M 19/2734/-72/2/20 Kittilä, Riikonkoski Lauri Eskola 5.12.1972 Selostus geofysikaalisista tutkimuksista Kittilässä karttalehden 2734 03 B alueella Sisällys Yleistä 1 Linjoitus 3 Syväkairausreikien koordinaattien tarkistamiseksi mitatut monikulmiopisteet 4 Paljastumanäytteistä tehdyt tiheys- ja suskeptibiliteettimääritykset sekä porasydännäytteistä tehdyt malmin tiheysmääritykset 4 Slingram- ja magneettiset mittaukset 7 Painovoimamittaukset 8 Vastusmittaukset syväkairausrei issä ja Mise-ala-Masse mittaukset 9 Vasaraseismiset luotaukset 14 Karttaliitteet 23
Yleistä Vuonna 1967 Matti Vänni lähetti kuparikiisua sisältäviä lohkareita Riikonkosken alajuoksulta. Huhtikuussa 1968 tehtiin karttalehtien 2734 03 B 01, 02, 06 ja 07 Slingram- ja magneettiset mittaukset. Elokuussa 1969 Vänni lähetti kuparikiisua sisältävän paljastumanäytteen, pari kilometriä edellisten näytteiden sijaintipaikasta pohjoiseen. Mittauksia jatkettiin elo-syyskuussa 1969 karttalehtien 2734 03 B 03-05 ja 08-10 alueelle, jolla slingram-mittaukset tehtiin 40 metrin kelavälillä. Maaliskuun 1971 ja huhtikuun 1972 välisenä aikana mitattiin koko lehti 2734 03 B puolen kilometrin kaistaa itälaidassa lukuunottamatta 60 metrin kelavälillä (liite 1). Painovoimamittaukset tehtiin liitteeseen 1 merkityllä alueella maalis-marraskuussa 1971. Geofysikaalisten tutkimusten yleisjohdosta vastasi Toivo Siikarla vuoden 1970 loppuun sekä vuoden 1971 alusta lähtien Lauri Eskola apunaan Aimo Hattula toukokuusta 1971 lukien. Magneettisten ja slingram-mittausten teknillisestä suorituksesta vastasivat Niilo Puranen ja Vilho Niinikoski sekä painovoimamittausten tekniikasta Juhani Kankaanpää ja Unto Sirkeinen. Linjoituksista vastasivat J. Kankaanpää, Niilo Puranen, Pekka Määttänen ja Pauli Manunen. Tässä raportoitava alue käsittää karttalehden 2734 03 B. Raportin tarkoituksena on täydentää Veijo Yletyisen raporttia M 19/2734/-72/1/10 geofysiikan osalta. Koska vaativampia kvantitatiivisia tulkintoja ei ole tehty, rajoitutaan tässä lähinnä selostamaan sitä, mitä missäkin tarkoituksessa on mitattu. Prospektauksen viimeisenä tarkoituksena on saada tutkittavasta alueesta mahdollisimman tarkka geologinen kuva. Siten geofysikaalisten mittausten yksityiskohtaisempi tulkinta ilmenee alueen geologisista tutkimuksista vastanneen maisteri Yletyisen raportista lähinnä kallioperäkartan muodossa.
