GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Väli-Suomen aluetoimisto M19/3232/-96/1/82 VIRTASALMI Montilanlampi ) ZL~ Mauri Niemelä '

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Väli-Suomen aluetoimisto M19/3232/-96/1/82 VIRTASALMI Montilanlampi ) ZL~ Mauri Niemelä ' MONTILANLAMMEN KAOLIINITUTKIMUKSET VIRTASALMELLA VUONNA 1993

2 TIIVISTELMÄ Montilanlammen kaoliiniesiintymä sijaitsee kuusi kilometriä Virtasalmen kirkonkylästä luoteeseen. Esiintymään on kairattu Virtasalmen kaoliiniprojektin aikana 12 reikää, yhteispituudeltaan 303 metriä. Vuonna 1993 kairattiin 16 reikää raskaalla iskuporakoneella, yhteispituudeltaan metriä. Montilanlammen rapautumajakso on painovoimamittausten mukaan 1500 metriä pitkä. Pohjoisosa näyttäisi painovoimamittausten mukaan jakaantuvan kahdeksi rapautuma-altaaksi, joista toinen on lammen pohjoisosassa ja toinen sen luoteispuolella. Painovoimamittausten mukaan nämä rapautuma-altaat ovat pieniä, joten niissä ei ole odotettavissa suurempia kaoliinimääriä. Eteläosan yhtenäisen kaoliiniesiintymän pituus on kairauksen mukaan noin 500 metriä ja leveys metriä. Painovoimamittausten perusteella esiintymällä olisi syvyyttä noin 100 metriä (ei ole kairattu läpi). Esiintymän päällä on vettä alle 5 metriä, sitten liejua 3-6 metriä ja maata 6-10 metriä. Laboratoriotutkimuksissa kaoliininäytteistä on määritetty raekokojakauma, eri fraktioiden mineraloginen ja kemiallinen koostumus sekä vaaleus- ja keltaisuusarvot. Vaalean raakakaoliinin kaoliniittipitoisuus on keskimäärin 54% ja se sisältää 56% alle 20 µm :n raekokoa, jonka vaaleus on 71%. Vaaleasta kaoliinista on teetetty aikaisemmin kaksi rikastuskoetta, joiden mukaan se soveltuu vaaleuden (82% ja 87%) perusteella paperinvalmistukseen. Esiintymässä on arviolta noin 1.4 miljoonaa tonnia vaaleaa kaoliinia ja noin tonnia ruskehtavaa kaoliinia (vaaleus keskimäärin 50%). Esiintymän hyödyntäminen on vaikeaa, koska se sijaitsee lammen alla.

3 SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO 1.1 Tutkimusten tausta 1.2 Tutkimuskohteen sijainti 1.3 Aikaisemmat tutkimukset SUORITETUT TUTKIMUKSET Iskukairaus Laboratoriotutkimukset 7 TUTKIMUSKOHTEEN GEOLOGIASTA Alueen kivilajit Kaoliini ja muut rapautumat 7 KAOLIININ OMINAISUUDET JA LAATU Raekokojakauma Vaaleus ja keltaisuus Mineraalikoostumus Kemiallinen koostumus 10 KAOLIINIESIINTYMÄ 11 AIHEEN ARVIOINTI 12 KIRJALLISUUS 14 LIITTYY 15 LIITTEET 16

