GEOLOGINEN TUTKIMUSLAITOS M 19/3241/-82/1/10 Leppävirta Koirusvesi Elias Ekdahl, Hannu Makkonen 22.3. 1982 KOIRUSVEDEN INTRUUSION NIKKELITUTKIMUS
SISÄLLYSLUETTELO JOHDANTO : 1 KIVILAJIKUVKIVILAJIKUVAUS 3 Mafiset kivet 3 Ultramafiset kivet,,,,,,,,,,,, 5 Juonikivet 6 PETROKEMIA, 6 Kivilajien koostumus, 6 Ni-pitoisuudet eri profiileissa 10 Lep-177-138 10 Lep-141 13 Lep-139 14 Lep-140 15 Silikaattien Fe- ja Ni-pitoisuudet 15 Oliviinin : Fe- ja Ni-pitoisuudet eri profiileissa 17 Lep-177-138 17 Lep-141 19 Lep-139 20 KITEYTYMISOLOSUHTEET 21 Koirusveden ja Kotalahden differentiaatiosarjat 21 Magman sulfidikylläisyys 23 Kiteytymislämpötila 27 KOIRUSVEDEN INTRUUSION Ni-KRIITTISYYS KIRJALLISUUSLUETTELO 30
- 2 - Outokumpu Oy :n puolelta tutkimuksessa ovat olleet mukana Risto Sarikkola, Leo Grundström, Juhani Koskinen ja Aulis Häkli sekä Geologisen tutkimuslaitoksen puolelta Elias Ekdahl ja Hannu Makkonen. Työhön tarvitut ohuthieet ja kemialliset analyysit on tehty Outokumpu Oy :n toimesta. Geologinen tutkimuslaitos on lähinnä vastannut tutkimustyöstä, kuitenkin tiiviissä yhteistyössä Outokumpu Oy :n edustajien kanssa. Tutkimuskohde, Koirusveden intruusio sijaitsee n. 4 km Kotalahden kaivoksesta koilliseen (kuvat 1 ja 2). Intruusio on halkaisijaltaan hieman yli kilometrin ja koostuu erilaisista gabroista sekä ultramafisista kivistä (kuva 2 ). Ympäristön kivet ovat kiillegneissejä ja mustaliuskeita. Intruusio sijaitsee järvialueella (Koirusvedellä) ja on näkyvissä vain muutamissa pienissä saarissa. Tutkimusaineisto tähän työhön on otettu jo aikaisemmin kairatuista rei`istä. Kyseiset reiät on merkitty kuvaan 2. /iii Lep-140 Ö ~ ///////. /p ////////// so monsoon / / /MA ///////r ////// /a... ///// +Win /// ////// Le.-1770 /:: : : as..-. Lep-138, /// ~oa I L e -141 // amoneen //////EN //////// Le -13 9 O~../ //////// a.. nomnsnommumn iiiiiinsommoii // /// // KOIRUSVESI 500M I a///// I/ // // GABRO PYRDKSENIITTI PERIDOTIITTI Kuva 2. Koirusveden intruusio Parkkisen (1971) mukaan.
3 Tekstissä on käytetty seuraavia lyhenteitä : AUG = augiitti DUN = duniitti MPY = monokliininen pyrokseeni NO = noriitti OL = oliviini OLGB= oliviinigabro OPY = ortopyrokseeni PRD = peridotiitti SV = sarvivälke PYGB= pyrokseenigabro PYR = pyrokseniitti KIVILAJIKUVAUS Intruusi.o koostuu pääosin erilaisista gabroista sekä ultramafisista kivistä. Gabroissa esiintyy pyrokseenigabroa, noriittia, sarivälkegabroa, oliviinigabroa ja kummintoniittigabroa. Ultramafisiin kiviin kuuluvat pyrokseniitti, peridotiitti ja duniitti. Mafiset kivet (gabrot) Pyrokseenigabrot ovat keskirakeisia ja päämineraaleina niissä ovat plagiokiaasi, ortopyrokseeni ja klinopyrokseeni. Pyrokseenien keskinäiset määräsuhteet vaihtelevat. Plagioklaasi (An50-60) on yleensä hyvin säilynyttä. Ortopyrokseenirakeet ovat omamuotoisia ja hyvin säilyneitä. Klinopyrokseeni esiintyy joskus poikiliittisena rakeina ja se on vierasmuotoista ortopyrokseeniin ja joskus myös plagioklaasiin nähden. Klinopyrokseeni on useimmiten muuttunut hiukan uraliitiksi tai biotiitiksi. Aksessorisina mineraaleina esiintyy yleensä biotiittia, uraliittia, opaakkia ja apatiittia sekä joskus myös oliviinia, serpentiiniä, karbonaattia, serisiittiä ja kvartsia. Noriitit ovat keskirakeisia (raekoko yleenssä 3-4 mm). Päämineraaleina niissä esiintyvät ortopyrokseeni ja plagioklaasi (An 50 ). Ortopyrokseeni on yleensä omamuotoista ja hyvin säilynyttä. Myös plagioklaasi on hyvin säilynyttä.
