GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Pohjois-Suomen aluetoimisto M19/3713/2001/1/82 SODANKYLÄ Siurunmaa Markku Rask, Panu Lintinen 10.4.2001 KAOLIINITUTKIMUKSET SODANKYLÄN SIURUNMAALLA VUOSINA 1978-1988
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä 10.4.2001 Tekijät Markku Rask Panu Lintinen Raportin laji M19/3713/2001/1/82 Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Raportin nimi Kaoliinitutkimukset Sodankylän Siurunmaalla vuosina 1978-1988 Tiivistelmä Siurunmaan alueen kaoliinitutkimukset Sodankylässä saivat alkunsa Geologisen tutkimuslaitoksen maaperäosaston alueellisissa Auger-kairauksissa maaliskuussa 1976 löydetystä valkoisesta rapautumasta. Tutkimusten tarkoituksena oli selvittää kaoliiniesiintymän kokoa sekä materiaalin soveltuvuutta paperiteollisuuden päällyste- ja täytemateriaaliksi. Kaoliinitutkimuksia on alueella tehty kahdessa vaiheessa Vuosina 1978-1979 alueelle kairattiin Augerilla ja raskaalla iskuporakoneella 33 reikää (1136.3 m). Noin kahden neliökilometrin suuruisella alueella tehtiin kohteellisia geofysikaalisia mittauksia. Osasta kairausnäytteitä tehtiin rikastuskokeita ja muita laboratoriomäärityksiä. Geologian tutkimuskeskuksessa vuonna 1986 aloitetun valtakunnallisen kaoliinprojektin yhteydessä Siurunmaan kaoliinitutkimuksia jatkettiin. Vuosina 1987-1988 alueelle kairattiin kevyellä iskuporakoneella, A-sondilla, 39 reikää (826.4 m). Lisäksi gravimetrisia mittauksia täydennettiin. Kairausnäytteistä tehtiin laboratorioissa raekokomäärityksiä. Tutkittiin kaoliinin vaaleus- ja keltaisuusarvoja sekä määritettiin mineraali- ja kemiallinen koostumus. Tutkimusten perusteella Siurunmaalla paikannettiin kaoliinia noin 700 m pitkässä ja 50-150 m leveässä itä-läntisessä vyöhykkeessä. Kaoliinirapautuman yläpinta oli yleensä 10-20 m syvyydessä. Rapautuman keskimääräinen paksuus oli noin 20 metriä. Usein kaoliinikerroksen alapinta jäi kairausvaikeuksien vuoksi tavoittamatta. Kaoliinivarannoiksi arvioitiin noin kolme miljoonaa tonnia, josta vaalean kaoliinin osuus on ehkä kolmannes. Koska raakakaoliini sisältää kaoliniittia vain 20-30%, Siurunmaan kaoliinivarantojen määrällä ei ole merkitystä paperikaoliinin tuotannossa. Kaoliinin laatuarvot sekä rikasteissa että näytteistä tehdyissä hienofraktioissa yltävät parhaimmillaan juuri ja juuri paperin fillerinaineksen tasolle. Siurunmaan kaoliinilla voisi olla kuitenkin käyttöä esimerkiksi keraamisessa teollisuudessa. Tutkimustulosten perusteella Siurunmaan kaoliiniesiintymän jatkoselvityksiin ei näyttäisi olevan aihetta, mutta uusien esiintymien etsintää ympäristöstä kannattaisi jatkaa. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Sodankylä, Siurunmaa, gravimetrinen menetelmä, VLF-R -menetelmä, seisminen luotausmenetelmä, sähköinen vastusluotausmenetelmä, iskuporaus, auger-kairaus, rapakallio, kaoliini Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Lapin lääni, Sodankylä, Siurunmaa Karttalehdet 3713 12 Muut tiedot Arkistosarjan nimi M19 Arkistotunnus Kokonaissivumäärä Kieli Hinta Julkisuus 12 + 6 liitesivua suomi
GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND DOCUMENTATION PAGE Date 10.4.2001 Authors Markku Rask Panu Lintinen Type of report M19/3713/2001/1/82 Commissioned by Geological Survey of Finland Title of report Kaoliinitutkimukset Sodankylän Siurunmaalla vuosina 1978-1988 Abstract Kaolin investigations at Siurunmaa were commenced in march 1976 when white weathered bedrock was found during the regional Auger-drilling of quaternary deposits carried out by the Geological Survey of Finland. The aim of the investigations was to evaluate the kaolin reserves of the deposit and to determine the suitability of kaolin to filler and pigment applications in paper industry. During 1978-1979 33 holes (1136.3 m) were drilled using the Auger-drilling and heavy percussion drilling. Various geophysical investigations were made within an area of ca. 2 km 2. Concentration tests and some other laboratory tests were made from drill core samples. The investigations at Siurunmaa were decided to continue in 1986 as a part of the national kaolin project established that year. During 1987-1988 39 holes (826.4 m) were drilled using light percussion drill. Also the gravimetric surveys were accomplished. Drill cores containing kaolin were tested in laboratory. Grain size distributions, brightness and yellowness values, chemical and mineralogical compositions were determined. As a result of the investigation a 700 meters long and 50-150 meters wide E-W oriented kaolinized zone was discovered. Average