i -deological SURVEY OF FINLAND Department of geophysics Heikki Vanhala 9.1 1.1993 INDUSOITU POLARISAATIO KEMTSAN REIKA R-679 NAYTTEISSA
Lyhennelma Reiän K679 naytteet olivat pyrokseniitteja ja oliviinipyrokseniitteja. Osa näytteistä oli kiisupirotteisia, osa magnetiittipirotteisia, osa kiisu- ja magnetiittipirotteisia. Keskimäärin naytteet olivat hyvin resistiivisiä ja voimakkaasti polaroituvia. Malmityypin magneettikiisu-, kuparikiisu- ja pentlandittipitoiset naytteet olivat muita näytteitä johtavampia. 1 Johdanto Raportissa tarkastellaan Keivitsan intruusion reikä 679:n kairasydännäytteiden resistiivis yyden ja IP-efektin riippuvuutta rnineralogiasta ja tekstuurista, Pitkälle meneviä johtopäätöksiä esitettävien tulosten perusteella on vältettävä, sillä tutkimus ei liity Keivitsan muihin tutkimuksiin, eika esiintymään liittyvää muuta materiaalia ole kaytetty (paitsi julkaistua). Lisäksi tutkitut näyteet on kerätty toista tutkimusta varten, eika näytteiden edustavuudesta ole tarkkaa kuvaa. Kivimittauksia ei spektri-ip laboratoriolaitteistolla ole aikaisemmin tehty, ja yhtenä tavoitteena oli laitteiston testaus ja mittaus- ja näytteenkäsittelyrutiinien lapikayminen ja ongelmien kartoitus. 2 Näytteet ja mittaukset Reikä 679:n pituus on 960 metriä. Naytteet olivat 10 metrin välein. Näytepalojen pituus oli noin 4 cm ja ne oli halkaistu pituussuunnassa. Mäytteet olivat liian pieniä IP- ja johtavuusrnittaukseen. Kiilloitettuja ohuthieta tehtiin 14 kpl, mutta hienaytteitä ei valittu tämän tutkimuksen tarpeisiin. Voimakkaammin kiisuuntunut osa oli kuitenkin hyvin edustettu. Hieet ovat kohtisuoraan mittassuuntaa vastaan. Kiviä liotettiin yli vuorokausi vesijohtovedessä ennen mittausta, minkä jälkeen näyte pyyhittiin kuivaksi ja annettiin kuivua 10 minuuttia elektroditelineessä elektrodit kiinni naytteessa. IP- ja ominaisvastusmittaus tehtiin geoqsiikan osaston taajuusvasteanalysaatt~ rilla. Mittauksissa kaytetty elektrodijärjestely on esitetty kuvassa 1. Jännite mitattiin kiven päältä kuperalta puolelta (eri asentoja mitattiin satunnaisesti). Elektrodien välimatka oli 2 cm +/- 0,4 cm. Potentiaalielektrodista kiven kanssa kontaktissa oli noin 2,s mm2 suuruinen kostutettu CuC0,-kylläinen sieni. Lyhyestä elektrodivälistä ja poikkipinta-alan vaihtelusta johtuen ominaisvastusarvojen virherajaksi voi tältä osin arvioida +/- 25 %. Mittauspisteen muuttaminen vaikutti ominaisvastukseen huomattavasti enemmän, joillakin näytteillä 1-2 dekadia. heytysajan pidentäminen useaan päivään tai kuivurnisajan yhteen tuntiin ei muuttanut oninaisvastusta ja IP-efektia merkittävästi. Hyvin resistiivi-