2
3 Linjoitus Linjoituksen sijainti määritettiin topografisen kartan 1:20 000 avulla. Linjoituksen lähtöpiste on karttakoordinaatistossa x 7516.000 ja y 541.735, linjoituksen suunta mitattiin graadilevyllä ojalinjan suunnasta. Runkolinjat viitoitettiin teodoliittia apuna käyttäen, kevytlinjat silmämääräisesti. Linjoituskaaviossa M 06.3/2734 03 runkolinjat on merkitty täydellä viivalla ja kevytlinjat katkoviivalla. Linjojen risteyksiin merkityt nuolet ja lukemat etumerkkeineen tarkoittavat linjojen keskinäisten heittojen suuntia ja suuruuksia. Jotta linjoituksen sijainti voitaisiin myöhemminkin määrittää, rakennettiin poraputkista kiintopisteitä. Näiden sijainnit ja koordinaatit on merkitty linjoituskaavioon. Linjoituksen suunta tarkistettiin Topografikunnan murtoviivajonojen ilmakuvapisteellä CP 2/27, jolta suunta otettiin pisteeseen CM 10 (Levi). Linjoituksen suuntakulmaksi saatiin linjoituskoordinaatiston pisteellä x 7518, y 538 399 g 883. Linjoituksen suunta määritettiin lisäksi hyrrälaitteella kiintopisteellä n:o 5. Suuntakulmaksi KP5-MP1 saatiin 299 g 904 (MP1 on kairausreikien koordinaattien määrittämiseksi mitatun monikulmiojonon piste). Linjoituksen sidonta Gauss-Krüger koordinaatistoon: G-K-koord. Linj. Koord. Piste X 7518 931.7 linj. x 7518 937.9 DP 2/18 Y 536 098.6 y 536 081.4 Piste X 7513 823.3 linj. x 7513 814.8 57M1620 Y 544 593.5 y 544 578.0
4 Sidontojen perusteella voidaan otaksua raportoitavan alueen linjoituksen täyttävän tarkkuudeltaan käytännön vaatimukset. Syväkairausreikien koordinaattien tarkistamiseksi mitatut monikulmiopisteet Kairausalueelle rakennettiin syväkairausreikien paikantamiseksi 23 kiintopistettä. Kiintopisteet merkittiin rautaputkilla ja niiden koordinaatit määritettiin monikulmiomittauksella mittaustarkkuutena asemakaavamittausten I lk. Lähtöpisteenä on linjoituksen kiintopistepultti n:o 4 x= 7518 000.00, y= 451 000.00, suunta kiintopistepulttiin n:o 3 x= 100 g 0000. Annetut koordinaatit ovat linjoituskoordinaatteja ja korkeudet valtakunnan järjestelmässä N 43. Vaaituksen lähtöpiste on IV 1149 (Imatran Voima) h= 180.613. Koordinaattiluettelo on liitteenä 2. Paljastumanäytteistä tehdyt tiheys- ja suskeptibiliteettimääritykset sekä porasydännäytteistä tehdyt malmin tiheysmääritykset. Geofysiikan osaston mittauslaboratoriossa tehtiin tiheys- ja suskeptibiliteettimääritykset alueella tutkimusten alkuvaiheessa tunnetuista kivistä. Näytteitä oli keskimäärin 5 kpl kivilajia kohti. Eri kivilajeille saadut keskiarvot ovat seuraavat: Kivilaji Tiheys Suskeptib. g/cm 3 10-6 cgs/cm 3 Albiittigabrot 2.93 390 Fylliitit 2.79 97 Albitiitit 2.84 6300
