GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS

Transkriptio

1

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS M19/ /-92/5/8 2 Koskee VIRTASALMI Kaoliiniprojektin loppuraportt i 011i Sarapää Tapio Kuivasaar i Jukka Lehtimäk i Mauri Niemel ä Ahti Nissine n Yrjö Pekkal a Jukka Reinikainen VIRTASALMEN KAOLIINITUTKIMUKSET VUOSINA

3 TIIVI3TELMÄ Geologian tutkimuskeskus (GTK) on tehnyt kaoliinitutkimuksi a Virtasalmella vuodesta 1986 lähtien. Tutkimusten tehostamiseksi perustettiin Virtasalmen kaoliiniprojekti, joka päättyi Kaoliiniprojektin tavoitteena ol i selvittää Virtasalmen kaoliiniesiintymien soveltuvuus pape - rikaoliinin, ensisijaisesti päällystekaoliinin tuotantoon, sekä etsiä uusia kaoliiniesiintymiä Virtasalmelta ja se n ympäristöstä. Tässä raportissa esitetään yhteenveto tutkimuksen tuloksista. Kustakin kaoliiniesiintymästä on laadittu valtausraportit. Ensimmäiset havainnot Virtasalmen kaoliinista tehtiin vuonn a 1986 vanhoista kairasydännäytteistä. Esiintymät paikannettii n maastossa painovoimakarttojen avulla. Kaoliiniesiintymä t aiheuttavat 1-2 mgal :n negatiiviset Bouguer-anomaliat. Painovoimamittauksin rajattiin esiintymä ja arvioitiin rapautumie n massat. Kaoliiniesiintymät ovat magneettisesti neutraaleja, mutta aiheuttavat selvän sähköisen anomalian. Alueelliset painovoimamittaukset sekä matalalentomittauksen magneettise t ja sähköiset kartat soveltuvat hyvin kaoliininetsintään. Valittuja kohteita voidaan tehokkaasti karsia painovoimapro - fiilein ja Sampo-luotauksin. Esiintymien inventointikairau s tehtiin raskaalla iskuporakoneella (296 reikää/13,9 km) j a Wireline-timanttikairauksin (34 reikää/2,6 km). Etsintäkairauksessa käytettiin kevyttä iskuporakonetta (361 rei - kää/7,7 km). Virtasalmen alueen merkittävimmät kaoliiniesiintymät ova t Litmanen, Vuorijoki, Ukonkangas, Eteläkylä, Kandeksaisiensuo, Montola ja Niittylampi. Esiintymät sijaitsevat lähellä toisi - aan, maksimietäisyys 15 km. Kaoliiniesiintymiä peittää metriä paksu maapeite. Kaoliinirapautumien laajuus on muutamia kymmeniä hehtaareja ja kaoliinin paksuus on metriä. Esiintymät liittyvät kvartsi-maasälpägneissi-kar - bonaattikivi-assosiaatioon. Vaaleat kaoliinit ovat syntynee t in situ-tyyppisen rapautumisen tuloksena kvartsi-maasälpä - gneisseistä ja granodioriiteista. Virtasalmen kaoliiniesiintymät sisältävät % kaoliniit - tia, minkä lisäksi kaoliinissa on kvartsia, muskoviittia j a maasälpää. Vaalean kaoliinin vaaleus (alle 20 gm raekoossa ) on % ja värillisen alle 60 %. Alle 20 mikronin raekoko a on noin 60 % ja alle 2 mikronin noin 30 %. Rikastuskokeiss a vaaleasta kaoliinista päästiin osin paperin päällystekaolii - nin (vaaleus > 85 %) ja osin täyteainekaoliinin (79-85 % ) vaaleuksiin. Värillinen kaoliini soveltunee tiilien valmis - tukseen. Virtasalmen esiintymien todennäköiset vaalean kaoliini n varannot ovat noin 18 milj. tonnia, värillistä kaoliinia o n 16 milj. tonnia ja mandollisia kaoliinivarantoja noin 1 5 milj. tonnia. Kauppa- ja teollisuusministeriö myi syksyll ä 1991 Litmasen, Vuorijoen, Ukonkankaan ja Kandeksaisiensuo n valtausoikeudet Kemira Oy :lle.

4 SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO Tutkimuksen tausta ja tavoite Projektiorganisaatio Tutkimuskohteiden sijainti 5 2. TUTKIMUSMENETELMÄT Geofysikaaliset mittaukset ja niiden tulokset Ka i raus Laboratoriotutkimukset ALUEEN GEOLOGISET PÄÄPIIRTEET KAOLIINIESIINTYMÄT Litmanen Vuorij oki Ukonkangas Kandeksaisiensuo Eteläkylä Montola Niittylampi Montilanlampi Hyväj ärvi Tervajoensuo MUUT KAOLIINILÖYDÖKSET JATKOTUTKIMUSKOHTEITA AIHEIDEN ARVIOINTI YHTEENVETO KIRJALLISUUTTA 75

5 3 1. JOHDANT O 1.1 Tutkimuksen tausta ja tavoit e Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) malmiosasto asetti vuode n 1986 alussa kolmivuotisen valtakunnallisen kaoliiniprojektin. Projektin päätavoitteena oli löytää maastamme riittävän suur i ja laadultaan käyttökelpoinen kaoliiniesiintymä, jonka hyväk - sikäytöllä voitaisiin korvata kaoliinin tuontia (Pekkal a 1985). Vuosi 1986 varattiin esiselvityksiin ja vuosina 1987 ja oli tarkoitus ryhtyä yksityiskohtaisiin esiintymätutkimuksiin, mikäli tällaisiin olisi riittäviä perusteita. Esiselvitysvaiheessa vuonna 1986 käytiin systemaattisest i läpi GTK :n vanha näytemateriaali ja tarkistettiin Lopen kai - rasydänaineisto (Sarapää 1987). Tällöin havaittiin Virtasal - men alueen 1960-luvulla kairatuissa kairareikien sydännäyt - teissä runsasta sydänhukkaa, rapautuneita kivilajeja ja myö s lyhyitä pätkiä vaaleaa kaoliinisavea. Rapautuneita kivilajej a sisältävät kairanreiät sijoittuivat painovoimamineihin, jotka erottuivat geofysikaalisilla matalalentokartoilla myös säh - köisinä anomalioina. Syksyllä 1986 poratuissa ensimmäisiss ä etsintärei'issä löydettiin Litmasen ja Ukonkankaan painovoi - maminialueilta vaaleita kaoliinirapautumia. Mineralogiset määritykset osoittivat näytteiden sisältävän runsaasti kao - liniittia (50-70 %) ja raekokoanalyysien mukaan saven (< 2 µm) osuus oli korkea, noin 30 % (Sarapää ja Nissinen 1987). Alkuvaiheissa tutkimuksia tehtiin Ukonkankaan, sittemmi n Litmasen ja Vuorijoen alueilla. Vuoden 1988 lopulla Virtasal - men tutkimuksia päätettiin tehostaa perustamalla Virtasalmen kaoliiniprojekti. Virtasalmen kaoliiniprojektilla oli kolme tavoitetta (Pekkal a 1988). Ensimmäinen ja tärkein tavoite oli selvittää ovatko

6 4 Litmasen ja Vuorijoen esiintymät taloudellisesti hyödyntämis - kelpoisia, ts. onko niissä yhdessä tai erikseen riittävästi paperin päällysteaineeksi kelpaavaa kaoliinia. Tämä tarkoit - ti Litmasen ja Vuorijoen esiintymien kohdalla vähintään 5 miljoonan, mieluummin 10 miljoonan tonnin raakakaoliinimää - rää, joka on rikastettavissa paperikaoliiniksi. Toisena tavoitteena oli Ukonkankaan ja Montolan esiintymie n suuruusluokan ja laadun selvittäminen sekä uusien esiintymien paikallistaminen geologisin ja geofysikaalisin menetelmi n karttalehtien 3231, 3232, 3233 ja 3234 alueilta. Kolmantena tavoitteena oli tieteellisten julkaisujen laatimi - nen projektin tutkimustuloksista. Projektin kesto oli alunperin kolme vuotta, mutta sill e annettiin jatkoaikaa asti, jotta viimevaiheess a löydettyjen Hyväjärven ja Montilanlammen esiintymien tutki - mukset saataisiin päätökseen. Tämän loppuraportin tarkoituksena on esittää yhteenvet o käytetyistä tutkimusmenetelmistä ja löydetyistä kaoliiniesiintymistä. Yksityiskohtaisemmat tiedot kaoliiniesiintymistä löytyvät esiintymäkohtaisista valtausraporteist a (Pekkala ym. 1989a, 1989b ; Kuivasaari ym. 1990, 1991 ; Niemel ä ym. 1990, 1991). 1.2 Projektiorganisaatio Projektin johtoryhmän muodostivat seuraavat henkilöt : Osastonjohtaja Jouko Talvitie puheenjohtaj a Valtiongeologi Kauko Puustine n Geofyysikko Tarmo Jokinen Valtiongeologi Yrjö Pekkala Geologi 011i Sarapää sihteeri