4 4 1. JOHDANTO 1.1 Tutkimusten tausta Montilanlammen kaoliini löydettiin Virtasalmen kaoliiniprojektin aikana vuonna 1989 kairaamalla painovoimaminimiin. Kohteessa suoritettiin tutkimuksia vuosina Valtaushakemus alueelle tehtiin marraskuussa 1991 (liite 1). Kevättalvella 1992 kohdetta kairattiin jäältä käsin, mutta tutkimukset jäivät kesken koneen rikkoonnuttua. 1.2 Tutkimuskohteen sijainti Montilanlammen valtausalue (kaivosrekisterinro 4923/1) sijaitsee Virtasalmen kunnan Längelmäen kylässä kuusi kilometriä Virtasalmen kirkolta luoteeseen (kuvat 1 ja 2). Matkaa Kahdeksaisiensuon kaoliiniesiintymälle on noin 2 km sekä Litmasen ja Vuorijoen esiintymille noin 20 km. Montilanlampi on reilun kilometrin pituinen ja vajaat puoli kilometriä leveä. Se on metriä merenpinnan yläpuolella (mpy). Vettä siinä on vajaat 5 metriä ja liejua 3-6 metriä. Se laskee Montilanpuroa pitkin Längelmäenjärveen (99.0 m mpy). 1.3 Aikaisemmat tutkimukset 1960-luvulla Geologisen tutkimuslaitoksen Virtasalmella suorittamien malmitutkimusten yhteydessä tehtiin mm. laajaalaisia geofysikaalisia mittauksia (Siikarla 1970). Montilanlammen kohdalla!painovoimamittauksia täydennettiin talvella Mittausten perusteella Montilanlammen rapautuma-allas on 1500 metriä pitkä ja leveimmillään metriä. Syvyyttä sillä on noin 100 metriä ja sen massa-arvio on noin 8 miljoonaa tonnia. Virtasalmen kaoliiniprojektin aikana Montilanlammelle kairattiin kaikkiaan 12 reikää, yhteispituudeltaan 303 metriä.

5 5 Montilanlammen kaoliinista teetettiin kaksi rikastuskoetta (R 399 ja R 421) Kemira Oy :ssä ja niistä kummastakin saatiin vaaleudeltaan (87% ja 82%) paperinvalmistukseen sopiva tuote. Montilanlammen tutkimuksia on kuvattu Virtasalmen kaoliiniprojektin vuosiraporteissa (Niemelä 1990, Niemelä ja Kuivasaari 1991 ja Niemelä 1992b) ja loppuraportissa (Sarapää et al. 1992) sekä Montilanlammen yhteenvetoraporteissa (Niemelä 1992a ja 1996). MI/ - P RAUTATIE JA SEISAKE * KAOLIINIESIINTYMÄT km I I I 4 1. LITMANEN 2. VUORIJOKI 3. UKONKANGAS 4. KAHDEKSAISIENSUO 5. MONTOLA 6. NIITTYLAMPI 7. ETELAKYLA 8. HYVAJARVI 9. MONTILANLAMPI 10. TERVAJOENSUO Kuva 1. Tutkimuskohteen sijainti.

6

7 7 2.2 Laboratoriotutkimukset Montilanlammen kairasydännäytteiden käsittely on tapahtunut samoin kuin Virtasalmen kaoliiniprojektin aikana raportoitujen esiintymien kohdalla (kts. esim. Pekkala et al. 1989). Kairasydännäytteistä on laboratoriotutkimuksissa määrätty raekokojakauma, eri fraktioiden mineraloginen ja kemiallinen koostumus sekä vaaleus- ja keltaisuusarvot (taulukot 1 ja 2). Taulukko 1. Laboratoriotutkimukset vuonna Määritys GTK :n laboratorio Menetelmä Kpl Raekoko < 20 µm teollisuusmineraali fraktiointi 63 Raekoko maaperä sedigraph 34 Vaaleus teollisuusmineraali Minolta 63 Silikaattianalyysit geokemia XRF, Leco 97 Mineraalikoostumus kallioperä XRD TUTKIMUSKOHTEEN GEOLOGIASTA 3.1 Alueen kivilajit Pieksämäen kallioperäkartan (Vorma 1971) mukaan Kahdeksaisiensuon eteläpuolitse kulkeva amfiboliittijakso ulottuu Montilanlammen kaakkoisreunaan (liite 2). Muuten lampi on kiillegneissialueella. Kairausten perusteella kiillegneississä on amfiboliittivälikerroksia ja lammen itärannalla kiillegneissi on grafiittipitoista. Kivilajien kulku on poimutuksesta johtuen vaihteleva ja kaade pystyhkö. 3.2 Kaoliini ja muut rapautumat Montilanlammen vaalea kaoliini on vaaleanharmaata, savimaista, paikoin hiekkamaista. Raportoinnissa vaaleaksi luokitellun kaoliinin vaaleus on yli 60 % ja keltaisuus alle 25 %.

