Q -aineiston käyttö Kittilän kaivoksen geoteknisessä luokittelussa

Transkriptio

1 Q -aineiston käyttö Kittilän kaivoksen geoteknisessä luokittelussa Johanna Oiva Pro gradu -tutkielma Kaivannaisalan tiedekunta Oulun yliopisto 2017

2 TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ Tutkimustyössäni olen analysoinut Agnico Eagle Finland Oy:n Kittilän kaivoksen Suurikuusikon ja Rouravaaran maanalaisten kaivosten kalliomekaanisia laatuluokitteluja, erityisesti Q -luokittelua, joka tehdään kairanäytteelle. Olen valinnut kuusi aktiivista tutkimusprofiilia, neljä Suurikuusikon alueelta ja kaksi Rouravaarasta. Profiileilta on yhteensä 12 kairareikää, joista kaksi on suunnattuja. Aiheenani oli tarkastella Q - luokituksen käyttöä ja vertailla sitä geologisessa kartoituksessa saatuun Q-arvoon ja 3Dkuviin sekä pohtia menetelmän hyötyjä ja parannusehdotuksia. Q-luokituksessa huomioidaan kuusi parametria, joita ovat RQD-luku (yli 10 cm pituisten kairanäytteiden pituuden summa/näytteen pituus x 100 %), rakosuuntien lukumäärä Jn, rakopintojen karheus Jr, rakopintojen muuttuneisuus Ja, rakopintojen vedenläpäisevyys Jw ja jännitystilaluku SRF. Vedenläpäisevyysluku ja jännitystilaluku saadaan tunnelin geologisessa kartoituksessa. Kun nämä kaksi viimeisintä parametria jätetään pois, saadaan Q -luku, joka saadaan kairanäytteestä. Kittilän kaivoksella geoteknikko ottaa geologisen kartoituksen yhteydessä kartoitettavasta profiilista valokuvia, joita yhdistelemällä saadaan 3D-kuva. Kartoittamisessa työntekijä huomioi suurimmat rakenteet kalliosta, heikkousvyöhykkeet ja kartoitettavan katkon pituuden, jolloin koko pituudelle tulee yksi Q-arvo. Kartoittajalla on kannettava tietokone ja siinä kartoittamiseen tarkoitettu ohjelma, jonne kerätään kaikki data ylös. Yksi työtehtävistä on katkon seinämien kuvaaminen mallipohjiin vapaalla kädellä. Kerättyä dataa käytetään kalliomekaanisessa laatuluokituksessa. 3D-kuvista geologi analysoi ja tulkitsee suurimmat rakenteet ja mahdolliset riskitekijät vertailemalla kuvaa kairanäytteeseen ja Q -arvoon.

3 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ... 2 SISÄLLYSLUETTELO JOHDANTO AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET ALUEELLINEN GEOLOGIA Pohjois-Suomen geologiaa Keski-Lapin vihreäkivivyöhyke Yleinen katsaus Suprakrustiset ryhmät kronologisen jaottelun perusteella Kittilän vihreäkivivyöhyke SUURIKUUSIKON GEOLOGIA Yleinen geologinen katsaus Suurikuusikon alueen rakenne, deformaatio ja muuttuminen Kivilajit Suurikuusikon malmin synty KALLIOMEKANIIKKA Yleistä Kiven laadun määrittäminen RQD-luokituksen perusteella Q-luokitus ja sen parametrit Rakosuuntien lukumäärä Jn Rakojen karkeus Jr Rakopintojen muuttuneisuus Ja Vedenläpäisevyysluku Jw Jännitystilakerroin SRF TUTKIMUSAINEISTO JA-MENETELMÄT... 37

4 7. TUTKIMUSPROFIILIEN KIVILAJIT JA RAKENTEET Kivilajit ja päämineraalit TUTKIMUSPROFIILIT JA GEOTEKNINEN LUOKITTELU Q-AINEISTON KÄYTTÖ MUISSA KAIVOKSISSA Posivan loppusijoitustunneli Pyhäsalmen kaivos Kemin kaivos POHDINTAA JOHTOPÄÄTÖKSET KIITOKSET VIITELUETTELO LIITTEET Liite 1 Kuva RQD-taulukon pohjasta Liite 2 Kuva Q -taulukon pohjasta Liite 3 Lopputyössä käytetyt kairareiät Liite 4 Kairareikien kivilajit Liite 5 Suunnatut näytteet ja rakenteet Liite 6 Astelevy 45 mm kairanäytteelle

5 4 1. JOHDANTO Maanalaisessa kaivoksessa kallioperän laadun tuntemus on yksi tärkeimmistä tekijöistä louhintaa suunniteltaessa ja toteutettaessa. Kallion laatuun vaikuttavat esimerkiksi erilaiset rakenteet, jännitykset, deformaatiot, kivilajit ja kiven lujuus. Sekä geologit että insinöörit tekevät koko kaivoksen eliniän ajan useita erilaisia tutkimuksia, joiden avulla kaivosympäristöstä saataisiin mahdollisimman turvallinen alue työskennellä nykyisellä hetkellä ja tulevaisuudessa. Kalliomekaniikka tutkii kallion laatua käyttäen erilaisia kallioluokitusjärjestelmiä. Käytetyimmät kallioluokitusjärjestelmät kaivoksissa ovat RQD- ja Q-luokitus, joissa luokittelu perustuu kairanäytetulkintaan. RQD-luokituksessa huomioidaan vain luonnolliset raot. Rakolukujen avulla määritetään kallion rikkonaisuus. Q-luokitus, mikä sisältää RQDluokituksen, kuvaa kallion laatua logaritmisella asteikolla, jota käytetään hyväksi tuotannollisessa suunnittelussa. Kittilän kaivoksella tuotantogeologi tutkii kairausnäytteitä, joita kairataan aktiivisilta tasoilta, joihin on suunnitteilla louhoksia. Kairausnäytteelle tehdään niin sanottu geologinen tulkinta, joka käsittää kivilajit, mahdolliset malminrajat ja heikkousvyöhykkeet (erilaiset mineraalit, kivilajit ja ruhjeet). Näytteenkäsittelijä luokittelee kairausnäytteen kallioluokitusjärjestelmän avulla numeerisesti, jota suunnitteluinsinöörit, kalliomekaanikot ja geologit käyttävät hyväksi uusien louhosten, tasoperien ja tuennan suunnittelussa. Saatujen arvojen rinnalla käytetään tunnelissa tehtyä kartoittamista, jonka näytteenkäsittelijä/kaivosteknikko/geologi tekee katkolle eli kalliomassan etenemälle peränajossa ennen kuin puhdas, tuore kallionpinta peitetään ruiskubetonilla. Joissakin kaivoksissa kohteiden valokuvaaminen on yleistynyt geologisen kartoittamisen lisäksi. Valokuvat pystytään yhdistämään tietokoneohjelmalla, jolloin kuvatusta kohteesta saadaan kolmiulotteinen malli eli 3D-malli. 3D-mallista näkee enemmän kuin kartoitusmallista, mutta nämä kaksi tukevat toinen toistaan ja näin ollen yhteisesti niiden avulla saadaan kalliosta enemmän informaatiota.

6 5 Lopputyöni tarkoituksena on näitä kolmea tekniikkaa (kairausnäytetulkinta, perän kartoittaminen ja 3D-kuvaaminen) apuna käyttäen löytää uusi tehokkaampi menetelmä kalliolaadun määrittämiseen.

7 6 2. AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET Suurikuusikon orogeeninen kultaesiintymä sijaitsee Keski-Lapin varhaisproterotsooisella vihreäkivivyöhykkeellä, keskellä Lapin sydäntä, noin 50 kilometriä Kittilän kylältä koilliseen (Patison 2007). Ensimmäiset kultalöydökset Suurikuusikon alueen kallioperästä tehtiin vuonna 1986, kun Geologian tutkimuskeskus harjoitti malminetsintää Keski-Lapin vihreäkivivyöhykkeellä. Kiistalan kylän alueen tienparannustöiden yhteydessä löydettiin runsaasti näkyvää kultaa yhdessä arseenikiisun, lyijyhohteen ja gersdorfiitin seurassa kvartsi-karbonaattijuonesta (Parkkinen 1997a). Ensimmäiset raportit Kittilän Suurikuusikon kultaesiintymästä on laatinut Härkönen (1987), joka dokumentoi alustavia tutkimuksia Suurikuusikon alueella niin sanotun kultataskun löytymisen jälkeen. Ilkka Härkönen on tehnyt useita julkaisuja liittyen Suurikuusikon alueen yleisgeologiaan ja malmikriittisen alueen luonteeseen. Myöhäisemmät kallioperän geofysikaaliset tutkimukset ja maaperän geokemialliset näytteenotot johtivat Kiistalan hiertovyöhykkeen löytymiseen. Suurikuusikon kultaesiintymä paikallistettiin GTK:n suorittamissa hiertovyöhykkeen yli otettujen moreeninäytteiden geokemiallisissa tutkimuksissa (Valkama 2006). Vuoteen 1996 mennessä GTK kairasi hiertovyöhykkeen alueella 62 timanttikairausreikää pituudeltaan yhteensä metriä (Härkönen 1997). Vuonna 1998 Riddarhyttan Resources Ab osti Suurikuusikon kultaesiintymän Suomen Kauppa- ja teollisuusministeriöltä. Vuonna 2004 kanadalainen yhtiö Agnico Eagle Mines Limited osti Riddarhyttanin osakkuudet ja vuonna 2008 alkoi malmin avolouhinta Suurikuusikon alueella. Marraskuusta 2012 lähtien Kittilän kultakaivos on tuottanut malmia vain maanalaisesta kaivoksesta. Arvioitu toiminta-aika kaivokselle on vuoteen 2035 saakka. Tämänhetkiset malmivarat ovat noin 4.5 miljoona unssia kultaa tai 30.1 miljoonaa tonnia malmia, keskipitoisuudeltaan 4.64 g/t Au (Agnico Eagle Finland wwwsivut). Kuotkon, joka on toinen saman hiertovyöhykkeen pohjoiselle jatkeelle sijoittuva kultaesiintymä, on malmivaroiltaan noin 1.8 miljoonaa tonnia kullan keskipitoisuuden

8 7 ollessa 2.89 g/t (Agnico Eagle Finland www-sivut). Agnico Eagle harjoittaa Suurikuusikon lähialueella malminetsintää. Suurikuusikon alueelta on valmistunut vuoden 2016 loppuun mennessä viisi pro gradu - tutkielmaa liittyen geologiaan ja mineralogiaan. Ahon (2009) työ käsitteli malmimineralogista ja geokemiallista vaihtelua Suurikuusikon kultakaivoksen tutkimusprofiililla. Koppström (2012) tutki kullan ja muiden alkuaineiden jakautumista rikkikiisussa ja arseenikiisussa Suurikuusikon alueella. Värttö (2012) kirjoitti malmimineralogisesta vaihtelusta Kittilän kaivoksen tuotantoalueilla. Savolainen (2012) tutki Kittilän kaivoksen rikastusprosessissa tuotettavan rikasteen geokemiaa ja mineralogiaa. Smeds (2015) tarkasteli Iso-Kuotkon mahdollisen kultaesiintymän sijaintia ja kullan ja sulfidien mineraaliseurueiden vaiheita.

9 8 3. ALUEELLINEN GEOLOGIA 3.1. Pohjois-Suomen geologiaa Svekokarelidinen kallioperä on yksi Euraasian mantereen vanhimmista osista, jonka tärkeimmät kehitysvaiheet sijoittuvat myöhäisarkeeiseen ( Ma) ja varhaisproterotsooiseen ( Ma) aikakauteen (Vaasjoki et al. 2005). Pohjois- Suomen kallioperä on kehittynyt useassa eri geologisessa tapahtumassa. Se voidaan jakaa toisistaan poikkeaviin alueisiin (kuva 1) (Hanski ja Huhma 2005): arkeeiseen pohjakompleksiin ( Ma), varhaisproterotsooiseen vihreäkivivyöhykkeeseen ( Ma), mafisiin intruusioihin ( Ma), varhaisproterotsooisiin granuliittivyöhykkeisiin (noin 1900 Ma) ja svekokarelidisiin orogeenisiin granitoideihin ( Ma) (Ward 1989; Eilu 1994). Kuva 1. Pohjois-Suomen geologiset yksiköt (mukailtu kuva, Hanski ja Huhma 2005).