7 5 Projektin vetäjänä toimi Y. Pekkala saakka. Pekka - lan siirryttyä Namibian hankkeen johtajaksi projektisihteer i 011i Sarapää määrättiin kaoliiniprojektin vetäjäksi. Projektigeologeina toimivat Tapio Kuivasaari ja Mauri Nieme - lä. Jukka Reinikainen toimi asti tutkimusassistent - tina ja sen jälkeen geologina. Kenttätutkimuksissa avustiva t tutkimusassistentti Erkki Niskanen ja tutkimustyöntekij ä Hannu Sailamo. Geofyysikko Jukka Lehtimäki vastasi geofysikaalisten mittausten järjestelyistä ja tulosten tulkinnasta. Tutkimusassistentti Ahti Nissinen on vastannut rikastuslabo - ratorion toiminnasta apunaan tutkimustyöntekijä Sirkku Mäen - luoma. Kaoliinin laatuselvityksissä on tehty yhteistyötä Kemir a Oy :n, Oy Lohja Ab :n, Finnminerals Oy :n, Outokumpu Oy :n ja Oy Partek Ab :n kanssa. 1.3 Tutkimuskohteiden sijaint i Kaoliiniprojektin tärkeimmät tutkimuskohteet sijaitseva t Mikkelin läänin Virtasalmen kunnassa. Kaoliinipitoisia rapau - tumia on lisäksi tavattu naapurikunnissa Juvalla ja Joroisis - sa. Pääesiintymät sijoittuvat luode-kaakko -suuntaiseen vyö - hykkeeseen, jonka pituus on n. 20 km ja leveys n. 5 km (kuv a 1 ) Tutkimusraportit on laadittu kaikkiaan yhdeksästä esiintymäs - tä, joista Litmanen, Vuorijoki, Ukonkangas ja Eteläkylä si - joittuvat karttalehdelle , Montola-Niittylampi, Hyvä - järvi ja Montilanlampi lehdelle , Kandeksaisiensu o lehdelle ja Tervajoensuo lehdelle (kuva 1). Näiden lisäksi on tehty useita kaoliinihavaintoja karttalehtien , 09, 11 ja , 07 ja 08 alueilta. Alustavaa etsintätyötä on tehty myös Hankasalmen (3214), Rantasalme n (3233), Varkauden (3234) ja Suonenjoen (3241) alueilla.

8 6 Kulkuyhteydet esiintymille ovat hyvät, sillä ne sijaitseva t pääteiden, paikallisteiden tai hyväpohjaisten metsäautoteide n tuntumassa. Seuraavassa on lueteltu tärkeimpiä maantie-etäisyyksiä Litmasen kaoliiniesiintymältä : Litmanen - Virtasalmi kk 10 km Litmanen - Pieksämäki 35 km Litmanen - Varkaus 63 km Litmanen - Kantala seisake 20 km Litmanen - Loukolampi seis. ja kalkkitehdas 29 km Litmanen - Joroinen (Varkauden lentokenttä) 46 km Litmanen - Juva 26 km Litmanen - Mikkeli 60 km Litmanen - Vuorijoki (kaoliiniesiintymä) 5 km Litmanen - Kandeksaisiensuo (kaol. esiint.) 15 km Litmanen - Ukonkangas (kaoliiniesiintymä) 2 km Litmanen - Eteläkylä (kaoliiniesiintymä) 1 km Tutkimusalueen morfologia on suuntautunut luode-kaakko -suun - taisten drumliiniselänteiden mukaisesti. Osalla drumliineista on kalliosydän, esimerkkinä Litmasen itäpuolella kohoav a Hällinmäki. Kaoliiniesiintymät sijaitsevat alavalla maall a drumliinien välissä, toisinaan järvien alla. Paksu maapeite, yleensä yli 20 metriä, on tyypillistä kaikilla tutkituill a esiintymillä.

9 Kuva 1. Virtasalmen kaoliiniesiintymät ja kaoliinihavainno t topografisella kartalla, mittakaava 1 :

10 8 2. TUTRIMUSMENETELMÄ T 2.1 Geofysikaaliset mittaukset ja niiden tulokse t Virtasalmen alueella on tehty laajoja geofysikaalisia mittauksia Hällinmäen malmiesiintymän tutkimusten yhteydess ä vuosina Tällöin alueella tehtiin systemaattisi a painovoima-, slingram- ja magneettisia mittauksia (Siikarl a 1967, Hyvärinen 1969). Kaoliinitutkimusten yhteydessä vanha a aineistoa on täydennetty erityisesti järvialueiden painovoi - mamittauksin. Virtasalmen alue sisältyy myös v tehtyy n alueelliseen painovoimamittaukseen ja 1988 suoritettuu n matalalentomittaukseen. Kaoliiniesiintymiltä valittiin profiilit, jotka mitattii n useilla eri menetelmillä. Niillä pyrittiin testaamaan rapau - tumien laatua ja menetelmien soveltuvuutta kaoliinirapautu - mien tutkimuksiin. Systemaattisia mittauksia tehtiin Ukon - kankaan ja Vuorijoen alueilla käyttäen magneettista, IP-, VLF- ja slingram-menetelmää. Gravimetrisin profiilimittauksi n ja Sampo-luotauksin on tarkistettu alueellisissa painovoima - mittauksissa esille tulleita minimejä karttalehtien 3231, 3232, 3233, 3234, 3214 ja 3241 alueilla. Geofysikaalisist a tutkimuksista on kuvaukset eri esiintymien raporteissa. Painovoimamittaukse t Virtasalmen alueen 60-luvun painovoimamittaukset ovat olleet avainasemassa etsittäessä kaoliinirapautumia. Mittaukset o n tehty 20 x 100 m tai 20 x. 50 m verkkoon. Noin 400 km2 :n laa - juinen ja pistettä käsittävä aineisto on lähes koko - naisuudessaan kirjoitettu tietokoneelle tulkintoja ja johdan - naiskarttojen piirtoa varten. Laaditut väripinta- ja stereo - kartat osoittavat havainnollisesti laajat kaoliinirapaumat (kuva 2). Kaoliinirapautumat aiheuttavat 1-2 mgal :n negatiivise t Bouguer-anomaliat, joiden suuri gradientti edellyttää lähellä

11 9 pintaa olevaa, ehjää kalliota kevyempää ainesta. Lähes kaikk i kaoliinirapautumien alueella olleet mittausprofiilit o n mallinnettu GTK :ssa S. Elon ohjelmistolla. Tulkinnoissa pää - dyttiin kairausten ja petrofysikaalisten laboratoriomittaus - ten perusteella käyttämään tiheyseroa 0.7 t/m3, joten savimaiseksi rapautuneiden muodostumien tiheys on siten noi n 1.9 t/m3. Rapautumia peittää yleensä tiheydeltään samaa suuruusluokka a oleva m paksu maapeite. Vuorijoella irtomaan maksimipaksuus on 45 m. Maapeitteen ja rapautuman välistä rajapinta a ei voida määrittää painovoimamittauksin. Kairaukset ova t osoittaneet, että rapautuman pohja ja rapautumattomat kalliokynnykset voidaan tulkita hyvällä tarkkuudella. Vaikka laskentamallien ja luonnonmuodostumien dimensiot eroava t yksityiskohdissa toisistaan, pitävät tulkintojen massavajauk - set paikkansa. Painovoimaprofiileista on laskettu rapautumie n kokonaismassat, joita on käytetty näytteenoton ohjaukseen j a yhdessä kairaustulosten kanssa alustavien malmiarvioide n tekoon. Seismiset luotaukset GTK teki Ukonkankaan ja Vuorijoen alueilla Oy Lohja Ab :lle laajan seismisen luotauksen vuonna Tutkimuksessa todet - tiin alueelta löytyvän poikkeuksellisen paksuja irtomaaker - roksia ja rapautumia (Lehtimäki 1984). Tulkinnan mukaa n Ukonkankaan esiintymä sisältää kivilajien kulun suuntaisia vähemmän rapautuneita kerroksia. Maapeitteen ja rapautuma n yhteispaksuudeksi arvioitiin paikoin yli 80 m. Kaoliinitutkimusten yhteydessä seismisiä luotauksia tehtii n Litmasen, Vuorijoen, Montolan ja Kandeksaisiensuon alueilla. Kaikki työt tehtiin GTK :n 12-kanavaisella Abem Trio-seismografilla, 100 m :n vastakkaisluotauksina.