sillä näytteillä osa ylimpien taajuuksien IP-efektistä aiheutuu mittaussysteemin hajakapasitanssista. Kuva 1. Mittausjärjestely laboratoriossa Sulfideja on eniten reiän alkupäässä välillä 100-300 metriä ja syvemrnällä välilla 500-650 metria, missä esiintyy pirotteen lisäksi viitteitä juonilbreksiamalmista. Reiän alku ja loppupäässä kiisuja on vähän, malmiutuneiden kohtien välilla hieman enemmän. Yllämainituin perustein kairasydänmateriaali jaettiin viiteen osaan A 10-80m, B 90-320 m, (pirote) C 340-490 m, D 510-680 m ja (pirote+breksia) E 700-960 m, joissa paitsi malmimineraalien määrä, myös kiven tekstuuri ja ulkoinen olemus (väri, tekstuuri, raekoko) poikkesivat toisistaan. Varsinaisesti jako oli siis seuraava: Malmiutunet kohdat B ja D ja niiden ulkopuolelle jäävät osat A, C ja E. B-ryhmän näytteissä oli keskinkertainen, heikosti verkkomainen, kiisupirote. D-ryhmän kiville on yhteistä vähäinen - keskinkertainen kiisujen määrä. Tekstuuri, ulkoasu ja mineraalikoostumus
vaihtelevat paljon. Reiän alkupään kivet ovat keskenään samantyyppisiä 90 metriin asti (ryhmä A). Reiän loppuosan (E) näytteiden yhteinen piirre on hienorakeisuus ja malmimineraalien vähäisyys. 3 Ominaisvastus ja IP Ominaisvastus (p, ), vaihtelee alle 10 Q m: sta yli 1 O6 Q m: iin keskiarvon ollessa 200 000 Qm. Maksimi vaihesiirto 1 Hz:llä on -650 mrad, pienin vaihesiirto -10 mrad ja keskiarvo -140 rnrad. Reiän alkuosan malmiutuneen kohdan ominaisvastus (p,,) on muuta reikää matalampi; 10-100 Q m arvot ovat tyypillisiä. Malrniutuneiden kohtien IP on vain hieman (tai ei ollenkaan) ympäris töään suurempi. 1 10 100 1000 104 105 io6 107 Resistivity (C2.m) Kuva 2. Ominaisvastuksen frekvenssijakauma. Kuvassa 3 on ominaisvastus ja vaihesiirto syvyyden funktiona, matalan ja korkean taajuuden vaihesiirtojen suhde (c) ja suhdeluku, jossa kyseinen vaihesiirtojen suhde on jaettu ominaisvastuksella (p,,) (d). Vaihesiirtosuhde
$l J$lOOHz kuvaa tietyissä tapauksissa spektrin muotoa. Vaihesiirto kyseisellä taajuusvälillä kasvaa kohti matalia taajuuksia kun suhde > 1, ja kohti korkeita taajuuksia kun suhde < 1. Esitystapa jakaa spektrit karkeasti kahteen ryhmään, joista toisessa aikavakio on suurempi (suhde >l) ja toisessa pienempi (suhde 4). Depth [ml Kuva 3. (a) Ominaisvastus, (b) vaihesiirto, (c) 1 Hz ja 100 Hz vaihesiirtojen suhde ja (d) 1 Hz ja 100 Hz vaihesiirtojen suhde jaettuna 1 Hz orninaisvastuksella. Suuri aikavakio liitetään suureen mahimheraalien raekokoon ja pieni aikavakio
pieneen raekokoon. Kun malmimineraaleja on riittävän paljon, suuri raekoko ei tarkoita yksittäisen rakeen petrografista kokoa, vaan ryhmää rakeita, jotka ovat sähköisesti kontaktissa keskenään. Suurimmat suhteen /@,, arvot kuvassa 3 liittyvät kiisurikkaimpiin näytteisiin. Yksinkertaistettuna pirotteisen mineralisaation aikavakion, raekoon ja resistiivisyyden välinen relaatio voidan esittää muodossa r = missä r on aikavakio, C on kerroin, a on malmimmeraalien raekoko ja p matalan taajuuden ominaisvastus. Aikavakiota kuvaavasta suhteesta @,.4@,,, saadaan siis raekokoeroja kuvaava tunnusluku jakamalla se ominaisvastuksella. Reiän