5 Liite 2 Piste x y h MP1 7517 999.95 541 100.10 184.20 MP2 7517 911.33 541 100.19 184.32 MP3 7517 799.46 541 100.18 184.36 MP4 7517 744.65 541 081.52 186.07 MP5 7517 655.36 541 081.65 184.30 MP6 7517 541.10 541 081.82 182.67 MP7 7517 551.85 541 299.08 185.33 MP8 7517 702.78 541 299.55 184.22 MP9 7517 802.14 541 300.15 183.81 MP10 7517 943.80 541 299.92 188.87 MP11 7518 025.33 541 299.90 188.33 MP12 7518 099.50 541 299.92 185.35 MP13 7518 225.64 541 300.34 188.93 MP14 7518 298.99 541 299.91 189.33 MP15 7518 453.44 541 299.52 192.00 MP16 7518 583.99 541 299.22 191.99 MP17 7518 718.44 541 298.71 190.90 MP18 7517 999.76 540 850.22 189.24 MP19 7517 999.61 540 700.02 189.21 MP20 7518 149.39 540 699.89 189.38 MP21 7518 299.31 540 700.08 189.67 MP22 7518 300.00 540 600.30 189.91 MP23 7518 300.70 540 500.36 189.59
6 Serisiittiliuskeet 2.82 1120 Kloriitti kiilleliuske 2.75 1100 Tiiviit alb. kv. kivet 2.69 450 Sirkka kongl. 2.70 5700 Vihreäkivet 2.91 Cu-malmi 2.88 400 Malmin tonnitusta varten tehtiin lisäksi 10:stä syväkairausreiästä malmin tiheysmääritykset jatkuvana mittauksena. Alla olevassa taulukossa on eritelty tulokset V. Yletyisen (M19/2734/- 72/1/10) käyttämän malmioitten jaottelun mukaan. Riikonkosken itämalmi Ylempi osa Reikä Tih. g/cm 3 Näytteen pituus (m) Keskiarvo g/cm 3 301 2.83 15 304 2.80 4 305 2.85 8 306 2.82 5 307 2.78 10 378 2.81 2 2.82 Alempi osa 306 2.87 8 307 2.81 6 378 2.80 8 2.83 Riikonkosken läntiset mineralisaatiot 303 2.83 39 323 2.81 23 2.82 Kankaan malmi Ylempi osa 368 2.78 7 2.78 Alempi osa 368 2.89 5 377 2.87 6 2.88
7 Tuloksista nähdään, että tonnituksessa on tarkoituksenmukaista käyttää malmin tiheydelle arvoa 2.8 g/cm 3 Slingram- ja magneettiset mittaukset Slingram ja magneettiset mittaukset tehtiin 20 x 100 metrin näyteverkkoa käyttäen. Täydennysmittauksia tehtiin tarpeen mukaan. Koko mittausalue mitattiin 3600 hz:n taajuudella. Lisäksi Riikonkosken alajuoksulta mitattiin 1 km 2 14 000 hz:n taajuudella. Slingram-anomaliat aiheutuvat pääasiassa mustista liuskeista. Koko tutkimusalueella ainoastaan kahden pienehkön anomalian on todettu aiheutuvan kiisupitoisista emäksisistä vulkaniiteista. Koska alueella tavatut kuparikiisut esiintyvät mustien liuskeiden yhteydessä, on slingram-anomalioita voitu käyttää välillisesti hyväksi kuparikiisujen etsinnässä. Syväkairausreikien suunnittelua varten tehtiin slingram-mittausten perusteella lukuisia johteitten sijainnin, kaateen ja yläpään syvyyden määrityksiä. Riikonkosken lähiympäristöstä laadittiin johdekartta. Magneettiset mittaukset tehtiin Jalanderin 5γ:n magnetometrilla ja runkomittaukset Askanialla. Magneettisen tason määrittely selviää sivulta 10 (liitteestä 3). Magneettiset anomaliat liittyvät albiittigabroihin, albiitti-kvartsi-karbonaattikiviin, vihreäkiviin ja Sirkka-konglomeraattiin. Riikonkosken ympäristössä on lisäksi tavattu mustista liuskeista aiheutuvia magneettisia anomalioita. Magneettisilla mittauksilla on ollut keskeinen merkitys tutkimusalueen kallioperän rakenteiden selvittelyssä. Painovoimamittaukset Gravimetraukset tehtiin Worden-gravimetrilla. Korkeudet mitattiin tukilinjoilla vaaitsemalla ja niiden välissä letkuvaa alla.
