Geophysical measurements in Välikorpi area, Ilmajoki Jaana Lohva

ESY 86/2012 04.10.2012 Espoo Geophysical measurements in Välikorpi area, Ilmajoki Jaana Lohva

GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND DOCUMENTATION PAGE Date / Rec. no. 04.10.2012 Authors Jaana Lohva Type of report Q-report Commissioned by GTK Title of report Geophysical measurements in Välikorpi area, Ilmajoki Abstract Geophysical measurements were carried out in Ilmajoki area during 2007-2008. Investigations were related to the GTK s gold investigations. In Välikorpi area geophysical measurements were adjusted in ground of geochemical sampling and there were carried out magnetic, electromagnetic and induced polarization geophysical measurements. Keywords Välikorpi, geophysics, magnetic, electromagnetic, induced polarization Geographical area Finland, Ilmajoki, Välikorpi Map sheet 1244 08 Other information Report serial Archive code 86/2012 Total pages Language Price Confidentiality Confidential Unit and section ESY/VA215 Signature/name Project code 2551005 Signature/name

Contents Documentation page 1 GENERAL 1 2 REGIONAL MEASUREMENTS 1 3 GROUND MEASUREMENTS 4 4 SUMMARY 10 LITERATURE

1 1 GENERAL Several geophysical investigations were carried out in Ilmajoki, Välikorpi (1244 08) area during 2007-2008. Investigations were related to the GTK s gold prospecting. In Välikorpi area geophysical measurements were adjusted in the ground of the geochemical sampling and there were carried out magnetic, electromagnetic (slingram) and induced polarization measurements. 2 REGIONAL MEASUREMENTS GTK measured high-resolution, low-altitude airborne magnetic, electromagnetic and radiation surveys of the Ilmajoki area in 1982 as a part of national airborne geophysical program. The line spacing was 200 meters and the flight altitude was approximately 30 meters. Measurements were carried out in N-S- directions. The Välikorpi target is in the middle of moderate folded NE-SW trending magnetic zone caused by intermediate volcanic rocks and it is hosted by plagioclase-porphyrite in non-magnetic environment on aeromagnetic map (Fig. 1). The slightly conductive intermediate rock and the folded formation can be seen in the AEM apparent resistivity (Fig. 2) which is superimposed on aeromagnetic tilt derivate. Radiometric ternary map is presented in figure 3.

Figure 1. Aeromagnetic map from Ilmajoki, map sheet 1244. Välikorpi ground measurement area is marked on the map. 2

Figure 2. AEM apparent resistivity superimposed on aeromagnetic tilt derivate and the radiometric ternary map from Ilmajoki area. 3

4 Figure 3. Aeroradiometric ternary map from Ilmajoki area. 3 GROUND MEASUREMENTS GTK started the gold exploration in Välikorpi area based on Au containing rock samples sent by Mr. Juhani Mäenpää. After the regional exploration detailed ground geophysics measurements such as magnetic, IP and slingram were carried out in the area (see table 1).

5 Table 1. Measurement Point interval (m) Line spacing (m) Configuration Magnetic 10 25-50 4 Slingram 20 25-50 a=60-100 m 4 Induced polarization and apparent resistivity High resolution induced polarization and apparent resistivity 10-20 25-100 a=20, n=3 a=10, n=2-9 Area (km²) Minimum 5 50 Multiple gradient 0.2 4 3.1.1 Magnetic measurements Magnetic anomalies give information about geological units as well as alteration zones. The Välikorpi target is in the middle of moderate as folded NE-SW trending magnetic zone caused by intermediate volcanic rocks and amphibolites. It is hosted by plagioclase-porphyrite in nonmagnetic environment (Fig. 4.). Figure 4. Magnetic map of Välikorpi. Base map National Land Survey of Finland, Lis no 13/MLL/12.