12

13 1 1 Suurimmassa osassa luotauksia 100 m :n etäisyydellä geofonilinjasta ammutut kaukopanokset eivät tavoittaneet kova a kalliota, joten irtomaan ja rapautuman yhteispaksuus o n vähintään 50 m. Kapeissa muodostumissa seismisellä refrak - tioluotauksella ei ole edes teoreettisia mandollisuuksi a paikantaa rapautuman pohjaa. Virtasalmen alueen kaoliini - esiintymillä savimaisen rapautuman seisminen nopeus on tyy - pillisesti m/s. Tämä vastaa moreenin seismist ä nopeutta, joten luotauksilla ei useinkaan saada määritetty ä maapeitteen ja kaoliinisaven rajapintaa. Seisminen nopeus kuvaa yksityiskohtaisesti muodostuman rapau - tumisastetta, joten menetelmällä saadaan luotettava kuv a esiintymän pintaosan rapautumisasteesta. EM-mittaukse t Matalalentomittauksissa kaoliinirapautumat aiheuttavat selvä n anomalian, jonka RE/IM-suhde on esimerkiksi Litmasella 0.3 j a Vuorijoella 1. Lentomittausten perusteella kaoliinisavet voi - daan luokitella heikoiksi johteiksi. Vuorijoella reiässä 50 2 alhaisimmat mitatut ominaisvastukset olivat 10 Ohmm keskiar - von ollessa muodostuman yläosassa 30 Ohmm ja alaosassa 6 0 Ohmm. Litmasella laboratorio- ja geofysikaaliset mittaukset antavat kaoliinisaven ominaisvastukseksi Ohmm. Slingram 1960-luvun slingram-mittauksissa rapautumien kohdalle saatiin ainoastaan heikot imaginäärianomaliat, koska tutkimuksiss a käytetty kelaväli, 40 m, oli liian pieni irtomaapaksuuteen nähden. Kelaväliä kasvattamalla kaoliinirapautumien kohdall e saadaan voimakkaat anomaliat (kuva 3). Slingram-mittausten käyttöä kaoliinimuodostumien rakentee n tutkimuksiin kokeiltiin useilla kelaväleillä ja taajuuksilla. Menetelmällä voidaan määrittää muodostumien rajat, mutt a sisäisen johtavuuden kartoitus ei onnistu, sillä anomaliaan

14 1 2 vaikuttavat samanaikaisesti irtomaakerroksen ja kaoliini n paksuus- ja johtavuusvaihtelut sekä erilaiset reunaefektit. VLF- ja VLF- R Menetelmää testattiin Litmasen, Ukonkankaan ja Vuorijoe n esiintymillä. Lähetinasemana käytettiin Keski-Norjassa si - jaitsevaa JXZ-asemaa, jonka suunta ei ole ihanteelline n tutkimuskohteiden kivilajien kulkuun nähden. VLF-mittauksissa voitiin yleensä karkeasti määrittää rapautu - mien kontakti, mutta muodostumien sisäisestä rakenteesta e i saatu tietoa. Sitävastoin VLF-R menetelmällä saatiin hyvi ä tuloksia kaikissa mittauskohteissa. Esimerkiksi Litmasen profiililla L56.60 näennäinen ominaisvastus rapautuman pääll ä on noin 100 Ohmm ja vaihekulmamaksimit noin 65 astetta (kuv a 3). Arvoista voidaan tulkita rapautuman ominaisvastukseks i noin 30 Ohmm. Myös Ukonkankaan ja Vuorijoen esiintymillä VLF - R mittauksesta on voitu tulkita irtomaakerroksen paksuus j a kaoliinisaven ominaisvastus. Sampo-luotaukse t GTK :een hankittiin Sampoksi nimetty EM-luotauslaitteisto v Menetelmässä tutkimuksen maksimisyvyyden määrää lähe - tinsilmukan ja vastaanotinkelan etäisyys. Laitteessa on 8 1 mittaustaajuutta, jotka kattavat kaistan Hz. Yks i luotaus kestää 5-15 minuuttia. Useilla taajuuksilla mitattujen magneettikentän vertikaali- ja horisontaalikomponent - tien suhteen avulla voidaan tulkita maankamaran kerroste n johtavuutta ja paksuutta. Litmasen profiililla L56.60 (kuva 3) jonomittauksena tehdyt Sampo-luotaukset rajaavat kaoliinirapautuman yksikäsitteises - ti. Johtavimmissa täydellisesti rapautuneissa osissa luotauk - sen näennäisen ominaisvastuksen taso on alle 100 Ohmm, kun se ehjässä sivukivessä on noin Ohmm. Kaoliinirapautuma näkyy selvästi eri taajuuksien magneettikentän kaltevuutta,

15

16 1 4 elliptisyyttä ja maan johtavuutta kuvaavissa profiileissa. Profiilista ei havaita esiintymän koillisreunassa olevaa sitä jakavaa kapeaa rapautumatonta amfiboliittijaksoa. Mittaukse n erotuskyky saattaisi olla parempi pienellä pistevälill ä tehdyssä rintamamittauksessa. Laaja-alaisella rapautumalla, jossa lähetin ja vastaanotinkelat ovat rapautuman päällä, Sampo-syvyysmuunnoksista voidaa n arvioida irtomaakerroksen paksuutta sen ollessa riittäv ä (> 20 m). Tulkinnasta ei saada tarkasti kaoliinin paksuutt a ja johtavuutta vaan niiden tulo. Magneettiset mittaukse t Virtasalmen kaoliinirapautumat ovat syntyneet epämagneettise n kiven rapautuessa paikalleen, joten kaoliinimuodostumat ova t magneettisesti neutraaleja. Esimerkiksi Litmasen esiintym ä sijaitsee magneettisten anomalioiden välisessä minimivyöhyk - keessä (kuva 3). Muodostumaa jakava, sen koillisreunass a sijaitseva, amfiboliittijakso näkyy rapautuman alle vaimenevana anomaliana. Magneettisilla mittauksilla ei saatu detaljitietoa its e rapautumien sisäisestä rakenteesta. Kuitenkin laajoilt a alueilta saatavissa olevat aeromagneettiset kartat ova t tärkeitä etsittäessä uusia kaoliinirapautumaa. IP-mittaukse t IP-mittauksilla yritettiin kartoittaa grafiittipitoisi a vyöhykkeitä kaoliinista. Vuorijoella kokeiltu gradienttimit - taus FP-vaihe-IP :llä epäonnistui, koska johtavalla muodostumalla mitatut jännitteet olivat liian pieniä vaihe-ero n laskemiseksi. Tuloksista pystyttiin kuitenkin laskemaa n näennäinen ominaisvastus, joka on rapautumalla laajall a alueella n. 40 Ohmm.