thickness of kaolin was about 20 meters and the thickness of glacial overburden was 10-20 meters on average. Due to technical difficulties in drilling the base of the kaolin horizon was only rarely intersected. The kaolin reserves were estimated to be ca. 3 million tons of which ca. one third was considered as white kaolin. The raw kaolin contained only 20-30 % kaolinite. The quality of kaolin concentrate hardly reached the paper filler grade at its best. Thus the deposit has no significance as a source of raw material for paper industry. The Siurunmaa kaolin could, however, be used in ceramic industry. Further investigations of Siurunmaa kaolin deposit are not recommended. Exploration of new deposits should, however, be continued in the surrounding area. Keywords Sodankylä, Siurunmaa, gravimetric method, VLF-R-method, seismic sounding method, resistivity sounding method, percussion drilling, auger-drilling, weathered bedrock, kaolin Geographical area Finland, Lapland, Sodankylä, Siurunmaa Map sheet 3713 12 Other information Report serial Archive code M19 Pages Language Price Confidentiality 12 + 6 appendices finnish
2 SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO... 1.1 Tutkimusalueen sijainti... 1.2 Tutkimusten tausta ja aikaisemmat tutkimukset... 1.3 Alueen kallioperä... 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET... 2.1 Geofysikaaliset tutkimukset... 2.1.1 Seisminen luotaus ja gravimetriset mittaukset... 2.1.2 Sähköiset vastusluotaukset ja VLF-R-mittaukset. 2.2 Kairaukset... 2.2.1 Auger-kairaukset... 2.2.2 Paineilmakairaukset... 2.2.3 A-sondi-kairaukset... 2.3 Laboratoriotutkimukset... 2.3.1 Rikastuskokeet... 2.3.2 Vaaleus ja keltaisuus... 2.3.3 Raekokomääritykset... 2.3.4 Mineraalikoostumus... 2.3.5 Kemiallinen koostumus... 3. TUTKIMUSTULOKSET... 3.1 Geofysiikka... 3.2 Kairaus... 3.3 Laboratoriotutkimukset... 4. YHTEENVETO JA SUOSITUKSET JATKOTOIMENPITEIKSI 5. RAPORTTI- JA KIRJALLISUUSVIITTEET... LIITTEET... LIITTYY-AINEISTO...
3 1. JOHDANTO 1.1 TUTKIMUSALUEEN SIJAINTI Tutkimusalue sijaitsee Sodankylän kunnassa noin 16 kilometriä Sodankylän kirkolta itään peruskarttalehdellä 3713 12 (liite 1). Sodankylä-Savukoski maantie kulkee tutkimusalueen läpi. Alueen länsiosa on lähes aukeaa vetistä aapasuota ja itäosa koivua ja mäntyä kasvavaa, osittain soistunutta tasaista metsämaata. Viiankiaavan laaja soidensuojelualue on tutkimusalueen luoteispuolella noin kahden kilometrin päässä. Tutkimusalueelta vajaat kolme kilometriä koilliseen, maantien pohjoispuolella on turvetuotantoalue. Alue on yksityisten omistuksessa. Tutkimukset on tehty maanomistajien luvilla. 1.2 TUTKIMUSTEN TAUSTA JA AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET Siurunmaan kaoliiniesiintymä löydettiin Geologisen tutkimuslaitoksen maaperäosaston alueellisissa Auger-kairauksissa maaliskuussa 1976. Geologi Sakari Leskelän johdolla kairattiin maantien vierelle yksi reikä (X = 7485.150; Y = 3497.120), josta 28.0-43.5 m:n syvyydestä tavattiin miltei valkoinen kerrostuma, jonka savi- ja silttilajitteen yhteisosuus oli noin 60%. Savija silttilajitteen kaoliniittipitoisuudeksi määritettiin 50-90 % (Hyyppä 1977). Vuonna 1978 geologi Yrjö Pekkala malmiosaston teollisuusmineraaliryhmästä kairautti alueelle Augerilla 18 reikää (R1-R18), yhteensä 623.5 m. Seuraavana talvena hän kairautti paineilmakairalla 15 reikää (R19-R33), yhteensä 513.1 m. Useimmista rei istä tavattiin kaoliinia. Turve- ja silttikerrosten paksuus oli varsin huomattava, ohuimmillaankin yli 12 m. Syvin reikä oli R19, joka kairattiin 90 m:n syvyyteen ja kaoliinia siinä oli välillä 12.5-90.0 m. Vuosina 1978-1979 Siurunmaalla tehtyjä kaoliinitutkimuksia on käsitelty monissa Pekkalan kirjoituksissa (1981, 1988, 1989, 1991). Varsinaista raporttia em. tutkimuksista ei ole kuitenkaan laadittu, joten niiden tulokset esitetetään tässä tutkimustyöselostuksessa. Geofysiikan osasto teki Siurunmaan alueella kesällä 1979 gravimetrisia, seismisiä ja sähköisiä mittauksia, joista on tehty työraportit Q 19/3713/-80/1/23.21 ja Q 19/3713/-80/1/24.5. Vuosina 1982-1983 alueella tehtiin VLF-R -mittauksia, joista on tehty työraportti Q 19/3713/-83/1/24.32. Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) malmiosastossa aloitettiin vuoden 1986 alussa valtakunnallinen kaoliiniprojekti. Projektin tarkoituksena oli löytää käyttökelpoisia kaoliiniesiintymiä lähinnä maamme paperiteollisuuden tarpeisiin. Kaoliiniprojektin ohjelmaan otettiin myös Siurunmaan kaoliiniesiintymän jatkotutkimukset vuonna 1987. Tutkimuksista vastasi geologi Markku Rask.