6 3.1.2 Slingram, Electromagnetic measurements Electromagnetic Slingram measurement gives information of conductive minerals such as pyrites. In Välikorpi area Slingram anomalies are caused by intermediate volcanic rocks and amphibolites containing magnetite and pyrites (Fig. 5). Figure 5. Slingram, in-phase map of Välikorpi. Base map National Land Survey of Finland, Lis no 13/MLL/11. 3.1.3 Induced polarization Disseminated pyrites were distinguished by IP method in the outcrop area. IP and apparent resistivity maps are presented in Figure 6 and 7.

7 Figure 6. IP chargeability map from Välikorpi gold target. Base map National Land Survey of Finland, Lis no 13/MLL/12. Apparent resistivity Figure 7. Apparent resistivity map from Välikorpi gold target. Base map National Land Survey of Finland, Lis no 13/MLL/12.

8 3.1.4 High resolution induced polarization ERT (electrical resistivity tomography) and IP (induced polarization) measurements were done with ABEM Terrameter SAS 4000 with Lund imaging system. The measurement system measures the IP and ERT at the same time. The used electrode system in the measurements was multiple gradient array (sort of mix of Schlumberger and Pole-Dipole arrays). Totally 5 profiles were measured and the total spreading of each profile was 600 meters. The used minimum electrode spacing in the measurements was 5 meters. The measurement and results are presented in report by Taija Huotari-Halkosaari (Appendix 1.). 3D-inversion was done to the measured data using Res3DInv program. The results are visualized as voxels in the Geosoft Oasis Montaj program. The location of the profiles is presented in figure 8. IP maps in different level are presented in figures 9 and 10. Figure 8. IP chargeability map from Välikorpi gold target. Location of the profiles of high resolution IP is marked in the map.

9 Figure 9. 3D- IP- inversion IP results by Taija Huotari- Halkosaari/GTK. Red values refer to high IP values. Figure 10. 3D- IP- inversion Apparent resistivity results by Taija Huotari- Halkosaari/GTK. Red values refer to high IP values.

10 4 SUMMARY Gold occurs in the target in low concentrations and it does not give any direct geophysical response. Magnetic method gave information about geological units as well as alteration zones. Electromagnetic anomalies can be distinguished caused by sulphides. Disseminated sulphides were distinguished also by IP method in the outcrop area. Appendices: Appendix 1. The report of high resolution IP results by Taija Huotari- Halkosaari

Etelä-Suomen yksikkö Q16.1/1244/2008/66 20.11.2008 Espoo IP-mittaukset ja 3D-tulkinta Ilmajoen Välikorven tutkimuskohteelta Taija Huotari-Halkosaari

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro 20.11.2008 Tekijät Taija Huotari-Halkosaari Raportin laji Arkistoraportti Toimeksiantaja Raportin nimi IP-mittaukset ja 3D-tulkinta Ilmajoen Välikorven tutkimuskohteelta Tiivistelmä Raportissa käsitellään Ilmajoen Nopankylän Välikorven kultakohteella tehtyä IP testimittausta. Välikorvessa mitattiin 5 600 metrin pituista pohjois-etelä suuntaista linjaa ABEM Terrameter SAS 4000 laitteistolla. Mittausten linjaväli oli 50 metriä. Linjojen 3D-tulkinta tehtiin Res3DInv-ohjelmalla. Tulokset visualisoitiin vokseleina Geosoft Oasis Montaj ohjelmalla. Mittaukset olivat jatkoa vuonna 2007 tehdyille testimittauksille Sikakankaan kultakohteessa. Monielektrodilaitteistolla tehdyillä mittauksilla päästään parempaan mittausresoluutioon ja suurempaan syvyysulottuvuuteen kuin perinteisillä IP:n rutiinimittauksilla. Menetelmä on kuitenkin huomattavasti hitaampi kuin rutiinimittaukset, joten monielektrodilaitteistolla tehtävät mittaukset joudutaan kohdentamaan pienemmille alueille esimerkiksi rutiinimittausten perusteella. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Kulta, Välikorpi, monielektrodivastusluotaus, IP, ominaisvastus, monigradientti, 3D-inversio, vokseli Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Ilmajoki, Nopankylä, Välikorpi Karttalehdet 1244 08 Muut tiedot Arkistosarjan nimi Q-raporttisarja (geofysiikka) Kokonaissivumäärä 7 Kieli Suomi Yksikkö ja vastuualue ESY, Merigeologia ja Geofysiikka, 215 Allekirjoitus/nimen selvennys Arkistotunnus Q16.1/1244/2008/66 Hinta Hanketunnus 2801021/2901014 Allekirjoitus/nimen selvennys Julkisuus Ei julkinen ainakin 2011 asti

Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 JOHDANTO 1 2 MENETELMÄKUVAUS 2 3 TULKINTATULOKSET VÄLIKORVEN MITTAUKSISTA 3 3.1 Tuloksista 6 KIRJALLISUUSLUETTELO 7

1 1 JOHDANTO Vuoden 2005 lopulla GTK:lle hankittiin ABEM Terrameter SAS 4000 monielektrodivastusluotauslaitteisto, jolla voidaan mitata myös IP (Indusoitu Polarisaatio). Vuoden 2007 syksyllä Geologian tutkimuskeskus (GTK) teki Sikakankaalla ABEMin laitteistolla 3D-testauksen (Huotari, 2007), jonka seurauksena IP-mittausten 3D-tulkintatestausta päätettiin jatkaa uudella kohteella vuonna 2008. Vuoden 2008 elokuussa GTK mittasi 5 samansuuntaista 600 metrin pituista linjaa Ilmajoen Nopankylän Välikorven kultakohteella. Linjojen sijainnin kohdentaminen tehtiin lohkarenäytteiden pitoisuuden perusteella sekä geofysiikan kenttämiesten vuonna 2007 tekemien IP-mittausten perusteella. IP-menetelmä on ollut jo vuosia yksi päätutkimusmenetelmä kultakohteilla. IP:tä käytetään kultatutkimuksissa, koska menetelmä toimii erityisesti pirotteisten malmien kohdalla. Tavallisesti tutkimuksissa käytetään menetelmiä, joilla mittaus on nopeaa. Sen seurauksena mittauksissa käytetty elektrodiväli on harva ja elektrodien määrä pieni. Samalla, kun syvyysulottuvuutta kasvatetaan, niin siinä kärsii mittauksista saatavien yksityiskohtien määrä eli resoluutio huononee. Monielektrodivastusluotausta on testattu kultakohteilla, koska yleinen pyrkimys on saada tietoa syvemmältä ja tarkemmin. Monielektrodivastusluotaus mahdollistaa tämän, koska yhdellä linjalla on enemmän elektrodeja käytettävissä ja näin saadaan tarkempaa tietoa maankamaran yksityiskohdista sekä suurempi syvyysulottuvuus, jota rajoittaa kuitenkin 5 metriin rajoitettu minielektrodiväli. Yhdellä kaapelien vedolla saadaan siis maksimissaan 400 metrin pituinen linja, jolla syvyysulottuvuus riippuu luonnollisesti käytetystä elektrodikonfiguraatiosta. Tutkimusta on haluttu kehittää 3D-suuntaan ja 3D-inversio 2D-tuloksille mahdollistaa sen. 3D-tulkinta tehtiin Res3DInv-tulkintaohjelmalla (Geotomo Software, 2008). Ja tulokset visualisoitiin Geosoft Oasis Montaj v.7.0.1 -ohjelmalla Sikakankaalla vuonna 2007 tehtyjä IP-mittauksia ja niiden 3D-tulkintatuloksia sekä synteettisten mallien 3D-tuloksia on käsitelty laajemmin T. Huotarin raportissa "3D-IP tulkinnan testaus" (2007).