- 4 - Yleisiä aksessorisia mineraaleja ovat biotiitti, opaakki, klinopyrokseeni, kummingtoniitti ja uraliitti. Joskus esiintyy myös primääristä sarvivälkettä, oliviinia, apatiittia, karbonaattia, serisiittiä, zirkonia ja titaniittia. Sarvivälkegabroissa ovat päämineraaleina plagioklaasi ja primäärinen ruskea sarvivälke. Aksessorisina mineraaleina esiintyy biotiittia, opaakkia, karbonaattia ja titaniittia. Oliviinigabroa esiintyy kapeina osueina vain peridotiitin reunoilla. Siinä ovat päämineraaleina plagioklaasi, oliviini, klinopyrokseeni ja joskus myös ortopyrokseeni. Oliviinirakeet ovat omamuotoisia ja vain hiukan serpentiiniytyneitä. 'Rakeiden reunoilla on kelyfiittisauma (klinoamfibolia + ortopyrokseenia), silloin kun ne ovat plagioklaasin kanssa kontaktissa. Pyrokseenit ovat hyvin säilyneitä. Kummingtoniittigabrot ovat keskirakeisia. Päämineraaleina niissä esiintyvät plagioklaasi ja kummingtoniitti sekä joskus lisäksi biotiitti. Kumingtoniitti on yleensä ortopyrokseenin muuttumistulosta, joten kummingtoniittigabrojen voidaan katsoa kuuluvan primäärisesti noriittiryhmään. Plagioklaasi on muuttunut hiukan karbonaatiksi tai serisiitiksi. Aksessorisia mineraaleja ovat usein biotiitti, opaakki, karbonaatti, serisiitti, ortopyrokseeni ja klinopyrokseeni sekä harvemmin kvartsi, titaniitti ja apatiitti. Myös reiässä Lep-l40 (Kuva 2) esiintyy kummingtoniittigabroa, mutta se on kummingtoniittirikkaampaa kuin järvialueen kummingtoniittigabrot. Ortopyrokseeni on siinä muuttunut täysin kummingtoniitiksi. Päämineraaleina esiintyvät kummingtoniitti ja plagioklaasi sekä aksessorisina mineraaleina biotiitti, opaakki, kvartsi, apatiitti, serisiitti, kloriitti ja titaniitti. Lähellä intruusion kontaktia gabrot vaihtettuvat dioriitiksi. Se muistuttaa muuten pyrokseenigabroa, mutta biotiittia ja kvartsia. sisältää enemmän
5 Ultramafiset kivet Pyrokseniitit ovat selvästi hienorakeisempia (raekoko yleensä <_3 mm) kuin gabrot. Päämineraaleina pyrokseniiteissa esiintyvät yleensä ortopyrokseeni sekä klinopyrokseeni. Ortopyrokseeni saattaa esiintyä myös yksin päämineraalina. Pyrokseenit ovat hyvin säilyneitä. Aksessorisia mineraaleja ovat usein plagioklaasi, joka täyttää pyrokseenirakeiden välit, biotiitti, primäärinen ruskea sarvivälke, opaakki, uraliitti ja oliviini sekä harvemmin ruskea spinelli, flogopiitti, talkki, karbonaatti ja rutiili. Reiässä Lep-140 esiintyy perkniittiä. Siinä ovat päämineraaleina kummingtoniitti (tai joku muu sekundäärinen klinoamfiboli) ja orto- tai klinopyrokseeni. Perkniitti vastaa siis primäärisesti ilmeisesti pyrokseniittia. Aksessorisia mineraaleja ovat plagioklaasi, biotiitti, opaakki, sarvivälke, apatiitti, titaniitti ja kvartsi. Peridotiitit ovat keskirakeina (raekoko yleensä 3-4 mm). Päämineraalit ovat tavallisesti klinopyrokseeni, oliviini ja serpentiini. Ortopyrokseenia on joskus myös päämineraalina. Oliviini esiintyy omamuotoisina tai lähes omamuotoisina rakeina, jotka ovat osittain serpentiiniytyneet. Klinopyrokseeni on yleensä hyvin säilynyttä. Aksessorisina mineraaleina esiintyy plagioklaasia, biotiittia tai flogopiittia, opaakkia, sarvivälkettä, rus- ortopyrokseenia, uraliittia, primääristä keaa spinelliä, talkkia ja karbonaattia. Pyrokseenin määrän laskiessa peridotiitit vaihettuvat duniiteiksi. Niissä on päämineraalina oliviinin lisäksi serpentiiniä. Oliviinirakeet ovat aina osittain serpentiiniytyneitä.ja joskus lähes kokonaan. Rakeet (tai niiden pseudomorfoosit) ovat omamuotoisia. Aksessorisia mineraaleja ovat plagioklaasi, primäärinen ruskea sarvivälke, klinopyrokseeni, ortopyrokseeni, opaakki, biotiitti tai flogopiitti, kloriitti, ruskea spinelli, uraliitti, karbonaatti ja talkki.
6 Malmimineraaleina intruusiossa esiintyvät magneettikii= --. su pentlandiitti, kuparikiisu ja magnetiitti. Magneettikiisu ja pentlandiitti esiintyvät pirotteena ja paikoin verkkomaisena rakenteena. Lisäksi ne muodostavat "kiisupilviä" ja joitakin kompakteja juonia. Pentlandiitti esiintyy erillisinä rakeina magneettikiisussa tai magneettikiisurakeiden reunoilla. Magneettikiisun kiderakenne on määritetty röntgendiffraktiotutkimuksella kolmesta näytteestä (Lep-177/263.00 = kompaktijuoni1 Lep-177/276.90 = pirote, Lep-177/340.20 = kiisupily ~. Kaikki tutkitut näytteet ovat heksagonisia (tutkimuksen tehnyt P.Kallio). Juonikivet Emäksistä juonikiveä esiintyy gabrojen yhteydessä. Se on hienorakeista ja ofiittista. Päämineraalit ovat plagioklaasi (An 45 ), klinopyrokseeni ja ortopyrokseeni. Aksessorisina mineraaleina esiintyy biotiittia (poikiliittisina rakeina), opaakkia, uraliittia ja apatiittia. Pegmatiitti- ja graniittijuonet (leveys -5 m) ovat intruusiossa melko yleisiä. Paikoin ne ovat ruhjeisia. PETROKEMIA Kivilajien koostumus Eri kivilajeista lasketut keskiarvonalyysit sekä CIPW-normit on esitetty taulukossa 1. CIPW-normit on laskettu taulukon kymmenen ensimmäisen komponentin perusteella. Fe-pitoisuus on ilmoitettu totaalirautana, joka on laskettu FeO :ksi.