10 Keski-Lapin vihreäkivivyöhyke Yleinen katsaus Suurikuusikon kultaesiintymä sijaitsee Keski-Lapin alueella, joka on yksi suurimmista yksiköistä varhaisproterotsooisella vihreäkivivyöhykkeellä (Eilu 1994). Noin 2450 miljoonaa vuotta sitten Keski-Lapin vihreäkivivyöhyke sai alkunsa, kun arkeeiselle alustalle purkautui koostumukseltaan komatiittista-ryoliittista laavaa, minkä alkuperä viittaa vaipasta lähtöisin olevaan pluumiin (Hanski ja Huhma 2005). Vyöhyke on osa lineaarista, kaakkois-luodesuuntaista metavulkaniittivyöhykettä, joka laajenee Venäjän Äänisen järveltä Pohjois-Norjaan Finnmarkkiin saakka (Eilu 1994). Vyöhykkeen lounaisosassa Keski-Lapin vihreäkivivyöhyke syöksyy Lapin granuliittivyöhykkeen alle (noin 1900 Ma), lännessä ja idässä vyöhyke on arkeeisen graniitti-gneissi pohjan kanssa kontaktissa (Hanski ja Huhma 2005). Keski-Lapin vihreäkivivyöhyke on noin 100 kilometriä pitkä ja 200 kilometriä leveä ja se ulottuu jopa seitsemän kilometrin syvyydelle (Lanne 1979; Luosto et al. 1989; Hanski ja Huhma 2005) Suprakrustiset ryhmät kronologisen jaottelun perusteella Keski-Lapin vihreäkivivyöhyke voidaan jakaa Lehtosen et al. (1998) mukaan seitsemään litostratigrafiseen ryhmään. Ne ovat vanhemmasta nuorimpaan: Salla ( miljardia vuotta), Onkamo ( miljardia vuotta), Sodankylä (2.2 miljardia vuotta), Savukoski ( miljardia vuotta), Kittilä (noin 2.0 miljardia vuotta), Lainio (1.93 miljardia vuotta) ja Kumpu (1.88 miljardia vuotta). Wyche et al. (2015) mukaan Keski-Lapin vihreäkivivyöhykkeen jaottelussa Lainion ryhmä on jätetty pois ja vanhinta litostratigrafista yksikköä eteläisessä osassa edustaa Vuojärven ryhmä, jonka kvartsi-serisiittiliuskeiden ja gneissien alkuperä on tuntematon. Hanski ja Huhma (2005) ovat luokitelleet Lainion ja Kummun muodostumat samaksi ryhmäksi kuvan 2 karttaan.

11 10 Kuva 2. Keski-Lapin vihreäkivivyöhykkeen litostratigrafia (mukailtu kuva, Hanski ja Huhma 2005). Sallan ryhmä koostuu pääosin intermediäärisistä metavulkaniiteista felsisiin metavulkaniitteihin. Onkamon ryhmä on litologialtaan tholeiittista ja komatiittista metavulkaniittia. Sallan ja Onkamon ryhmät ovat muodostuneet joko ilmanalaisessa tai matalan meren ympäristössä. Sodankylän ryhmässä on nähtävillä kahta erilaista tyyppimuodostumista, joista Honkavaaran muodostuman kivet ovat albiittiutuneita metasedimenttejä ja mafisista felsisiin koostumukseltaan olevia metavulkaniitteja.

12 11 Virttiövaaran muodostuman kivet koostuvat kvartsiiteista, kiilleliuskeista, kiillegneisseistä ja konglomeraateista. Savukosken ryhmän litologia on muodostunut neljässä eri vaiheessa. Vaiheet ovat;(1) Sattasvaara; litologialtaan komatiittista metavulkaniittia, (2) Sotkaselkä; pikriittistä metavulkaniittia, (3) Linkupalo; Fe-tholeiittista metavulkaniittia ja (4) Matarakoski; fylliittiä, mustaliusketta, dolomiittia, tuffia, tuffiittia sekä rautamuodostumia. Lainion ryhmä on jaoteltu kolmeen eri muodostumaan, joista Ylläksen kivet (1) ovat pääosin kvartsiitteja, konglomeraatteja ja kiilleliuskeita. Latvajärven muodostuma (2) koostuu intermediäärisistä felsisiin metavulkaniitteihin ja Tuulijoen muodostuma (3) lamprofyyrisistä metavulkaniiteista. Keski-Lapin vihreäkivivyöhykkeen nuorin ryhmä, Kumpu-ryhmä, koostuu kvartsiiteista, silttikivistä ja konglomeraateista (Lehtonen et al. 1998). Kittilän ryhmä on jakautunut neljään eri muodostumaan, joista kerrotaan tarkemmin jäljempänä Kittilän vihreäkivivyöhyke Suurikuusikon esiintymä sijaitsee Kittilän ryhmässä, jonka vulkaanissedimenttistä sarjaa hallitsevat tholeiittiset mafiset vulkaniitit (kuva 3). Noin 2.02 miljardia vuotta vanha Kittilän ryhmää pidetään alloktonisena yksikkönä, jolla on tektoniset kontaktit ympärillä oleviin Sodankylän ja Savukosken ryhmien kiviin (Hanski ja Huhma 2005). Kittilän ryhmä eli maantieteellisesti Kittilän vihreäkivikompleksi on pinta-alaltaan m 2 edustaen yhtä suurimmista mafisten metavulkaanisten kivilajien muodostumista Fennoskandian kilvellä. Se on paksuin vulkaanisista kivistä Keski-Lapin vihreäkivivyöhykkeellä (Luosto 1989; Patison 2007) ja geofysikaalisten tutkimusten perusteella muodostuman syvyydeksi on arvioitu kuusi kilometriä (Lehtonen et al. 1998). Kittilä ryhmä koostuu pääosin mafisista vulkaanisista kivistä ja sisältää pieniä määriä metamorfoituneita sedimenttejä, rautamuodostumia (banded iron formation), ultramafisia, intermediäärisiä sekä felsisiä kiviä (Lehtonen et al. 1998; Patison 2007). Kittilän ryhmä

13 12 käsittää neljä eri tyyppimuodostumaa (kuva 3), jotka ovat vanhimmasta nuorimpaan: Kautoselkä, Porkonen, Vesmajärvi ja Pyhäjärvi. Kautoselän muodostuma koostuu suurilta osin Fe-tholeiittisesta vulkaanisesta kivestä. Porkosen muodostumaan sisältyy oksidi- ja karbonaattifasiesten rautamuodostumia ja rauta-sulfidipitoisia fylliittejä sekä liuskeita. Vesmajärven muodostuma sisältää Mg-tholeiittisia metavulkaanisia kiviä. Pyhäjärven muodostuma on koostunut pääasiassa sedimenttisistä, kvartsirikkaista kiilleliuskeista (Lehtonen et al. 1998). Kuva 3. Kittilän ryhmä ja sen muodostumat (Geologian tutkimuskeskus: Kallioperäkartta, 1: ). Kautoselän muodostuma on jaoteltu kolmeen, litologisesti toisistaan poikkeaviin jäseniin (Lehtonen et al. 1998). Alimmaisena esiintyy Ikkarivuoman jäsen, joka on ainakin 500 metriä paksu, hienorakeista silttikiveä, fylliittiä ja karbonaattikiveä sisältävä sedimentogeeninen yksikkö. Seuraavana on Ikkarivuoman päälle muodostunut noin metriä paksu Kaunislehdon jäsen, joka koostuu pääasiassa mantelikivistä sekä porfyyrisistä ja massamaisista laavoista. Kautoselän muodostuman ylimmäisenä jäsenenä on vähintään

14 metriä paksu Juprulehdon vulkaanis-sedimenttinen jäsen, jota kontrolloivat mafiset laavat, epiklastiset grauvakat sekä konglomeraattiset kivet. Juprulehdon jäsenestä löytyy myös hienorakeisten tuffien, tuffiittien ja grafiitti-sulfidiliuskeiden kerrostumia. Porkosen muodostuma edustaa parhaiten tunnettua rautamuodostumaa Keski-Lapin alueella (Paakkola 1971). Se käsittää ohuita metamorfoituneita matalan meren sedimenttijaksoja, jotka erottavat Kautoselän ja Vesmajärven muodostumat toisistaan. Porkosen muodostuma on serteistä, mafisista laavoista ja hienorakeisista, usein grafiittipitoisista tuffeista ja tuffiiteista koostuva kivilajiseurue (Lehtonen et al. 1998). Se sisältää useita eri mineralogisia vaihettumisia mukaan lukien oksidifasieksen magnetiitti-kvartsiraitaisia rautamuodostumia ja Mn-rautakarbonaattikiviä (Paakkola 1971). Kittilän vihreäkivialueen rautamuodostumat syntyivät Paakkolan ja Gehörin (1988) mukaan vajoavasta sedimentaatioaltaassa syvän veden olosuhteissa. Vesmajärven muodostuma käsittää useita erilaisia vedenalaisia mafisia metavulkaanisia kiviä, kuten tyynylaavoja, tyynylaavabreksioita, hyaloklastiitteja, karkeafragmenttisia vulkaanisia breksioita ja agglomeraatteja, joiden lisäksi on vähemmissä määrin serttejä, karbonaattikiviä sekä mustaliuskeita (Lehtonen et al. 1998). Kaikki Kittilän ryhmän tyyppimuodostumat ovat käyneet läpi vihreäkivifasieksen metamorfoosin. Vähiten muuttuneilla sivukivillä Suurikuusikon alueella on tyypillinen assosiaatio näin pitkälle edenneelle metamorfoosille. Laajalle levinnyt karbonaattiutuminen, albiittiutuminen ja kalimuuttuminen ovat täydentäneet alueellista metamorfoosia laajalti (Patison et al. 2007).

15 14 4. SUURIKUUSIKON GEOLOGIA 4.1. Yleinen geologinen katsaus Suurikuusikon esiintymä on osa Kittilän ryhmän Kautoselän muodostumaa. Esiintymän on ajalteltu sijaitsevan Vesmajärven ja Kautoselän muodostumien kontaktissa Keski-Lapin vihreäkivivyöhykkeen keskiosassa (Lehtonen et al. 1998; Härkönen 1997) (Kuva 4). Kuva 4. Suurikuusikon litostratigrafia (mukailtu kuva, Agnico Eagle, 2016).

16 15 Kuitenkaan Patison et al. (2007) mukaan ei ole pystytty todistamaan, että Suurikuusikon esiintymä olisi näiden kahden muodostumien kontaktissa. Sekä Kautoselän että Vesmajärven muodostumisympäristö on tulkittu olevan ensin mantereellinen, sitten merellinen (Lehtonen et al. 1998; Patison 2007). Kiistalan hiertovyöhyke on noin 25 kilometriä pitkä ja pohjois-eteläsuuntainen, jossa mineralisoituneet vyöhykkeet esiintyvät. Kiistalan hiertovyöhyke on monimutkainen kokonaisuus, jonka arvellaan liikkuneen useamman kerran pohjois/koillis-eteläsuuntaisesti (Patison 2007). Suurikuusikon epigeneettisen orogeenisen kultamineralisaation pääkivilajina on Fe-rikas tholeiitti, joka on osa Kautoselän muodostumaa (kuva 5). Rautarikasta tholeiittia peittää magnesiumrikas tholeiitti, joka sijaitsee paikallisen antiformin itäisellä kyljellä. Ylimmät kerrokset kallioperästä (5-20 metriä) ovat osittain rapautuneet (Parkkinen 1997a). Päämineralisaatio sijaitsee Kiistalan hiertovyöhykkeen pohjoisosassa Suurikuusikon alueella. Suurin osa malmilinsseistä on pohjois-eteläsuuntaisia ja linssit ovat lähes kohtisuoria (Patison 2001). Kuva 5. Suurikuusikon stratigrafia (mukailtu kuva, Patison 2007).

17 16 Mineralisaation läntisellä puolella pääkivilajeina esiintyvät mafiset tyynylaavat ja massiiviset laavat, jotka vaihettuvat mineralisaatiota lähestyessä intermediäärisiksi laavoiksi ja pyroklastiseksi materiaaliksi. Mineralisaation itäisellä reunalla kivilajeina esiintyy pohjois-eteläsuuntainen sedimenttinen kerrostuma, joka sisältää rautamuodostumia (BIF), serttejä ja argilliittisia komponentteja. Sedimenttikerroksesta itään päin tavataan enemmän mafisia laavoja ja ultamafisia vulkaanisia kiviä (Patison 2007) Suurikuusikon alueen rakenne, deformaatio ja muuttuminen Suurikuusikon alueella on todistettavasti tapahtunut useita deformaatioita. Varhaisessa deformaatiovaiheessa tapahtui laajamittainen vulkaanisten kivien breksioituminen, jonka myötä muodostuneet ja jo olemassa olleet raot täyttyivät hiiliaineksella (Parkkinen 1997 a), grafiitilla, jonka oletetaan olevan peräisin sedimenttikerrostumista (Patison 2007). Breksioitumista seurasi laajalle levinnyt albiittiutuminen (Parkkinen 1997a). Tämä ensimmäisen vaiheen muuttuminen, albiittiutuminen, on alueellisesti levinnyt Sirkan siirtovyöhykkeellä (Sirkka thrust zone). Se joko peitti kerroksellisuuden alleen tai muodostui samanaikaisesti foliaation kanssa, joka on samansuuntainen alkuperäisen kerroksellisuuden kanssa kanssa. Tämä tapahtui ennen kuin alueellinen deformaatio ja metamorfoosi olivat saavuttaneet lakipisteen eli joko syngeneettisesti esiintymän muodostumisen lyhyen ajan jälkeen esimerkiksi diageneesin aikana tai deformaation ja metamorfoosin alussa ( varhainen orogenia ) (Saalman 2010). Ensimmäisen vaiheen muuttuminen on yhdistetty malmin muodostumisprosessiin jossa valkoinen albiittibreksia on tärkein isäntäkivi mineralisaatiolle (Parkkinen 1997b). Karbonaattiutuminen ja talkkiutuminen ovat samanaikaisia muuttumisilmiöitä albiittiutumisen kanssa. Mineralisaation oletetaan tapahtuneen poimuttumisen päävaiheen aikana, jossa deformaatio oli yksi kontrolloivista tekijöistä Suurikuusikon hiertovyöhykkeellä (tunnetaan paremmin nimellä Kiistalan hiertovyöhyke) (Parkkinen 1997a). Patisonin (2007) mukaan kultapitoisen sulfidimineralisaation muodostumisesta ei ole tarkkaa ajallista käsitystä, vaikka isäntäkiven kultapitoisuuden ja hiertovyöhykkeen

18 17 välillä on havaittavissa selkeä korrelaatio (Aho 2009). Suurikuusikon mineralisaatio breksioitui ja poimuttui lisää hierron jälkeen (Parkkinen 1997a). Kiistalan hiertovyöhykkeellä on aeromagneettisista kuvista nähtävissä varhainen vasenkätinen siirrostuminen. Oikeankätistä siirrostusta esiintyy mineralisoituneen alueen välittömässä läheisyydessä hiertovyöhykkeen pinnoilla mineralisoituneen alueen leveimmässä kohdassa. Aikaisemmat tapahtumat Suurikuusikon alueella, kuten alueellinen poimuttuminen, ovat peittyneet Kiistalan hiertovyöhykkeen rakenteiden alle. Patisonin (2007) mukaan ei ole vielä täysin varmaa tapahtuiko mineralisaatio samaan aikaan kuin aikaisemman ja myöhemmän siirrosten yhdistelmä vai ajoittuuko mineralisaatio pelkästään myöhäisempään oikeakätiseen siirrokseen jonka tiedetään määrittävät kultamineralisaation rajat joissakin malmivyöhykkeissä. Kuva 6. Keski-Lapin alueellinen geologia (mukailtu kuva, Wyche et al. 2015).

