VÄHÄJOEN KARBONAATTIKIVITUTKIMUKSET

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Rovaniemen yksikkö M19/3611/2002/1/84 ROVANIEMEN MLK, TERVOLA Vähäjoki Risto Vartiainen VÄHÄJOEN KARBONAATTIKIVITUTKIMUKSET ROVANIEMEN MLK:SSA JA TERVOLASSA

2 2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä Tekijät Risto Vartiainen Raportin laji M19/3611/2002/1/84 Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Raportin nimi Vähäjoen karbonaattikivitutkimukset Rovaniemen mlk:ssa ja Tervolassa Tiivistelmä Vähäjoella, Peräpohjan liuskealueella, kairattiin näytteitä kolmesta oletetusta karbonaattikiviesiintymästä. Saatuja karbonaattikivinäytteitä tutkittiin mikroskopoimalla, kemiallisesti analysoimalla ja parhaista näytteistä tehtiin vaahdotuskokeet. Tutkimusten mukaan Vähäjoen Reutuaavan esiintymän karbonaattikivi koostuu pääasiassa dolomiitista ja vähemmässä määrin kalsiitista. Kalsiitin erottaminen vaahdottamalla dolomiitista on vaikeata mm. sen vuoksi, että dolomiitin koostumus vaihtelee esiintymässä, jopa yksittäisessä näytteessä. Karbonaattien tehokas erottaminen toisistaan vaahdottamalla voisi kuitenkin olla mahdollista tarkasti säädetyllä vaahdotuksella, perustuen dolomiitin ja kalsiitin pintaominaisuuksien eroavaisuuksiin. Kalsiitin pienen määrä vuoksi kivi ei kuitenkaan sovellu pigmenttituotantoon, mutta täyttää dolomiittikalkin laatuvaatimukset. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Karbonaattikivi, dolomiitti, kalsiitti, maatalouskalkki, kairaus, värjäys, XRF-analyysi, vaahdotuskoe,vähäjoki, Reutuaapa, Peräpohjan liuskealue Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Lapin lääni, Rovaniemen mlk, Tervola, Vähäjoki Karttalehdet , 07 ja 08 Muut tiedot Arkistosarjan nimi M19 Arkistotunnus Kokonaissivumäärä Kieli Hinta Julkisuus liitettä Suomi

3 3 GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND DOCUMENTATION PAGE Date Authors Risto Vartiainen Type of report M19/3611/2002/1/84 Commissioned by Geological Survey of Finland Title of report Vähäjoen karbonaattikivitutkimukset Rovaniemen mlk:ssa ja Tervolassa Abstract In Vähäjoki area, belonging to the Peräpohja Schist Belt, a diamond drilling program was carried out in three possible carbonate rock occurrences. The samples were analyzed by XRF and studied under microscope. The best samples were studied by a flotation test. The studies revealed that the Vähäjoki carbonate rock in Reutuaapa occurrence consists mainly of dolomite and minor amounts of calcite. According to the flotation test the separation of dolomite and calcite is difficult due to variation in chemical composition of dolomite in the occurrence, even in a single sample. However, there is an indication of differences in surface properties between dolomite and calcite which might be used in sharp separation by flotation. However, due to low calcite content the Reutuaapa dolomite rock is not suitable for pigment uses but fullfills the demands of agricultural purposes (liming). Keywords Carbonate rock, dolomite, calcite, maatalouskalkki, drilling, staining, XRF-analysis, flotation test, Vähäjoki, Reutuaapa, Peräpohja Schist Belt Geographical area Finland, County of Lapland, Rovaniemi rural municipality, Tervola municipality,vähäjoki Map sheet , 07 and 08 Other information Report serial Archive code M19 Pages Language Price Confidentiality appendices finnish

4 4 SISÄLLYSLUETTELO sivu Kuvailulehti Documentation Page 1. JOHDANTO Tausta ja aiemmat tutkimukset 1.2. Tutkimusalueen sijainti 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET JA NIIDEN TULOKSET Näytteenotto 2.2. Mikroskooppitutkimukset Kemialliset analyysit Rikastuskoe 8 3. AIHEEN ARVIOINTI 8 KIRJALLISUUSVIITTEET 9 LIITTEET LIITTYY -MATERIAALI