Taulukko 1. Koirusveden intruusion kivilajien kemiallinen koostumus. Suluissa analyysien lukumäärä. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Si02.... 35.49 37.94 47.53 44.15 48.20 50.13 48,03 47.49 47.95 47.10 TiO2 0.31 0.40 0.47 0.45 0.57 0.50 0.37 0,34 0.29 1.44 A1203 5.20 6.94 6.67 9.16 7.58 11.23 14.34 16.61 16.40 17.30 FeO 19.19 15.80 12.13 14.55 14.30 8.74 7.56 6.92 5.42 11.00 MnO 0.23 0.20 0.19 0.19 0.19 0.16 0.13 0.14 0.12 0.17 MgO 28.98 25.49 18.06 20.40 17.87 13.90 9.80 9.79 10.29 4.86 CaO 2.19 5.12 8.35 5.96 5.09 6.97 7.62 9.41 8.97 9.29 Na 2 0 0.37 0.55 1.00 1.21 1.19 1.55 2.32 2.10 2.27 2.58 K 20 0.29 0.31 0.28 0.42 0.72 1.17 0.41 0.33 0.58 0.61 P205 0.07 0.08 0.07 0.09 0.19 0.13 0.10 0.07 0.09 0.67 Cr203 0.6847 0.5593 0.4140 0.3818 0.2500 0.1836 0.0966 0.0832 0.0360 0.0213 SrO 0.013 0.013 0.019 0.036 0.035 0.069 0.073 0.084 0.135 0.052 BaO 0.028 0.023 0.020 0.027 0.06.1 0.050 0.040 0.031 0.047 0.076 Zr02 0.005 0.005 0.005 0.008 0.012 0.016 0.012 0.014 0.020 0.010 Summa 93.05 93.43 95.21 97.03 96.26 94.80 90.90 93.41 92.62 95.18 Korundi 0.46 Ortoklaasi 1.71 1.83 1.66 2.48 4.26 6.91 2.42 1.95 3.43 3.61 Albiitti -0.95 0.90 8.46 10.24 10.07 13.12 19.63 17.78 19.21 21.83 Anortiitti 10.41 15.55 12.89 18.32 13.21 20.23 27.50 34.92 32.85 33.82 Nefeliini 2.21 2.04 Diopsidi 7.53 22.72 8.64 8.78 10.90 7.83 9.16 8.89 6.62 Hypersteeni 27.35 10.70 37.18 34.76 27.69 18.70 17.44 18.89 Oliviini 77.73 64.04 20.63 45.15 20.88 7.32 4.66 9.90 9.80 5.97 Ilmeniitti 0.59 0.89 0.88 1.08 0.95 0.70 0.65 0.55 2.74 Apatiitti 0.17 0.17 0.21 0.45 0.31 0.24 0.17 0.21 1.59 1. Cuniitti (14) 6. Kummingtoniittigabro (4) (Lep-140) 2. Peridotiitti (26) 7. Noriitti (8) 3. Pyrokseniitti (16) 8. Pyrokseenigabro (18) 4. Oliviinigabro (2) 9. Sarvivälkegabro (2) 5. Perkniitti (3) (Lep-140) 10. Emäksinen juoni (1)
Analyysituloksista käy selvästi esille, että intruusion kivilajit muodostavat differentiaatiosarjan. MgO-pitoisuus laskee mentäessä ultramafisista kivistä mafisiin kiviin. Emäksisessä juonikivessä MgO on selvästi vähiten ja kyseinen kivi edustaa ilmeisesti viimeisimpiä kiteytymistuotteita intruusiossa. MgO-pitoisuuden lisäksi differentioituminen näkyy hyvin Cr 2 0 3 - pitoisuudessa. Normatiivisissa mineraalikoostumuksissa mafisten mineraalien määrä on luonnollisesti korkein duniitissa ja alhaisin emäksisessä juonikivessä. Peridotiitissa ja duniitissa on normatiivisessa mineraalikoostumuksessa nefeliiniä ja klinopyrokseeni on ainoa pyrokseeni. Ne muistuttavat siten tässä suhteessa koostumukseltaan alkalibasaltteja. Emäksisyysastetta voidaan kuvata myös differentiaatioindeksillä (Dl), joka saadaan laskemalla yhteen normatiiviset saliset mineraalit kvartsi, albiitti, ortokiaasi, nefeliini, leusiitti ja kalsiliitti (Thornton ja Tuttle 1960). Kuvassa 3 on esitetty eri kivilajit diagrammeissa, jotka kuvaavat intruusion kivilajien muodostamaa differentiaatiosarjaa. DI 30 DI 30 20 20 0 10 S 0 I 10 A 01 0.2 0.3 Q4 0.5 0.6 0,7 Cr 2 0 3 5 10 15 20 25 30 MgO EMAKSINEN JUONI o KUMMINGTONIITTIGABRO SARVIVALKEGABRO - PERKNIITTI PYROKSEENIGABRO I PYROKSENIITTI NORIITTI PERIDOTIITTI OLIVIINIGABRO A DUNIITTI Kuva 3. Koirusveden intruusion differentiaatiosarja.
9 Differentiaatiosarja käy esille parhaiten diagrammista, jossa on verrattu DI :ä Cr 2 0 3 -pitoisuuteen. Diagrammeihin on merkitty myös mantereelta kairatusta reiästä (Lep-l40) analysoidut kivet, kummingtoniittigabro ja perkniitti. Ne sijoittuvat diagrammeissa gabrojen ja ultramafisten kivien väliin ja saattavat hyvinkin kuulua samaan differentiaatiosarjaan kuin järvialueen kivet. MgO -A1 2 0 3 -alkalidiagrammissa (kuva 4) differentiaatiosarja tulee myös hyvin näkyviin. Lisäksi diagrammista näkyy, että reiän Lep-l40 kivet ovat hieman alkalirikkaampia kuin järvialueen kivet. Reiässä Lep-140 esiintyy gabrojen ja perkniittien lisäksi runsaasti mustaliuske- ja kiillegneissikielekkeitä. On mahdollista, että em. sivukiviä on assimiloitunut intruusioon, mikä on aiheuttanut å kalilisäyksen intruusion primäärikoostumukseen. A1 2 0 3 EMAKSINEN JUONI SARVIVÄLKEGABRO PYROKSEENIGABRO NORIITTI OLIVI I NIGABRO KUMMINGTONIITTIGABRO PERKNIITTI PYROKSENIITTI No 2 0+K 2 0 Mg0 Kuva 4. Koostumusvaihtelu Koirusveden intruusion differentiaatiosarjassa.