4 1.3 ALUEEN KALLIOPERÄ Siurunmaan alueen kallioperä kuuluu varhaisproterotsooiseen Lapponia-ryhmään, josta nykyään käytetään nimeä Sodankylä-ryhmä (Lehtonen et al 1998). Alueen kivilajit ovat pääosin muodostuneet keskiasteen metamorfoosin arkoosi- ja serisiittikvartsiiteista ja andalusiittifylliiteistä (Mikkola 1941, Rask 1978, Tyrväinen 1983). Siurunmaan alue on lähes kokonaan paljastumatonta. Arkoosikvartsiitti, Siurunmaan alueen valtakivilaji ja todennäköisesti myös kaoliinin lähtökivi, sisältää kvartsia (50 %), kalimaasälpää (20%), plagioklaasia (20%), serisiittiä (10%) ja hieman biotiittia (Tyrväinen 1983). 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET 2.1 GEOFYSIKAALISET TUTKIMUKSET Vuosina 1978-1979 tehtyjen kairausten perusteella voitiin päätellä, että Siurunmaan kaoliinirapautuman päällä olevien turve-, hiekka- ja silttikerrosten paksuus olisi 10-20m. Tulevien kairausten suunnittelemiseksi ja kaoliiniesiintymän tarkemmaksi rajaamiseksi maanpinnalta tehtävät geofysikaaliset mittaukset todettiin erittäin tarpeellisiksi. Kesällä 1979 Geologisen tutkimuslaitoksen geofysiikan osasto teki esiintymällä seismisiä luotauksia ja gravimetrisia mittauksia. Samoin aluetta mitattiin sähköisin vastusluotauksin saman vuoden syksyllä. Vuosina 1982-1983 alueella tehtiin laitekokeiluna mittauksia VLF-R-menetelmällä. Keväällä 1987 maaperäosaston maatutkan avulla pyrittiin selvittämään rapautuneen kerroksen yläpinnan syvyys. Aikaisin tulleen kevään vuoksi maatutkamittaukset epäonnistuivat, sillä lähes koko mittausalue oli tulvan vallassa. Geofysiikan osasto laajensi Siurunmaan alueen gravimetrista mittausta vielä kesäkuussa 1987. Toimenpidekartta Siurunmaan geofysikaalisista mittauksista on esitetty liitteessä 2. 2.1.1 Seisminen luotaus ja gravimetriset mittaukset Seisminen luotaus tehtiin neljällä linjalla yhteensä 2 km:n matkalla. Luotausalueelta saatu seisminen yleiskuva antaa kaoliinikerrostuman suurimmaksi paksuudeksi 50-80 m. Luotaukset tehtiin elosyyskuussa 1979. Elokuussa 1979 tehtiin painovoimamittauksia noin 0.9 km 2 :n suuruisella alueella linjavälin ollessa 100 m ja pistevälin 20 m. Gravimetrisista mittauksista kävi selville, että alueella on 1.5-2.0 mgal:n negatiivinen Bouguer-anomalia, jonka maksimi sattuu kairausalueen (R1-R33) itäpäähän, mutta pääosin kairanreiät sijoittuvat anomalian etelälaidalle (liite 4). Sekä seismisen luotauksen että gravimetrisen mittauksen tulokset on esitetty geofysiikan osaston työraportissa (Järvimäki ja Elo 1980).
