikerrosten paksuusvaihtelua. Koillisessa suoritettujen seismisten luotausten tulkitut nopeudet muistuttavat Muhoksen muodostuman nopeuksia, mutta lähes puolen kilometrin kerrospaksuudet ovat ristiriidassa muiden tulkintojen kanssa. Hailuodon alueella on intrusiivityyppisiä magneettisia anomalioita, joiden teräväpiirteisyys edellyttää melko lähelle (alle 200 metriä) maanpintaa ulottuvia aiheuttajia. Jos matalista seismisistä nopeuksista (3200 m/s) tulkittu kerros on Muhoksen muodostumaa, magneettiset kappaleet leikkaavat Muhoksen muodostumaa. Vaikka painovoima-aineisto oli riittämätön yksityiskohtaisiin päätelmiin, magneettisiin anomalioihin liittyy säännöllisesti myös paikallinen positiivinen painovoima-anomalia. Anomalioiden aiheuttajien analogisuus Satakunnan hiekkakiveä leikkaavien diabaasien, gabrojen ja anortosiittien kanssa tulisi selvittää (Ilmo Kukkonen, suullinen tiedonanto). Magneettikenttäkartalla todettava lyhytaaltoinen vaihtelu näyttää liittyvän Hailuotomuodostuman sisäiseen vaihteluun. Laaja-alaisemmalla kartalla on havaittavissa paleovirroiksi tulkittavaa kuviointia. Koska kuviointi perustuu magneettisen aineksen pitoisuusvaihteluun, eräs, mutta ei ainoa tai oikea magneettista materiaalia sisältävä lähdealue on läheinen Kiimingin liuskealue. Sähkömagneettisten havaintojen perusteella Hailuodosta löytyy alueita, joissa keskimääräiset ominaisvastukset ylimmän sadan metrin syvyydellä ovat suurempia kuin sedimenttikivien ominaisvastukset. Siten kiteinen peruskallio voi ulottua joko sedimenttikivien läpi tai muodostuma on hyvin ohut. Suurten ominaisvastusten alueella voi olla myös makean veden akviferejä, joiden soveltuvuus pohjaveden hyödyntämiseen tulisi selvittää. Intrusiivityyppisiin magneettisiin anomalioihin voi liittyä magneettisten sulfidimalmien esiintymiselle otollisia kivilajeja. Myös hapettuneen Muhoksen muodostuman ja kiteisen peruskallion kontaktivyöhykkeelle voi syntyä ns. Red-bed- tai unconformity-tyyppisiä malmeja.

28 24 10 KIRJALLISUUSLUETTELO Airo, Meri-Liisa (ed.) Aerogeophysics in Finland : methods, system characteristics and applications. Geological Survey of Finland. Special Paper 39. Espoo: Geological Survey of Finland. 197 p. + 7 app. maps. Gardner, G. H. F., Gardner, L. W., and Gregory, A. R., 1974, Formation Velocity and Density- The Diagnostic Basics for Stratigraphic Traps. Geophysics, v. 39, p Lehtimäki, Jukka Refraktioseismiset luotaukset Kempeleellä, s., 4 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, Q 18/23/342205/2003/1. [Kokoteksti] 2.8 MB Martinkauppi, Annu-Marju Sähkömagneettisia tutkimuksia Tyrnävän pohjavesialueilla. Pro gradu-tutkielma, Oulun yliopisto, Fysikaalisten tieteiden laitos, geofysiikan osasto. Martinkauppi, Ilkka Geofysikaalisia pohjavesitutkimuksia Muhos-muodostuman alueella Tyrnävällä. Pro gradu-tutkielma, Oulun yliopisto, Fysikaalisten tieteiden laitos, geofysiikan osasto. Nafe, J. E. and C. L. Drake Physical properties of marine sediments, In: M.N. Hill (ed). The Sea 3. Interscience, New York, Nafe, J. E. & Drake, C. L., Variation with depth in shallow and deep water marine sediment of porosity, density and the velocities of compressional and shear waves. Geophysics, 22, Solismaa, Lauri In: Sedimentary Rocks in Finland. [WWW-dokumentti]. [Viitattu: ]. < Veltheim, V On the Pre-Quaternary geology of the Bothnian Bay area in the Baltic Sea. Bull. Comm. Géol. Finlande 239, Vuento Liisa 1986: Muhoksen muodostuman geofysikaalisista tutkimuksista. Pro gradututkielma, Oulun yliopisto, Geofysiikan laitos, 62 s.