19 Kivilajit Päämalmivyöhykkeen läntisellä puolella esiintyy pääasiassa massiivista ja tyynyrakenteista laavaa. Malmivyöhykkeen lähettyvillä (kuva 6) laavan koostumuksesta tulee asteittaisesti vähemmän mafisempi. Mineralisaation isäntäkivet ovat pääosin breksioituneita tuffeja, laavaa, serttejä ja voimakkaasti albiittiutuneita ja karbonaattiutuneita kiviä. Päämalmivyöhykkeen ja mafisen vulkaanisen vyöhykkeen välillä, muodostuman itäisessä osassa on yksikkö, joka sisältää serttiä, rautamuodostumaa (BIF) ja argilliittista materiaalia. Ultramafisen talkki-kloriittiliuskeen linssejä esiintyy malmivyöhykkeen itäisellä puolella. Mineralisaation sisällä ja sen ympärillä tavataan massiivisia ja voimakkaasti silisifikoituneita ja albiittiutuneita yksiköitä. Nämä yksiköt ovat useimmiten mineralisoituneita ja mitä luultavimmin niiden protoliitti on koostumukseltaan felsisestä intermediääriseen laavaan (Härkönen 1997; Patison 2007; Koppström 2012). Suurikuusikon esiintymä on jaoteltu Härkösen (1997) mukaan kolmeen erilaiseen malmityyppiin. A-tyyppi on runsaasti kiisupiroitetta sisältävä emäksinen tuffibreksia joka on läpikotaisesti albiittiutunut. Breksiarakenteet ovat enää näkyvillä haamumaisesti, joka osoittaa että malmiutuma on muodostunut ensimmäisen deformaatiovaiheen jälkeen. A- tyyppiä sisältävä B-tyyppi on hyvin grafiittirikas breksia, jossa esiintyy paljon kideaggregaatteja. Myös rikki- ja arseenikiisut esiintyvät B-tyypin malmissa kideaggregaatteina. Esiintymän itäosassa voi nähdä mikrokiteistä C-tyypin malmia, joka on koostumukseltaan grafiittipitoinen kvartsikivi. Kyseisessä tyypissä kiisujen määrä on muita alhaisempi. Kuvat 7-10 edustavat yleisimpiä mineralisaation isäntäkiviä. Kairasydännäytteet ovat puolitettuja, paksuus 5 cm. A-tyypin malmia esiintyy eniten Suurikuusikon alueella, mutta sitä on myös Rouravaaran alueella, joka sijaitsee Suurikuusikon pohjoispuolella. Malmi esiintyy pohjoiseen päin suuntautuneena, lähes pystysuorina linsseinä tai linssiparvina joiden leveys vaihtelee 1-50 metrin välillä. C-malmi muodostaa kapeita pystysuoria juovamaisia kerroksia Suurikuusikon itäiseen ja läntiseen osaan. Tyyppi B yleensä liittyy A-tyypin malmiin ja se

20 19 on paremmin tunnistettavissa mineraalien koostumuksesta kuin geometriasta ja sijainnista (Parkkinen 1997 a). Kuva 7. Laavabreksia (Aho, 2009). Kuva 8. Tuffibreksia (Aho, 2009). Kuva 9. Rautamuodostumaa (BIF) (Aho, 2009).

21 20 Kuva 10. Grafiittiliusketta (Aho, 2009) Suurikuusikon malmin synty Suurin osa kullasta Suurikuusikon alueella esiintyy sitoutuneena arseenikiisun kidehilaan (73.2 %) ja rikkikiisurakeissa (22.7 %). Osa kullasta esiintyy vapaan kullan sulkeumina (4.1 %). Myös metalliseoksia on havaittu rikkikiisuissa ja arseenikiisurakeissa, rakeiden reunoilla ja silikaattien sisällä, sekä joskus kuparikiisun yhteydessä (Kojonen et al. 1999). Kultaa sisältäviin arseeni- ja rikkikiisuihin liittyy voimakas isäntäkiven karbonaattiutuminen ja albiittiutuminen. Malmikivi on yleensä voimakkaasti albiittiutunut ja albiitti esiintyy matriksissa peittävänä ja mikrojuonina. Karbonaattiutumiseen kuuluu distaalisia kalsiittijuonia ja proksimaalisia dolomiitti/ankeriittijuonia. Karbonaattijuonet ja breksiat eivät ole mineralisoituneet. Grafiittinen muuttuminen on piirre useimmissa mineralisoituneissa vyöhykkeissä (Patison et al. 2007). Myös vapaa hiili (amorfinen grafiittinen hiili mieluummin kuin kiteinen grafiitti) esiintyy siirroksissa (ainakin myöhäisemmässä oikeakätisessä vaiheessa) ja mineralisaatiossa. Hiilen läsnäolo viittaa redusoiviin fluidien olosuhteisiin siirrosten ja mineralisaation aikana. Julkaisematon hiili-isotooppitutkimus viittaa siihen, että kyseinen materiaali isäntäjaksossa on peräisin C-rikkaasta sedimenttisestä yksiköstä (Wyche et al. 2015). Siitä huolimatta, että siirros on päätekijä mineralisaation paikallistamisessa Suurikuusikossa, myös isäntäkiven primääritekstuurilla ja koostumuksella vaikuttaa olevan suuri merkitys mineralisaation sijaintiin. Mineralisaatio on keskittynyt ensisijaisesti

22 21 pyroklastisten tai muiden selvien ekstrusiivisten tekstuurien ja/tai alkuperältään vulkaanissedimenttisten kivien päästratigrafisiin yksiköihin. Mineralisaatiota ei esiinny sellaisissa materiaaleissa jotka ovat läpikäyneet vähäistä deformaatiota, kuten ultramafiset yksiköt ja primääriset sedimenttiset materiaalit. Intensiivisen siirroksen vyöhykkeet esiintyvät vulkaanisvaltaisten ja sedimentti-rikkaiden materiaalien (argilliitti, sertti ja BIF, kuva 5) kontaktissa hyväksikäyttäen heikompaa kiveä näyttäen primäärit tekstuuriset vaihtelut, tai massiivisten laavojen kontakteissa (Patison et al. 2007). Renium-osnium arseenikiisun geokronologiaa on käytetty tarkan iän määrittämisessä Suurikuusikon (1916 ± 19 miljoonaa vuotta) kultapitoisessa arseenikiisussa (Geospec consultants Limited 2008). Viereisen alueen kiville ei ole tehty ikätutkimuksia, mutta Re- Os ikään verrattuna stratigrafista ikää lainaten mineralisaatio tapahtui miljoonaa vuotta sitten Kittilän ryhmän muodostumisen jälkeen ja ennen törmäykseen liittyvän sedimentaation loppua Keski-Lapin vihreäkivivyöhykkeessä (< 1890 Ma) (Wyche et al. 2015).

23 22 5. KALLIOMEKANIIKKA 5.1. Yleistä Amerikan kansallisen Tieteen Akatemian Kalliomekaniikan komitea (engl. The Rock Mechanics Committee of the American National Academy of Science) hyväksyi seuraavan määritelmän vuonna 1963: Kalliomekaniikka on teoreettinen ja sovellettu tiede kiven mekaanisesta käyttäytymisestä. Se on mekaniikan osa-alue, joka tutkii kiven reaktiota, kun kiven fysikaaliseen ympäristöön kohdistetaan jännitekenttiä (Hoek 1966). Kalliomekaniikkaa voidaan tarkastella alana, joka tutkii kallion käyttäytymistä ja ominaisuuksia paineen alaisena tai muuttuneissa olosuhteissa (kuva 11). Missä tahansa kalliomekaniikan tutkinnassa ensimmäinen työvaihe on sekä geologinen että geofysikaalinen tutkimus litologian selvittämiseksi ja kivilajirajojen löytämiseksi. Toinen työvaihe on joko kairaaminen tai tutkimuskaivaukset, joiden avulla on tarkoitus selvittää yksityiskohtainen malli rakoilulle ja määrittää kallioperän mekaaniset ja petrologiset ominaisuudet. Joissakin tapauksissa kolmas työvaihe on selvittää niin sanotusti tuoreen kiven jännite rikkoutumattomassa kalliossa (Jaeger et al. 1976).

24 23 Kuva 11. Kallioon kohdistuva jännite kiven lujuuteen verrattuna (mukailtu kuva, Hutchinson ja Diederichs, 1996; Hoek et al. 1995).

25 24 Kiviaineksen tärkeimmät parametrit kalliorakentamisessa ovat kivimateriaalin kestävyys, deformaatio-ominaisuudet, kiviaineksen rakoilun ominaisuudet, rakoilun suuntaus, kivimateriaalin rapautumisaste, herkkyys myöhemmälle rapautumiselle ja kulumiselle sekä pohjavesiolosuhteet (Price 2009). Suomessa esiintyy luode-kaakkosuuntaisia vaakajännityksiä, jotka aiheuttavat louhintavaiheessa kallioon pysyvyysongelmia. Myös erilaiset heikkoussuunnat, kuten esimerkiksi rakoilu, juonet, raekoko, mineraalien suuntautuneisuus ja kivilajimuutokset, aiheuttavat kallion murtumista ja sortumista louhintavaiheessa (Kauranne et al. 1976). Merkittävin kalliomekaanisesti heikkoutta aiheuttava tekijä on rako ja rakojen erilaiset ominaisuudet, kuten rakotäytteet ja niiden paksuus, rakojen suuntautuneisuus ja avonaisuus, rakovälit, rakopinnan muoto ja jännite. Rakotäytettä syntyy esimerkiksi hydrotermisten prosessien aikana ja kemiallisessa rapautumisessa. Myös kulkevan veden mukana saostuneet tai kerrostuneet ainekset synnyttävät rakotäytettä. Tektoniset liikunnat uudelleenaktivoivat aikaisemmin mineralisoituneita rakotäytteitä, jolloin syntyy uusia rakotäytteitä (Tullborg et al. 2008). Yleisempiä rakotäytteitä Suomessa ovat kvartsi, maasälpä, kiilteet, kloriitti, kaoliniitti, talkki, kalsiitti ja smektiittiryhmän savimineraalit (Uusinoka 1975). Ennen louhintavaihetta kalliomassan laatu tulee luokitella tarkasteltavien ominaisuuksien suhteen. Kallion laatuun vaikuttavia tekijöitä ovat kiven lujuus, rakoilu, pohjavesi sekä erilaiset jännitystilat. Kallioluokitusjärjestelmiä on kehitetty useita toisistaan riippumattomia, joita voidaan soveltaa keskenään funktionaalisten arvojen ja tulkintatapojen erilaisuuksista huolimatta. Kallion louhinnan kannalta tärkeimmiksi luokitusjärjestelmiksi ovat osoittautuneet RQD- (Rock Quality Designation) ja Q- luokitusjärjestelmät (The Rock Tunneling Quality Index). On olemassa muitakin kallioluokitusjärjestelmiä joita käytetään maanalaisen louhinnan yhteydessä, esimerkiksi Rock Mass Rating Classification (RMR), mutta RQD- ja Q-luokitus ovat käytetyimmät järjestelmät. Koska pro gradu -tutkielmani käsittelee Q -luokitusta, keskityn näihin kahteen käytetyimpään järjestelmään.