5 Kun Siurunmaan kaoliinitutkimuksia jatkettiin valtakunnallisen kaoliiniprojektin yhteydessä kesällä 1987, laajennettiin gravimetrista mittausaluetta vielä puolella neliökilometrillä. 2.1.2 Sähköiset vastusluotaukset ja VLF-R-mittaukset Sähköisten vastusluotausten tarkoituksena oli tutkia kaoliinin ja sen päällä olevan hiekka- ja silttikerroksen vastuskontrastia. Samoin tarkoitus oli selvittää kaoliinikerroksen syvyysulottuvuutta. Mittaukset tehtiin likimain samoilla linjoilla kuin edellä kuvaillut seismiset luotaukset. Mittaukset tehtiin elo- ja syyskuussa 1979. Tulosten perusteella näyttäisi olevan mahdollista seurata kaoliinikerrosta sähköisellä vastusmittauksella sekä erottaa se silttikerroksesta. Kaoliinin määrästä sen sijaan on pelkästään vastusluotauksen tulosten perusteella erittäin vaikea tehdä arvioita. Siurunmaan sähköisiä vastusluotauksia on käsitelty geofysiikan osaston työraportissa (Turunen 1980). Siurunmaan kaoliiiniesiintymällä tehtiin vuosina 1982-1983 vielä laitekokeiluna systemaattisia mittauksia VLF-R-menetelmällä. Mittaus tehtiin 0.64 km 2 :n laajuisella alueella linjavälin ollessa 100 m ja pistevälin 20 m. Tarkoitus oli tutkia esiintymän vaakarakennetta ja selvittää onko mahdollista löytää sen rajat. Mittauksia häiritsivät alueen läpi menevät voimalinjat, eikä sielläkään, missä sähkölinjoja ei ollut, saatu kaoliinia rajattua. Siurunmaan VLF-R-mittauksia on selvitetty tarkemmin geofysiikan osaston työraportissa (Turunen 1983). 2.2 KAIRAUKSET 2.2.1 Auger-kairaukset Kesällä 1978 Siurunmaan kaoliiniesiintymän alueelle kairattiin Suomen Malmi Oy:n Augerkalustolla 18 reikää (R1-R18), yhteispituudeltaan 623.5 m (liite 4). Reikien syvyydet vaihtelivat 15 ja 44 metrin välillä (liite 5). Useimmissa rei issä tavattiin kaoliinia ja sen paksuus oli paikoin yli 20 m. Kaoliini oli harmaan valkoista ja vaikutti melko homogeeniselta. Päällä olevien turve, hiekka- ja silttikerrosten paksuus oli 12-38 metriä. Kairausalueen pinta-ala oli 50 x 400 m. 2.2.2 Paineilmakairaukset Siurunmaan kairauksia jatkettiin talvella 1979 Maa ja Vesi Oy:n paineilmakalustolla, jolla kairattiin kaksi poikkiprofiilia. Profiilien väli oli 350 m. Kaikkiaan kairattiin 15 reikää (R19- R33), yhteispituudeltaan 513.7 m. Reikien syvyys vaihteli 20 ja 90 metrin välillä. Syvimmässä reiässä R19 oli kaoliinia välillä 12.5-90 m. Kaoliinikerrosten päällä olevien turve-, hiekka- ja silttikerrosten paksuus vaihteli välillä 12.5-32 m. Paineilmakairauksessa saadut häiriintymättömät näytteet osoittivat, ettei kaoliinimuodostuma ole niin homogeeninen kuin Augerkairausten perusteella uskottiin; esiintymässä havaittiin selvää eriväristen kerrosten vaihtelua, pääosa kaoliinista oli kuitenkin harmaanvalkoista.
6 2.2.3 A-sondi-kairaukset Elokuussa 1987 Siurunmaan kaoliiniesiintymän kairauksia jatkettiin Terraplan Oy:n vesihuuhtelua käyttävällä iskuporalla, A-sondilla. Kaikkiaan kairattiin 12 reikää (R34-R45), yhteensä 236.6 m, keskisyvyyden ollessa 19.7 m. Turvekerroksen alla oli aina melko helposti lävistettävä tumma savinen tai silttinen hiekka sekä sen alla sorainen tai kivinen moreeni. Moreenin päättyminen merkitsi aina joko kaoliinin tai rapakallion alkamista. Kesällä suo oli niin vetistä, ettei kairauskalustoa voitu viedä lännemmäksi. Kairauksia päätettiin jatkaa seuraavana talvena. Huhtikuussa 1988 jatkettiin kairauksia Terraplan Oy:n A-sondilla. Yhteensä kairattiin 27 reikää (R46-R72), yhteispituudeltaan 589.8 m. A-sondi oli varsin huono liikkumaan maastossa pehmeän lumen aikana, joten kulku-urat jouduttiin tamppaamaan armeijan tela-ajoneuvolla. Kairausveden saamiseksi kaivatettiin jängälle kaivinkoneella kaksi vesikuoppaa. Varsinkin silttikerrosten välissä olevien kivikkoisten kerrosten läpäiseminen tuotti usein suuria vaikeuksia ja monesti reikä jouduttiin lopettamaan kesken. Kairauksissa oli vesipumppujen epäkuntoisuuden takia useita keskeytyksiä ja siten kairaus kesti lähes puolitoista kuukautta. Liitteestä 4 ilmenee kaikkien kairanreikien sijainti kartalla. Liitteessä 5 on taulukoitu kairanreikien koordinaattitiedot, syvyysvälit sekä reikien loppusyvyydet. Kairausraportit on tallennettu PC-kaira-ohjelmalla ja viety tietokantoihin. Kairaustuloksista on olemassa käsin tehdyt profiilipiirrokset (liittyy-aineisto /4). 