kiisuuntuneet kohdat näkyvät myös tässä esityksessä selvästi (kuva 3d). Kuvasta 3 (a ja b) ja 4 näkyy, että IP:llä ja ominaisvastuksella on heikko negatiivinen korrelaatio. Kun asiaa tarkastellaan ryhmittäin, saadaan seuraavat orninaisvastuksen ja polaroituvuuden (vaihesiirron) väliset korrelaatiot (ks. liite 1). eli reiän alku- ja loppuosan vähän kiisuja sisältavillä naytteilla IP kasvaa, kun resistiivisyys kasvaa. Keskiosan naytteilla tilanne on päinvastoin. Kiisurikkaimmilla osilla IP:n ja johtavuuden riippuvuus on heikoin. Spektri-IP-tuloksia tarkastellan näytteiden mineralogiasta ja tekstuurista tehtyjen havaintojen valossa. Alla olevasta piirroksesta näkyy tutkittujen ohuthieden määrä (14 kpl) ryhmittäin. A B C D E 1 7 3 1 2 (ohuthie, kpl) 10 80/90 320/340 490/510 680/700 960 metriä
I I 1 I 1 1 o2 1 o4 1 o6 Resistivity (Rmm) Kuva 4. Vaihesiirron ja orninaisvastuksen välinen relaatio. Kuvaan on numeroilla merkitty näytteet, joista on tehty ohuthie. Ryhmiin A (10-80 metriä) vaihespektrien tyypillisin piirre on kohti ylataajuuksia kasvava vaihesiirto. Tutkittu näyte (k-040) on hieman metamorfoitunutta, raekooltaan vaihtelevaa pyrokseniittia, jossa runsas hienorakeinen rnagnetiittipirote. Magnetiit tia oli myös muut tuneiden silikaattirakeiden rakopinnoilla. S pektri ja mikroskooppikuva on liittessa 2.0. Ryhmän B (90-320 metriä), eli runsaimmin kiisuuntuneen osan, vaihespektrien tyypillinen piirre on alataajuuksille sijoittuva vaihehuippu, ja heikko tai olematon vaihesiirron kasvu ylataajuuksilla. Alkuosa on keskirakeista homogeenista oliviinipyrokseniittia. Osin serpentiiniksi ja magnetiitiksi muuttunut oliviini esiintyy kumulusrakeina. Primaaria rnagnetiittia on vähän. Kiisut ovat pirotteena osittain omamuotoisten silikaattirakeiden valitiloissa. Kiisujen petrografinen raekoko on 1-3 mm, oliviinirakeiden samaa luokkaa. Loppuosa on voimakkaasti metamorfoitunutta pyrokseniitta ja oliviinipyrokseniittia (arnfoboli, biotiitti,
karbonaatti, kloriitti tyypillisiä). Kiisurakeet ovat rikkoutunet metamorfoosissa. Loppuosan vaihespektrille on tyypillistä suuri vaihesiirto ja, edellisestä poiketen, kasvava vaihesiirto myös kohti ylätaajuuksia. Spektrit ja mikroskooppikuvat ovat liitteissä 2.1-2.7. Kuva poikkeavasta tekstuurista, josta ei kuitenkaan ole spektria, on liitteesä 6.1. Rvhmän C (330-500 metriä) vaihespektreistä suuri osa on ala- ja keskitaajuuksilla tasaisia vaihesiirron kasvaen ylätaajuuksilla. Vaihespektrin piirteet korkeilla taajuuksilla riippuvat ominaisvastuksesta. Liitteen 3.1 kuvassa on hieman muuttunut tasarakeinen pyrokseniitti. Kiisut esiintyvät noin 1 mm pirotteena. Ryhmän C toinen tyyppillinen spektri on muodoltaan tasainen; koko taajuusalueella lähes vakio vaihesiirto (tutkitussa näytteessa oli hyvin runsas hienorakeinen magnetiittipirote, liite 3.2). Rvhmasta D (5 10-680 metriä) tutkittiin yksi näyte (liite 