Ni-pitoisuudet eri profiileissa Ni (ja myös Cu, Zn ja Pb) on analysoitu sekä XRF :lla, että AAS :lla. XRF-analyysitulos ilmoittaa kokokiven Ni-pitoisuuden. AAS-analyysia varten liotus on suoritettu bromimetanolilla, joka liuottaa pääasiassa vain sulfidifaasin, joten AAS-analyyseista saadaan sulfideihin sitoutuneen Ni :n määrä (Nisulf). Vähentämällä XRF-analyysituloksesta AAS-analyysitulos saadaan kiven silikaattifaasin Ni-pitoisuus (Ni s1i )- Sulfidifaasin Ni-pitoisuus (SF Nl ) on laskettu kaavalla Ni_36.5xNi sulf SF S Seuraavassa on esitetty eri faasien Ni-pitoisuuksia sekä MgO- ja S-pitoisuudet tutkituissa kairausprofiileissa. Lep-177-138 Kuvassa 5 on esitetty reikä Lep-177. Reiän alkuosa koostuu F erilaisista gabroista, joita kuitenkaan ei ole tässä eritelty. Peridotiittia esiintyy kahtena patjana, joita on jatkossa nimitetty ylemmäksi (välillä 210-340 m) ja alemmaksi (välillä 410-475 m) peridotiitiksi. Peridotiittipatjat tulevat hyvin näkyviin suskeptiivisuusmittauksessa, jonka tulokset ovat kuvan alareunassa. MgO-pitoisuudet ovat luonnollisesti korkeimmat peridotiittien kohdalla ja alhaisimmat gabrojen kohdalla. Silikaattinikkelipitoisuuksissa ero gabrojen ja peridotiittien välillä on erittäin selvä. Ylemmässä peridotiitissa silikaattinikkelin määrä kasvaa alaspäin. Tämä johtuu oliviinin määrän kasvamisesta samaan suuntaan. Myös sulfidifaasin Ni-pitoisuus kasvaa kohti peridotiitin alaosaa. Alemmassa peridotiitissa on enemmän oliviinia kuin ylemmässä, mistä johtuen siinä on enemmän myös silikaattinikkeliä. Sulfidifaasin Ni-pitoisuus on myös hieman korkeampi alemmassa peridotiitissa. Malminetsinnän kannalta alempi peridotiitti näyttäisi siis kriittisemmältä kuin ylempi.
ppm Ni 1000 2137 0 243 3631 1264 MgO.S.SF N' 900 800 700 30 600 500 20 I 10 in..., L...... GABRO PYROKSENIITTI PERIDOTIITTI ::. :. ::: :: ::: :: ::: ::: :: : :. l...iif Ut asumme ENNENO Lep 177 Kuva 5. Reiän Lep-177 Ni-, S- ja MgO -pitoisuudet.
Reikä Lep-138 on reiän Lep-177 yläpuolella (ks. kuva 2). Siinä esiintyy (kuva 6) gabrojen,.pyrokseniitin ja peridotiitin lisäksi myös duniittia. MgO-pitoisuudet ovat peridotiitissa ja duniitissa keskimäärin samaa luokkaa, mutta heti niiden kontaktista peridotiittiin päin MgO-pitoisuus laskee ja duniittiin päin nousee.. MgO-pitoisuudet peridotiitissa ja duniitissa ovat selvästi korkeammat kuin reiän Lep-177 peridotiitissa. Silikaattinikkelin määrä nousee rajusti siirryttäessä peridotiitista duniittiin. Huomattavaa on, että myös duniitin alapuolella, oliviinigabrossa ja pyrokseniitissa, silikaattinikkeliä on enemmän kuin peridotiitissa. Myös sulfidisen nikkelin määrä on suurempi duniitissa kuin peridotiitissa. Parhaimmat pitoisuudet ovat kuitenkin duniitin alapuolella pyrokseniitissa. SF N1 selvästi korkeampi kuin reiässä Lep-177. on ppm Ni 1000 2762 2191 3605 MgO.S.SF Ni 900 800 700 30 600 500 20 400 Ni s Mg0 300 200 100 Nisu LF Ni si L,SF N, 10............ INNEMN I~I~I~I~I~I~I~I GABRO PYROKSENIITTI PERIDOTIITTI loom n, S 200m JIM DUNIITTI Lep 138 Kuva 6. Reiän Lep-138 Ni-, S- ja MgO-pitoisuudet.
Lep-141 Reiässä Lep-1.41 :kuva.7) esiintyvät kivilaj,it ovat nuiuten samat kuin reiässä Lep-l38, mutta lisäksi esiintyy kiillegneissikieleke gabron sisässä. MgO-pitoisuudet ovat peridotiitissa ja duniitissa samaa luokkaa kuin reiässä Lep-138. Silikaattinikkelin osalla on duniitissa ja peridotiitssa joitakin korkeita pitoisuuksia,. Korkein pitoisuus on peridotiitissa duniitin alapuolella (1325 ppm). Sulfideihin sitoutunut nikkeli käyttäytyy koko reiässä samoin kuin silikaattinikkeli. SFN1 kasvaa koko ajan reiän alkupäästä lähtien kohti kiillegneissiä. Merkille pantavaa on että, se-kasvaa vielä duniitin alapuolellakin. ppmn li MgO. S.SF N' 1000 900 800 700 30 600 500 20 400 300 200 100 10 1 i..ua I GABRO PYROKSENIITTI PERIDOTIITTI DUNIITTI KIILLEONEISSI iu.uouun. ~+ n~ -.n au....n Lep 141 Kuva 7. Reiän Lep-141 Ni-, S- ja MgO-pitoisuudet.