17 1 5 Dipoli-dipoli -mittausta kokeiltiin Scintrex-pulssi-IP lait - teella linjalla L59.60 käyttäen elektrodijärjestelmän arvoj a a = 20 m, N = 3 ja 4. Rapautuman päälle saatiin anomaliota, joiden yhteyttä grafiittiin ei ole osoitettu. Paksusta irto - maasta johtuen mittauksessa toimittiin elektrodijärjestely n syvyysulottuvuuden ja laitteen lähetystehon ylärajalla, mikä vaikeuttaa tulkintaa. Lasketuista vastusarvoista voidaa n rajata rapautuma, mutta muodostuman alueella ominaisvastukse n muutokset aiheutunevat paljolti irtomaan paksuus- ja koostumuseroista. Uusien kaoliinirapautumien etsint ä Virtasalmen kaoliiniesiintymien geofysikaalisissa tutkimuk - sissa saatuja kokemuksia käytettiin hyväksi uusien aiheide n etsinnässä. Töitä tehtiin 70 :n 1 : karttalehden ( , 3214, 3241) alueella. Tuloksena voitiin paikantaa Kangaslanden-Peipusen-Kuikkalanjoen kaoliinirapautumajakso ( ). Laajoilta alueilta tehtävän kaoliininetsinnän edellytyksen ä ovat geofysikaaliset matalalentokartat ja alueellinen paino - voimakartta. Painovoimamittauksen tiheyden pitää olla vähin - tään 5-6 pistettä/km2, jotta merkittävät kaoliiniesiintymä t löydettäisiin. Etsinnän esivaihe tehtiin karttatyönä, jossa vertailtii n keskenään kivilajikarttaa ja alueellista painovoimakarttaa, matalalentomittauksen sähköisiä ja magneettista karttaa sekä peruskarttaa. Erityistä huomiota kiinnitettiin kvartsi-maa - sälpägneissi-karbonaattikivijakson seuraamiseen ja siihe n liittyviin painovoimaminimeihin, jotka tiedettiin kaolii - ninetsinnän kannalta kriittisiksi. Tavoitteena oli löytä ä heikosti sähköä johtavat painovoimaminimit, jotka sijaitseva t magneettisesti neutraaleilla alueilla. Kriteerit täyttävie n kohteiden yli pyrittiin mittaamaan paljastumalta paljastumal - le kulkevat painovoimaprofiilit.

18 1 6 Profiilimittauksesta paksujen maapeitteiden ja rapautumien aiheuttamat anomaliat voidaan usein tunnistaa suuresta gra - dientista, jonka voi aiheuttaa ainoastaan lähellä pinta a oleva suuri tiheyden muutos. Paksujen maapeitteiden ja savi - naisten rapautumien anomalioille on tyypillistä myös niide n "kohinattomuus". Mittauksissa löydetyt merkittävät painovoi - maminimit mallinnettiin, jolloin saatiin käsitys maapeittee n ja mandollisen rapautuman yhteispaksuudesta. Paikannetuilla painovoimaminimeillä tehtiin Sampo-luotauksia, joilla voidaan nopeasti erottaa tavanomaiset paksut resistii - viset maapeitteet sähköä johtavista kaoliinirapautumista. Koska yksi luotaus kestää yleensä alle 10 minuuttia, menetel - mällä voitiin tarkastaa 3-4 kohdetta päivässä. Laaja-alai - silla rapautumilla Sampo-luotauksista voidaan arvioida myö s irtomaakerroksen ja rapautuman paksuutta sekä sähkönjohta - vuutta. Geofysikaalisilla mittauksilla ei saada riittävää tieto a rapautuman laadusta, joten näytteenotto on välttämätöntä j o tutkimusten alkuvaiheessa. Geofysikaalisten mittausten perus - teella voidaan näytteenottoa kuitenkin vähentää ja tarkentaa. Päätelmä t Merkittävät kaoliinirapautumat eroavat ympäristöstään t i- heydeltään, sähkänjohtavuudeltaan ja seismiseltä nopeudeltaan. Esiintymät ja niiden isäntäkivi ovat magneettisest i neutraaleja. Rapautumien rajojen ja massojen määrityksessä painovoimamit - taus on osoittautunut tehokkaaksi perusmenetelmäksi. Sampo - luotauksilla voidaan nopeasti erottaa paksut resistiivise t maapeitteet sähköä johtavista savimaisista rapautumilta. Tulkinta antaa myös hyvän arvion maakerroksen paksuudesta j a rapautuman sähkönjohtavuudesta. Refraktioseismisin luotauksin

19 17 voidaan kontrolloida ja parantaa painovoimatulkintaa. Seismi - nen nopeus kuvaa hyvin esiintymän rapautumisastetta ja homogeenisuutta. Alueelliset painovoimamittaukset sekä matalalentomittaukse n magneettiset ja sähköiset kartat soveltuvat hyvin kaoliinira - pautumien etsintään. Valittuja kohteita voidaan karsia tehok - kaasti painovoimaprofiilein ja Sampo-luotauksin. Geofysikaaliset parametrit eivät yksistään anna riittävä ä kuvaa rapautumien laadusta tai koostumuksesta. Niillä voidaan kuitenkin tehokkaasti ohjata näytteenottoa ja vähentää sen tarvetta. 2.2 Kairaus Pääasiallisena näytteenottomenetelmänä Virtasalmen kaoliini - esiintymissä oli raskas iskukairaus (taulukko 1). Raskaalla iskuporakoneella tehtiin kaikkiaan 296 reikää, joiden yh - teispituus on 13,9 km. Neljällä kohteella käytettiin lisäks i wireline-kalustolla varustettua timanttikairauskonetta, joll a kairattiin 34 reikää eli noin 2,6 km. Raskaan näytteenoto n kokonaismäärä oli 16,5 km, josta maakairauksen osuus noi n 40 %. Kevyellä iskukairauskalustolla tehtiin kaikkiaan 36 1 reikää (noin 7,7 km), ja sitä käytettiin uusien esiintymie n etsinnässä ja niiden alustavassa rajaamisessa. Geologian tutkimuskeskuksen kevyttä iskukairausta (Illern ) lukuunottamatta näytteenotto teetettiin urakoitsijoilla. Seuraavat yhtiöt osallistuivat näytteenottoon : Maa ja Vesi Oy (raskas iskukairaus), Suomen Malmi Oy (raskas iskukairaus, wireline-kairaus), Terraplan Oy (kevyt iskukairaus, wireline - kairaus), Suomalainen Insinööritoimisto Oy (kevyt iskukairaus), Malmikaivos Oy (raskas iskukairaus). Tavallisesta kalliokairauksesta kaoliininäytteenotto eroaa siinä, että kaoliini on pehmeää ja liettyy helposti huuhteluveden vaikutuksesta.

20 Taulukko 1. Reikämäärät ja kairausmetrit kohteittain eri näytteenotto - menetelmien mukaan jaoteltuna. Virtasalmen tutkimuskohteille on luonteenomaista paksu maa - peite, yleensä yli 20 m. Se on kuitenkin ollut enimmäkseen harvakivistä silttimoreenia, eikä sen läpäisy tuottanu t suuria vaikeuksia muualla kuin Vuorijoen esiintymän länsi - osassa. Siellä tavattiin lohkareita moreenissa tavanomaist a enemmän, ja lisäksi alueella esiintyy paikoin kivettynytt ä moreenia. Kaoliiniesiintymien materiaali vaihtelee pehmeästä plastises - ta savesta jäykkään silttimäiseen saveen. Näytteenotossa täm ä näkyi iskukairauksen tunkeutumisnopeuksissa. Lisäksi jäykkä silttimäinen kaoliini oli toisinaan erittäin vaikea saad a ulos näyteputkesta. Vaikeinta näytteenotto oli tapauksissa, jossa kaoliinin seassa esiintyi kovia kvartsikiviä. Kairauk - sessa kivipalanen saattoi tulpata näyteputken kärjen j a aiheuttaa sydänhukkaa.

21 1 9 Wireline-timanttikairau s Wireline-kairauksessa reiän putkitus järjestyy automaattises - ti, koska pelkästään näytteenotin nostetaan ylös vaijeri n avulla ja ainoastaan teränvaihto vaatii koko kaluston noston. Näytteen halkaisija oli 56 mm. Wireline-kairausta (Suomen Malmi, Longyear) käytettiin Ukonkankaan esiintymällä ensim - mäisen kerran vuonna Esiintymän pehmeässä rapautumass a on runsaasti rikkonaista kvartsikiveä, joka kulutti teriä j a vaati runsasta huuhteluveden käyttöä, mistä johtuen kaoliini a liettyi ja aiheutui sydänhukkaa. Toisaalta liian alhainen vesimäärä johti vesikanavien tukkeutumiseen ja näyteputken juuttumiseen, jonka seurauksena kalusto oli nostettava ylös. Sydänhukka Ukonkankaalla oli %, keskimäärin 34 % ( R ), ja useimmat reiät jouduttiin lopettamaan teknisii n vaikeuksiin. Vaikeuksia oli myös Terraplanin Longyear WL - kalustolla Litmasen ja Vuorijoen esiintymillä. Sydänhukan (n. 30 %) lisäksi reikiä jouduttiin keskeyttämään teknisiin vai - keuksiin. Litmasen, Vuorijoen ja Eteläkylän esiintymillä käytettii n Diamant Boart WL -syväkairauskonetta (Suomen Malmi Oy), j a siellä sydänhukan osuus oli %. Terätyypeistä parhaim - maksi osoittautui ns. poskihuuhteluterä, jota käytettäess ä näyte joutuu mandollisimman lyhyen aikaa tekemisiin huuhtelu - veden kanssa. WL-kairauksen etu on näytteen primäärirakentei - den vähäinen häiriintyminen ja mandollisuus saada sydännäy - tettä sekä terveestä että eri asteisesti rapautuneesta isän - täkivestä. Myös pehmeiden sedimenttikivien kairaus Naakkimas - sa onnistui hyvin WL-kalustolla. Raskas iskukairau s Valtaosa näytteenotosta (noin 60 %) toteutettiin raskaalla iskuporauskalustolla. Näytteen halkaisija oli 50 mm. WL-kai - raukseen nähden etuja olivat nopeammat muutot reikien välillä ja tehokkaampi maapeitteen lävistys. Reikien sortumisen estä - miseksi käytettiin iskukairauksessa suojaputkitusta, mikä