5 5 1. JOHDANTO 1.1. Tausta ja aikaisemmat tutkimukset Tutkimusten tarkoituksena oli selvittää alustavasti, onko tutkitulla alueella sellaisia kalsiittipitoisia karbonaattikiviä, jotka voisivat soveltua pigmenttituotantoon. Vähäjoen karbonaattikivitutkimukset on käynnistetty vuonna 1995 hankkeessa (Teollisuusmineraalien etsintä ja arviointi/a.karvinen). Kyseisen hankkeen päättyessä vuoden 1995 lopussa tutkimusaihe siirtyi vuoden 1996 alussa aloittaneelle Pigmenttimineraalit -hankkeelle (HA 13211, myöh ). Alueelta on olemassa geofysikaalinen matalalentoaineisto. Karttalehden : mittakaavainen kallioperäkartoitus on osittain tehty. Ympäröivistä 1: karttalehdistä numerot 3612 (Rovaniemi; Perttunen et al. 1996, Väänänen et al. 1997) ja 2544 (Runkaus; Perttunen 1971 ja 1991) on selityksineen painettu, muut ovat vielä osittain tai kokonaan kartoittamatta. Karttalehdellä 3611 on aiemmin tutkittu mm. Lapioaavan talkkiesiintymää (Vartiainen 1996) ja Au-, Cu- ja Co -anomalioita (Koivisto 1984, Rossi 1994 ja Sarala 1995) Tutkimusalueen sijainti Tutkimusalue sijoittuu peruskarttalehdille , 07 ja 08 käsittäen kolme erillistä kairauskohdetta, joista Haukitaipaleen kohde sijaitsee Rovaniemen maalaiskunnassa, Reutuaavan ja Koirarakan kohteet Tervolan kunnassa (liite 1). Geologisesti alue sijoituu Peräpohjan liuskealueeseen, joka ko. tutkimusalueella koostuu lähinnä dolomiittisista kalkkikivistä, kvartsiiteista ja emäksisistä vulkaniiteista. 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET JA NIIDEN TULOKSET 2.1. Näytteenotto Kairaus tehtiin GTK:n PoKa -yksiköllä välisenä aikana. Yhteensä kairattiin 41 reikää kokonaismetrimäärän ollessa 637,80. Tästä maakairausta oli yli puolet eli 354,10 metriä. Maapeitteiden paksuus oli keskimäärin 8,60 metriä.

6 6 Kairauksen tarkoituksena oli saada analysoitavaksi näytteitä kolmelta paljastumattomalta alueelta, joissa kalsiittipitoista karbonaattikiveä otaksuttiin olevan. Tiedot oletetusta kalsiittipitoisesta karbonaattikivestä ko. kohteissa on saatu 1: kallioperäkartoitusta tehneeltä geologilta. Kairaus toteutettiin jokaisessa kohteessa linjanäytteenottona oletetun karbonaattikivijakson poikki. Reikäväli vaihteli metriin. Reikien sijainti kohteittain ja reikänumerot näkyvät liitteissä 2, 3 ja 4. Linja 1, Koirarakka Ensimmäiseen näytteenottolinjaan (kl A, liite 2) kairattiin yhteensä 6 pystyreikää (R401 R406). Karbonaattikiveä tavattiin vain 2,5 metrin lävistys reiässä R401. Koirarakan kohteessa kivilaji on pääasiassa kvartsiittia, yhdessä reiässä tavattiin myös emäksistä vulkaniittia. Linja 2, Reutuaapa Toinen näytteenottolinja koostuu kahdesta erillisestä, pohjois eteläsuuntaisesta linjasta (kl A, liite 3). Niihin kairattiin yhteensä 18 pystyreikää (R407 R425), joista kuudessatoista tavattiin karbonaattikiveä. Muut tavatut kivilajit ovat kiille- tai mustaliusketta. Paksuimmillaan karbonaattikiveä kairattiin liki 20 metriä (R408). Karbonaattikiven alasyvyyttä ei yleensä ole todennettu, koska käytetyllä kalustolla se ei todennäköisesti olisi ollut läheskään aina mahdollista ja koska ensisijaisena tavoitteena oli näytteen saanti tarkempia tutkimuksia varten. Linja 3, Haukitaipale Linjaan 3 (kl A, liite 4) kairattiin yhteensä 16 pystyreikää (R426 R441), mutta karbonaattikiveä ei tavattu yhdessäkään reiässä. Haukitaipaleen kohteessa kivilaji on pääasiassa arkoosikvartsiittia Mikroskooppitutkimukset Reutuaavan kohteen kairasydämistä tehtiin ohuthieitä mineraalikoostumuksen määrittämistä varten. Dolomiitin ja kalsiitin erottamiseksi osa hieistä värjättiin "Alizarin Red" -liuoksella (HCl), jolloin kalsiitti värjäytyy punaiseksi. Värjäys ei kuitenkaan onnistunut kovin hyvin eikä karbonaattimineraalien määrien tarkka arviointi hieestä ollut mahdollista. Reutuaavan karbonaattikivi on hienorakeista, granoblastista ja siinä on merkkejä kerroksellisuudesta. Kivi koostuu prosenttisesti karbonaattimineraaleista dolomiitin ollessa kalsiittia selvästi runsaampi. Kalsiitti esiintyy usein dolomiittia suurempina rakeina kasau-missa, joissa on lisäksi kvartsia, kiillettä (flogopiitti) ja tremoliittia. Kvartsia on joissakin näytteissä pää-