8
9 Painovoimamittausten tarkoituksena oli aluksi erottaa lukuisain slingramanomaliain joukosta jäännösanomaliain aikaansaamiseksi riittävästi kiisuja sisältävät osueet. Työt aloitettiin tavatun paljastuman ympäristöstä. Kiisuuntumien jatkeita ei kuitenkaan voitu painovoimamittauksilla seurata. Mahdolliset kiisuuntumien aikaansaamat jäännösanomaliat hukkuivat täysin kivilajien, murrosten ja rapautumien aiheuttamiin painovoimavaihteluihin. Myöhemmin painovoimamittauksia alettiinkin käyttää lähinnä rapautumien etsintään. Esimerkkinä tällaisesta kannattaa mainita Lonnakon rapautuma Ounasjoen länsirannassa x = 7518.5. Se liittyy suurehkoon painovoimaminimiin. Alueella x = 7516-7517, y= 541-542 olevat minimit aiheutuvat todennäköisesti pitkälle rapautuneesta kivestä. Useampia kilometrejä pitkä koordinaatin y = 543.5 ympäristössä oleva pohjois-eteläsuuntainen minimijakso aiheutuu Sirkka-konglomeraatin länsilaidassa olevasta murrosvyöhykkeestä. Painovoimamaksimit liittyvät pääasiassa albiittigabroihin ja vihreäkiviin. Pienidimensioisten anomaliain tarkastelun helpottamiseksi laskettiin jäännösanomalia vähentämällä Bougueranomaliasta toisen asteen regressiopinta. Se on laskettu 300 x 300 metrin näyteverkkoa käyttäen ja on regressiopinta näissä pisteissä olevien Bouguer arvojen ja pinnan funktion arvojen erotusten pienimmän neliösumman mielessä. Vastusmittaukset syväkairausrei issä ja Mise-ala-Masse mittaukset Mise-ala-Masse mittausten tarkoituksena oli selvittää: 1) voidaanko Lonnakon rapautuman alta tavattua kuparikiisua sisältävää fylliittiä seurata rapautuman ulkopuolelle, ja erityisesti onko se hyvin johtavassa galvaanisessa yhteydessä jompaankumpaan tai molempiin rapautumaa reunustavista slingramanomalian aiheuttavista mustaliuskemuodostumista, 2) voidaanko rapautuman ympäristöstä löytää muita puhkeamia, jotka ovat galvaanisessa yhteydessä jompaankumpaan tai molempiin em. puhkeamista ja erityisesti saadaanko niiden mahdollisia jatkeita esille sellaisilta syvyyksiltä, joilta ei slingramindikaatioita enää saada tai saadaan vain heikot viitteet johteista, 3)
10 saadaanko rapautuman ympäristössä näkyville muodostumia, jotka ovat hyvässä galvaanisessa yhteydessä Riikonkosken malmiutumaan. Syväkairausrei istä 375 ja 383 tehdyt maadoitusvastusmittaukset osoittivat kuten odottaa saattoikin, että mustaliuskevyöhykkeiden ominaisvastukset ovat vain murto-osia ympäröivien kivilajien ominaisvastuksista. Tulokset nähdään liitteillä 4 ja 5 sivuilla 11 ja 12. Reikä 375 on mitattu 2- elektrodisysteemillä, jossa reiässä olevien lähetin- ja vastaanottoelektrodien väli oli 0.5 m. Maan pinnalla olevat kaksi elektrodia olivat kaukana reiästä ja toisistaan. Näennäinen ominaisvastus saatiin siten kaavasta ρa=2πr, R = V/I. Mittaukset suoritettiin Norma-maavastusmittarilla, jonka lähetinvirran jaksoluku on 135 hz. Siten on ilmeistä, että liitteellä 4 yli 130 m:n syvyydellä olevan mustan liuskeen ominaisvastus on huomattavasti pienempi kuin kuvaajalla näkyvä 200 Ωm. Kokonaisimpedanssin ohmisen komponentin ollessa pieni vaikuttavat mittauskaapelin muodostaman kelan induktiiviset efektit tuntuvasti mittaustulokseen. Tätä tukee myös mittaustuloksen tasaisuus. Reikä n:o 383 on mitattu 1-elektrodisysteemillä, elektrodina 1m pitkä messinkitanko. Mittaukset tehtiin samalla laitteella. Mustaliuskeiden ominaisvastusten pienuus on taas selvästi nähtävissä. Johtimen vaikutus riippuu tällä järjestelmällä vakiona pysyvästä ohmisesta vastuksesta sekä, kuten edellä, kelaustilasta ja syöttöelektrodien maadoitusvastuksista. Vastuksen reiän loppupäätä kohti pienenevä trendi johtuu todennäköisesti kelan purkamisesta aiheutuvasta johtimen induktiivisen impedanssin pienenemisestä.