22 2 0 hidasti työtä ja lisäsi kustannuksia. Iskukairaus osoittautu i selvästi edullisemmaksi kuin WL-kairaus. Iskukairauksen putkinäytteenottimella ei saada sydännäytettä kovasta kalliost a eikä heikosti rapautuneesta regoliittiosasta. Näytteenotossa pehmeän rapautuman loppuminen varmistettiin vaihtamalla putkinäytteenottimen tilalle ristipääkruunu, jolla ajettiin 2-3 m kovaan rapautumaan tai kallioon. Osa huuhteluveden mukana nousevasta soijasta taltioitiin näyte - laatikkoon. Raskaassa iskukairauksessa sydänhukka oli 0-25 %. Sydänhukka aiheutui joko näytteen putoamisesta nostossa tai näytteenot - timen tukkeutumisesta näytteenottovaiheessa. Usein reiä t täytyi lopettaa teknisiin vaikeuksiin. Tavallisin syy ol i poraustankojen katkeaminen reiässä. Kevyt iskukairau s Kevyttä kalustoa (A-Sondi, Illern) käytettiin kohteide n etsintävaiheessa. Näytteenotin ajettiin kaoliiniin ilma n suojaputkitusta. Yleensä reiät pysyivät auki sortumatta 1-4 näytenoston ajan. Näytteen halkaisija oli 25 mm ja pituu s yksi metri. Alkuvaiheissa kokeiltiin Cobran ja Pikku-Pollen käyttökelpoi - suutta. Kummankaan teho ei ole riittävä paksuissa maapeitteissä, koska vesihuuhtelumandollisuutta ei ollut. Pumppausnäytteenott o Koska kaoliini on veteen helposti liettyvää, on tätä ominai - suutta hyödynnetty, kun reiästä on haluttu saada kairasydänt ä suurempi näytemäärä, esim. koerikastustarpeisiin. Menetelmäs - sä iskukairauskoneen näytteenotin ajetaan huuhteluvettä kok o ajan käyttäen näytteenottovälin verran kaoliiniin (yleens ä ajotangon mitta eli 1,8 m). Tämän jälkeen tehdään porauska - lustolla kirnuavaa liikettä, jolloin huuhteluveden pyörteinen

23 2 1 virtaus irrottaa reiän seinämästä kaoliinia ja ylös noussu t kaoliinipitoinen huuhteluvesi kerätään muovitynnyreihin. Pumppausnäytteenottoa tehtiin Ukonkankaan, Litmasen ja Vuori - joen esiintymillä. Esiintymäkohtaisten raporttien lisäksi näytteenottoa on käsitelty Vuorimiesyhdistyksen Kairaus-89 koulutuspäivien esitelmämonisteessa (Kuivasaari 1989). 2.3 Laboratoriotutkimukse t Ennen raportointia kairasydännäytteiden annettiin kuivua noi n vuorokauden ajan, jonka jälkeen niistä kuorittiin puukoll a millimetrin paksuinen kontaminaatiokerros. Sen jälkeen geolo - gi raportoi kairasydämet ja valitsi näytteet laboratoriotut - kimuksiin 2-3 metrin ja rikastuskokeisiin 5-20 metrin pi - tuisina pätkinä. Lisäksi kaikki kairasydännäytteet valoku - vattiin. GTK :n teollisuusmineraalilaboratoriossa kaoliinista erotet - tiin laskeuttamalla alle 20 mikronin fraktio, josta määritet - tiin Minolta-värimittauslaitteella vaaleus ja keltaisuu s (taulukko 2). Mittaustulokset kalibroitiin standardien avull a Elrepho-mittauksia vastaaviksi (ISO-vaaleus). GTK :n kemian laboratoriossa tehtiin XRF-silikaattianalyysi t (menetelmä 713x) ja ja rikkianalyysit (Leco) er i näytefraktioista. Kaoliininäytteiden mineraalikoostumus mää - ritettiin kallioperäosastossa XRD :llä. Kaoliinin raekoko - analyysit tehtiin maaperäosastossa Sedigraph-partikkel1 - analysaattorilla. Rikastuskokeet tehtiin Kemira Oy :n Espoon tutkimuslaitokses - sa. Prosessi käsitti seulonnan 0.1 mm seulalla, syklonoinni n (< 2 µm), vahvamagneettisen puhdistuksen ja kemiallisen val - kaisun. Rikasteiden vaaleus määritettiin Elrepholla ja vis - kositeetti Brookfield-viskometrillä (taulukko 2).

24 2 2 Taulukko 2. Laboratoriotutkimukset vuosina Määritys Laboratorio Menetelmä Kp l Raekoko <20 µm GTK, teoll.min fraktiointi Raekoko GTK, maaperä Sedigraph 84 8 Vaaleus GTK, teoll.min Minolta Silik. anal. GTK, kemian lab. XRF, Leco Mineraalikoost. GTK, kallioperä XRD Rikastuskokeet Kemira Oy 28 1 Viskositeetti Kemira Oy Brookfield 6 9 Kuluttavuus Lohja Oy 2 2 Tiilikokeet Suomen 7 teollisuus Tiilikokeet Lohja Oy 4 3. ALUEEN GEOLOGISET PÄÄPIIRTEE T Virtasalmella tehtiin luvuilla voimaperäist ä malminetsintää, jonka tuloksena löydettiin Hällinmäen Karsikummun kuparimalmi sekä joukko pieniä malmioita (Hyvärinen 1969). Tutkimusalue (kl 3231, 3232) kuuluu Savon liuskealueeseen j a sitä hallitsee luode-kaakko -suuntaisten suprakrustiste n kivilajien (etenkin kiillegneissien) runsaus, joihin o n tunkeutunut eri kokoisia ja muotoisia syväkiviplutoneja (kuv a 4). Alueen kivilajit ovat voimakkaasti deformoituneita j a kaateiltaan jyrkkiä (70-90 koilliseen tai pohjoiseen), eivätkä alkuperäiset rakenteet ole yleensä tunnistettavissa. Suprakrustisten kivien stratigrafinen tulkinta on hankala a johtuen korkeasta metamorfoosiasteesta ja poimutuksesta. Kiillegneissien ja amfiboliittien läheisyydestä tai kontak - teista tavataan usein dolomiittisia karbonaattikiviä ja

25 2 3 kvartsi-maasälpägneissejä, joihin myös kaoliiniesiintymä t liittyvät. Tutkimusalueen karbonaattikivet on kuvattu Reini - kaisen (1991) pro gradu -tutkielmassa. Tonaliitti on alueen hallitseva syväkivilaji ja siihen liit - tyy usein dioriittisia osia. Emäksiset peridotiitti- j a gabropahkut liittyvät yleensä linsseinä alueen happamii n jäseniin. Juvalta Makkonen (1992) on esittänyt kerrosjärjestykseks i nuoremmasta vanhempaan : ultramafinen vulkaniitti ; mafinen vulkaniitti (diopsidiamfi - boliitti) ; intermediäärinen vulkaniitti (sarvivälkegneissi) ; felsinen vulkaniitti ; kvartsi-maasälpägneissi ; kalkkikivi, chertti, rautamuodostuma ; kiillegneissi. Kivilajiston ikä tunnetaan melko tarkasti. Joroisten Viholanniemen kvartsi-maasälpägneissistä määritetty zirkonin U/Pb -ikä on 1906 ± 4 Ma ja Pieksämäen tonaliitin zirkonin U/P b -ikä 1903 ± 10 Ma (Vaasjoki ja Sakko 1988). Nuorin säilynyt kivilajiyksikkö on Iso-Naakkiman myöhäispro - terotsooinen (Uutela, suullinen tiedonanto) sedimenttikivi - muodostuma, joka koostuu rapautuneen kiillegneissin pääll e kerrostuneesta kvartsihiekkakivestä, kaoliinista, silttiki - vestä ja savikivestä. Pyöreän muotoisen muodostuman halkaisi - ja on noin 2 km ja paksuus n. 100 m. Se löydettiin kaoliinitutkimusten yhteydessä, kun tarkistettiin kairauksi n alueellisissa painovoimamittauksissa esille tullutta minimiä. Raahe-Laatokka -vyöhykkeen painovoimahauta kulkee NW-S E -suunnassa karttalehden 3232 koillisosan halki. Luodekaakko -suuntaiset ruhjeet tai topografiset lineamentit ova t tyypillisiä Virtasalmella ja sen ympäristössä. Tämän suuntai - set kallioperän murrokset korostuvat satelliitti- ja ilmaku - vissa ehkä liikaakin johtuen samansuuntaisesta glasiaali - eroosiosta. Toisaalta painovoimakartat ja magneettiset harmaasävykartat osoittavat murrosten olemassaolon.