8 Värillinen kaoliini on useimmiten ruskehtavaa ja sen vaaleus on yleensä alle 60 % ja keltaisuus yli 25 %. Siinä on usein kapeita, vaaleita kaoliiniraitoja. 8 Karttakuvissa ja kairausprofiileilla rapautumalla tarkoitetaan hiekkamaisia tai savimaisia, yleensä väriltään vihertäviä, joskus tummanharmaita kaoliniittipitoisia rapautumia. Toisaalta rapautumaksi on merkitty myös sellaisia painovoimaminimialueita, joita on vain heikosti tutkittu (Montilanlammen luoteispuolella ja pohjoisosassa olevat painovoimaminimit) (liite 3), koska näiltä alueilta oletetaan löytyvän ainakin rapautumia, jos ei kaoliinia. 4. KAOLIININ OMINAISUUDET JA LAATU Montilanlammen kaoliinin laatumääritykset (taulukko 2) perustuvat vuosien 1990 (R 399) ja 1993 (R 429, R R 441 ja R 443) kairauksiin. Muina vuosina näytteenotto on tapahtunut pääasiassa kevyellä iskuporakoneella, jolla saadut näytemäärät ovat pieniä. 4.1 Raekokojakauma Alle 2 mikronin raekoon osuus vaaleassa kaoliinissa on keskimäärin 27% ja värillisessä (ruskehtavassa) kaoliinissa noin 33% ja alle 20 mikronin raekoon osuus vaaleassa kaoliinissa on 56% ja ruskehtavassa kaoliinissa 64%. Tällainen 6-8% :n ero raekokojakaumassa vaalean ja ruskehtavan kaoliinin välillä on havaittavissa kaikissa raekokoluokissa (taulukko 2). Raekokojakauma vaihtelee myös esiintymän eri osien välillä. Kaakkoisosan vaaleassa kaoliinissa (reiät R 399 ja R 443) alle 2 mikronin raekoon osuus on 17% j a alle 2 0 mikronin osuus 44%. Muussa osassa esiintymää raekokojen osuus on selvästi suurempi, alle 2 mikronin raekoon osuus on 31% ja alle 20 mikronin raekoon osuus 61%. Vastaavanlainen raekokojakauman vaihtelu on havaittavissa myös ruskehtavan kaoliinin kohdalla.

9 Taulukko 2. Montilanlammen raakakaoliinin ja alle 20 mikronin fraktion raekokojakauma, mineraalikoostumus, kemiallinen koostumus, vaaleus ja keltaisuus. Laskuissa ovat mukana reiät R 399, R 429, R R 441 ja R Vaalea kaoliini Ruskehtava kaoliini Raakakaoliini <20 µm Raakakaoliini <20 µm < 2 µm < 6 µm <10 µm <20 µm <62 µm Nl) m m F202) N m m KAOL KVAR MUSK 3) BIOT 4) KMAA PLAG N m m m m Si Ti A Fe 20 3 tot MnO MgO CaO Na K C S H N m m m m Vaaleus (%) Keltaisuus (%) N m m 1) leikkauksen pituus metreinä 2) fraktioimalla erotettu alle 20 mikronin raekoon osuus 3) käsittää dioktaedriset kiilteet (mm. muskoviitti ja illiitti) 4) käsittää trioktaedriset kiilteet (mm. biotiitti ja flogopiitti)