2.3 LABORATORIOTUTKIMUKSET Kairauksissa saaduista näytteistä teetettiin Helsingin teknillisen korkeakoulun (HTKK) mineraalitekniikan laboratoriossa rikastuskokeita. Näytteiden valkoisuus ja keltaisuus määritettiin (Minolta-menetelmällä) Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen (VTT) mineraalitekniikan laboratoriossa Outokummussa. Muissa laboratoriotutkimuksissa määritettiin raekokojakauma (Sedigraph-laitteistolla), mineraalikoostumus (XRD-laitteistolla) ja kemiallinen koostumus (XRF-analyysit). Ne tehtiin pääosin Geologian tutkimuskeskuksessa Espoossa. Laboratoriotutkimusten menetelmiä on perusteellisesti selvitetty esimerkiksi Mauri Niemelän raportissa (1992). Laboratoriotutkimusten tarkoituksena oli selvittää Siurunmaan kaoliniin soveltuvuutta eri käyttötarkoituksiin. 2.3.1 Rikastuskokeet Siurunmaan kaoliinista teetettiin HTKK:n mineraalitekniikan laboratoriossa rikastuskokeita. Rikastuksessa käytetty koe-erä (n. 100 kg) koostui kolmestatoista kesällä 1978 kairatuista Auger-reiästä saaduista näytteistä. Näytteet yhdistettiin, lietettiin ja seulottiin. Kaoliinin rikastus tapahtui vesisyklonilla. Syklonilla saatua rikastetta (R) puhdistettiin edelleen magneettisesti ja happoliuoksella (R1). Lisäkokeina tehtiin kahdesta makroskooppisesti vaaleampaa kaoliinia sisältävän reiän näytteistä erillinen koe. Tämän kokeen syklonilla saatua rikastetta (R2) puhdistettiin edelleen happoliuotuksella ja saatiin rikaste (R3). Rikastustutkimukset on perusteellisesti selostettu DI Harri Hokan raportissa (liittyy-aineisto /6).
7 2.3.2 Vaaleus ja keltaisuus Kaoliininäytteiden vaaleus- (ISO R 457) ja keltaisuus- (Gelbwert; Din 6167) mittaukset tehtiin Elrepho 2000 A -spektrofotometrilla VTT:n mineraalitekniikan laboratoriossa Outokummussa (liittyy-aineisto /7.1). Rei istä R34 - R72 otettiin kaikkiaan 48 näytettä (alle 20 μm). 2.3.3 Raekokomääritykset Vuoden 1987 kairausnäytteiden (R34-R45) seulonta tehtiin maaperäosaston laboratoriossa Rovaniemellä ja vuoden 1988 näytteiden (R46-R72) seulonta tapahtui malmiosaston separointilaboratoriosssa Espoossa. Kaikkien näytteiden Sedigraph määritykset tehtiin maaperäosaston laboratoriossa Espoossa (liittyy-aineisto /7.2). 2.3.4 Mineraalikoostumus Näytteistä R34-R45 määritettiin mineraalikoostumus XRD -menetelmällä raakanäytteistä mineralogian laboratoriossa Rovaniemellä ja näytteiden R34-R72-20 μm fraktiosta kallioperäosaston mineralogian laboratoriossa Espoossa (liittyy-aineisto /7.3). Vuoden 1987 parhaiden näytteiden alle 20 μm fraktiosta tehtiin 15 kpl differentiaalitermisiä ja termogravimetrisia määrityksiä. Ne teki tulkintoineen Jarmo Kohonen Helsingin yliopiston geologian laitoksella (liittyy-aineisto /7.4). 2.3.5 Kemiallinen koostumus Vuosien 1987-1988 kairausnäytteiden (R34-R72) kemiallisia koostumuksia määritettiin XRFmenetelmällä alle 20 μm fraktiosta geokemian osastolla Espoossa. Muutama vertailuanalyysi tehtiin myös raakanäytteistä (liittyy-aineisto /7.5). 3. TUTKIMUSTULOKSET 3.1 GEOFYSIIKKA Siurunmaan alueella geofysikaaliset tutkimukset ovat olleet erittäin tärkeitä, sillä kaoliinikerrokset ovat 10-20 m paksujen turve, hiekka ja silttikerrosten alla. Erittäin hyödyllisiä ovat olleet gravimetriset ja seismiset mittaukset ja niiden tulkinnat (Järvimäki ja Elo 1980) sekä kairauspisteiden sijoittamiseksi että kaoliinivarantojen arvioimiseksi. Siurunmaan kaoliiniesiintymä ja sen yläpuoliset maakerrokset aiheuttavat 1.5-2.0 milligalin negatiivisen anomalian. Käyttäen 0.85 g/cm3 tiheyseroa terveen kiven ja kaoliinin välillä tulkittiin kaoliinin ulottuvan jopa 80 m syvyyteen ja koko massan teoreettiseksi arvoksi saatiin 20 miljoonaa tonnia. Seismiset tulokset vahvistavat em. arviot. Seismisen aallon nopeus vaihtelee 1350-1650 m/s hiekka- ja silttikerroksissa. Nopeus kasvaa syvemmälle mentäessä ja terveen kiven nopeus (4000-5000 m/s) saavutetaan melko syvällä. Seismisten nopeuksien perusteella kaoliinin paksuuden arvioitiin vaihtelevan 50-80 m, maksimin ollessa jopa 130 m (Järvimäki & Elo 1980).