26 Kuva 4. Tutkimusalueen kivilajikartta 1 : Yksinkertaistettu Pekkarisen ja Hyvärisen (1984) j a Vorman (1971) kallioperäkartoista.

27 2 5 Painovoima- ja magneettisten karttojen mukaan osa kaoliiniesiintymistä liittyy luode-kaakko -suuntaiseen ruhjevyöhykkeeseen. Selkeimmin ruhjeisiin liittyvät Ukonkankaan j a Hyväjärven kaoliiniesiintymät. Ruhjekontrollia tärkeämp i näyttää olevan kivilajikontrolli. Useimmat esiintymät ova t kvartsi-maasälpägneisseistä, kiillegneisseistä, karbonaatti - kivistä ja amfiboliiteista koostuvassa kivilajiassosiaatios - sa. Virtasalmen kaoliiniesiintymät ovat säilyneet eroosiolt a mandollisesti siten, että siirrosten rajaamat lohkot ova t vajonneet alaspäin. Heikosta alueellisesta eroosiosta kerto o myös Iso-Naakkiman säilyminen ja Hepolandessa tavattu Eem - kautta vanhempi interglasiaalikerrostuma (Nenonen 1992), jok a löydettiin kaoliinikairausten yhteydessä. Rapautumavyöhykkeiden kivilaji t Kaoliiniesiintymien isäntäkivi ja niiden in situ-alkuperä on monin paikoin selvitetty kairauksin. Virtasalmen kaoliinira - pautumissa on lisäksi tallella alkuperäisiä reliktisiä raken - teita ja resistantteja mineraaleja, joiden perusteella kao - liinin isäntäkivilaji on pystytty selvittämään. Litmasen, Vuorijoen ja Ukonkankaan kaoliinirapautumat ovat syntyneet kvartsi-maasälpägneissien, amfiboliittien, kiille - gneissien ja tonaliittien rapautumisessa. Esiintymien rapautumavyöhykkeen kontakteista on tavattu lisäksi karbonaattiki - veä. Eteläkylän kaoliini on muodostunut grano- ja kvartsidioriittien sekä vähäisemmässä määrin amfiboliitin rapautumisesta. Esiintymään liittyy läheisesti myös karsikivivyöhyke, jonk a yhteydessä on Karsikummun Cu-malmi ja kalsiittikiviesiintymä. Montolan-Niittylammen ja Kandeksaisiensuon isäntäkivilajein a ovat kiillegneissi, kvartsi-maasälpägneissi ja amfiboliit-

28 2 6 ti. Kairauksissa on tavattu myös karbonaattikiveä rapautuma n reunavyöhykkeessä. Vaalean kaoliinin muodostumisen kannalta otollisimpana kivi - lajeina ovat plagioklaasirikkaat kivet, joita ovat aluee n kvartsi-maasälpägneissit ja tonaliitit. Kvartsi-maasälpägneissit ovat hieno- tai keskirakeisia grano - blastisia kiviä, joissa havaitaan paikoin kerroksellisuutee n viittaavaa raitaisuutta. Päämineraaleina ovat kvartsi, pla - gioklaasi (oligoklaasi-andesiini), mikrokliini, usein biotiitti ja muskoviitti. Aksessorisina tavataan apatiittia, titaniittia ja granaattia. Opaakki on useimmiten rikkikiisua ja grafiittia (taulukko 3). Tonaliitit ovat keski- tai karkearakeisia ja eivät juurikaa n poikkea asultaan tai koostumukseltaan kvartsi-maasälpägneis - seistä. Taulukko 3. Virtasalmen alueen kivilajien mineraalikoostumuksia (%). Laskettu pistelaskurilla (1000 pistettä). 1. Kvartsi-maasälpägneissi R 384/40,5 m Ukonkanga s 2. Tonaliitti R 389/33,0 m Ukonkanga s 3. Kvartsi-maasälpägneissi JPR Litmane n 4. Kvartsi-maasälpägneissi VRS-68/R 188/51,7 m Litmanen 5. Kvartsi-maasälpägneissi R 504/59,1 m Vuorijok i 6. Kvartsi-maasälpägneissi R 510/52,9 m Vuorijoki

29 RAOLIINIESIINTYMÄ T 4.1 Litmanen Litmasen kaoliiniesiintymä sijaitsee Hällinmäen kylässä, Vir - tasalmen kirkolta 9 kilometriä etelään (kuva 1). Litmasen esiintymä on luode-kaakko -suuntaisten drumliiniharjanteide n välisessä laaksossa (n. 100 m mpy). Osa esiintymästä o n Litmasen lammen alla. Alueen kallioperä koostuu diopsidiamfiboliitista, kvartsi - maasälpägneissistä ja kiillegneissistä, jotka rajoittuva t esiintymän itäpuolella Hällinmäen kvartsidioriittiin (kuva 5). Kairausten ja gravimetristen mittausten perusteella rapautuma-alue on 950 metriä pitkä ja metriä leveä (kuv a 6), ja rapautumaton amfiboliittijakso jakaa sen kahtee n osaan. Rapautuma-alueelta on paikallistettu neljä erillist ä vaalean kaoliinin osa-aluetta. Kaoliinialueita ympäröivä, kartalla vihreällä merkitty, rapautuma käsittää sekä tummat kaoliniittiset savet ett ä kovia ja pehmeitä osia sisältävät saproliitit. Kaoliinin päällä olevan m paksun maapeitteen yläos a (4-5 m) kostuu turpeesta (paikoin liejusta), hiekasta j a savesta pääosan ollessa hiekkamoreenia. Kaoliinin värivaihte - luja on tulkittu kontrolloivan lähes pystyasentoinen kivila - jien kerrosvaihtelu (kuva 7). Vaalean kaoliinin paksuu s on maksimissaan 80 metriä ja leveys yli 100 metriä. Vaale a kaoliini vaihettuu värillisen (yleensä vaalean ruskean ) kaoliinin tai tumman kaoliniittisen saven ja saproliiti n kautta terveeksi kallioksi. Vaihettumisvyöhykkeen paksuu s vaihtelee muutamasta metristä pariin kymmeneen metriin.