26 Kiven laadun määrittäminen RQD-luokituksen perusteella RQD-luku (rock quality designation) on Deeren (1963) kehittämä indeksi, joka kuvaa määrällisen arvion kivimassan laadusta kairausnäytteen raportoinnissa (Hartman et al. 2001). RQD-järjestelmä on helppo menetelmä kivimassojen pysyvyyden luokittelemiseen riippumatta siitä, onko tutkittava alue kolmiulotteinen, kairanäyte vai onko alueella nähtävissä vain yksi taso, kuten esimerkiksi paljastuma (NGI 2013). RQD-luku kuvaa yli 10 cm:n kokoisten, ehjien ja lujien kivien prosenttiosuutta kairatun näytteen kokonaispituudesta. Se määritellään seuraavasti: RQD= Σ >10 cm ehjät näytteet kairausnäytteen totaalipituus * 100 % Näin ollen RQD-luvuksi saadaan jokin luku väliltä 0 ja 100 % (taulukko 1). Voimakkaasti rapautuneet jaksot ja mahdolliset sydänhukat saavat arvon nolla (0 %) (Merjama et al. 2015). Taulukko 1. RQD-luku suhteutettuna kallion laatuun (Deere, 1968). RQD (Rock quality designation) RQD Erittäin heikko (> 27 rakoa/m3) 0-25 Heikko (20-27 rakoa/m3) Kohtalainen (13-19 rakoa/m3) Hyvä (8-12 rakoa/m3) Erittäin hyvä (0 7 rakoa/mm) Yleensä RQD-luku lasketaan yli 10 cm pitkille ehjille näytteille koko kairasydännäytteestä. Laskennassa otetaan huomioon vain luonnolliset raot (kuva 12). Toinen tapa laskea RQDluku on tehdä mittaukset intervalleittain. Tämä tehdään käytännössä silloin, kun esimerkiksi rakojen määrä muuttuu huomattavasti tutkittavan välin sisällä (ehjästä rikkoutuneeseen kiveen tai toisin päin), kiven rakopinnoissa on selvää muuttuneisuutta

27 26 (rakopinnoissa näkyy selvää rakotäytettä) tai kivilaji vaihtuu. Joissakin tapauksissa tutkittava väli voi olla useita metrejä, ja joskus väli supistuu jopa 20 senttimetriin. Kuva 12. RQD-luvun laskeminen kairanäytteestä (mukailtu kuva, Deere, 1989). Kairausnäytteen tulkitsijan tulee ottaa huomioon seuraavia asioita RQD-luokituksessa: Kairauksen aikana muodostuneet raot on helppo sekoittaa luonnollisiksi, etenkin jos ei ole kokemusta kairasydänraportoinnista. Massiivisista kivistä, jossa ei tavata kerroksellisuutta eikä foliaatiopintoja, on helppo erottaa luonnolliset raot mekaanisesti syntyneistä. Epävarmoissa tapauksissa, joissa on sekä mekaanisesti syntyneitä rakoja että luonnollisia, rako tulee luokitella luonnolliseksi sillä tulkitsija tekee pienemmän virheen kalliolaadun määrittämisessä tulkitessaan sitä todellista heikompilaatuiseksi (Merjama et al. 2015). Räjäytyksissä tapahtuvia murtumia esiintyy yleensä noin 2 metrin alueella räjäytyksen

28 27 reuna-alueelta, ja näin ollen ne ovat vähemmän merkittäviä yleiseen pysyvyyteen kuin läpitunkevat luonnolliset raot (NGI 2013). RQD-lukuun vaikuttaa kairasydännäytteen suunta, eli raon ja kairareiän välinen kulma. Myös aika on vaikuttava tekijä RQD-luvussa. Joissakin tapauksissa esimerkiksi liuskeissa voi olla muutama rako heti kairaamisen jälkeen, mutta näytteen kuivuttua saattaa koko näyte koostua kapeista kiekoista (discing), jolloin RQD luku muuttuu 100 %:sta 0 %:iin (Merjama et al. 2015). Tämä kiekkoutuminen johtuu kalliossa vaikuttaneiden vetojännitysten purkautumisesta. Kairausnäytteeseen ovat vaikuttaneet pää- ja keskijännitykset lähes kohtisuorassa kairausnäytteen kuvitteelliseen akseliin nähden (Li et al. 1998). Joidenkin tutkimusten mukaan kiekkoutumisessa syntyneiden kappaleiden pinnanmuodoista voidaan arvioida kallion jännitysten suuntaa ja voimakkuutta (Kaga et al. 2003). RQD-luku on itsestään soveltumaton kivimassojen luokitukseen, mutta se sopii käytettäväksi yhdessä jonkun toisen kallioluokitusjärjestelmän, tässä tapauksessa Q- luokituksen kanssa (Hartman 2001). On muistettava, että luokitusjärjestelmä voi antaa suuntaviivaa, mutta viimeisin päätös ja yksityiskohtaisemmat tiedot tulevat geologilta tai insinööriltä Q-luokitus ja sen parametrit Q-luokitus (The Rock Tunneling Quality Index) kehiteltiin alun perin kivimassojen luokitteluun ja apuvälineeksi arvioimaan tukemisen tarpeellisuutta tunneleissa ja luolissa. Luokitus kehiteltiin vuosien 1971 ja 1974 aikana. Se julkaistiin ensimmäisen kerran Norjan geoteknisen instituutin (NGI) tutkijoiden esittelemänä vuonna 1974 ja on ollut siitä lähtien tärkeä työkalu kalliorakentamisen kehittymisessä (Palmstrom et al. 2006). Uudenlaiset kalliopultit ja jatkuva kuituvahvisteen kehittäminen ovat edistäneet kallion tukemisprosessia monin tavoin. Ruiskubetonin käyttäminen on saavuttanut hyväksynnän jopa hyvänlaatuisille kallioille tiukentuneiden turvallisuusohjeiden myötä viime vuosien aikana. (NGI 2013). Vuonna 1993 Q-luokitusta päivitettiin lisäämällä siihen yksi uusi

29 28 parametri ja vuonna 2002 Q-luokitusta kehitettiin lisää uusien tunnelitutkimusten myötä (Palmstrom et al. 2006). Q-luokitusta käytetään yleisimmin maanalaisten louhosten kivimassoille, mutta sitä voi myös käyttää maanpinnalla tehtyihin maastokartoituksiin. Q-arvo on riippuvainen maanalaisen alueen geometriasta ja arvoa tulee käyttää muiden kallioluokitusjärjestelmien ohella kalliolaadun luokittelussa. Q-luokitusta voidaan käyttää ohjenuorana lujitussuunnitelmia tehtäessä ja kalliolaadun raportoinnissa. Q-luokitus on tarkin käytettynä maanalaisissa tunneleissa geologista kartoitusta tehtäessä. Sitä voi myös käyttää kairasydänraportoinnissa, kenttätutkimuksissa ja kairareikien tutkimisessa, mutta näissä tapauksissa kaikkia Q-luokituksessa käytettäviä parametreja ei yleensä ole saatavilla/laskettavissa (NGI 2013). Q-luokitukselle saadaan laskettua arvo kartoittamalla kallio kuudella eri parametrilla, jotka yhdessä pareina määrittelevät kivimassan laadun. Q-luokituksen arvo on logaritminen asteikoilla (taulukko 2), ja se määritetään seuraavalla kaavalla: Q = RQD Jn x Jr Ja x Jw SRF, jossa RQD = kallion rikkonaisuutta kuvaava luku Jn Jr = Rakosuuntien lukumäärä = Rakopintojen karkeusluku Ja Jw SRF = Rakopintojen muuttuneisuusluku = Rakojen vedenläpäisevyyskerroin = Jännitystilakerroin

30 29 Määritettäessä Q-luokitusta kairausnäytteestä käytetään vain neljää parametria, jolloin vedenläpäisevyysluku Jw ja jännitystilakerroin SRF jätetään pois tai molemmille annetaan arvoksi 1, jolloin saadaan kaava: Q = RQD Jn x Jr Ja RQD/Jn kuvaa kivimassan kokoa tai karkeaa mittaa tutkittaville lohkoille ja rakojen määrää. RQD/Jn osamäärällä on kaksi ääriarvoa, 100/0.5 ja 10/20. Jr/Ja kuvaa rakojen kitkaominaisuuksia ja rakotäytteiden karkeutta, Jw/SRF kuvaa aktiivista jännitettä kalliossa (Palmstrom 2006). Taulukko 2. Kallion laatuluokka ja sitä vastaava Q-arvo (Barton et al. 1974). Kallion laatuluokka Q-arvo Poikkeuksellisen heikko Erittäin heikko Varsin heikko Heikko 1 4 Kohtalainen 4 10 Hyvä Varsin hyvä Erittäin hyvä Poikkeuksellisen hyvä Rakosuuntien lukumäärä Jn Rakosuuntien geometria vaikuttaa kalliosta irtoavien lohkareiden kokoon ja muotoon. Tietyllä alueella on yleensä 2-4 eri päärakosuuntaa, jotka ovat systemaattisia ja toistuvia. Päärakosuuntien lisäksi esiintyy yksittäisiä satunnaisia rakoiluja, joita ei oteta huomioon rakosuuntia laskettaessa. Parametri Jn kuvaa päärakosuuntien määrää (taulukko 3), joka lasketaan joko kairausnäytteestä tai kalliopinnalta. Tarkempi luku saadaan määritettyä tarkastelemalla tunnelissa tai avonaisessa louhoksessa lohkareiden kokoa ja muotoa (NGI 2013). Tunnelissa geologista kartoitusta tehdessä rakosuunnista saadaan tarkempi tieto, kun rakosuuntien suunnat ja kaateet mitataan kompassin avulla. Näiden suuntien ja tietokoneohjelmien, kuten esimerkiksi Surpac, avulla voidaan alueen rakennegeologia

31 30 kartoittaa seikkaperäisemmin. Vielä yksityiskohtaisempi tieto saadaan, jos kairausnäyte on suunnattu. Näitä tietoja voidaan käyttää tukemisen suunnitteluvaiheessa ja jopa tunneleiden suunnitteluvaiheessa. Taulukko 3. Rakosuuntien lukumäärä Jn (Barton et al. 1974). Rakosuuntien lukumäärä Kiinteä kallio, jossa ei lainkaan tai vain muutamia rakoja Yksi rakosuunta 2.0 Yksi rakosuunta ja satunnaista rakoilua 3.0 Kaksi rakosuuntaa 4.0 Kaksi rakosuuntaa ja satunnaista rakoilua 6.0 Kolme rakosuuntaa 9.0 Kolme rakosuuntaa ja satunnaista rakoilua 12.0 Neljä tai useampia rakosuuntia, satunnaista, voimakasta rakoilua, sokeripaloja 15.0 Murskaantunutta kiveä, maan kaltaista 20.0 Jn Rakojen karkeus Jr Rakojen kitka määräytyy rakoseinämien pintojen luonteesta. Parametri Jr kuvaa rakopintojen karkeutta joko rakotäytteiden kanssa tai ilman (taulukko 4). Rakopinnat voivat olla aaltoilevia, tasaisia, karkeita tai sileitä. Termit sileä ja karhea kuvaavat rakojen pintaa pienessä mittakaavassa (mm cm), joka voidaan määrittää raon pinnalta hankaamalla pintaa sormilla. Termit aaltoileva ja tasainen kuvaavat rakojen geometriaa suuremmassa mittakaavassa senttimetreistä kymmeniin senttimetreihin. Rakopinta voidaan mitata asettamalla jokin suora mitta, esimerkiksi viivoitin rakoa vasten jolloin voidaan määrittää, onko rako aaltoileva vai suora. Termejä portaittainen, aaltoileva ja tasainen käytetään suuremman mittakaavan rakopintojen karkeutta määritettäessä (kuva 13) (Juutinen 2008).

32 31 Kuva 13. Esimerkkejä rakopinnoista (mukailtu kuva, Løset 1997). Määritettäessä rakopintojen karkeutta rakotäytteet tulee myös ottaa huomioon. Jos rakotäytteinä on pehmeitä mineraaleja tai murskaantunutta kiveä, jotka estävät kiven seinämien kontaktia leikkaussiirtymässä, ei karkeudella ole merkitystä, ja tällöin Jr arvoksi tulee aina 1 (Barton et al. 1974).

33 32 Taulukko 4. Rakopintojen karkeusluku Jr (Barton et al. 1974). Rakopintojen karkeus Jr a) rakopinnat kiinni toisissaan, tai b) rakopinnoilla on ohut täyte, joka sallii enintään 10 cm siirtymän A Epäjatkuvia rakoja 4.0 B Rakopinta karkea tai säännötön, aaltoileva 3.0 C Rakopinta sileä, aaltoileva 2.0 D Haarniskapintainen rako, aaltoileva 1.5 E Rakopinta karkea tai säännötön, suora 1.5 F Rakopinta sileä, suora 1.0 G Haarniskapintainen rako, suora 0.5 c) rakopinnat eivät ole kiinni toisissaan H Savimineraaleja sisältävä vyöhyke, joka on kyllin paksu estämään kontaktin 1.0 J Hiekkaa, soraa tai murskaantunutta kalliota sisältävä vyöhyke, joka on kyllin paksu estämään kontaktin 1.0 J r arvoon lisätään 1.0 jos rakoväli on > 3 cm. Arvoa Jr = 0.5 voidaan käyttää tasomaisiin haarniskapintaisiin rakoihin, joissa on lineeatio. Tämä edellyttää, että lineaatio on arvioidun liikesuunnan suuntainen Joissakin tapauksissa raon karkeuden rakenteella voi olla suuntautuneisuutta siten, että rako voi olla yhdessä kohtaa sileä ja toisessa kohtaa aaltoileva. Tällaisia rakoja on hankala määrittää kairausnäytteestä sen rajoitetun paksuuden vuoksi (Kuusirati 2010) Rakopintojen muuttuneisuus Ja Karkeuden lisäksi kitkaan vaikuttavia tekijöitä ovat rakotäytteet ja niiden muuttuneisuus. Raon muuttuneisuutta kuvaa parametri Ja joka huomioi raon täytteen paksuuden ja kovuuden. Nämä ovat riippuvaisia mineraalien koostumuksesta. Q-arvoa laskettaessa tulee ottaa huomioon veden vaikutus mineraaleihin, sillä jotkut savimineraalit paisuvat veden