7 7 mineraaliksi asti. Muiden silikaattien (kiille, kloriitti, tremoliitti, kalimaasälpä) ja mineraalien (oksidit, sulfidit, grafiitti) osuus on vähäinen Kemialliset analyysit Linjan 2 (Reutuaapa) karbonaattivaltaisista rei istä valittiin XRF-analyysiin yhteensä 21 kpl kairasydännäytteitä analysointivälin ollessa noin kaksi metriä. Analyysit tehtiin rei istä R407 (4 kpl), R408 (10 kpl), R412 (4 kpl) ja R413 (3 kpl). Lisäksi reiästä R408 tehtiin yksi analyysi väliltä 18,10 34,50 m. Näytteiden CaO -pitoisuus vaihtelee 19,8 30,4 % ja MgO -pitoisuus 9,54 19,8 %. Suoraan XRF-analyysituloksista laskettuna CaO/MgO -suhde vaihtelee 1,37 2,08, minkä perusteella Reutuaavan karbonaattikivi voidaan luokitella heikosti kalsiittiseksi dolomiitiksi (Pekkala 1985, Reinikainen 2001). Analysoidun C:n (menetelmä 811 L) määrä vaihtelee 6,73 12,3 % ja kuvaa hyvin karbonaattimineraalien määrää. Laskennallisesti C:n määrästä voidaan johtaa CO 2 :n määrä, siitä edelleen totaalikarbonaatin määrä sekä MgO:n määrästä dolomiitin ja kalsiitin keskinäiset määräsuhteet (liite 5). CaO:n ja MgO:n määristä voidaan edelleen laskea happoa neutraloiva kyky (NEKY) muuttamalla MgO -pitoisuus ekvivalenttiseksi Ca -pitoisuudeksi (NEKY= Ca +1,39 x Mg). Neutralointikyvyn perusteella voidaan melko tarkoin arvioida jauhetun kiven soveltuvuutta maatalouskalkiksi. Dolomiittikalkin neutralointikyvyn tulisi olla vähintään 30 ja Mg - pitoisuuden yli 7,0 %. Mg-pitoisen kalkkikivijauheen alaraja on neutralointikyvylle sama ja Mg -pitoisuudelle 2 %. Reutuaavan kohteessa NEKY ja Mg -pitoisuus ovat rei ittäin keskimäärin seuraavat: Reikä NEKY Mg % R407 34,7 11,3 R408 34,3 10,6 R412 27,1 8,1 R413 34,6 11,4 Reutuaavan karbonaattikivi täyttää siten dolomiittikalkin laatuvaatimukset reikien R407, R408 ja R413 osalta, mutta reiässä R412 neutralointikyky alittuu hiukan. Koko Reutuaavan näyteaineistosta keskiarvona laskettu NEKY on 33,1 ja Mg -pitoisuus 10,4 %, joten kokonaisuutena kiven voidaan sanoa täyttävän dolomiittikalkin laatuvaatimukset. Osittaisliuotusta ei ole tehty, joten silikaatteihin sitoutunut Ca ja Mg ovat mukana analyyseissä. Silikaattien määrä on kuitenkin varsin pieni, joten niiden merkitys em. laskelmissa on varsin