Lep-139 Kuvassa 8 on esitetty reikä Lep-l39, joka on järvialueen. rei'istä lähimpänä mannerta (ks. kuva 2). Siinä esiintyvät kivilajit ovat samat kuin reiässä Lep-138. Duniitti on selvästi paksumpi kuin muissa kairausprofiileissa. MgOpitoisuudet ovat samaa luokkaa (n.28%) peridotiitissa ja duniitissa kuin rei'istä Lep-138 ja Lep-141. MgO-pitoisuus muuttuu peridotiitin ja duniitin kontaktissa samalla tavalla kuin reiässä Lep-138. Silikaattinikkeliä on duniitissa enemmän kuin peridotiitissa ja duniitin alapuolella olevassa peridotiitissa enemmän kuin duniitin yläpuolella. SF Ni on tässä reissä keskimäärin hieman korkeampi kuin muissa rei 'issä. 100 100 m 200M Lep 139 Kuva 8. Reiän Lep-139 Ni-, S- ja MgO-pitoisuudet.
Lep-140 Reiässä Lep-1.40(ks. kuva 2) esiintyvät. kivet poikkeavat mineraalikoostumukseltaan järvialueen kivistä. Analyysitulosten (kuva 9) perusteella ne vastaavat lähinnä pyrokseniittia, jota esiintyy muissa rei'issä peridotiitin yläosassa (reiän alkuosa = yläosa). ppm N i MgO.S.SFN' 700 600 500 20 400 300 200 100 NISULF NISIL J\. S ~.. :~\ SF N' SF N ' -,r S loom MOM MON.- 11 10 PERKNIITTI KUMMINGTO- NIITTIGABRO MUSTA LIUSKE JA KIILLEGNEISSI Lep 140 Kuva 9. Reiän Lep-140 Ni-, S- ja MgO-pitoisuudet. Silikaattien Fe- ja Ni-pitoisuudet Mafisista silikaateista on analysoitu Fe ja Ni mikroanalysaattorilla Taulukossa 2_ on esitetty keskiarvoanalyysit kustakin mineraalista eri kivilajien kohdalla.
Taulukko 2. Silikaattien Fe- ja Ni-pitoisuudet eri kivilajeissa. Suluissa analyysien lukumäärä. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. (14) (26) (4) ( 2) 11) (1) OL Ni 809 719 1319 1920 1241 1192 OLFe 14.1 15.3 16.7 11.8 16.8 23.3 Ito) (141 (16) (2) 191 (18) 111 OPYNi 223 196 176 303 115 51 33 OPYFe 8.7 9.3 11.6 13.5 14.3 14.8 25.4 Is) 118) 113) (1) (5) (16) (1) MPYNi 132 103 164 287 74 35 0 MPY Fe 3.4 3.8 4.8 4 ;6 6.1 5.7 10.1 SV Ni 42 SV Fe 6.5 1. Duniitti 5. Noriitti 2. Peridotiitti 6. Pyrokseenigabro 3. Pyrokseniitti 7. Sarvivälkegabro 4. Oliviinigabro 8. Emäksinen juoni Korkeimmat oliviinin Ni-pitoisuudet ovat oliviinigabrossa, joissa myös oliviinin Fe-pitoisuus on pienin. Oliviinin Nipitoisuudet eivät kuitenkaan vaihtele säännöllisesti Fepitoisuuden mukaan. Pyrokseniitissa, noriitissa ja pyrokseenigabrossa, joissa oliviini on aksessorisena mineraalina, oliviinin Ni-pitoisuudet ovat korkeat, mutta myös oliviinin Fe-pitoisuus on korkea. Duniitin ja peridotiitin välillä puolestaan oliviinin Ni-pitoisuus on kääntäen verrannollinen Fe-pitoisuuteen. Ortopyrokseenin Fe-pitoisuus nousee mentäessä ultramafisista kivistä mafisiin. Ni-pitoisuus laskee samaan suuntaan, paitsi oliviinigabron kohdalla, jossa ortopyrokseenin Ni-pitoisuus on korkein. Myös klinopyrokseenin Fe-pitoisuus nousee siirryttäessä ultramafisista kivistä mafisiin. Samaan suuntaan Ni-pitoisuus ensin laskee, mutta nousee pyrokseniitin kohdalla ja on korkeimmillaan oliviinigabrossa, kuten ortopyokseeninkin Ni-pitoisuus. Oliviinigabrosta emäksiseen juonikiveen Ni-pitoisuus laskee selvästi.
Primäärisen sarvivälkkeen Ni-pitoisuus sarvivälkegabrossa vastaa lähinnä pyrokseenigabron pyrokseenien Ni-pitoisuuk- sia.. Oliviinin Fe- ja Ni-pitoisuudet eri profiileissa Profiilikohtaiset oliviinin analyysitulokset on esitetty kuvissa 10, 11, 12 ja 13. Kuvissa on lisäksi esitetty kiven Ni/Co-suhde, joka on laskettu AAS-analyysituloksista. Lep-177-138 Reiässä Lep-177 (kuva 10) ylempi ja alempi peridotiitti poikkeavat toisistaan oliviinin Ni-pitoisuuden suhteen. Alemmassa peridotiitissa, joka jo kokokivianalyysien perusteella osoittautui Ni-kriittisemmäksi, oliviinin Ni-pitoisuus on selvästi korkeampi kuin ylemmässä peridotiitissa. Oliviinin Fe-pitoisuus on peridotiiteissa keskimäärin samaa luokkaa. Oliviinin Ni-pitoisuuden odottaisi nousevan Fepitoisuuden laskiessa, mutta alemmasssa peridotiitissa oliviinin Fe- ja Ni-pitoisuuksilla on selvä positiivinen korrelaatio. Ni/Co-suhteen vaihtelu jakaa ylemmän ja alemman peridotiitin käsittävät osat erittäin selvästi erilleen. Merkille pantavaa on, että alemman peridotiitin ympärillä olevissa gabroissa ja pyrokseniiteissa Ni/Co-suhde on myös korkea. Korkean Ni/Co-suhteen käsittävä osa saattaa edustaa reiän alkuosaan -nähden eri aikaista magmapulssia. Reiässä Lep-l38 (kuva 11) oliviinin Ni-pitoisuudet peridotiitissa ovat samaa luokkaa kuin reiän Lep-l77 ylemmässä peridotiitissa. Duniitin kohdalla Ni-pitoisuus nousee, mutta korkeimmat arvot ovat kuitenkin duniitin alapuolella oliviinigabrossa ja pyrokseniitissa. Oliviinin Fe-pitoisuus pysyy suurinpiirtein vakiona peridotiitissa ja duniitissa, mutta nousee hieman pyrokseniitissa duniitin alapuolella. Ni/Co-suhde korreloi positiivisesti oliviinin Ni-pitoisuuden
ppm Ni 2000 % Fe Ni/Co. 1500 30! 1000 20 Co / 500 10 NIN IM~ GABRO ~~ ~~ PYROK3ENUTT/ Lung,I -1No I so I M. In no onsoon go In:no.0.0i.0 IM.0no loom 200m 300m 400m 50mm PER!DOTl[FT/ Lep1?7 Kuva 10. 0liviinio Ni- ja Fe-pitoisuus sekä kiven Ni/Co-suhde zeiäosä Lep-177.