2 2 MENETELMÄKUVAUS IP-mittauksessa mitataan jännitteen vaimenemisaikaa siitä kun lähetetty virta katkaistaan. ABEMin laite mittaa aika-alueen suuretta, jota kutsutaan varautuvuudeksi M t i t i+, joka määritetään 1 seuraavasti: i + 1 1 M t = ( ) it V t dt [msec] (1) i+ 1 V 0 t t i missä V(t) on vaimeneva jännite, t i ja t i+1 ovat intervallin alku ja loppuaika, ja V 0 on jännite, joka mitattiin ennen virran katkaisua. Varautuvuus laitteella mitataan msec yksikössä. Mittauksen periaatekuva on kuvassa 2. Vaihtoehtoisesti, varautuvuus voidaan esittää myös muodossa mv/v: ti + 1 1 t = ( ) it V t i+ 1 V0 ( ti+ 1 ti ) ti M dt [mv/v] (2) Lisätietoa IP:n teoriasta löytyy mm. teoksista Sharma (1997), Parasnis (1979) ja Peltoniemi (1988). Mittalaite mittaa samalla myös näennäisen ominaisvastuksen. Ominaisvastusmittaus tapahtuu siis samalla elektrodikonfiguraatiolla kuin IP:n mittauskin. Teoriaa on esitetty mm. Sharman (1997), Parasniksen (1979) ja Peltoniemen (1988) julkaisuissa. ABEM Terrameter SAS 4000 laitteisto on 4-kanavainen monielektrodivastusluotauslaitteisto. Laitteen suurin minimielektrodiväli on GTK:n kaapeleilla 5 m, joten maksimilinjapituus yhdellä levityksellä on 400 metriä. Mittauksissa on käytettävissä 81 elektrodia. Laitteella on mahdollisuus mitata ominaisvastuksen lisäksi myös IP (Indusoitu Polarisaatio) tai omapotentiaali (SP). ABEM:in laitteella mitattaessa käytettiin monigradienttimenetelmää (ks. Kuva 1), joka on poolidipoli- ja Schlumberger-järjestelmän eräänlainen yhdistelmä. Järjestelmässä syötetään virtaa maahan kahden ulomman elektrodin avulla ja syntynyttä potentiaalieroa mitataan neljällä elektrodiparilla virtaelektrodien välissä. Kuvasta 1 näemme, että potentiaalielektrodit eivät mittauksessa sijaitse symmetrisesti virtaelektrodien keskellä. Kuvan s-kerroin viittaa mittauksen potentiaalilukemien maksimimäärään yhdellä virran syötöllä. Monielektrodigradienttimittauksessa suurta määrää virtaelektrodiyhdistelmiä käytetään elektrodilevityksen läpikäymiseen usealla eri a:n ja s:n etäisyyksien arvoilla. Laitteella mitattaessa saadaan 4 lukemaa kerrallaan (4-kanavaa). Laite käy automaattisesti läpi valitun mittausohjelman hyödyntäen kaikki 81 käytössä olevaa elektrodia. Laitteella mitattaessa tasavirtapulssien pituudeksi voidaan määrittää maksimissaan 8 s, jonka sisään mahtuu maksimissaan 10 aikaikkunaa. Syötetyn virran suuruuden säätö on laitteessa automaattinen, mutta virta voidaan määrittää myös manuaalisesti. Virran suuruus voidaan valita väliltä 1-1000 ma. Mitattaessa syöttöjännite on maksimissaan 400 V. Kuva 1. Monigradienttijärjestelmä.