8 3.2 KAIRAUS Siurunmaan kairauksissa käytettiin suhteellisen heikkotehoista kalustoa, joka soveltuu parhaiten tunnusteluluonteiseen näytteenottoon. Varsinkin silttikerrosten välissä olevien kivikkoisten kerrosten lävistäminen tuotti usein ylivoimaisia vaikeuksia, harvoin päästiin kallioon asti ja siten kaoliinikerrosten alapinta ei ole riittävällä varmuudella paikannettu. Vain reiässä 19 lävistettiin 60 m vaalean harmaata kaoliinia ja 18 m osin kaolinisoitunutta pehmeää kvartsiittia. Muissa rei issä kaoliinilävistykset olivat yleensä 5-30 m. 3.3 LABORATORIOTUTKIMUKSET Laboratoriotutkimusten mukaan Siurunmaan alueen raakakaoliininäytteet sisälsivät kaoliniittia (5-40%), kvartsia, kiillettä ja kalimaasälpää. Alle 20 μm fraktiossa kaoliniitin määrä vaihteli 20-70% ja muut mineraalit olivat samoja kuin raakanäytteissäkin. Alle 2 μm fraktiossa kaoliniitin määrä nousi 80-95%. Syvimmästä reiästä R19 lasketut Hinckleyn indeksin arvot alle 2 μm fraktiossa, 0.3-0.5, ovat varsin alhaisia ja kertovat kaoliniitin epätäydellisestä kiteytymistä (Hinckley 1963). Siurunmaan raakakaoliini sisältää tyypillisesti 15-16% Al 2 O 3. SiO 2 ja K 2 O ovat vastaavasti korkeita. Toisaalta sekä kalsium että natrium ovat hyvin alhaisia. Kaoliinia värjäävistä alkuaineista titaanin määrä on melko alhainen (0.5%), mutta rautapitoisuus on korkea, 2-5% Fe 2 O 3. Valitettavasti rauta on samalla tasolla myös hienofraktiossa ja aiheuttaa siten huonoja vaaleusarvoja. Alumiinin määrä alle 2 μm fraktiossa on noin 34% ja siten paljon alempi kuin puhtaan kaoliniitin (39.5%). K 2 O osuus, 1-3%, ilmentää kiilteen ja kalimaasälvän läsnäoloa. Kaoliinin teknillisiä ominaisuuksia selvitettäessä hienofraktion puhtaus on olennainen tekijä. Siurunmaalla alle 20 μm fraktioista määritellyt vaaleusarvot vaihtelivat 40-76%. Paperin päällysteaineena käytettävien kaoliinien vaaleusarvo on yleensä 85-86% ja täytekaoliininkin vaaleusarvon pitäisi olla vähintään 76.5%. Vaaleuden suhteen Siurunmaan kaoliini jää selvästi alle paperin päällystelaadun ja vain muutamassa näytteessä vaaleus lähentelee fillerilaatua. Keltaisuusarvot puolestaan ovat liian korkeat, selvästi vaadittua 4-8% korkeammat. Lisäksi kvartsin läsnäolo kaoliinin hienofraktiossa aiheuttaa abraasiota ja siten alentaa sen käyttökelpoisuutta paperiteollisuudessa. Rikastuskokeiden tulokset on esitetty HTKK:n mineraalitekniikan laboratorion raportissa (Hokka 1979, liittyy-aineistoa). Syklonoinnilla saadun päärikasteen väri oli kellertävä. Mikroskoopilla nähtiin myös, että rikasteessa oli huomattava määrä kvartsia ja vähäisessä määrin maasälpää ja pienen pieniä Fe- ja Ti-mineraalirakeita. Kaoliinirikasteen laatua voitaisiin varmaankin parantaa kertaamalla syklonointia sekä soveltamalla magneettista suodatusta pienten rauta- ja titaanirakeiden poistoon. Kokeet tehtiin Augerilla otetuista näytteistä. Syklonoinnin, magneettisen suodatuksen ja happoliuotuksen jälkeen kaoliinin vaaleus nousi 75%:iin. Kaoliinin rikastettavuuden selvittämiseksi tarvittaisiin lisätutkimuksia edustavammasta näytemateriaalista. Olisi tärkeä yleisesti selvittää voiko arkoosikvartsiitista syntyneestä kaoliinista yleensäkään saada paperiteollisuuden tarpeisiin kelpaavia tuotteita. Siurunmaan kaoliinista saattaisi saada esimerkiksi keraamisen teollisuuden tarpeisiin kelpaavia tuotteita.