11
12
13 Mise-ala-Masse mittaukset tehtiin siten, että potentiaalierot mitattiin syötön ollessa peräkkäin neljässä eri reiässä. Tulokset nähdään karttaliitteillä 12-15, joihin on myös merkitty syöttöreikien paikat ja syöttöpisteiden syvyydet samoin kuin vertailuelektrodin paikka. Mittaukset suoritti Suomen Malmi Oy tilaustyönä. Ainoastaan Lonnakon rapautuman etelälaidassa olevaan liuskeeseen (syöttö reiässä 356) saatiin selvästi havaittava M-a-M efekti. Vertailuelektrodin suhteen saatiin maksimiltaan 130 m µu V/A:n suuruinen normeerattu potentiaali. Sen sijaan muut syötöt ovat niin suurissa liuskemuodostumissa, että virtatiheydet jäävät liian pieniksi varmuudella mitattavien jännitteiden saavuttamiseksi. Erääseen ilmiöön on aihetta kiinnittää huomiota. Kaikilla muilla, paitsi reikään 356 sijoitetulla syötöllä, saadaan M-a-M karttojen eteläreunaan n. 3.5 m µu V/A:n efekti. Tämä voi johtua ainakin kahdesta syystä: 1) Häiriöalueella todella on vahva johde, joka on hyvässä galvaanisessa yhteydessä muihin virransyöttömuodostumiin, paitsi ei rapautuman eteläreunassa olevaan muodostumaan. Tällöin häiriö- ja syöttöalueiden välissä on johteiden oltava syvällä, koska siellä ei havaittavia efektejä esiinny. 2) Häiriöalueen potentiaali saattaa olla vertailuelektrodiin nähden negatiivinen, koska kyseisissä mittauksissa ei voitu saada etumerkkiä varmuudella selville. Siten ei yhteenkään alussa asetettuun kysymykseen saatu varmaa vastausta. Ainoastaan tiedetään, että Lonnakon rapautuman etelälaidassa oleva johde on kooltaan rajoitettu eikä ainakaan erinomaisessa galvaanisessa kontaktissa ympäröiviin suuriin liuskejaksoihin. Kaikilla muilla lähetinelektrodien asemilla efektit jäivät heikoiksi ja etumerkeiltään epävarmoiksi. Tämä johtuu ilmeisesti siitä, että virran syöttö tapahtuu niin suuriin johdemuodostumiin, että virtaa emittoivat pinnat kasvavat mittauksen kannalta liian suuriksi ja siten virtatiheydet jäävät liian pieniksi.