3 3 TULKINTATULOKSET VÄLIKORVEN MITTAUKSISTA Välikorven kohteella mitattiin 5 600 metrin pituista linjaa 50 metrin linjavälillä (ks. Kuva 2). Minimielektrodiväli a Välikorvessa oli a=5 m elektrodikonfiguraation ollessa monigradientti (multiple gradient, ABEM Instruments AB, 2007). Pulssiaika oli 1,5 s ja neljä aikaikkunaa mittauksessa välillä 0,6-2100 ms. Kaikkien neljän aikaikkunan tulokset on summattu. Kuva 2. Välikorven mittauslinjat, Pohjakartat: Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/08

4 Mittausaineistolle tehtiin 3D-inversio Res3DInv-ohjelmalla (Loke & Barker, 1996). Tulokset on visualisoitu vokseleina Geosoft Oasis Montaj ohjelmalla. Kuvissa 3 ja 4 on 3D-inversiotulkintatulos vokseleina esitettynä Välikorven mittaustuloksille. Kuvassa 3 on IP-tulos ja kuvassa 4 ominaisvastustulos. Tulkinnoissa on otettu huomioon maaston topografia. Lisäksi kuvassa 5 on esitetty suurimmat IP-arvot ja kuvassa 6 pienimmät ominaisvastusarvot. Kuva 3. Välikorven 3D-IP inversiotulos. Väriskaala 0-50 msec. Punainen väri viittaavat suureen IParvoon ja sininen pieneen. Kuva 4. Välikorven 3D-ominaisvastusinversiotulos. Väriskaala 0-20000 ohmm. Punainen väri viittaavat suureen ominaisvastusarvoon ja sininen pieneen.

5 Kuva 5. Välikorven 3D-IP inversiotulos. Väriskaala 40-50 msec. Kuva 6. Välikorven 3D-ominaisvastusinversiotulos. Väriskaala 0-4000 ohmm.

6 3.1 Tuloksista Välikorven kultakohteen tutkimukset ovat vasta alkuvaiheessa. Tutkimusalueen kairaustulokset eivät valmistuneet vielä tämän raportin tekoon mennessä, joten vertailuja ei päästä vielä tekemään. Kairauksia kuitenkin suunnattiin 3D-IP mittausten tulosten avulla. Maastomiesten tekemien IP-mittausten tulkinta ei sisälly tähän raporttiin. Yleisesti voidaan todeta, että 3D-IP tulkintatulokset vaikuttavat lupaavilta myös tässä kohteessa kuten Sikakankaallakin. Tulevaisuudessa tuloksia on tarkoitus verrata kairaustulosten kanssa. Kohteen geologista mallia voidaan myös mahdollisesti tarkentaa geofysiikan tulkintojen avulla. Välikorven kohteella suurimmat IParvot ovat hieman pintaa syvemmällä ja rakenteellisesti suurimmat arvot keskittyvät pääosin itälänsisuuntaisiksi vyöhykkeiksi (ks. kuva 5) erityisesti mittauslinjojen kohdalla.

7 Kirjallisuusluettelo ABEM Instrument AB, 2007. Terrameter SAS 1000/4000 Instruction Manual. URL: http://www.abem.se/files/upload/manual_terrameter.pdf, [Available online: viitattu 17.11.2008] Geotomo Software, 2008. Res3DInv ver. 2.16 manual: Rapid 3D Resistivity & IP inversion using the least-squares method. Geoelectrical Imaging 2D & 3D, Geotomo Software, Malaysia. URL: http://www.geoelectrical.com/. [Available online: viitattu 17.11.2008] Huotari, Taija, 2007. 3D-IP -tulkinnan testaus. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, Q16.1/2007/67. 29 s. Loke, M.H and Barker, R.D, 1996. Rapid least squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-newton method. Geophysical Prospecting Vol. 44, pp. 131-152. Loke, M.H., 2004. Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys. URL: http://www.geoelectrical.com/. [Available online: viitattu 17.11.2008] Parasnis, D.S., 1979. Prinsiples of Applied Geophysics. Chapman and Hall, London, third edition. 275 p. Peltoniemi, Markku, 1988. Maa- ja kallioperän geofysikaaliset tutkimusmenetelmät. Otakustantamo, 411 s. Sharma, Prem, V., 1997. Environmental and engineering geophysics. Cambridge University Press, Cambridge. 475 p.