10 Vaaleus ja keltaisuus Montilanlammen vaalean kaoliinin (<20 µm) keskimääräinen vaaleus on 71% (vaihteluväli 61-83%) ja keltaisuus 13% (vaihteluväli 6-26%). Kaakkoisosassa (reiät R 399 ja R 443) vaalean kaoliinin vaaleus (keskimäärin 67%) on hieman alhaisempi kuin muualla esiintymässä (73%). Reiän R 399 vaalean kaoliinin keltaisuusarvot poikkeavat selvästi muiden reikien keltaisuusarvoista. Siinä keltaisuus on kaikissa näytteissä noin 7%, kun se muissa rei' issä on vain yksittäisissä näytteissä alle 10%. Ruskehtavan kaoliinin (<20 µm) vaaleus on keskimäärin 50% (vaihteluväli 22-62%) ja keltaisuus 36% (vaihteluväli 15-59%). 4.3 Mineraalikoostumus XRD-määritysten mukaan Montilanlammen vaalea raakakaoliini sisältää keskimäärin 54% kaoliniittia (vaihteluväli 30-85%) ja ruskehtava raakakaoliini 70% kaoliniittia (vaihteluväli 45-95%). Kaoliniitin ohella raakakaoliinissa on runsaasti kvartsia, reiän R 441 raakakaoliinissa jopa 49%. Lisäksi on vähän kiilteitä (muskoviitti ja biotiitti) ja maasälpiä. Kummankin kaoliinilaadun alle 20 mikronin fraktiossa on yhtä paljon kaoliniittia, keskimäärin 95% (vaihteluväli %). Lisäksi esiintyy vähän kvartsia, muskoviittia ja kalimaasälpää. 4.4 Kemiallinen koostumus Kvartsin runsaus Montilanlammen raakakaoliinissa näkyy alhaisena A1 203-pitoisuutena, joka on vaaleassa kaoliinissa keskimäärin 24% ja ruskehtavassa kaoliinissa 27%, kun se puhtaassa luonnon kaoliniitissa on noin 38%..

11 1 1 Fe 203-pitoisuus on vaaleassa raakakaoliinissa (keskimäärin 1%) selvästi alhaisempi kuin ruskehtavassa kaoliinissa (4.6%). Samoin on asianlaita alle 20 mikronin fraktioiden kohdalla (taulukko 2). Fe 203-pitoisuus vaihtelee paitsi eri kaoliinilaatujen välillä myös esiintymän eri osissa. Esiintymän kaakkoisosassa (R 399 ja R 443) vaalean kaoliinin Fe 203-pitoisuus on korkeampi kuin muualla esiintymässä. Kaakkoisosassa raakakaoliinin Fe pitoisuus on 2-3% ja alle 20 mikronin fraktion noin 1%. Muualla esiintymässä vaalean raakakaoliinin ja alle 20 mikronin fraktion Fe203-pitoisuus on alhaisempi, keskimäärin 0.4% (vaihteluväli %). Ruskehtavan kaoliinin Fe 203-pitoisuus vaihtelee myös eri puolilla esiintymää. Rei'issä R 440 ja R 443 raakakaoliinin Fe 203-pitoisuus on 6-15% ja alle 20 mikronin fraktiossa 4-7%. Muissa rei'issä ruskehtavan raakakaoliinin sekä alle 20 mikronin fraktion Fe 203-pitoisuus on 1-2%. Vaalean raakakaoliinin MgO-pitoisuus (0.15%) on selvästi alhaisempi kuin ruskehtavan kaoliinin (0.53%). Vastaavanlainen tilanne on myös, alle 20 mikronin fraktiossa. Kalimaasälvän ja muskoviitin runsaus selittävät vaalean raakakaoliinin hieman korkeamman K 20-pitoisuuden verrattuna ruskehtavaan kaoliinin. Sensijaan alle 20 mikronin fraktiossa mineraalikoostumukset ovat lähes samat, eikä K 20-pitoisuuksissakaan ole juuri eroa. 5. KAOLIINIESIINTYMÄ Montilanlammen kaoliiniesiintymä on valtaosin lammen alla. Esiintymän päällä on vettä alle 5 metriä, sitten liejua 3-6 metriä ja maata 6-10 metriä. Lammen itäpuolelle tehdyssä reiässä (R 399) on maata 22 metriä ja lammen luoteispuolelle tehdyissä rei'issä (R R 154) maata on 9-15 metriä.