30 2 8 Litmasen vaalea kaoliini vaihtelee väriltään valkoisesta vaa - leanharmaaseen ja kellertävän harmaaseen (kuva 8). Sen vaaleus alle 20 mikronin raekoossa on % (ka. 72 %) ja kel - taisuus keskimäärin 13 % (taulukko 4). Vaaleaa kaoliinia o n kaoliinin kokonaismäärästä kaksi kolmasosaa. Loppuosa kaoliinista muodostuu värillisestä kaoliinista, joka on kellan - ruskeaa tai joskus punaista. Sen vaaleusarvot ovat yleens ä selvästi alle 60 % ja keltaisuusarvot korkeat, yleensä kym - meniä prosentteja. Litmasen kaoliinia luonnehtii hienojen raekokofraktioide n runsaus. Sedigraph-määritysten mukaan kaoliinisaven alle 2 mikronin raekoon osuus on 32 % ja alle 20 mikronin osuus 6 5 %. Esiintymän eri osissa raekokovaihtelu on vähäistä. Litmasen vaalea raakakaoliini sisältää kaoliniittia keskimää - rin 67 % ja kvartsia 28 %. Lisäksi siinä on hieman kalimaasälpää, muskoviittia, plagioklaasia, biotiittia ja joskus sideriittiä. Alle 20 mikronin raekoossa on kaoliniitti a keskimäärin 97 % ja lisäksi vähän kvartsia, muskoviittia, kalimaasälpää ja plagioklaasia. Montmorilloniittia on tavattu vain parissa näytteessä. XRD-määritysten mukaan 65 % tutki - tuista näytteistä koostuu pelkästään kaoliniitista. Värillinen raakakaoliini sisältää kaoliniittia 74 % ja kvartsia 19 %. Kellertävä väri aiheutuu götiitistä ja punaine n hematiitista. Lisäksi siinä on hieman montmorilloniittia, kalimaasälpää, sideriittiä, biotiittia, muskoviittia ja plagioklaasia. Alle 20 mikronin fraktiossa on kaoliniittia 98 % sekä hieman montmorilloniittia, muskoviittia, plagioklaasia, kvartsia, biotiittia ja sideriittiä. Vaalean kaoliinin F e 2O3-pitoisuus on keskimäärin 1,5 % j a värillisen kaoliinin on 6,8 %, joissakin yksittäisissä näytteissä jopa %. Vaalean kaoliinin alle 20 mikronin rae - koossa Fe 2O3-pitoisuus on 0,6 % ja värillisen kaoliinin 6,0 %.

31

32 3 0 Kuva 6. Litmasen kaoliiniesiintymä.

33

34 3 2 Kuva 8. Litmasen vaaleaa (A) ja värillistä kaoliinia (B ) sekä diopsidiamfiboliittia (B, tumma). Värillisessä kaoliinissa näkyvissä primääriraitaisuus.

35 3 3 Litmasen vaalean raakakaoliinin Ti O 2-pitoisuus on suhteellisen korkea, keskimäärin 1,5 %. Se on lähes yhtä korkea niin raakanäytteessä kuin hienofraktiossakin. Hienofraktioista (< 2 0 µm, < 2 µm) tehtyjen raskasnesteseparointien ja XRD-määri - tysten perusteella titaani on anataasissa ja ilmeniitissä. Kemiran tekemien laboratoriomittakaavaisten rikastuskokeide n perusteella Litmasen vaaleasta kaoliinista (vaaleus > 60 % ) saadaan tuotteita, joiden vaaleus on riittävä osin paperin päällyste-(vaaleus > 85 %) ja osin täyteainekäyttöön (vaaleu s %, taulukko 5). Joissakin tapauksissa myös värillisest ä kaoliinista saadaan riittävän hyviä vaaleusarvoja em. käyttö - tarkoituksiin. Kuluttavuuskokeissa Litmasen kaoliinille saa - tiin arvoja (4,9-18,0 g/ m2), jotka ovat varsin hyviä päällystekaoliinille (ECC :n SPS :n arvo on 18 g/ m2 ). Kaoliini n viskositeettiarvot vaihtelevat suuresti. Koska testit o n tehty häiriintyneistä kairasydännäytteistä, tuloksiin on suh - tauduttava varauksella. Tiiliteollisuustestien mukaan Litma - sen kaoliini soveltuu korkean lämpötilan tiilien raaka-aineeksi selvästi paremmin kuin normaalit glasiaalisavet. Litmasen todennäköiset kaoliinivarannot ovat yhteensä 6.3 Mt, josta vaaleaa kaoliinia on 4.3 Mt ja värillistä kaoliinia 2. 0 Mt. Laboratoriotutkimusten ja alustavien rikastuskokeide n perusteella näyttää siltä, että Litmasen vaaleasta kaoliinis - ta on mandollista saada paperikaoliiniksi kelpaavaa tuotetta. Värillisellä kaoliinilla voi olla käyttöä ja keraamisessa teollisuudessa.

36 3 4 Taulukko 4. Litmasen kaoliinin keskimääräisiä ominaisuuksia (%).

37 Taulukko 5. Rikastuskokeiden keskimääräisiä vaaleus ja analyysituloksia (XRF). 3 5

38 Vuorijok i Vuorijoen kaoliiniesiintymä sijaitsee 5 kilometriä Litmase n esiintymästä luoteeseen. Vuorijoen alueen kallioperä muodos - tuu kairausten perusteella pääosin kvartsi-maasälpägneissist ä ja kiillegneissistä, joihin molempiin liittyy paikoin grafiitti- ja rikkikiisupitoisuutta. Alueella esiintyy myö s amfiboliitteja ja karbonaattikiviä. Esiintymällä on kande n pienen joen, Vuorijoen ja Isojoen yhtymäkohta. Isojoki jaka a Vuorijoen esiintymän kahteen osaan. Joen länsipuolista osaa kutsutaan Länsiosaksi ja itäpuolista osaa Itäosassi. Vuorijoen rapautuma-alue on 58 hehtaaria (kuvat 5 ja 9) j a kaoliinia esiintyy noin 20 hehtaarin alueella. Länsiosassa o n kaoliinia alueella, jonka pituus on 450 metriä ja leveys 20 0 metriä. Maapeite, joka on harvakivistä hiekkamoreenia, on metriä paksu. Kaoliinin paksuus on paikoin yli 60 m, yleensä m. Itäosan kaoliini on kaksiosainen. Pääosan pituus on 450 metriä ja leveys 300 metriä. Eteläisen, pienemmän alueen pituus on 300 metriä ja leveys vajaat 100 metriä. Itäosassa maapeitteen paksuus on metriä (keskiarvo 2 4 metriä). Pääosa maapeitteestä on hiekkamoreenia, mutta paikoin alimpana on parin metrin paksuinen kivettynyt moreenikerros. Kaoliinin paksuus on paikoin jopa 70 metri ä (kuva 10). Vuorijoen kaoliini on väriltään vaalean harmaata, punertavaa, kellanruskeaa tai harmaata (kuvat 11-13). Vaalean kaoliini n vaaleus on yli 60 %, värillisen ja harmaan alle 60 % (tauluk - ko 6). Itäosan kaoliinin laatu vaihtelee melkoisesti. Poikkileik - kauksesta nähdään (kuva 10), että vaalea, värillinen j a harmaa kaoliini vuorottelevat. Kaoliinin isäntäkivenä on kvartsi-maasälpägneissi, joka sisältää paikoin kiillerikkaita välikerroksia ja grafiittia, mikä heijastuu kaoliinin väris - sä.

39

40 Kuva 10. Poikkileikkaus Vuorijoen Itäosasta. 3 8

41 3 9 Kuva 11. Vuorijoen vaaleaa kaoliinia (A) ja sen isäntäkiveä kvartsi-maasälpägneissiä (B).

42 4 0 Kuva 12. Vuorijoen värillistä kaoliinia.

43 43. Kuva 13. Vuorijoen harmaata hieman grafiittia sisältävä ä kaoliinia (A) ja vihreää kaoliniitista ja montmorilloniitist a koostuvaa savea (B).

44 4 2 Länsiosan laadullisesti parasta kaoliinia on sen kaakkoisreunassa (kuva 9), jossa vaalea kaoliini on vallitseva. Luoteeseenpäin mentäessä hyvälaatuisen kaoliinin osuus piene - nee ja vallitsevaksi tulee värillinen kaoliini. Vuorijoen raakakaoliinin alle 20 mikronin raekoon osuus o n vähän yli 60 % ja alle 2 mikronin raekoon osuus 34 %. Eri laatuluokkien raekokojakaumat ovat likipitäen samanlaiset. Vuorijoen vaalea kaoliini sisältää kaoliniittia 52 %, kvart - sia 25 %, kalimaasälpää 12 % ja muskoviittia 4 % (taulukko 6). Lisäksi siinä on hieman biotiittia, plagioklaasia j a kloriittia. Alle 20 mikronin fraktio sisältää kaoliniittia 9 7 %. Lisäksi on siinä toisinaan hieman muskoviittia, kalimaasälpää, plagioklaasia, kvartsia ja biotiittia. Värillinen kaoliini sisältää kaoliniittia 60 % ja harma a kaoliini 53 % (taulukko 6). Värillistä kaoliinia luonnehti i korkea rautapitoisuus. Useimmiten rauta on götiittiä, jol - loin kaoliini on väriltään kellertävän ruskeaa, toisinaa n punertavaa raudan ollessa hematiittia (kuva 12). Harma a kaoliini sisältää usein grafiittia ja rikkikiisua, mikä näkyy korkeina ja rikkipitoisuuksina. Vuorijoen todennäköiset kaoliinivarannot ovat 12.2 Mt, josta vaaleaa kaoliinia on 6.5 Mt ja värillistä ja harmaata yhteen - sä 5.7 Mt. Laboratoriotutkimusten ja alustavien rikastuskokeiden perus - teella Vuorijoen vaaleasta ja toisinaan myös värillisest ä kaoliinista on mandollista puhdistaa osin päällystekaoliini n ja osin fillerikaoliinin vaaleutta vastaavaa tuotetta (tau - lukko 5). Myös kuluttavuutensa (141,8-21,4 g/ m2 ) puolesta Vuorijoen kaoliini soveltuu paperiteollisuuden käyttöön. Värillisellä kaoliinilla saattaa olla käyttöä keraamisessa j a tiiliteollisuudessa.