14 Vasaraseismiset luotaukset Vasaraseismisiä luotauksia tehtiin Kittilässä tunnustelumittauksina heinäkuussa 1971 TKK:n laitteella MD-3. Tarkoituksena oli kokeilla, voidaanko seismisin menetelmin selvitellä muodostumia, joista painovoimaminimit aiheutuvat. Liitteestä 6 sivulla 15 selviävät luotauspisteiden paikat ja liitteillä 7-12 sivuilla 16-21 nähdään kulkuaikakäyrät ja tulkinnat tärkeimmistä pisteistä. Yhteenvetona voidaan sanoa, että Lonnakon painovoimaminimin kohdalla (luotaukset 1-3) seismiset nopeudet eivät vielä käytettävissä olevan laitteen syvyysulottuvuuden puitteissa saavuttaneet läheskään terveen kallion nopeuksia. Saadut maksiminopeudet saattavat hyvin edustaa tiiviin irtomaan, moreenin, taikka rapautuneen tai erittäin rikkonaisen kallion nopeuksia. Minimin reunoille siirryttäessä (luotauksen 4,5) nopeudet kasvavat selvästi ja alkavat jo lähestyä kallion nopeutta. Joen itäpuolella (luotaukset 6 ja 7 ei raportin liitteissä) alkaa jo 2 metrin syvyydellä väliaine, jossa nopeus on yli 5400 m/s, siis terveen kallion nopeus. Luotauspiste n:o 8 on vertailun vuoksi otettu alueen pohjoisosassa olevalta painovoimamaksimilta. Sielläkin saavutettiin vielä vähintään 12 metrin syvyydessä vain 2660 metrin nopeus. Syvemmälle ei päästy maalajien voimakkaan elastista aaltoa absorboivan vaikutuksen takia. Samasta syystä ei luotauspisteillä 9 ja 10 päästy alhaisia irtomaanopeuksia pidemmälle. Koska painovoimaminimien kohdalla vasaraseismometri antoi viitteet paksujen irtomaiden taikka rikkonaisen tai rapakallion olemassaolosta, mutta oli syvyysulottuvuudeltaan riittämätön terveen kalliopinnan paikantamiseksi, teki geofysiikan osasto geofyysikko Paavo Järvimäen johdolla tarkemmat seismiset mittaukset. Näistä Paavo Järvimäki tekee erikseen raportin, joka on myöhemmin saatavana geologisen tutkimuslaitoksen arkistossa.
15
16
17
18
19
20
21
22 Seismisistä luotauksista saatujen ennakkotietojen ja neljän syväkairausreiän perusteella valitaan Lonnakon painovoimaminimin kohdalta rapautuman ja irtomaan yhteispaksuudeksi karkeasti 80 m. Bouguer-laatan painovoimaefektin mukaan saadaan tervettä kalliota peittävän kerroksen efektiiviseksi tiheydeksi 2.1 g/cm 3. Menetelmä on erittäin karkea, mutta tulos on hyvässä sopusoinnussa savinäytteistä tehtyjen tiheysmääritysten kanssa. Tarkempia laskelmia kolmidimensioisilla malleilla ei ole suoritettu.
23 Karttaliitteet Geologisen tutkimuslaitoksen arkistossa Linjoituskaavio MK 1:20 000 1) M06.3/2734 03 Slingram imaginäärikomp. Mk 1:10 000 3600 hz 2) M24.116/2734 03 B Slingram reaalikomponentti Mk 1:10 000 3600 hz 3) M24.126/2734 03 B Magneettinen vertikaali-intens. Mk 1:10 000 4) M22/2734 03 B Painovoima. Bouguer-anomalia Mk 1:10 000 5) M21.1/2734 03 B Painovoima. Jäännösanomalia Mk 1:10 000 6) M21.2/2732 12 D /2734 03 B /2741 10 C /2743 01 A Slingram imaginäärikomp. Mk 1:2000 14 000 hz 7) M24.31 Ktä/2734 03 B 01 8) M24.31 Ktä/2734 03 B 02 Slingram reaalikomp. Mk 1:2000 14 000 hz 9) M24.32 Ktä/2734 03 B 01 10) M24.32 Ktä/2734 03 B 02 Slingram tulkintakartta, Mk 1:10 000 11) M24.16/2734 03 B Mise-ala-Masse, Mk 1:4000 12) M24.8/2732 12 D 2734 03 B/319 13) M24.8/2732 12 D 2734 03 B/356 14) M24.8/2732 12 D 2734 03 B/383
24 15) M24.8/2732 12 D 2734 03 B/393 Otaniemessä 5 päivänä joulukuuta 1972 Geofyysikko