12 Montilanlammen rapautumajakson pituus on noin 1500 metriä. Eteläosa muodostaa yhtenäisen, noin 500 metriä pitkän jakson, kun taas pohjoisosa näyttäisi jakaantuvan painovoimamittausten perusteella kahdeksi pieneksi rapautuma-altaaksi, joista toinen on lammen pohjoisosassa ja toinen sen luoteispuolella. 1 2 Lammen luoteispuolella olevaan rapautuma-altaaseen on kairattu kevyellä iskuporakalustolla kolme reikää (R R 154), joista yhdessä (R 154) tavattiin vaaleaa kaoliinia. Painovoimamittausten mukaan rapautuma-allas on pieni, eikä siinä ole odotettavissa suurempia määriä kaoliinia. Pituutta eteläosan yhtenäisellä esiintymällä on 500 metriä ja leveyttä metriä. Syvyyssuunnassa esiintymää ei ole lävistetty. Painovoimamittausten perusteella syvyyttä olisi noin 100 metriä. Syvin kairanreikä on 72 metriä, josta viimeiset 51 metriä kaoliinia. Kaoliinivarantoarviossa on huomioitu vain eteläosan yhtenäinen esiintymä. Kaoliinivarantoarvio on tehty leikkausmenetelmän lineaarisella laskutavalla. Kairausprofiililta määritetyn lohkon vaikutusalue ulottuu seuraavan profiilin puoliväliin. On huomioitava, että kairausprofiilitiheys on riittämätön eikä esiintymän itäreunaa ole koko matkalta määrätty. Montilanlammen esiintymän eteläosan todennäköiset kaoliinivarannot ovat noin 1.9 miljoonaa tonnia. Kaoliinin tiheytenä on käytetty petrofysikaalisissa mittauksissa saatua keskiarvoa (1.9 g/cm3 ). Vaalean kaoliinin osuus kairanrei'issä on keskimäärin 3/4, joten vaalean kaoliinin määrä esiin ymassa olisi noin 1.4 miljoonaa tonnia ja ruskehtavan kaoliinin määrä noin tonnia. 6. AIHEEN ARVIOINTI Montilanlammen rapautuma-alue on 1500 metriä pitkä ja metriä leveä. Sen syvyys on painovoimamittausten perusteella

13 100 metriä (ei ole lävistetty kairaamalla). Pohjoisosiltaan se on katkonainen muodostuen kahdesta pienestä erillisestä rapautuma-altaasta, joista toinen on lammen pohjoispäässä ja toinen sen luoteispuolella. Näistä jälkimmäiseen on tehty kolme reikää, joista yhdessä tavattiin vaaleaa kaoliinia. Painovoimamittausten perusteella ei näissä ole suuria kaoliinimääriä. 1 3 Eteläosan yhtenäinen kaoliiniesiintymä on noin 500 metriä pitkä ja metriä leveä. Se sijaitsee valtaosin lammen alla. Sen massa-arvio on noin 1.9 miljoonaa tonnia, josta vaaleaa kaoliinia on noin 1.4 miljoonaa tonnia. Esiintymän kaakkoisosassa kaoliinin laatu on hieman heikompaa kuin muualla eteläosan yhtenäisessä esiintymässä. Kaakkoisosassa hienoaineksen osuus ja vaaleus on alhaisempi sekä Fe 203- pitoisuus selvästi korkeampi. Vaalean raakakaoliinin kaoliniittipitoisuus on 54% ja sen savifraktion (< 2 µm) osuus on 27% ja hienoaineksen (< 20 µm) osuus 56%. Hienoaineksen vaaleus on keskimäärin 71%. Aikaisemmin tehtyjen rikastuskokeiden perusteella Montilanlammen kaoliini sopii vaaleuden (82% ja 87%) perusteella paperin valmistukseen. Todetun vaalean kaoliinin määrä on pieni, noin 1.4 miljoonaa tonnia. Tosin on huomattava, että kairaustiheys on riittämätön, eikä esiintymän itäreunaa ole koko matkalta määrätty. Myöskään esiintymää ei ole kairattu läpi. Mauri Niemelä