kanssa. Ni/Co-suhteen perusteella ylemmän peridotiitin alaosa reiässä Lep-177 ja duniitti reiässä Lep-138 vastaavat toisiaan. Molemmissa mainituissa kohdissa Ni/Co-suhde nousee jyrkästi. ppm Ni 2000 Fe Ni /Co 1500 1000 Ni Fe 20 Fe 500 Ni Ni /Co 10.. GABRO PYROKSENIITTI PERIDOTIITTI loom Lep 138 : 1 ii G uii Ul ~åi 200m DUNIITTI Kuva 11. Oliviinin Ni- ja Fe-pitoisuus sekä kiven Ni/Co-suhde reiässä Lep-138. Lep-141 Reiässä Lep-141 (kuva 12) oliviinin Ni-pitoisuus nousee jyrkästi peridotiitin alkuosasta duniitin alapuolelle. Samalla Fe-pitoisuus laskee loivasti. Ni/Co-suhde korreloi positiivisesti oliviinin Ni-pitoisuuden kanssa ja alkaa nousta jyrkästi vastaavassa kohdassa kuin reiässä Lep-138.
- 2 0 - ppm Ni 2000 Fe Ni /Co 1500 Ni 1000 Ni /Co 20 F e Fe I iu...i 11111.10111, GABRO 500 Ni/Co 10 PYROKSENIITTI Ni /Co PERIDOTIITTI DUNIITTI uu.uu.... own. Um on mono on00 IM IM 00so loom 200 m lue emme meemeen 300m KIILLEGNEISSI Lep 141 Kuva 12. Oliviinin Ni- ja Fe-pitoisuus sekä kiven Ni/Co-suhde reiässä Lep-141. Lep-139 Oliviinin Ni- ja Fe-pitoisuudet reiässä Lep-139 (kuva 13) käyttäytyvät samalla tavalla kuin reiässä Lep-141. Ni/Cosuhde puolestaan alkaa nousta jyrkästi vasta duniitin alapuolella eikä duniitin dohdalla, kuten rei'issä Lep-138 ja Lep-141. Oliviinin Fe- ja Ni-pitoisuuden sekä Ni/Co-suhteen perusteella kairausrei'issä Lep-138, Lep-141 ja Lep-139 voitaneen tehdä seuraava johtopäätös : kairausreikien loppuosa vastaa ultramafisen patjan pohjaosaa eli pohjan suunta patjassa on kaakkoon (vrt. kuva 2).
ppm Ni Fe Ni /Co 1500 Ni 1000 Ni/Co 20 F e 500 Ni 10 Ni /Co 100 m 200 m Lep 139 Kuva 13. Oliviinin Ni- ja Fe-pitoisuus sekä kiven Ni/Co-suhde reiässä Lep-139. KITEYMISOLOSUHTEET Koirusveden ja Kotalahden differentiaatiosarjat MgO-Al 2 03 -alkali-diagrammissa (kuva 14) Kotalahden kivilajit muodostavat aukon differentiaatiosarjassa (poikiliittisten ja ofiittisten gabrojen välille). Papusen et al. (1979) mukaan kyseinen aukko differentiaatiosarjassa johtuu ultramafiseen magmaan sekoittuneesta trondhjemiittisesta sulasta, joka on peräisin intruusion sivukivien, migmatiittien, neosomista. Magman ja trondhjemiittisen sulan seoksesta kiteytyi dioriittia
- 22 - A1203 A' 2 0 3 K 2 0+Na 20 MgO MgO KOTALAHTI DYKES Granite Trondhjemite o Diorite Gabbro KOIRUSVESI o EMAKSINEN JUONI SARVIVÅLKEGABRO PYROKSEENIGABRO NORIITTI OLIVIINIGABRO ROCKS OF THE MAFIC BODY_ KUMMINGTONIITTIGABR0 }Lep 140 o Peridotite PERKNIITTI 0 Pyroxenite PYROKSENIITTI Perknite PERIDOTIITTI + Poikifitic gabbro Ophitic gabbro DUNIITTI Diorite Kuva 14. Koirusveden ja Kotalahden (Papunen et al. 1979. s. 221) differentiaatiosarjat. ja ofiittista gabroa, jotka - magman saatua Al- ja alkalilisän trondhjemiittisesta sulasta - ovat MgO-Al 2 03 -alkali-diagramintruusion muista mafisista missa siten selvästi erillään jäsenistä. Samanlaista aukkoa ei esiinny Koirusveden differentiaatiosarjassa (kuva 14). Koirusveden intruusio on tässä suhteessa kiteytynyt rauhallisimmissa olosuhteissa kuin Kotalahden intruusio.