9 5. YHTEENVETO JA SUOSITUKSET JATKOTOIMENPITEIKSI Suoritettujen tutkimusten perusteella Siurunmaalla voidaan todeta kaoliinia esiintyvän noin 700 m pitkässä ja 50-150 m leveässä lähes itä-läntisessä vyöhykkeessä. Rapauman yläpinnan syvyys vaihtelee 10-20 metrin välillä. Kaoliinikerroksen alapinta jäi monissa rei issä tavoittamatta. Kaoliinikerroksen paksuus vaihtelee muutamasta metristä aina 50-60 m asti, keskimääräisen paksuuden ollessa noin 20 m. Kokonaisvarannot ovat todennäköisesti noin kolme miljoonaa tonnia, josta vaalean kaoliinin osuus on noin kolmasosa eli miljoona tonnia. Koska rapautuma sisältää kaoliniittia vain 20-30 % ja rikastuskokeiden tulokset olivat huonot, ei Siurunmaan kaoliinivarannolla ole taloudellista merkitystä päällyste- tai täytekaoliinin tuotannon kannalta. Näyttäisi siltä, että Siurunmaan esiintymän jatkotutkimuksiin ei ole perusteita. Siurunmaan kaoliiniesiintymä edustaa ilmeisesti rapautumisprofiilin pohjaosaa, josta kaoliniittirikas ja rautaköyhä pintaosa on kulunut pois. Koska kaoliinivarantoja on tutkittu tässä tutkimuksessa varsin suppealta alueelta, rikkaampien esiintymien löytyminen ympäristöstä on mahdollista. Uusien kaoliiniesiintymien paikantamiseksi ympäristössä kannattaisi ehkä tehdä alueellisia painovoimamittauksia. Viimeaikaiset GIS-pohjaiset kaoliinikriittisten alueiden paikantamismenetelmät voivat avata aivan uusia näkymiä kaoliininetsintään.
10 6. RAPORTTI- JA KIRJALLISUUSVIITTEET Hinckley, D.N. 1963. Variability in Acrystallinity@ values among the kaolin deposits of the coastal plain of Georgia and South Carolina. Clays and Clay Minerals 11, 229-235 Hyyppä, J., 1977. Kaoliinia Sodankylän Siurunmaassa. Geologi 4-5, 52-56. Järvimäki, P., Elo, S. 1980. Sodankylän Siurunmaan kaoliiniesiintymän seisminen luotaus ja gravimetrinen tutkimus. 4 s., 11 l. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, Q19/3713/80/1/23,21. Lehtonen, M., Airo, M-L., Eilu, P., Hanski, E., Kortelainen, V., Lanne, E., Manninen, T., Rastas, P., Räsänen, J. & Virransalo, P. 1998. Kittilän vihreäkivialueen geologia. Summary: The stratigraphy, petrology and geochemistry of the Kittilä greenstone area, northern Finland. Geologian tutkimuskeskus, Tutkimusraportti - Geological Survey of Finland, Report of Investigation 140. 144 sivua, 79 kuvaa, 20 taulukkoa ja 1 liite. Mikkola, Erkki 1941. Muonio-Sodankylä-Tuntsajoki. Suomen geologinen yleiskartta [1:400 000] : kivilajikartan selitys B7-C7-D7, 286 p. + 4 pls. + 1 map Niemelä, M. 1992. Kaoliinitutkimukset Kainuussa vuosina 1984-1988. tutkimuskeskus, arkistoraportti M19/3443/-92/1/82. Geologian Pekkala, Yrjö 1981. Kaoliinin esiintyminen Suomessa. In: Teollisuusmineraalit: Vuorimiesyhdistys ry:n seminaari 6.11.1981 Espoossa, 8-9. Pekkala, Y. O. 1988. Kaolin potential in Finland. In: Clarke, G. M. (ed.) 8th "Industrial Minerals" International Congress, Boston, USA, 24-27 April 1988. London: Metal Bulletin,131-137. Pekkala, Y.; Sarapää, O. 1989. Kaolin exploration in Finland. In: Autio, S. (ed.) Geological Survey of Finland. Current Research 1988. Geological Survey of Finland. Special Paper 10, 113-118. Pekkala, Yrjö; Yevzerov, Vladimir Ya. 1991. Geology and prospects for exploitation of kaolin deposits in the eastern Fennoscandian Shield. In: Niini, H. (ed.) Comprehensive Assessment of Nonmetalliferous Deposits: proceedings of the Finnish-Soviet Symposium, Helsinki, Finland, November 14-15, 1990. Teknillinen korkeakoulu. Materiaali- ja kalliotekniikan laitos. Insinöörigeologian ja geofysiikan laboratorio. Tutkimusraportti TKK-IGE A 13, 15-24. Rask, Markku. 1978. Kivilajeista ja metapeliittien progressiivisesta metamorfoosista Sodankylän Kelujärven alueella Keski-Lapissa. Pro gradu-tutkielma. Helsingin Yliopisto. 64 sivua. Turunen, Pertti 1980. Sähköiset vastusluotaukset Sodankylän Siurunmaalla v. 1979. 7 s., 3 l. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, Q 19/3713/80/1/24.5.