8 8 vähäinen. Al 2 O 3 :n määrä on keskimäärin 0,35 %, K 2 O:n 0,12 %, Fe 2 O 3 :n 0,92 % ja Na 2 O:n alle määritysrajan. Joidenkin näytteiden korkea SiO 2 -pitoisuus (keskimäärin 14,8 %) johtuu lähes yksinomaan kvartsista eikä vaikuta em. laskelmiin käytännössä lainkaan Rikastuskoe Rikastuskokeen tarkoituksena oli selvittää, kuinka hyvin dolomiitti ja kalsiitti saataisiin murskatusta ja jauhetusta kivestä vaahdottamalla erilleen. Vaahdotuskokeeseen valittiin kairasydännäytteitä seuraavasti: Reikä R407 R408 R408 R412 R413 Syvyys 8,20 16,50 m 16,20 25,50 m 25,50 34,50 m 14,60 22,00 m 17,50 25,50 m Rikastuskoe epäonnistui kaksi kertaa mm. jauhatuksessa tapahtuneiden virheiden takia ja vasta vuonna 2001 GTK:ssa tehdyllä vaahdotuskokeella saatiin luotettavia tuloksia. Jokaista näytettä murskattiin ja jauhettiin kilon verran noin 300 µm:n karkeuteen, jonka jälkeen näytteet punnittiin ja vaahdotettiin sellaisenaan. Parhaimmillaan vaahdotuksessa saatiin erilleen rikaste, jossa kalsiitin osuus oli noin 46 %, mutta dolomiittia edelleen enemmistö, noin 56 %. Keskimäärin rikasteissa oli noin 15 % kalsiittia ja 85 % dolomiittia (tutkimusraportti C/M16/2001/2; liittyy -materiaalia). Kalsiitin ja dolomiitin erottaminen toisistaan vaahdottamalla osoittautui vaikeaksi, koska dolomiitin kemiallinen koostumus vaihtelee esiintymässä ja jopa samassa näytteessä. Sen lisäksi vaahdotusta vaikeuttaa joissakin näytteissä dolomiittirakeita peittävä Fe -oksidi tai grafiitti. Rikastuskoeraportin mukaan vaahdotusprosessia hienosäätämällä voisi olla mahdollista saada kalsiitti ja dolomiitti erilleen niiden erilaisiin pintaominaisuuksiin perustuen. 3. AIHEEN ARVIOINTI Vähäjoella tutkittujen karbonaattikivien kalsiittipitoisuus on varsin pieni, vain muutamia prosentteja. Koska kalsiitin ja dolomiitin erottaminen on lisäksi vaikeata ellei mahdotonta, ei kivi sovellu kalsiittipigmentin raaka-aineeksi. Mikäli Vähäjoen alueelle kuitenkin pigmentti-

9 9 mielessä vielä palataan, tulisi ensisijaisena tavoitteena olla kalsiittirikkaampien karbonaattihorisonttien löytäminen. Vähäjoen Reutuaavan esiintymän karbonaattikivi soveltuu jauhettuna maatalouskalkiksi. Kemiallisten analyysien perusteella kivi on maatalouskalkkien luokituksessa pääasiassa dolomiittikalkkia. Tarkka laadun määritys vaatisi kuitenkin tarkemman analysoinnin osittaisliuotuksineen. Risto Vartiainen Geologi KIRJALLISUUSVIITTEET Koivisto, Terho 1984 Geokemialliset tarkistustutkimukset Peräpohjan liuskealueella: Povarin lampien Cu-Co-Auanomalian tarkistukset kl : Tutkimusraportti nro III. 6 s., 11 kuvaliitettä. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti S/41/ /1/1984. Pekkala, Yrjö 1985 Petrography, geochemistry and mineralogy of the Precambrian metasedimentary carbonate rocks in North Kuusamo, Finland. Geological Survey of Finland. Bulletin 332. Perttunen, Vesa 1971 Runkaus. Suomen geologinen kartta 1: : kallioperäkartta Perttunen, Vesa 1991 Kemin, Karungin, Simon ja Runkauksen kartta-alueiden kallioperä. Suomen geologinen kartta 1: : kallioperäkarttojen selitykset 2541, , 2543, Perttunen, V., Hanski, E., Väänänen, J., Eilu, P. & Lappalainen, M Rovaniemen kartta-alueen kallioperä. Summary: Pre-Quaternary rocks of the Rovaniemi map-sheet area. Suomen geologinen kartta 1: : kallioperäkarttojen selitykset Reinikainen, Jukka 2001 Petrogenesis of Paleoproterozoic marbles in the Svecofennian Domain, Finland. Geologian tutkimuskeskus. Tutkimusraportti 154. Rossi, Seppo 1994 Tervolan alueelta tavattujen moreenigeokemian ja lohkareiden kulta-, kupari- ja kobolttiviitteiden malmipotentiaalin arviointi. Raaka-ainetoimialan hankkeen tutkimukset vuosina s., 38 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti M19/2633/94/1/10.