34 33 vaikutuksesta. Tällä on epäsuotuisa vaikutus kallion tasapainoon. Joskus kairasydän tutkimuksessa Ja-arvo tulkitaan liian hyväksi, jos pehmeät rakotäytteet ovat huuhtoutuneet pois kairauksen yhteydessä. Rakopintojen muuttuneisuus on jaoteltu kolmeen eri kategoriaan pohjautuen rakotäytteen paksuuteen (taulukko 5) (NGI 2013). Taulukko 5. Rakopintojen muuttuneisuusluku Ja (Barton et al. 1974; NGI 2013). Rakopintojen muuttuneisuus Ja a) rakopinnat kiinni toisissaan A rakotäyte tiivis, kova, pehmenemätön ja läpäisemätön 0.75 B Muuttumattomat rakopinnat, pinta vain likainen 1.00 C Lievästi muuttuneet rakopinnat. Pehmenemättömiä mineraaleja, hiekkaa tai murskaantunutta savetonta kalliota 2.00 D Täytteenä silttistä tai hiekkaista savea, savipartikkeleiden osuus pieni (pehmenemätöntä) 3.00 E Pehmeneviä tai pienen kitkan omaavia savimineraaleja, myös kloriitti, talkki, grafiitti jne., pieniä määriä paisuvaa savea 4.00 b) rakopintoja erottaa ohut rakotäyte, joka sallii enintään 10 cm leikkaussiirtymän F Täytteena hiekkaa, murskaantunutta savetonta kalliota 4.00 G Vahvasti ylikonsolidoitunutta, pehmenemätöntä savimineraalitäytettä (täytteisyys jatkuvaa, paksuus <5mm) 6.00 H Keskinkertaisesti tai vähän ylikonsolidoitunutta, pehmenevää savimineraalitäytettä (täytteisuus jatkuvaa, paksuus <5mm) 8.00 J Paisuva savitäyte. J a:n arvo riippuu saven paisuvuudesta ja veden määrästä (täytteisyys jatkuvaa, paksuus <5mm) c) rakopintoja erottaa paksu rakotäyte (>5mm), joka estää rakopintojen kontaktin siirtymästä K Murskaantunutta kiveä, voimakkaasti ylikonsolidoitunut 6.00 L M Mursketta tai savea sisältävä vyöhyke, sisältää pehmeneviä täytteitä Mursketta tai savea sisältävä vyöhyke, paisuvaa savea, J a:n arvo riippuu saven määrästä N O P Paksut, jatkuvat savivyöhykkeet, voimakkaasti ylikonsolidoitunut Paksut, jatkuvat savivyöhykkeet, vähän tai keskinkertaisesti ylikonsolidoitunut Paksut, jatkuvat savivyöhykkeet, paisuvaa savea. J a:n arvo riippuu saven määrästä

35 Vedenläpäisevyysluku Jw Rakojen vedenläpäisevyyskerroin Jw kuvaa veden vaikutusta ja painetta kalliossa. Vedenläpäisevyyskerroin voidaan määrittää vain tunneliolosuhteissa. Rakojen vesi voi pehmentää tai jopa huuhtoa rakotäytteen pois, jolloin rakojen välinen kitka vähenee. Normaali jännitys rakopintojen seinämillä voi vähentyä veden kohdistavasta paineesta, joka voi aiheuttaa helpommin kalliolohkojen siirtymistä. Rakojen vedenläpäisevyyskerroinmääritys pohjautuu sisäänvirtaukseen ja veden paineeseen, joka on mitattu tunneliolosuhteissa. Vedenläpäisevyyskerrointa määritettäessä tulee osata arvioida onko vesi pohjavettä vai onko vesi lähtöisin tunneleista (esimerkiksi työkoneissa käytetty vesi). Myös vuodenaika tulee huomioida. Alhaisin lukema (Jw < 0.2) johtaa suuria stabiliteettiongelmia kalliossa (taulukko 6) (Løset 1997). Taulukko 6. Rakojen vedenläpäisevyyskerroin Jw (Barton et al. 1974). Vedenläpäisevyyskerroin A Kuivat kalliotilat tai vesivuodot hyvin pieniä (<5l/min) 1 Jw B C Keskinkertaiset vuodot, satunnaista rakotäytteen poishuuhtoutumista 0.66 Suuret vesivuodot kohtalaiset hyvässä kalliossa, raot ovat täytteettömiä 0.5 D Suuret vesivuodot, rakotäytteen huomattavaa poishuuhtoutumista 0.33 E Poikkeuksellisen suuret vesivuodot välittömästi räjäytyksen jälkeen, vuodot pienenevät myöhemmin F Poikkeuksellisen suuret pysyvät vuodot a) Tekijät C-F ovat karkeita arvioita. Lisää Jw:n arvoa jos kallio on kuivunut tai injektoitu sementti on huuhtoutunut pois b) Jään aiheuttamia muodostumia ei ole huomioitu Jw-arvoa määritettäessä voi käyttää seuraavia perusteita: arvon ollessa 1 tutkittavalta alueelta tippuu muutama pisara vettä minuutissa, ja arvolla 0.66 alueelta valuu norona vettä tai toistuvaa tiputtelua.

36 Jännitystilakerroin SRF Kiven lujuutta ja jännitystilaa kuvaa SRF-arvo (stress reduction factor), joka määritetään tunneliolosuhteissa. Jännityksestä aiheutuvat seuraukset näkyvät maanalaisessa tunnelissa esimerkiksi lohkeiluna, muodonmuutoksena, puristumisena, laajentumisena ja lohkareiden putoamisena. Siinä missä voimakas lohkeilu ja kivien murtuminen voivat tapahtua välittömästi louhinnan jälkeen, hitaammat muodonmuutokset, kuten uusien rakojen kasvaminen tai heikon kivimassan plastinen deformaatio voivat muodostua useita päiviä, viikkoja tai jopa kuukausia louhinnan jälkeen. Näissä tapauksissa SRF-arvon määrittäminen tunneleita kartoitettaessa heti louhinnan jälkeen voi olla virheellinen (NGI 2013). SRF-arvoa määritettäessä valitaan kartoitettavalle alueelle oikea kategoria (taulukko 7, kohdat a, b, c ja d) ja sen perusteella oikea arvo.

37 36 Taulukko 7. Jännitystilakerroin SRF (Barton et al. 1974; Grimstad ja Barton 1993). Jännitystilakerroin a) Kalliossa heikkousvyöhykkeitä useita heikkousvyöhykkeitä, jotka sisältävät savea tai kemiallisesti hajonnuta kalliota, ympäröivä A kallio hyvin löyhää (kaikki syvyydet) SRF 10 B Yksittäisiä heikkousvyöhykkeitä, sisältävät savea tai kemiallisesti hajonnutta kalliota (syvyys 50m) 5 C Yksittäisiä heikkousvyöhykkeitä, sisältävät savea tai kemiallisesti hajonnutta kalliota (syvyys >50m) 2.5 D Useita heikkousvyöhykkeitä lyhyessä osassa hyvää, savetonta kalliota, ympäröivä kallio löyhää (kaikki syvyydet) 7.5 E Yksittäisiä heikkousvyöhykkeitä hyvässä, savettomassa kalliossa (syvyys 50m) 5 F Yksittäisiä heikkousvyöhykkeitä hyvässä, savettomassa kalliossa (syvyys >50m) 2.5 G Löyhiä ja avoimia rakoja, voimakasta rakoilua (kaikki syvyydet) 5 b) Ehyt kallio, jännitystilasta aiheutuvia ongelmia H Pienet jännitykset, lähellä pintaa, avoimia rakoja 2.5 I Keskinkertaiset jännitykset 1 J Suuret jännitykset, hyvin kiinteä rakenne. Yleensä edullinen tunnelin lujuudelle, voi olla epäedullinen seinien lujuudelle K Kiinteässä kalliossa lievää kivilaattojen hilseilyä > 1 tunnin kuluttua louhinnasta 5-50 L Kiinteässä kalliossa kivilaattojen hilseilyä ja kalliopauketta muutaman minuutin kuluttua louhinnasta M Kiinteässä kalliossa runsasta kalliopauketta ja välittömiä voimakkaita muodonmuutoksia louhinnan jälkeen c) kokoonpuristuva kallio, huonon kallion muuttumista plastiseksi korkean paineen vaikutuksesta (jännitys ylittää kiven lujuuden) O Lievä kokoonpuristava paine 5-10 P Suuri kokonpuristava paine d) paisuva kallio; kemiallisen paisumisen voimakkuus riippuu veden ja paisuvien mineraalien määrästä R Lievä paisuttava paine 5-10 S Suuri paisuttava paine 10-15

38 37 6. TUTKIMUSAINEISTO JA-MENETELMÄT Lopputyöni käsittelee Q -aineiston käyttöä Kittilän kaivoksen geoteknisessä luokittelussa. Työhön valittiin tutkittavat alueet kaivoksen tuotannollisesti aktiivisilta profiileilta. Profiilit valittiin yhdessä vanhemman kaivosgeologi Leena Rajavuoren ja entisen (nykyinen malminetsinnän johtaja) kaivoksen päägeologin Jyrki Korteniemen kanssa kesällä Tutkimusprofiileja on kuusi kaivoksen eri tasoilta (syvyyksiltä). Kaksi tutkimusprofiilia sijaitsee Rouravaaran maanalaisessa kaivoksessa ja neljä Suurikuusikon maanalaisessa kaivoksessa. Tutkimusprofiileita tarkastellaan mahdollisuuksien mukaan pareittain. Jokaiselle tutkimusprofiilille on tehty molemmille puolille kairaukset kolmeen eri suuntaan profiilin suuntaan nähden (kairaussuunta muuttunut Z-suunnassa). Rouravaaran tutkimusprofiileille tehdyt vaakasuuntaiset kairaukset (2 kpl) ovat suunnattuja. Kairaukset on suoritettu vuosien aikana. Kaikille kairanäytteille on tehty RQD-luokitus, tämän lisäksi osalle vaakasuorille kairanäytteille on tehty Q -luokitus. RQD-luokituksen on tehnyt vuorossa oleva geoteknikko ja Q -luokituksen joko kirjoittaja itse tai vuorossa oleva kaivosgeologi yhdessä geoteknikon kanssa (yleensä Q -luokituksen tekee geoteknikko). Rouravaaran suunnatut vaakasuuntaiset kairanäytteet kirjoittaja kävi läpi malminetsintägeologi Markus Sirviön kanssa Kittilässä Pakatin yksikössä helmikuussa Sirviö opetti kuinka suunnatuista näytteistä otetaan suunnat esimerkiksi kerroksellisuudelle tai juonelle. Kairanäyte suunnataan kairauksen aikana joko digitaalisesti kairakoneeseen liitettävällä laitteella tai kairauksen aikana kairaputkeen lisättävällä suuntausterällä (esimerkiksi DeviCore, Reflex EZY-marker). Kun näyte on saatu tavoitepituuteen, näytteet asetellaan laatikkoon ja palapelimäisesti palaset yhdistetään ja saadaan suunnattu näyte. Suunnattua näytettä tulkittaessa täytyy ottaa huomioon suuntauksen onnistuneisuus. Joskus suuntaaminen ei ole onnistunut merkeistä huolimatta ja tämä mahdollistaa väärät rakennetulkinnat. Yleensä kohdat, joista ei saada suuntausta selville tai merkit ovat hävinneet, jätetään merkitsemättä kairanäytteeseen.

39 38 Suunnatuista näytteistä lasketaan kaksi kulmaa, α- ja β-kulmat eli kaateen suunta ja suunnan mittaaminen. α-kulma on terävä kairanäytteen akselin ja ellipsin pitemmän akselin välinen kulma (kuva 14). β-kulma on neutraaliakselin (näytteen myötäinen linja) ja ellipsoidin kärjen tason välinen kulma myötäpäivään laskettuna. β-kulmaa laskettaessa apuna käytetään yleensä muovista erikoisastelevyä, jossa asteitten etäisyys riippuu kairanäytteen paksuudesta (liite 5). Kuva 14. α- ja β-kulmien mittaaminen suunnatusta kairanäytteestä. (kuva: Holcombe, Coughlin, Oliver Valenta global, 2010). Tutkimusprofiileille on pyritty tekemään peräkartoituksen yhteydessä Q-luokitus tunnelissa noin 4.7 metrin välein, joka on Kittilän kaivoksessa normaali peränajon eli katkon etenemä. Peräkartoituksen tekee vuorossa oleva geoteknikko ja kartoitus tehdään sille tarkoitetulla ohjelmalla kannettavalla tietokoneella. Joissakin tapauksissa kartoitusta ei ole pystytty tekemään tuotannollisista syistä, esimerkiksi katko on lähtenyt huonosti ja seinämä on epävakaa tai räjäytyksessä lentäneet irtolohkareet estävät pääsyn kohteelle. Myös louhintaaikataululla on suuri vaikutus peräkartoitukseen. On otettava huomioon, että Kittilän kaivoksella ei peräkartoituksessa käytetä kompassia rakosuuntien mittaamisessa. Sen sijaan jokaisesta kartoitetusta perästä otetaan kuvia useasta eri kuvakulmasta, jotka geoteknikko yhdistää erikoistietokoneohjelmalla saadakseen kuvista 3D-mallin. 3D-kuvien