4. l), jonka ulkoasu ja spektri eivät ole ryhmän näytteille tyypillisiä, vaan poikkeuksellisia. Näytteen ominaisvastus on aineiston matalin ja vaihesiirto korkein. Vaihesiirto kasvaa voimakkaasti kohti alataajuuksia (maksimi vaihesiirto noin 800 mrad). Myös ylirnmillä taajuuksilla on voimakas vaihesiirron kasvu. Kivi on voimakkaasti metamorfoitunut. Kivessä näyttää olleen heikko verkkomainen kiisupirote, joka on metamorfoosissa särkynyt hienorakeisemmaksi pirotteeksi. Rvhman E (700-960 metriä), eli reiän loppuosan spektrit ovat keskenään hyvin samanlaisia. Keskitaajuuksilla vaihesiirto on lähes vakio, pienentyen 0.1-1 Hz kohdalla ja kasvaen ylätaajuuksilla (liite 5.1 ja 5.2). Näytteet (kaksi kappaletta) olivat oliviinipyrokseniittia ja pyrokseniittia. Edellisessä on hienorakeinen kiisupirote, jalkimäisessa runsas hienorakeinen kiisu- ja magnetiittipirote. Pienet ominaisvastukset (p,,c100 Qm) liittyvät kumulusrakenteiseen oliviinipyrokseniittiin'. Pyrokseniittien ominaisvastus on malmimineraalien määrästä riippumatta korkeampi. Oliviinipyrokseniittien malmitekstuurille (pyrokseniitteihin verrattuna) on tyypillista (1) sulfidimineraalien suurempi määrä, (2) suurempi raekoko ja (3) kiisurakeiden repaleinen muoto osittain omamuotoisten silikaattirakeiden välitiloissa. Parhaille johteille on lisäksi tyypillista (4) voimakas muuttuminen (metamorfoituminen) ja kiisurakeiden särkyminen. lle. l~orkeimmat johtavuudet mitattiin breksi/juonimalminayttei-
Johtavuuden ja malrnimineraalien määrän välillä on heikko positiivinen korrelaatio, mutta varsinaisesti parantununeen johtavuuden aiheuttaa sulfidien esiintyrnistapa - verkkomainen pirote, jossa kiveen syntyy yksittaisia mineraalirakeita suurempia yhtenaisia johdevyöhykkeitä. Verkkotekstuuri on tyypillinen magmaattisissa Ni-Cu-malmeissa interkumulusfaasin ollessa tyypillisesti sulfidia ja kumulusrakeiden oliviinia. Tutkituissa Keivitsan näytteissä tekstuuri on - malrnimineraalien vähäisyydestä johtuen - lähempänä pirotetta kuin verkkorakennetta. Metamorfoosi ja kiisurakeiden uudelleenkiteytyminen näyttää parantaneen johtavuutta. Uudelleenkiteytyneet kiisurakeet ovat muodoltaan hyvin repaleisia, ja muodostanevat ehjiä rakeita helpommin yhtenaisia johdevyöhykkeitä. Magnetiittipirote ei näytä runsaanakaan kasvattavan johtavuutta. Sekundäärisen rakopinnoilla esiintyvän magnetiitin vaikutusta johtavuuteen on sensijaan vaikea arvioida, koska sitä esiintyy runsaimmin kiisurikkairnrnissa oliviinipyrokseniiteissa. Edellä on tarkasteltu ominaisvastusta taajuudella 1 Hz. On huomattava, että korkearnmilla taajuuksilla ominaisvastus on merkittävästi pienempi (etenkin näytteillä, joilla vaihesiirto on suuri). Malmiutuneiden oliviinipyrokseniittien vaihespektreille on tyypillistä muita kiviä suurempi aikavakio ja vaihesiirron pieneneminen (tai vain heikko kasvu) kohti ylätaajuuksia. Tämä