14 KIRJALLISUUS Niemelä, M., Uusien kaoliinikohteiden tutkimukset karttalehdillä 3231 ja 3232 vuonna Geologian tutkimuskeskus, raportti M19/ /-90/2/82. Niemelä, M., 1992a. Virtasalmen Montilanlammen kaoliinitutkimukset vuosina Geologian tutkimuskeskus, raportti M19/3232/-92/2/82. Niemelä, M., 1992b. Kaoliinitutkimukset Virtasalmella jas sen ympäristössä vuonna Geologian tutkimuskeskus, raportti M19/ /-92/4/82. Niemelä, M., Tutkimustyöselostus Virtasalmen kunnassa valtausalueella Montilanlampi 1 (kaivosrekisterinro 4923/1) suoritetuista kaoliinitutkimuksista. Geologian tutkimuskeskus, valtausraportti M06/3232/-96/1/82. Niemelä, M. ja Kuivasaari, T., Kaoliinitutkimukset Virtasalmella ja sen ympäristössä vuonna Geologian tutkimuskeskus, raportti M19/ /-91/3/82. Pekkala, Y., Kuivasaari, T., Lehtimäki, J. ja Sarapää, 0., Virtasalmen Vuorijoen kaoliiniesiintymän tutkimukset vuosina Geologian tutkimuskeskus, raportti M19/3231/-89/2/82._ Sarapää, 0., Kuivasaari, T., Lehtimäki, J., Niemelä, M., Nissinen, A., Pekkala, Y. ja Reinikainen, J., Virtasalmen kaoliinitutkimukset vuosina Geologian tutkimuskeskus, Kaoliiniprojektin loppuraportti M19/ /-92/5/82. Siikarla, T., Selostus geofysikaalisista tutkimuksista Virtasalmen - Juvan tutkimusalueen pohjoisosassa vuosina Geologinen tutkimuslaitos, raportti M19/3232/-70/3/10. Vorma, A., Kallioperäkartta, lehti 3232, Pieksämäki. Suomen geologinen kartta 1 :

15 LIITTYY (säilytetään GTK :n arkistossa) Kairausraportit M19/52/3232/-93/R R 443

16 a LIITTEET Liite 1. Liite 2. Liite 3. Liite 4. Montilanlammen valtausaluekartta Montilanlammen kallioperäkartta Montilanlammen kaoliiniesiintymäkartta Kairausprofiilit M52.7/3232/-93/R R 436 M52.7/3232/-93/R R 420, R 428 R 429 M52.7/3232/-93/R R 441 M52.7/3232/-93/R 339, R R 443

17 a \ Y.. enttl a 7'18..rYY..u. Liite ~ _ ~~ 1 / \<21.4 Häkkilåa~' 1 ^ :3 K1 6 :6 1. n ^^. ~ ' 0 A,'~ n ~/ n 6 :13 n Ia 6:8 n Längel ii o. \ ( ~ ~-r --- ikkilä ~ ~ 6 :17 6 :,15 ~1:~ Q~3 -,-ys,;19 \ 6 ~. \ \ ht :22 u~~~~ \cl~~~>lt~~~`~' /~ MONTILANLAMPI 1~ k~ I~i~S.t~ /~ ~,,~, Yht. (IZ...) \~ //.-, a / ~,1' / IrQO ~/. v., ~ K 1 I`' / 1 1, ( )N11 ~t~>fi~+/j,. 2 i10 :g,~~ ip : ~ ~ ln n 20:23 %r~ 20 :5 i~\ 'O 20~23. '' ~,~ 2ar2 '\ 20:19 ; :co 16-, o uretrnak'. ' \ ~~LQ:16 \1`J. :~~ ; `,~' ~~ -~` I Yht. \ ~'L~ I872jlari(ala ~:~ 1 1 > \ \,~ ~~I 16 :2~ t 1352 v M rrslkaar ~ telatalö._ c :cv ~20 :» - 12Q -:17 ~ \ T- 1 Hartikk 4l \ ~~~~ 520 -r Valtausalueen raja Tilan raja Kylän raja -- ~* Kunnan raja GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Malmiosasto Kartta MONTILANLAMPI 1 - valtausalueesta Mikkelin läänissä Pieksämäen mlk :n Vehmaskylässä ja Virtasalmen 'kunnan Längelmäen kylässä 1 : M06.1/ D/91

18 04 Liite MONTILANLAMMEN KIVILAJIKARTTA Osittain A. Vorman (1971) mukaan Selitys O\ Rapautuma 75 Liuskeisuuden kulku ja kaade NO R- Kaoliiniesiintymä Kiillegneissi Amfiboliitti 0 1km i Granodioriitti

19

20

21

22

23