40 39 yhdistäminen ja rakenteiden mallintaminen vaatii lisenssin, kuvien tarkastelu onnistuu ilmaisversiolla. Kirjoittaja kävi läpi peräkartoituksen jokaisen geoteknikon kanssa erikseen, jotta kartoitus olisi kaikilla samankaltainen. Tämä mahdollistaisi kartoitusten yhtenäisyyden ja helpottaisi pro gradu -tutkielmassa tulosten käsittelyä. Syyskuussa 2015 WSP:n järjestämällä Q - kurssilla kaikki vuorossa olleet geologit ja geoteknikot kävivät lävitse peräkartoituksen ja Q -luokituksen Hanna Mönkkösen ja Susanna Merjaman opastuksella. Kairanäytteille tehdään näytteenkäsittelyhallissa kairanäytetutkimus makroskooppisesti. Tutkimuksessa kaivosgeologi käy läpi kairanäytteistä luuppia apuna käyttäen kivilajit, mahdolliset sulfidit ja poikkeavat löydökset, esimerkiksi normaalia suurempi heikkousvyöhyke (kiekkoutuminen, grafiittivyöhyke jne.). Joissakin tapauksissa kairanäytteestä vertaillaan kovuuksia talkin tunnistamiseksi. Geologin tehtyä omat merkinnät kairalaatikkoon geoteknikko tekee kairanäytteelle joko RQD-luokituksen tai Q - luokituksen. Kittilän kaivoksella käytetään WSP:n luomia pohjia RQD- ja Q -luokitusta varten on tehnyt (ks. Liite 1 ja 2). Kirjoittaja valitsi ohjaajansa Kimmo Koppströmin kanssa kahdesta Suurikuusikon maan alaisesta kaivoksesta kairatusta näytteestä yhteensä kymmenen näytettä ohuthieitä varten ja Rouravaaran näytteistä kirjoittaja valitsi yhdessä Markus Sirviön kanssa kymmenen näytettä niin ikään ohuthieitä varten. Näytteissä on keskitytty kivilajeihin ja mahdollisiin rakenteisiin, kuten juoniin tai mahdollisiin lineaatioihin sekä foliaatioihin. Näytteissä on käytetty yhtiön käyttämää nimeämistä, jonka perään on liitetty näytteen syvyys (taulukko 8). Kiillotetut ohuthienäytteet valmistettiin valituista kairasydännäytteistä Inspecta Oy Oulun toimipisteessä joulukuussa 2015 ja maaliskuussa Ohuthienäytteet tutkittiin Oulun yliopiston kaivannaisalan tiedekunnan mikroskooppiluokassa pinta- ja läpivalaisumikroskoopilla. Läpivalaisumikroskooppia käytettiin silikaattien tunnistamiseksi sekä mikrorakenteiden tutkimiseen. Pintavalaisumikroskoopilla tarkasteltiin mahdolliset sulfidit ja grafiitti sekä myös rakenteita. Valokuvat ohuthienäytteistä on otettu tiedekunnan optisessa laboratoriossa polarisaatiomikroskooppiin liitetyllä digitaalikameralla.

41 40 Taulukko 8. Tutkimusprofiilien ohuthienäytteet. Sijainti Rouravaara Rouravaara Suurikuusikko Suurikuusikko Näytenumero RUG16027_32.75 RUG16027_33.54 RUG16027_44.88 RUG16027_51.04 RUG16027_53.98 RUG16030_5.48 RUG16030_26.67 RUG160303_35.48 RUG16030_39.85 RUG16030_42.20 SUG15243_13.60 SUG15243_20.45 SUG15243_22.95 SUG15243_34.75 SUG15243_49.50 SUG15255_14.20 SUG15255_25.50 SUG15255_29.55 SUG15255_37.90 SUG15255_40.20

42 41 7. TUTKIMUSPROFIILIEN KIVILAJIT JA RAKENTEET 7.1. Kivilajit ja päämineraalit Tutkimusalueen kivilajit ovat pääsääntöisesti emäksisiä, muuttuneita ja hiertyneitä laavabreksioita ja emäksisiä, tuffiainesta sisältäviä breksioita (taulukko 9). Kaikki näytteet ovat vahvasti muuttuneita ja hiertyneitä, joten primäärirakenteet ovat heikosti näkyvillä. Tutkimusalueen metavulkaniiteissa on havaittavissa seuraavia muuttumistyyppejä: albiittiutuminen, karbonaattiutuminen, kloriittiutuminen, kvartsiutuminen ja serisiittiytyminen. Hiertyneissä näytteissä tavataan grafiittia etenkin hiertosaumoissa. Koska tutkimus koskee enemmän kalliomekaaniikkaa kuin geologiaa, valituille näytteille ei ole tehty mikroskopointia tarkempia tutkimuksia (mineralogisia tuloksia löytää seuraavista pro gradu - tutkielmista: Aho, 2009, Koppström, 2012, Värttö, 2012, Savolainen, 2012 ja Smeds, 2015). Muuttuneet ja hiertyneet laavabreksiat (MML) ovat toiseksi yleisin kivilaji emäksisten tuffiainesta sisältävien breksioiden (MVX) ohella. Kuvassa 15 emäksisen laavabreksian päämineraaleina esiintyy karbonaatteja, serisiittiä, albiittia, ja kvartsia, aksessorisina mineraaleina grafiittia (erityisesti hiertosaumoissa), amfiboleja, kloriittia, Ti-mineraaleja ja malmimineraaleista rikkikiisua ja arseenikiisua. Riippuen sijainnista hiertovyöhykkeeseen nähden malmimineraalit voivat myös esiintyä päämineraaleina. Laavabreksioissa esiintyy karbonaattijuonia/juonistoa. Liite 3 sisältää tutkimuksessa käytettyjen kairanäytteiden profiilit ja liite 4 kivilajitulkinnat. Profiilien molemmilta puolilta on kairattu näytteet ja tutkimuksessa on otettu huomioon kolme eri aluetta, joiden näyteparien pystysuuntaiset etäisyydet ovat noin 25 metriä Suurikuusikon puolella ja noin 40 metriä Rouravaaran puolella (tarkemmat etäisyydet näkyvät liitteessä).

43 42 Kuva 15. Polarisaatiomikroskooppikuva laavabreksiasta. Päämineraaleina karbonaatteja, albiittia ja kvartsia, opaakkeina mineraaleina rikkikiisua ja jonkin verran arseenikiisua. 5x suurennos ristinikoleilla. Näyte SUG15255_ Kuva 16. Polarisaatiomikroskooppikuva laavabreksiasta. Päämineraaleina kvartsia, karbonaatteja, serisiittiä, albiittia. Mikrosiirroksen, jonka suuntaa ei tiedetä (ei ole suunnattu näyte), sauma täyttynyt karbonaateilla ja grafiitilla. Oppaakkimineraali rikkikiisua. 2.5x suurennos ristinikoleilla. SUG15255_25.50.

44 43 Taulukko 9. Kivilajit, pää- ja malmimineraalit tutkituissa ohuthienäytteissä. MVX= emäksiset tuffiainesta sisältävät breksiat, MML= emäksiset, muuttuneet ja hiertyneet laavakivet, MPL= emäksiset tyynylaavakivet, UMV=ultramafiset kivet, TCS= folioituneet ultramafiest vulkaaniset kivet. Näytenumero Kivilaji Päämineraalit Malmimineraalit RUG16027_32.75 MVX Serisiitti, karbonaatit, kvartsi, albiitti, grafiittia RUG16027_33.54 MML Karbonaatit, grafiitti, albiitti Rikkikiisu Rikkikiisu, magnetiitti, arseenikiisu RUG16027_44.88 MVX Karbonaatit, albiitti, grafiitti, serisiitti Rikkikiisu, arseenikiisu, magnetiitti RUG16027_51.04 MVX Karbonaatit, grafiitt, serisiitti, albiitti, kvartsi Rikkikiisu, arseenikiisu, magnetiitti RUG16027_53.98 MML Karbonaatit, albiitti, kvartsi, grafiitti Rikkikiisu, arseenikiisu, magnetiitti RUG16030_5.48 RUG16030_26.67 MPL MVX Amfibolit, plagioklaasi, pyrokseenit, karbonaatit Albiitti, karbonaatit, kloriitti, grafiitti, kvartsi Rikkikiisu, arseenikiisu Rikkikiisu, arseenikiisu, magnetiitti RUG160303_35.48 MML Karbonaatit, grafiitti, albiitti Rikkikiisu, arseenikiisu RUG16030_39.85 UMV Karbonaatit, albiitti Rikkikiisu, arseenikiisu RUG16030_42.20 MML Karbonaatit, albiitti SUG15243_13.60 SUG15243_20.45 SUG15243_22.95 SUG15243_34.75 SUG15243_49.50 SUG15255_14.20 SUG15255_25.50 SUG15255_29.55 SUG15255_37.90 SUG15255_40.20 MML MVX MVX MVX MML MML MML MVX MML TCS Kvartsi, albiitti, karbonaatit, grafiitti Karbonaatit, grafiitti, kvartsi, serisiitti Kvartsi, karbonaatit, grafiitti, serisiitti, albiitti Kvartsi, sertti, grafiitti, karbonaatit, albiitti Kvartsi, grafiitti, karbonaatit, kloriitti Karbonaattit, kvartsi, amfiboleja, serisiitti Kvartsi, karbonaatit, serisiitti, grafiitti, albiitti Kvartsi, serisiitti, grafiitti, karbonaatit Karbonaatit, serisiitti, albiitti, kvartsi Karbonaatit, grafiitti, talkki, kvartsi Arseenikiisu, rikkikiisu, magnetiitti Arseenikiisu, rikkikiisu, kuparikiisu Rikkikiisu Rikkikiisu, arseenikiisu, magnetiitti Rikkikiisu, arseenikiisu Rikkikiisu, magnetiitti, kuparikiisu, Rikkikiisu Arseenikiisu, rikkikiisu, kuparikiisu Rikkikiisu, arseenikiisu Rikkikiisu, arseenikiisu Rikkikiisu, kuparikiisu

45 44 Kuvassa 17 on hiertynyt emäksinen tuffiainesta sisältävä breksia, jossa on koillinen-luode suuntainen grafiittijuoni. Mineraaleina esiintyy kvartsia, serisiittiä ja karbonaatteja. Kairanäytteestä mitattiin hierto, jonka α-kulma on 55 ja β-kulma 290. Kuva 17. Polarisaatiomikroskooppikuva emäksisestä tuffiainesta sisältävästä breksiasta (MVX) ja grafiittisesta hiertosaumasta. 5x suurennos. Näyte RUG16027_51.04.

46 45 8. TUTKIMUSPROFIILIT JA GEOTEKNINEN LUOKITTELU Tutkimuksessa käytetyille profiileille on kairattu molemmille puolille toisen ollessa niin sanottu Q -reikä ja toisen RQD-reikä (kuva 18). Tutkimusprofiilin edetessä jokaiselle katkolle on pyritty tekemään geologinen kartoitus geoteknikon toimesta niin aina onnistumatta tuotannollisista syistä. Näin ollen kartoitusdata on vaillinainen, joka aiheuttaa tälle tutkimukselle pieniä aukkoja. Taulukoissa tyhjät lokerot alussa ovat ruiskubetonia, muualla taulukossa ne ovat sydänhukkaa, jolloin Q -arvoa ei ole saatavilla (esimerkiksi grafiittivyöhyke). Kalliomekaanisissa luokitusjärjestelmissä käytetyt valmiit excel-pohjat löytyvät liitteinä (liitteet 1 ja 2).

47 46 Kuva 18. Havainnekuva tutkimusprofiileille tehdyistä kairauksista. Kuvassa värit viittaavat litologiaan.

48 47 Taulukko 11. Tutkimusprofiilin 275P168 kartoituksessa saadut kalliomekaaniset arvot sekä kairanäytteiden kalliomekaaniset luokittelut ja niiden arvot. SUG15152 SUG P168 m RQD m Q' RQD m RQD Q

49 48 Taulukko 12. Tutkimusprofiilin 300P168 kartoituksessa saadut kalliomekaaniset arvot sekä kairanäytteiden kalliomekaaniset luokittelut ja niiden arvot. SUG15243 SUG P168 m Q' RQD m RQD m RQD Q

50 49 Taulukko. 13. Tutkimusprofiilin 375P124 kartoituksessa saadut kalliomekaaniset arvot sekä kairanäytteiden kalliomekaaniset luokittelut ja niiden arvot. SUG15286 SUG P124 m Q' RQD m Q' RQD m RQD Q

51 50 Taulukko. 14. Tutkimusprofiilin 425P128 kalliomekaaniset arvot sekä kairanäytteiden kalliomekaaniset luokittelut ja niiden arvot. SUG14123 SUG P128 m RQD m Q' RQD m RQD Q

52 51 Taulukko 15. Tutkimusprofiilin R390P220 kartoituksessa saadut kalliomekaaniset arvot sekä kairanäytteiden kalliomekaaniset luokittelut ja niiden arvot. RUG15032 RUG15036 R390P220 m Q' RQD m RQD m RQD Q

53 52 Taulukko 16. Tutkimusprofiilin R430P219 kartoituksessa saadut kalliomekaaniset arvot sekä kairanäytteiden kalliomekaaniset luokittelut ja niiden arvot. RUG16027 RUG16030 R430P219 m Q' RQD m Q' RQD m RQD Q