spektrin muoto on sopusoinnussa oliviinipyrokseniittien tekstuurin kanssa; silkaattien välitiloissa olevat sulfidit muodostavat selvästi suurempia rakeita kuin muissa aineiston kivissä. Korkean taajuuden vaihesiirron pienuus on niinikään sopusoinnussa naytteiden kanssa; pienirakeista sulfidia ja rnagnetiittia on VW. Voimakkaammin metarnorfoituneilla oliviinipyrokseniiteillä on sekä matalien että korkeiden taajuuksien vaihesiirto suurempi kuin vastaavilla ei-metamorfoituneilla kivillä. Reiän alkupään ja loppupään heikosti kiisuuntuneiden osien spektrit poikkeavat muodoltaan selvästi malmiutuneen kohdan spektreistä. 5 Yhteenveto Pirotteista mineralisaatiota edustavien naytteiden pienentynyt ominaisvastus (p,,c100 Qm) johtuu tekstuurista, joka suosii yksittaisia sulfidirakeita suurempien johdevyöhykkeiden syntymistä. Kiisurikkaissa osissa johtavuuden ja vaihesiirron (f= 1 Hz) välinen korrelaatio on (heikosti) positiivinen, heikosti
kiisuuntuneissa osissa negatiivinen. Edellisessä tapauksessa vaihesiirto siis kasvaa pirotteen määrän kasvaessa. Jalkimmaisessä tapauksessa IP-efekti näyttää riippuvan pääasiassa silikaattimineraalien tekstuurista (mikro-/huokosrakenteesta). Kiisurikkaan oliviinipyrokseniitin vaihespektrit poikkeavat muiden tyyppien vaihespektreistä. Vaihespektrieroja löytyy myös saman kiven muuttuneen (metarnorfoituneen) ja paremmin säilyneen tyypin välillä (oliviinip yrokseniitti). Edelleen, heikon kiisu- ja magnetiittipirotteen vaihespektrien välillä nayttää olevan eroja.
Liitteet liite 1. Vaihesiirto resistanssin funktiona (kuva-alat valokuvissa; ylempi kuva 1 1 x7 mm ja alempi kuva 1,5x 1.0 mm) liite 2.0. Nayte k-040, mikroskooppikuva liite 2.1. Nayte k-120, mikroskooppikuva liite 2.2. Nayte k-150, mikroskooppikuva liite 2.3. Nayte k-160, mikroskooppikuva liite 2.4. Nayte k-180, mikroskooppikuva liite 2.5. Näyte k-190, mikroskooppikuva liite 2.6. Nayte k-230, mikroskooppikuva liite 2.7. Nayte k-250, mikroskooppikuva liite 3.1. Nayte k-340, mikroskooppikuva liite 3.2. Nayte k-400, mikroskooppikuva liite 4.1. Nayte k-5 10, mikroskooppikuva liite 5.1 Nayte k-750, mikroskooppikuva (alakuva) Nayte k-300 (yläkuva) liite 5.2 Nayte k-890, mikroskooppikuva ja vaihespektri liite 6.1-6.4 Vaihespektrit
103 aaerip I I I 0 (Al 10-80 m, r=0.87 0 [E) 700-960 m, r=0.68 n u Q L E Y 1 o3 @ 102 - m Q r a I 10 Resistivity [Rmm) bcd-rip I I I A lt * *.. A.-.!A * A A. * A. *. A A* *..r A L# A - A (B) 90-320 m, r=-0.40 1 [C) 340-490 m, r=-0.52 - - ---* (Dl 510-680 m, r=-0.42 l I 1 1 1 o2 1 o4 1o6 107 Resistivity [R-ml -
liite 2.0.
liite 2.1.
liite 2.2.
liite 2.3.
Kuva 5. Mikroskooppikuva näytteestä k180.. liite 2.4
Kuva 6. Mikroskooppikuva näytteestli k190. w Qi 02 mm liite 2.5
liite 2.6.
Kuva 7. Mikroskooppikuva naytteestä k250. liite 2.7
liite 3.1.
liite 3.2.
liite 4.1.
liite 5.1
Kuva 8. Mikroskooppikuva näytteestä k890. liite 5.2