- 23 - AFM-diagrammista (kuva 15) näkyy, että Kotalahden kivien Fe/Mg -suhde kasvaa differentiaation edetessä, kuten yleensä differentiaatiosarjassa. Koirusveden kivissä ei tapahdu samanlaista Fe/Mg-suhteen muutosta. F (a) A (b M Kuva 15. Koirusveden (a) ja Kotalahden (b) (Papunen et al. 1979, osa kuvasta 4, s. 220) kivilajien AFM-diagrammit.Koirusveden kivilajeilla samat symbolit kuin kuvassa 14. Kotalahden. kivilajit : peridotiitit, pyrokseniitit, perkniitit, o*tiittiset gabrot = G ja dioriitit = D. Magman sulfidikylläisyys Duken ja Naldrettin (1978) mukaan oliviinin : : Ni-pitoisuuden nopea lasku kiteytymisen edistyessä (ja siis oliviinin Fopitoisuuden laskiessa) johtuu siitä,että magma on sulfidikylläinen (kuva 16). Kuvassa 17 on esitetty Koirusveden intruusion oliviinin Nipitoisuus Fo-pitoisuuden funktiona. PRD+DUN-pisteet muodostavat diagrammissa epämääräisen kasauman. Tässä suhteessa Koirusveden intruusion ultraemäksinen osa (PRD+DUN) muistuttaa
- 2 4 - Wt. % MgO in Liquid 0.4 30 20 10 ad c > 0-3 0 c z 0. 2 01 3 0. 1 100 95 90 85 Mote % Fo in Olivine 80 Kuva 16. Sulfidialikylläisestä (yhtenäinen viiva) ja sulfidikylläisestä (katkoviiva) silikaattisulasta kiteytyvän oliviinin koostumus -sulan eri MgO-konsentraatioilla. (Duke -ja Naldrett 1978, s. 260). ppm Ni i 2000-1000- a o 85 80 75 70 65 Fo Lep -138-139-141-177 OLPRD.DUN o OLOLGB I O L PYR OLNO o OLPYGB Kuva 17. Oliviinin Ni-pitoisuus Fo-pitoisuuden funktiona Koirusveden intruusiossa.
- 25 - Stormin intruusion alempaa ultramafista kerrosta (kuva 18 a) ja Kylmäkosken intruusion ultramafisia kiviä (Papunen 1980). Häklin et al. (1979) ja Papusen (op. cit.) mukaan kyseinen piirre johtuu siitä, että oliviinin ja sulfidien välillä on tapahtunut subsolidus-reaktio, joka on tasoittanut eroja oliviinin Ni-pitoisuuksissa, joten alkuperäistä riippuvuutta oliviinin Fo-pitoisuuden ja Ni-pitoisuuden välillä ei ole enää näkyvissä. Duken ja Naldrettin (1978) diagrammissa (kuva 16) PRD+DUNpisteet sijoittuvat selvästi sulfidikylläiselle alueelle. Oliviinin Ni-pitoisuudet niissä kivilajeissa, joissa oliviinia on vain aksessorisesti, ovat korkeampia kuin peridotiitissa ja duniitissa (kuva 17). Pyrokseniitin kohdalla oliviinin Nipitoisuus laskee melko'jyrkästi Fo-pitoisuuden mukaan. Samanlainen piirre näkyy Stormin intruusion ylemmässä ultramafisessa kerroksessa (kuva 18 a). Todennäköisesti magma.on ollut sulfidikylläinen myös.pyrbkseniitin kiteytyessä. Pyrokseniitti sisältääkin yleensä ainakin yhtä paljon kiisuja kuin peridotiitti.ja duniitti. Ni PP_ 3000 2000 ppm Ni 2000,000 1000 80 TO (å) 60 50 Fox in Olivine 100 95 90 85 80 Fo KOTALAHTI, PRO (b) Kuva 18. Oliviinin Ni-pitoisuus Fo-pitoisuuden funktiona ; (a) Storminintruusiossa 1) ylempi ultramafinen kerros, 2) hornblendiittikerros ja 3) alempi ultramafinen kerros (Häkli et al.1979,s.1177) ; (b) Kotalahden intruusion peridotiitissa (Häkli 1963, taul. 6, s. 30).
- 26 - Kotalahden intruusion peridotiitti (kuva 18 b) poikkeaa oliviinin koostumuksen suhteen selvästi Koirusveden intruusion peridotiitista ja duniitista. Ensiksi mainitussa oliviinin Fo- ja Ni-pitoisuudet ovat korkeammat. Ni-pitoisuus laskee loivasti Fo-pitoisuuden mukaan, minkä perusteella Ni ei mennyt huomattavia määriä sulfideihin_kiteytymisen edistyessä. Kotalahden intruusiossa Ni-malmit esiintyvätkin pääasiassa perkniitissä (Papunen ja Koskinen 1978). Kuvassa 19 on verrattu oliviinin koostumuksia Koirusveden intruusion ultraemäksisessä osassa eri kairanreikien kesken. Reiän Lep-177 alemmassa peridotiitissa oliviinin Ni-pitoisuudet ovat selvästi korkeammat kuin ylemmässä. Ylemmässä peridotiitissa.oliviinin koostumus on samanlainen kuin muissa kairanrei'issä. Tämä tukee Ni/Co-suhteen perusteella tehtyä olettamusta, että reiän Lep-177 ylemi peridotiitin pohjaosa vastaa muiden kairausprofiilien duniitti-osaa. Rei'issä Lep-141 ja Lep-139 on nähtävissä jonkinlainen riippuvuus oliviinin Ni- ja Fo-pitoisuuden välillä. ppm Ni ppm Ni 85 80 75 Fo 85 80 75 Fo Lep-177 alempi PRD Lep-177 ylempi PRD ppm N i ppm N i ppm N i 1000-1000- 1000-1000- 1000-85 80 Fo 85 80 Fo 85 80. Fo Lep-138 PRD+DUN Lep-141 PRD+DUN Lep-139 PRD+DUN Kuva 19. Oliviinin Ni-pitoisuus Fo-pitoisuuden funktiona Koirusveden intruusion ultraemäksisessä osassa. Vertailu eri kairanreikien - kesken.