54 53 9. Q-AINEISTON KÄYTTÖ MUISSA KAIVOKSISSA 9.1. Posivan loppusijoitustunneli Posivalla kairanäytteiden suuntaukset tehdään jokaiseen näytteeseen. WSP on laatinut yhteistyössä Posivan kanssa useita excel-taulukoita kairanäytetulkintaa varten, jotta tulkinta olisi monipuolinen ja perinpohjainen. Siinä missä Kittilän kaivoksella kairanäyte pyritään tulkitsemaan mahdollisimman nopeasti, Posivalla useampi geologi tulkitsee näytteen ja laatii siitä 3D-mallin. Kaikki tulevat loppusijoituspaikkojen reiät kalliossa skannataan ja valokuvataan, jotta pienimmätkin kallion lujuutta heikentävät rakenteet voidaan tulkita ja arvioida. Kairanäytetulkinnasta saatuja tietoja ja kallioseinämien skannauksia analysoidaan kolmella eri tietokoneohjelmalla, muun muassa Examine 3D:llä Pyhäsalmen kaivos Pyhäsalmen kaivoksella kaikki kairanäytteet ovat suunnattuja ja geologisessa kartoituksessa käytetään kompassia rakosuuntien mittaukseen. Kaivoksella geoteknikko suorittaa kartoittamisen. Kartoituksessa otetaan huomioon kallion eheys; ehjälle seinämälle tehdään erillinen Q-luokitus. Kartoituksessa ei huomioida peräseinää. Pyhäsalmen kaivoksen lähestyessä eliniän päättymistä kairausmäärät ovat vähentyneet. Kairanäytetulkinnassa näytteille ei tehdä Q -luokitusta, pelkästään RQD-luokitus. Kaivokselle on asennettu seismogrammeja eri syvyyksille mittaamaan kalliossa tapahtuvia jännitteiden purkuja, joiden avulla kalliomekaniikkaa seurataan. Kaivoksella on erikseen rakennegeologi, joka seuraa ja tarkkailee kaivoksessa tapahtuvia liikuntoja Kemin kaivos Kemin kaivoksella kaikki kairanäytteet ovat suunnattuja ja tulkinnan tekee aina vuorossa oleva geologi. Kaikille kairanäytteille tehdään Q -luokitus. Geologisen kartoituksen tekee

55 54 aina vuorossa oleva geologi. Kartoituksessa otetaan huomioon rakojen suunnat kompassia apuna käyttäen. Kartoitus tehtiin vierailun aikana ( ) perinteisesti kynällä ja paperilla. Saaduista kartoitustiedoista geologi laatii 3D-mallin tietokoneohjelmalla, jossa näkyy mitatut rakosuunnat. Kemin kaivoksella tasoperille tehdään Q-luokitus. Huonossa kivessä oleva seinä kartoitetaan erikseen, joilloin saadusta Q-arvosta tulee realistisempi. Kartoitetuille perille tehdään GIS-luokitus (Geological Strength Index). GIS-luokitusta käytetään sellaisen kalliomassan luokittelussa, jossa oletetaan olevan sattumanvaraisesti epäjatkuvuuksia, jotka käyttäytyvät isotrooppisen massan mukaan (Marinos et al. 2004).

56 POHDINTAA Tutkielmassani tarkastelin Q-kallioluokitusjärjestelmän käyttöä Kittilän kaivoksessa. Tutkimusaineistona käytin kuutta kaivoksen aktiivista tutkimusprofiilia, joille jokaiselle oli tehty tuotannolliset kairaukset molemmille puolille profiilia. Tutkielmassani käytin yhteensä 12 kairanäytettä, joista kahdeksalle on tehty Q -luokitus ja neljälle näytteelle RQDluokitus. Päämääränä oli tutkia profiileja pareittain syvyyden muuttuessa, toisin sanoen toinen profiileista sijaitsee toisen yläpuolella. Tutkimuksessa käytettiin vaakasuuntaisia kairanäytteitä, jotka tutkija itse tai toinen vuorossa oleva kaivosgeologi tulkitsi. Tutkimusprofiilien peränajon aikana katkoille tehtiin geologinen kartoitus, josta saadaan kyseiselle matkalle Q-luokitus. Kartoituksen yhteydessä tutkittavasta kalliosta otetaan valokuvia, joista geoteknikko tekee valokuvia yhdistelemällä 3D-kuvia. 3D-kuvista näkee suurimmat rakenteet ja mahdolliset heikkousvyöhykkeet kalliossa. Geologisessa kartoituksessa kartoittaja, yleensä geoteknikko, analysoi katkon molemmat seinämät, peräseinän sekä katon samalle Q-arvolle. Kartoittamisen yksi osa on kuvata piirtämällä suurimmat rakenteet jokaisesta tutkittavasta tasosta, esimerkiksi haarniskapinnat ja rakosuunnat. Toisin kuin Kemin ja Pyhäsalmen kaivoksella, Kittilän kaivoksella ei käytetä kompassia suuntien mittaamiseen, vaan kaikki suunnat piirretään vapaalla kädellä oletettuun kohtaan mallina toimivaan pohjaan kannettavalla tietokoneella. Kartoittajien vaihtuessa työvuoroittain kartoituksen tarkkuus muuttuu toisen ottaessa huomioon vähemmän rakenteita ja toisen ottaessa huomioon pienimmätkin rakenteet ja muutokset. Tällä on vaikutus lopulliseen Q-arvoon, yleensä heikentäen sitä. Parhaiten rakenteet näkee katkosta otetuista 3D-valokuvista. Kartoittamisesta saatu data vaatii oman tietokoneohjelman katselemista varten, myös 3D-kuvien katsominen vaatii oman ohjelmansa. Kartoitusdataa pystyy tutkimuksen teko hetkellä katsomaan vain kartoituksessa käytetyllä kannettavalla tietokoneella, joka hankaloittaa datan saantia ja analysointia. Joissakin tapauksissa profiilien kartoittaminen ei onnistu, esimerkiksi kartoitettava profiili on ehditty ruiskubetonoida eli tutkittava katko on jo tuettu. Tätä tutkimusta tehdessä useampi katko jäi kuvaamatta, jonka seurauksena tutkimusdata on puutteellinen ja tästä syystä

57 56 Q -luokitusta ei pysty vertailemaan Q-luokituksen kanssa. Kittilän maanalaisen kaivoksen edetessä syvemmälle olisi kallioluokituksen kannalta tärkeää saada kartoitettua uusille louhinta-alueille tehtäviä periä. Erityisesti syvemmillä alueilla joissa kalliopaine kasvaa ja kun kalliota louhitaan, kalliopaineen purkautuva energiamäärä on suurempi kuin lähellä pintaa olevien louhittujen perien ja louhosten. Tästä syystä tulisi harkita useampien kallioluokitusjärjestelmien käyttöä rinnakkain, esimerkiksi Kemin kaivoksella käytettävää GSIluokitelmaa. Myös kartoituksessa tulisi ottaa huomioon rakenteet ja heikkousvyöhykkeet ja niiden suunnat. Näin uusista alueista saataisiin laajempi data käsiteltäväksi ja analysoitavaksi.

58 JOHTOPÄÄTÖKSET Q -luokituksen määrittäminen kairanäytteelle on hidasta, etenkin jos näyte on normaalia pitempi (yli 100 m) ja näytteessä kivilaji muuttuu useamman kerran ja rakojen tiheys muuttuu. Myös rakotäytteellä on merkitystä tutkittavaan jaksoon. Rakosuuntien määrittäminen ja rakojen määrä kairanäytteestä on hankalaa, etenkin jos raot eivät ole luonnollisia. Henkilö, joka ei ole aikaisemmin tehnyt Q -luokitusta kairanäytteelle, laskee mekaanisesti syntyneet raot (kairauksen aikana syntyneet) mukaan liian herkästi jolloin rakomäärästä tulee liian suuri ja Q -luokituksen arvo heikentyy. Rakotäytteen paksuus vaikuttaa lopulliseen Q - arvoon heikentävästi. Kairauksen yhteydessä luonnollisen raon täyte on saattanut huuhtoutua pois ja näin ollen alkuperäistä rakotäytteen paksuutta ei tiedetä. Geologisessa kartoituksessa kartoittajien tyyli vaihtelee, jolla on vaikutus lopulliseen Q- arvoon. Kartoituksessa tulisi pyrkiä yhtenäiseen tyyliin, esimerkiksi mitkä rakenteet ovat relevantteja ja mitkä rakenteet tulisi piirtää, mitkä rakenteet tulee ottaa huomioon Q-arvoa analysoitaessa ja mitkä voi jättää huomioimatta. Esimerkkinä Kemin kaivoksella geologeilla toimii rotaatio kartoitusvuoroista. Yksi geologi kartoittaa aktiivisten perien katkot ja mittaa rakenteista suunnat (rakosuunnat) kompassin avulla. Nämä tiedot geologi lisää tietokantaan josta tehdään 3D-malli. 3D-mallissa näkyy kiven lujuudet (RQD) sekä isoimmat rakosuunnat ja heikkousvyöhykkeet. Kaikki kerätty data on sekä geologien että insinöörien saatavilla, joka mahdollistaa parhaan mahdollisen kalliomekaanisen riskiluokituksen. Sen sijaan että geoteknikko tekisi kalliomekaanisen luokittelun suunnatuille kairanäytteille, Kemin kaivoksella vuorossa oleva geologi (rotaatio) tekee luokittelun. Geologien tulkinta on yhdenmukaistettu, jotta data olisi mahdollisimman yhtenevää ja käyttökelpoista. Parantaakseen geologisen kartoituksen yhteydessä tehtävää kalliomekaanista luokittelua, kartoituksessa olisi hyvä huomioida rakosuuntien suunnat kompassin avulla sen sijaan että vapaalla kädellä piirretään raot tietokoneella seinää kuvaavaan pohjaan. Kartoituksen yhtenäistäminen mahdollistaisi Q-arvon saamisen lähemmäksi todellisuutta ja datan vertailukelpoisuutta. Useamman geoteknikon sijaan kartoituksen voisi tehdä siihen koulutettu geologi. Toinen hankaloittava tekijä kartoituksessa on iltavuorossa tuotannon työkohteiden

59 58 sijainti. Vaikka geologi ilmoittaisi tuotannon työjohdolle ja toiminnan keskukselle kartoitettavista peristä, ovat kyseiset perät rapattu iltavuorolla. Useammalla kerralla iltavuorolla työkohteet ovat käyneet vähiin ja työjohtaja on tehnyt päätöksen rappauttaa kartoitettavat perät, josta syystä kartoitusdata kyseiseltä profiililta jää vaillinaiseksi. Kaivoksella ei ole iltavuorossa geoteknikoita tekemässä geologista kartoitusta. Tutkimusta tehdessä minulla oli vaikeuksia saada tunnelissa tehtyä kartoitusdataa käsiini. Kävi ilmi, että dataa ei voi lukea niin sanotusti normaalilla tietokoneella, vaan datan pystyi avaamaan vain kartoitukseen tarkoitetulla tietokoneohjelmalla. Tästä johtuen kartoitusdatan hyväksikäyttö oli tutkimusta tehdessä hyvinkin puutteellista. Sama ongelma tuli vastaa katkoista otetuista 3D-kuvista. Kuvien katseluun tarvitsee oman erillisohjelman, jolla saada kuvat auki. Tämä kyseinen ohjelma löytyy ainakin jokaiselta kaivosgeologin ja geoteknikon tietokoneelta. Kalliomekaanisessa luokittelussa ja siitä saadun datan hyödyntämisessä on parantamisen varaa. Mitä syvemmälle Kittilän kaivos etenee, sitä suuremmaksi kalliomekaaniset haasteet kasvavat. Yhteistyö kaivosgeologien ja kalliomekaanikkojen kesken mahdollistaisi Q - ja Q-luokituksessa saadun datan hyödyntämisen parhaalla mahdollisella tavalla. Esimerkiksi yhdessä valitut tutkimusprofiilit ja niistä otettujen katkojen kartoittaminen asian osaavan työntekijän toimesta antaisi mahdollisimman tarkan ja yhtenäisen datan. Kompassin käyttö kartoittamisessa lisäisi rakenteiden tuntemista ja niiden paikallistamista. Pyhäsalmen kaivoksella rakennegeologi tulkitsee ja analysoi mahdollisten rakenteiden ja heikkousvyöhykkeiden kalliomekaaniset riskiluokitukset yhdessä kalliomekaanikon kanssa. Kittilän kaivoksella Q -aineiston käyttö on ollut vähäistä kalliomekaanikolla. Myös 3Dkuvien käyttö on jäänyt vähäiseksi vaikka kaivosgeologit ovat havainneet kuvien käytön hyödylliseksi. 3D-kuvista näkee suurimmat rakenteet sekä peräseinästä että katosta. Koulutettu rakennegeologi osaa arvioida kallion käyttäytymistä analysoimalla tutkittavaa profiilia sekä vertailemalla 3D-kuvia ja Q -aineistoa keskenään. Yhtenäinen geologinen kartoitus ja tulkinta mahdollistavat kalliomekaanisen laatuluokituksen paremman käytön. Sen sijaan että geologinen kartoitusdata jätettäisiin kartoitustietokoneelle, tulevaisuudessa tulisi dataa käyttää enemmän riskiarvioinnissa profiilien edetessä. Hyvin ja perusteellisesti

60 59 kartoitettu profiili antaa enemmän tietoa kalliosta kuin kartoittamaton profiili, jolle on tehty vain Q -luokitus. Väliin jääneet kartoittamattomat katkot voivat sisältää suuria, kallion laatua heikentäviä rakenteita, jotka eivät näy kairanäytteessä. Kalliomekaanikon ja kaivosgeologien valitsemien kartoitettavien profiilien lisäksi olisi hyvä kartoittaa myös tasoperät. Tasoperät ovat yleensä suunniteltu lähelle heikkousvyöhykettä, toisin sanoen lähelle malmia, jolloin kallionlaatu on heikkoa. Kaivoksen edetessä syvemmälle tasoperät suunnitellaan kauemmas malmin kontaktista. Myös lisääntynyt kalliopaine aiheuttaa kalliolaadun heikkenemistä. Tämä täytyisi myös ottaa huomioon tulevaisuuden kartoitusmenetelmiä pohdittaessa kaivoksen ulottuessa yhä syvemmälle.