45 Taulukko 6. Vuorijoen kaoliinin keskimääräisiä ominaisuuksia (%). 4 3

46 Ukonkanga s Ukonkankaan kaoliiniesiintymä sijaitsee Litmasen esiintymäst ä 1,5 kilometriä lounaaseen. Sorapintainen maantie kulke e alueen poikki. Gravimetristen mittausten ja kairausten perusteella Ukonkankaan rapautumajakso on noin kolme kilometriä pitkä. Rapautu - mavyöhyke on lähes yhtenäinen. Siinä on erillisiä, syvi ä rapautuma-altaita. Vyöhyke rajautuu molemmin puolin dolomiittikiveen. Pääasialliset kaoliinivarannot keskittyvät Ukonkan - kaalla noin 700 metriä pitkälle ja 100 metriä leveälle alu - eelle. Kaoliinikerroksen paksuus on metriä ja sit ä peittää noin 20 metriä paksu moreenikerros (kuva 14). Kaolii - nin välissä esiintyy rapautunutta kvartsikiveä sepelimäisin ä massoina, jonka välitiloja täyttää kaoliinisavi. Kaoliini n isäntäkivenä on kairausten perusteella kvartsi-maasälpägneis - si, kiillegneissi ja granodioriitti (kuva 15). Ukonkankaan kaoliini on usein savimaista, joskus silttimäist ä ja väriltään valkoista, vaaleanharmaata tai vaalean kellan - ruskeaa. Kaoliniittinäytteiden (alle 20 gm) vaaleus on keski - määrin 66 %, vaihdellen % (taulukko 7). Näytteide n keltaisuus on keskimäärin 13 %. Grafiittirikkaan kaoliinin väri vaihtelee tummanharmaasta lähes mustaan. Ukonkankaan kaoliiniesiintymässä on runsaasti kvartsirikkait a välikerroksia, mistä johtuen esiintymään poratuissa kaira - rei'issä hienoaineksen määrän vaihtelut ovat suuret. Sedi - graph-määritysten mukaan alle 20 mikronin raekoon osuus on keskimäärin 58 % ja alle 2 mikronin osuus keskimäärin 27 %. Raakakaoliinin kaoliniittipitoisuus on keskimäärin 42 % ( %). Kvartsia on 36 %, muskoviittia 9 % ja kalimaasälpä ä ja plagioklaasia kumpaakin 5 %. Lisäksi kaoliinissa on satun - naisesti biotiittia, kloriittia ja illiittiä. Tummissa kaoliineissa on grafiitin ohella myös kiisumineraaleja. Alle 2 0 mikronin fraktiossa on kaoliniittia 88 %, kvartsia ja muskoviittia 5 % sekä hieman kalimaasälpää, talkkia ja biotiittia.

47 4 5 Kuva 14. Ukonkankaan kaoliiniesiintymä.

48 4 6 Kuva 15. Poikkileikkaus Ukonkankaan esiintymästä.

49 4 7 Taulukko 7. Ukonkankaan kaoliinin keskimääräisiä ominaisuuksia (%).

50 4 8 Vaalean kaoliinin todennäköiset varannot ovat 0.8 miljoona a tonnia. Alustavien rikastuskokeiden perusteella siitä saadaa n paperikaoliinin vaaleuskriteerit täyttävää tuotetta (taulukk o 5). Lisäksi Ukonkankaalla on noin 1.2 miljoonaa tonnia kaoliinipitoista kvartsikiveä, jonka sisältämää kaoliniiti n määrää ei tiedetä tarkasti näytteenotossa tapahtuneen runsaa n sydänhukan vuoksi. Grafiittipitoisen, tumman kaoliinin toden - näköiset kaoliinivarannot ovat 1.8 miljoonaa tonnia. Se saattaa soveltua tiilisaveksi. 4.4 Kandeksaisiensu o Kandeksaisiensuon kaoliiniesiintymä sijaitsee Virtasalme n kirkolta seitsemän kilometriä luoteeseen. Pääosin kuivall a kankaalla olevan esiintymän poikki kulkee Suholanranna n yksityistie. Allasmaisen kaoliiniesiintymän pituus on 500 metriä ja levey s metriä. Kaoliinikerroksen keskipaksuus on 25 met - riä, vaihdellen 10 metristä 60 metriin (kuvat 16 ja 17). Maa - peitteen paksuus vaihtelee 15 metristä 32 metriin. Maapeite on ohuimmillaan esiintymän reunoilla ja paksuimmillaan sen keskiosassa. Kaoliini on väriltään ja koostumukseltaan suhteellisen homo - geenista. Savimaisen kaoliinin väri vaihtelee vaaleanharmaas - ta vaaleaan ruskeanharmaaseen. Tyypillistä sille ovat harmaa t raidat, joiden koostumus on sama kuin vaalean kaoliinin. Kao - liininäytteiden (alle 20 µm) vaaleus vaihtelee 54 ja 81 % : n välillä (keskiarvo 68 %) ja keltaisuus on keskimäärin 12 %. Kandeksaisiensuon esiintymän kaoliinia luonnehtii hienoainek - sen runsaus. Sedigraph-määritysten mukaan kaoliini sisältä ä alle 20 mikronin raekokoa noin 64 % ja alle 2 mikronin raeko - koa noin 32 %.

51 4 9 Kuva 16. Kandeksaisiensuon kaoliiniesiintymä.

52 5 0 Kuva 17. Poikkileikkaus Kandeksaisiensuon kaoliiniesiinty - mästä.

53 5 1 Kandeksaisiensuon raakakaoliini sisältää 55 % kaoliniittia. Kvartsia siinä on 34 % ja lisäksi hieman kalimaasälpää, plagioklaasia ja muskoviittia. Paikotellen tavataan grafiit - tia, rikkikiisua, kloriittia ja biotiittia. Alle 20 mikroni n fraktio koostuu lähes yksinomaan kaoliniitista. Kaoliniiti n lisäksi se sisältää kvartsia (4 %) ja joskus hieman biotiit - tia, grafiittia ja rikkikiisua. Kandeksaisiensuon esiintymän todennäköiset kaoliinivaranno t ovat 5.1 miljoonaa tonnia.' Rikastuskokeiden perusteell a kaoliinista saadaan vaaleudeltaan paperin valmistukseen, osi n täyteaineeksi, osin myös päällysteaineeksi kelpaavaa tuotett a (taulukko 5). Kandeksaisiensuon kaoliiniesiintymän ympäristöstä on löydetty kolme esiintymää (Montilanpuro, Hepolahti ja Längelmäenjär - vi), joissa on vallitsevana värillinen kaoliini (taulukko 8). Näissä esiintymissä kaoliini on laadullisesti hyvin vaihtele - vaa ja sisältää usein biotiittia ja montmorilloniittia. Lisäksi kaoliinihavaintoja on tehty Länsisuon ja Kannakse n painovoimaminimeistä. 4.5 Eteläkyl ä Eteläkylän kaoliiniesiintymä sijaitsee puolisen kilometriä luoteeseen Hällinmäen Karsikummun loppuunlouhitusta kupari - kaivoksesta. Rapautumajakson pituus on noin 800 metriä ja leveys metriä (kuva 18). Kaoliinia esiintyy 310 metriä pitkällä j a metriä leveällä alueella. Kaoliinin keskipaksuus o n noin 50 metriä. Minimin keskustassa kaoliinia lävistettii n jopa 107 metriä, eikä rapautuman pohjaa tavattu (kuva 19). Maapeitteen paksuus on metriä. Kaoliinin isäntäkiven ä on useimmiten granodioriitti.