- 27 - Kiteytymislämpötila Nikkelin jakautuminen yhdessä esiintyvän oliviinin ja augiilämpötilasta. Tätä mineraali- tin kesken on riippuvainen paria voidaan.siis käyttää geotermometrina (myös muita mineraalipareja, kuten OL-OPY, OL-SV,. OPY-AUG,, SV-OPY-ja SV=AUG voidaan käyttää, mutta paras tulos saadaan mineraaliparilla OL-AUG). Lämpötila saadaan yhtälöstää l:n, = -A/T + B, jossa K = OL Ni AUG Ni T = lämpötila (`K) A = 8643 B = 7.836 Häkli (1968), vakioiden A ja B arvot Grundströmin (1980) työstä.. Häklin (op. cit.) mukaan em. menetelmällä saadut lämpötilaarvot ovat käyttökelpoisia vain, jos systeemi on saavuttanut kemiallisen tasapainon. Arvio tasapainotilasta voidaan tehdä diagramtilla, jossa toisena muuttujana on OL N1 ja toisena AUGN1, Jos pisteet asettuvat tasaisesti samalle viivalle, voidaan olettaa, että Ni :n jakautuminen oliviinin ja augiitin kesken on saavuttanut kemiallisen tasapainon. Kuvassa 20 on plotattu diagrammiin Koirusveden intruusion OL-MPY-parin Ni-pitoisuudet. PPm OL Ni 1600 1200 800 400 100 200 ppm MPY Ni Kuva 20. Oliviinin Ni-pitoisuus oliviinin kanssa yhdessä esiintyvän klinopyrokseenin Ni-pitoisuuden funktiona.
- 28 - Pisteillä on pyrkimys asettua samalle viivalle, mutta hajonta on kuitenkin melko suuri. Tästä voitaisiin siis päätellä, että täydellinen kemiallinen tasapaino ei vallinnut systeemin kiteytyessä. Lämpötila-arvot on kuitenkin laskettu eri reikien ultraemäksisille osille mineraaliparista oliviini-klinopyrokseeni. Keskiarvot on ilmoitettu alla olevassa taulukossa. Lep-177 ylempi PRD Lep-177 alempi PRD' Lep -138 PRD+DUN Lep-141 PRD+DUN Lep -139 PRD+DUN 1180 'C 1160 'C 1190 'C 1160 'C 1150 'C Lämpötiloissa ei ole suuria eroja, ja kun vielä otetaan huomioon systeemin kemiallinen epätasapainoisuus, joka voi vaikuttaa saatuihin lämpötila-arvoihin, ei voi sanoa lämpötilan muuttuvan ratkaisevasti johonkin suuntaan eri kairausprofiilien kesken. KOIRUSVEDEN INTRUUSION Ni-KRIITTISYYS Yhteenvetona sekä kokokivianalyysien että mineraalianalyysien perusteella voidaan Koirusveden intruusiosta todeta, että sen ultramafinen osa (=pyrokseniitti + peridotiitti + duniitti) on Ni-kriittinen. Magma on ollut sulfidikylläinen kiteytyessään. Oliviinin Ni-pitoisuus vaihtelee Fo-pitoisuuden funktiona samalla tavalla kuin Ni-malmeja sisältävissä intruusioissa (Stormi, Kylmäkoski). Parhaimmat tässä työssä analysoidut Ni-pitoisuudet (AAS-analyysi) ovat 0.36 % Ni. Reiässä Lep-177 alempi peridotiitti on Ni-kriittisempi kuin ylempi. Eri kairausprofiilien kesken Ni-kriittisyys on suurinpiirtein yhtäläinen. Reiässä Lep-139 SF N1 on kuitenkin
- 29 - ehkä hieman korkeampi kuin muissa rei'issä. Lisäksi tässä profiilissa duniitti on kaikkein paksuin ja profiili on lähimpänä intruusion lounaiskontaktia jossa esiintyy mustaliuskeita. -Näiden seikkojen perusteella jatkotutkimuksia kannattaa suunnata ainakin osaksi reiästä Lep-139 lounaaseen. Kuopiossa 22.3.1982 Elias Ekdahl Hannu Makkonen
- 30-0 KIRJALLISUUSLUETTELO Duke, J. M. ja Naldrett, A.J. (1978) A numerical model of the fractionation of olivine and molten sulfide from komatiite magma. Earth Planet. Sci. Letters 39 : 255-266. Grundström, L.(1980) The Laukunkangas nickel - copper occurence in southeastern Finland. Bull. Geol. Soc. Finland 52 : 23-53. Häkli, A.(1963) Distribution of nickel between the silicate and sulfide phases in some basic intrusions in Finland. Bull. Comm._g6ol. Finlande 209. 54 s. Häkli, T.A. (1968) An attempt to apply the Makaopuhi nickel fractionation data to the temperature determination of a basic intrusive. Geochim. Cosmochim. Acta 32 : 449-460. Häkli, T.A., Vormisto, K. ja Hänninen, E. (1979) Vammala, a nickel deposit, in layered ultramafite, Southwest Finland : Econ. Geol. 74 : 1166-1182. Papunen, H. ja Koskinen, J. (1978) Geology of the Kotalahti Ni-Cu ore. Metallogeny of the Baltic Shield, Helsinki Symposium 1978, June 12,- 21, Finland. IGCP project 74/1/91, Metallogeny of the Precambrian. Excursion guide. Helsinki, Academy of Finland : 69-82. Papunen, H., Häkli, T.A. ja Idman, H. (1979) Geological, geochemical and mineralogical features of sulfide-bearing ultramafites in Finland. Canadian Mineralogist 17 : 217-232. Papunen, H. (1980) The Kylmäkoski nickel- copper deposit in south-western Finland. Bull. Geol. Soc. Finland 52 : 129-145. Parkkinen, J. (1971) Kotalahden ympäristön geologinen kartta. Outokumpu Oy, Kotalahti.
Thornton, C.P. ja Tuttle, O.F. (1960) Chemistry of Igneous Rocks : pt, 2, Theoretical Discussions. Physics Chem. Classes 8 : 113-124.