61 KIITOKSET Haluaisin kiittää ohjaajaani Kimmo Koppströmiä, Leena Rajavuorta (Agnico Eagle Finland Oy) ja professori Eero Hanskia (Oulun yliopisto). Suuri kiitos kuuluu myös Agnico Eagle:n näytteenkäsittelijöille; Teppo Paloranta, Riitta Rinne, Antti Haataja, Jarmo Kumpula, Tapani Laakso ja Tommi Tamminen, jotka auttoivat minua datan keräämisessä. Haluaisin myös kiittää kaikkia Agnico Eaglen kaivosgeologeja, Jussi Niemelää, Mikko Savolaista ja Tuomas Väliheikkiä sekä malminetsintägeologia Markus Sirviö suuresta avusta. Kiitokset myös opiskelutoveri Mikko Nenoselle konsultoinnista ja avusta yliopistolla. Kiitän Posivan geologia Juhani Norokalliota ja suunnitteluinsinööriä Riitta Lehmusjärveä vieraanvaraisuudesta ja opastuksesta Olkiluodon ydinvoimalaitoksen loppusijoitustunnellissa, Pyhäsalmen kaivoksen geologia Kjell Kurténia opastuksesta kaivoksella ja näytteenkäsittelijää Toni Leskistä kartoittamisopastuksesta sekä Outokummun Kemin kaivoksen geologeja Marko Matinlassia ja Jaakko Hietavaa vieraanvaraisuudesta ja opastuksesta kaivoksella. Haluan kiittää Petri Ahoa luvasta julkaista hänen valokuvia Suurikuusikon kivistä. Erityisesti haluan kiittää perhettäni ja ystäviäni kannustuksesta ja tuesta. Suurin kiitos kuuluu kihlatulleni Juuso Laatiolle, joka jaksoi minua ja kannusti minua saamaan tämän työn valmiiksi.

62 61 VIITELUETTELO Aho P Malmimineraloginen ja geokemiallinen vaihtelu kahdella Suurikuusikon kultakaivosalueen tutkimusprofiililla. Pro gradu tutkielma, Oulun yliopisto, geotieteiden laitos, 91 s. Barton N., Lien, R. ja Lunde, J Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. Rock Mechanics. 6. s Deere D. U Technical description of rock cores for engineering purposes. Rock Mechanics and Engineering Geology 1. s Deere, D. U Geological considerations. Teoksessa: Stagg, R. G., Zienkiewicz, D. C. (toim.) Rock Mechanics in Engineering Practise, Wiley, New York, s Deere D. U Rock Quality Designation (RQD) after Twenty Years. The United States Army Corps of Engineerss, Contract Report GL Vicksburg, MS: Waterways Experimental Station, 67s. Eilu P Hydrothermal alteration in volcano-sedimentary rocks in the Central-Lapland greenstone belt, Finland. Geological Survey of Finland, Bulletin 374, 145 s. Geospec consultants Limited Re-Os Analyses. Arsenopyrite Geochronology for Geological Survey of Finland. Erittelevä raportti 2. Julkaisematon. Hanski E. ja Huhma, H Central Lapland greenstone belt. Teoksessa: Lehtinen, M., Nurmi P.A., Rämö O.T. (toim.), Precambrian Geology of Finland Key to the Evolution of the Fennoscandian Shield. Elsevier Science B.V., Amsterdam, s Hartman W. ja Handley M. F The application of the Q tunneling quality index to rock mass assessment at Impala Platinum Mine. The Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, 102(3). s

63 62 Hoek E Rock Mechanics An Introduction for the Practical Engineer. Parts I, II and III. Imperial College of Science and Technology, London, 67 s. Hoek E., Kaiser, P. K. ja Bawden, W. F Support of Underground Excavations in Hard Rock. Balkema, Rotterdam, 215 s. Hutchinson D. J. ja Diederichs, M. S Cablebolting in Underground Mines. BiTech. Richmond, B.C., 406 s. Härkönen I Tutkimustyöselostus Kittilän kunnassa valtausalueilla Suurikuusikko 2 ja Rouravaara 1-10 (kaivosrekisterinumerot 5965/1, 6160/1 6288/1-6288/9) suoritetuista kultatutkimuksista vuosina Geologian tutkimuskeskus, Arkistoraportti M06/2743/97/1, 47 s. Jaeger J. C. ja Cook, N. G. W Fundamentals of Rock Mechanics. Second edition. Chapman and Hall. New York, 585 s. Juutinen T Q -luokitus ja sitä kontrolloivat tekijät Eurajoen Olkiluodon kallioperän rakennettavuuden kuvauksessa. Pro gradu tutkielma. Oulun yliopisto, Geotieteiden laitos, 69 s. Kaga N., Matsuki, K. ja Sakaguchi, K The in situ stress states associated with core discing estimated by analysis of principal tensile stress. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 40, s Kauranne L. K. ja Soveri, U Rakennusgeologia I: Suomen rakennusgeologia. Otakustantamo, Espoo, 194 s. Kojonen K. ja Johanson, B Suurikuusikko Determination of refractory gold distribution by microanalysis, diagnostic leaching and image analysis. Geologial Survey of Finland, Report of Investigation. 19 s. Korsman K., Koistinen T., Kohonen J., Wennerström, M., Ekdahl, E., Honkamo, M., Idman, H., Pekkala Y. (toim.) Bedrock Map of Finland, 1: Geological Survey of Finland, Espoo.

64 63 Koppström K Electron microprobe and LA-ICP-MS study on the distribution of gold and other elements in pyrite and arsenopyrite from the Suurikuusikko gold deposit, Northern Finland. Pro gradu tutkielma, Oulun yliopisto, Geotieteiden laitos, 131 s. Kuusirati J RG-, RQD- ja Q-kallioluokitusjärjestelmien soveltaminen kalliokairausnäytetulkintaan. Pro gradu tutkielma, Oulun Yliopisto, Geotieteiden laitos, 76 s. Lehtonen M., Manninen T., Rastaas P., Väänänen J., Roos S. I. ja Pelkonen R Keski-Lapin geologisen kartan selitys, Summary and discussion: Explanation to the geological map of central Lapland. Geological Survey of Finland, Report of Investigation 71, 56 s. Lehtonen M., Airo M-L., Eilu P., Hanski E., Kortelainen V., Lanne E., Manninen T., Rastas P., Räsänen J., ja Virransalo P Kittilän vihreäkivialueen geologia, Lapin vulkaniittiprojektin raportti, Geologian tutkimuskeskus, Tutkimusraportti 140, 144 s. Li Y. ja Schmitt, D. R Drilling-induced core fractures and in situ stress. Journal of Geophysical Research, 103, s Løset F Engineering Geology. Practical Use of the Q-method. Norwegian Geotechnical Institute, 25 s. Marinos V., Marinos P. ja Hoek E The geological strength index:applications and limitations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 64, s Merjama S. ja Mönkkönen H Kalliolaadun kartoitus: Q -kurssi, Kittilän kaivos WSP Finland Oy, 62 s. NGI Using the Q-system: Rock Mass Classification and Support Design. Norwegian Geotechnical Institute, Oslo, 54 s. Paakkoja J. ja Gehör S Lithofacies associations and sedimentary structures of the iron-formations in the early Proterozoic Kittilä greenstone belt, northern Finland. Geological Survey of Finland, Special Paper 5. s

65 64 Paakkoja J The volcanic complex and associated manganiferous iron formation of the Porkonen-Pahtavaara area in Finnish Lapland. Bulletin de la Commission géologique de Finlande 247, 83 s. Palmstrom A. ja Broch, E Use and misuse of rock mass classification systems with particular reference to the Q-system. Tunnels and Underground Space Technology. 21, s Parkkinen J a. Prospectus. The Suurikuusikko Gold Deposit, Northern Finland. Geological Survey of Finland. M 19/2743/-97/2, 24 s. Parkkinen J b. The Suurikuuskko gold deposit, mineral resource estimate. Geological Survey of Finland. C/M19/4273/96/1. 20 s. Patison N. L Structural and fluid chemical controls on gold mineralisation in the central Lapland Greenstone Belt, Northern Finland. Field report. Patison N. L., Salamis G. ja Kortelainen V. J The Suurikuusikko gold deposit; Project development summary of Northern Europe s largest gold deposit. Geological Survey of Finland, Special Paper 44, s Price D. G Engineering Geology: Principles and Practice. Springer-Werlag, Berlin, 450 s. Räsänen J., Hanski E., Juopperi, H., Kortelainen V., Lanne E., Lehtonen M., Manninen T., Rastas P., Väänänen J New stratigraphical map of Central Finnish Lapland. 22nd Nordic Geological Winter Meeting, January 8-11, 1996, Turku, Abstracts, s Saalman K. ja Niiranen T Hydrothermal alteration and structural control on gold deposition in the Hanhimaa shear zone and western part of the Sirkka Line. Geological Survey of Finland, M19/2741/2010/58, 30 s. Tullborg E-L., Drake, H. ja Sandström, B Palaeohydrology: a methology based on fracture mineral studies. Applied geochemistry 23, s

66 65 Uusinoka R A study of the composition of rock-gouge in fractures in Finnish Precambrian bedrock. Societas Scientiarum Fennica. Commentationes Physico- Mathematicae 45, s Vaasjoki M., Korsman K., ja Koistinen T Overview. Teoksessa: Lehtinen, M., Nurmi P.A., Rämö O.T. (toim.), Precambrian Geology of Finland Key to the Evolution of the Fennoscandian Shield. Elsevier Science B.V., Amsterdam, s Valkama J Kultataskun löytyminen Kiistalassa johti Suurikuusikon kullan jäljille. Geologian tutkimuskeskus, raportti M19/2743/2006/1/10, 7 s. Wyche N. L., Eilu P., Koppström K., Kortelainen V. J., Niiranen T. ja Välimaa J The Suurikuusikko gold deposit (Kittilä mine), Northern Finland. Teoksessa: Maier W.D., Lahtinen R., O Brien H. (toim.) Mineral Deposits of Finland, Elsevier Amsterdam, s Elektroniset lähteet:

67 LIITTEET Liite 1 Liite 2 Liite 3 Liite 4 Liite 5 Liite 6 Kuva RQD-taulukon pohjasta Kuva Q -taulukon pohjasta Lopputyössä käytetyt kairareiät Kairareikien kivilajit Suunnatut näytteet ja rakenteet Astelevy 45 mm kairanäytteelle

68 Liite 1 HOLE_NUMDEPTH_FRDEPTH_TOLENGTH_(RQD(cm)> RQD(cm)< RQD_(%) BREAKS BREAKS/mDISKING CL(m) CORE_RECCOMMENT

69 Liite 2

70 Liite 3 Reikätunnus Taso/Profiili Northing/Y Easting/X Elevation/Z SUG TP1 / 275P SUG TP1 / 275P SUG TP1 / 300P SUG TP1 / 300P SUG TP2 / 375P SUG TP2 / 375P SUG TP2 / 425P SUG TP2 / 425P RUG15032 R390TP1 / R390P RUG15036 R390TP1 / R390P RUG16027 R430TP1 / R430P RUG16030 R430TP1 / R430P

71 Liite 4 Reikätunnus from (m) to (m) Litho SUG SC SUG MML SUG FIN SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG MVX SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG SC SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG wcht SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG MVX SUG GFZ SUG MVX SUG GFZ SUG TCS SUG SC SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG MVX SUG GFZ SUG MVX SUG GFZ SUG MVX SUG MML

72 SUG MVX SUG GFZ SUG MML SUG SC SUG MPL SUG GFZ SUG MVX SUG GFZ SUG MVX SUG GFZ SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG SC SUG MPL SUG MVX SUG MDY SUG MML SUG MVX SUG GFZ SUG MVX SUG GFZ SUG MVX SUG AVS SUG MVX SUG AVS SUG MML SUG AVS SUG MML SUG MVX SUG AVS SUG MML SUG MVX SUG BCHT SUG BIF SUG BCHT SUG MVX SUG BIF SUG MVX

73 SUG BIF SUG MVX SUG BIF SUG SC SUG MPL SUG AVS SUG MDY SUG MML SUG AVS SUG MML SUG GFZ SUG MVX SUG AVS SUG GFZ SUG MML SUG MVX SUG AVS SUG MVX SUG AVS SUG MVX SUG MML SUG SC SUG MML SUG MDY SUG MML SUG GFZ SUG MVX SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG SC SUG MDY SUG MVX SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG GFZ SUG MML SUG MVX SUG BIF SUG MVX

74 SUG MML SUG BIF SUG GFZ SUG BIF SUG MVX SUG MML SUG MVX SUG GFZ SUG MML RUG SC RUG MPL RUG MVX RUG AVS RUG GFZ RUG MVX RUG AVS RUG MVX RUG AVS RUG MVX RUG SC RUG MPL RUG MML RUG MVX RUG GFZ RUG MVX RUG MML RUG GFZ RUG MML RUG SC RUG MML RUG MPL RUG MML RUG MVX RUG MML RUG MVX RUG MML RUG MVX RUG MML RUG SC RUG MPL RUG MML

75 RUG GFZ RUG MVX RUG MML RUG MVX RUG wcht RUG MML RUG UMV RUG MML RUG MVX RUG GFZ RUG MVX

76 Liite 5 Näytenumero Rakenne α β RUG16027_32.75 Hierto/kontakti RUG16027_33.54 Juoni RUG16027_44.88 Hierto RUG16027_51.04 Hierto RUG16027_53.98 Hierto RUG16030_5.48 RUG16030_26.67 Hierto RUG160303_35.48 Hierto RUG16030_39.85 Liuskeisuus Juoni RUG16030_42.20 Hierto Näyte Syvyys Rakenne α β RUG Hierto + karbonaattijuoni RUG Hierto RUG Hierto RUG Juoni RUG Juoni RUG Hierto

77 Liite 6