10 10 Sarala, Pertti 1995 Maaperägeokemiallinen malminetsintä Petäjävaaran ja Vammavaaran alueilla, Etelä- Lapissa, vuosina Summary: Prospecting studies in Petäjävaara and Vammavaara areas during , southern Finnish Lapland. 19 s., 26 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti M19/2633/-95/1/10. Vartiainen, Risto 1996 Rapakalliotutkimukset Rovaniemen mlk:n Lapioaavalla s., 16 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti M19/3611/-96/1/83. Väänänen, J., Hanski, E. & Perttunen, V Suomen geologinen kartta 1: : kallioperäkartta LIITTEET Liite 1 Tutkimusalueen ja näytteenottolinjojen sijainti Liite 2 Kairareikien sijainti, reiät R 401 R 406. Linja 1, Koirarakka. Liite 3 Kairareikien sijainti, reiät R 407 R 425. Linja 2, Reutuaapa. Liite 4 Kairareikien sijainti, reiät R 426 R 441. Linja 3, Haukitaipale Liite 5 Näytteiden C-, CaO- ja MgO -pitoisuudet ja happoa neutraloiva kyky LIITTYY MATERIAALI (Geologian tutkimuskeskus, Rovaniemi) Kairasydämet Ohuthieet Analyysitulokset (XRF) Vaahdotuskokeen tutkimusraportti, raportti C/M16/2001/2

11 Liite 1 Tutkimusalueen ja näytteenottolinjojen sijainti ROVANIEMI Tervola 3611 TUTKIMUSALUE TORNIO KEMI Ranua Kilometers LINJA 3 Rovaniemen mlk Tervola LINJA 2 LINJA Kilometers

12 Kairareikien sijainti Linja 1, Koirarakka Liite 2 LINJA 1 R 401 R 402 R 403 R 404 R 405 R Meters

13 Liite 3 Kairareikien sijainti Linja 2, Reutuaapa R 407 R 408 R 409 R 410 R414 R 411 R 412 R 413 LINJA 2 R 425 R 423 R 424 R 421 R 422 R 419 R 420 R 418 R 417 R 416 R Meters

14 Liite 4 Kairareikien sijainti Linja 3, Haukitaipale R 426 R 427 R 428 R 429 R 430 R 431 R 432 R 433 R 434 R 435 R 436 R 437 R 438 R 440 R 439 R 441 LINJA Meters

15 Liite 5 Näytteiden C-,CaO- ja MgO -pitoisuudet ja happoa neutraloiva kyky Reikä Syvyys C (811L) 1) CO 2 2) Tot. karb MgO (XRF) CaO (XRF) 3) Dol % CaO/MgO 4) Kals % 5) Ca 6) Mg 7) NEKY* R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R Keskiarvo ) CO2-pitoisuus = 3,664 x C-pitoisuus 2) Totaalikarbonaatti = 2,09 x CO 2 3) Dolomiitti% = 4,59 x MgO 4) Kalsiitti% = totaalikarbonaatti% - dolomiitti% 5) Ca% = 0,715 x CaO 6) Mg% = 0,603 x MgO 7) happoa neutraloiva kyky Ca:ksi laskettuna kaavalla Ca% + 1,39*Mg%