11 Turunen, Pertti 1983. VLF-R-mittaukset Sodankylän Siurunmaalla 1982-1983. 5 s., 3 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, Q19/3713/-83/1/24.32. Tyrväinen, Aimo 1983. Sodankylän ja Sattasen kartta-alueiden kallioperä. Summary: Pre-Quaternary rocks of the Sodankylä and Sattanen map-sheet areas. Suomen geologinen kartta 1:100 000 : kallioperäkarttojen selitykset lehdet 3713, 3714. 59 p. Tyrväinen, Aimo 1979. Sodankylä. Suomen geologinen kartta 1:100 000: kallioperäkartta 3713.
12 LIITTEET 1. Tutkimuskohteen sijainti 2. Toimenpidekartta geofysikaalisista mittauksista 3. Siurunmaan alueen gravimetrinen kartta. 4. Näytteenottopisteiden sijainti. 5. Kairanreikäluettelo. LIITTYY -AINEISTO GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS, ROVANIEMI 1. Siurunmaan alueen kallioperäkartta 2. Geofysiikan raportit (Turunen 1980, 1983, Järvimäki & Elo 1980) 3. Matalalentomittauskartat, kaoliiniprognoosikartat 4. Kairausprofiilipiirrokset 5. Kairasydänraportit 6. Raportti rikastustutkimuksista Hokka, Harri 1979. Sodankylän kaoliiniesiintymän rikastustutkimukset. Teknillinen korkeakoulu, vuoriteollisuusosasto, mineraalitekniikan laboratorio. 7. Laboratoriotutkimukset 7.1 Vaaleus- ja keltaisuusarvot 7.2 Raekokomääritykset 7.3 Mineraalikoostumukset 7.4 DTA-TG-määritykset 7.5 Kemialliset koostumukset Aineisto on koottu kansioon yllä olevan jaottelun mukaisesti lukuun ottamatta matalalentomittaus- ja kaoliiniprognoosikarttoja, jotka ovat sähköisessä muodossa ja joita voidaan tulostaa tarpeen mukaan.
Liite 5. Kairanreikäluettelo syvyysväli Reikä no. X Y maapeitteen paksuus kaoliini rapakallio kallio kaoliinilävistys (m) loppusyvyys R1 7485230 3497110 35.50 35.50 R2 7485170 3497040 26.50 26.50-44.00 lopussa (?) 17.50 44.00 R3 7485110 3497100 18.00 18.00-23.00 lopussa 5.00 23.00 R4 7485150 3497150 32.00 32.00-38.70 6.70 38.70 R5 7485150 3497130 29.00 29.00 R6 7485170 3497140 32.00 32.00-39.00 7.00 39.00 R7 7485200 3497160 36.00 36.00 R8 7485230 3497180 41.00 41.00 R9 7485210 3497130 34.00 34.00 R10 7485120 3497050 17.00 17.00-33.00 16.00 33.00 R11 7485120 3497000 12.00 12.00-37.50 25.50 37.50 R12 7485120 3496980 15.00 15.00-27.00 12.00 27.00 R13 7485180 3496990 20.00 20.00-31.50 11.50 31.50 R14 7485180 3496930 16.00 16.00-43.50 27.50 43.50 R15 7485180 3496890 15.00 15.00-34.50 19.50 34.50 R16 7485190 3496830 13.80 13.80-30.00 16.20 30.00 R17 7485170 3496770 12.00 12.00-15.00 3.00 15.00 R18 7485130 3496880 13.00 13.00-22.50 9.50 22.50 R19 7485160 3496770 12.50 12.50-90.00 77.50 90.00 R20 7485200 3496760 15.50 15.50-38.00 22.50 38.00 R21 7485230 3496760 14.65 14.65-33.00 18.35 33.00 R22 7485250 3496750 13.75 13.75-26.00 12.25 26.00 R23 7485290 3496750 20.00 20.00 R24 7485110 3496780 21.00 21.00-26.70 26.70 R25 7485140 3496770 13.50 13.50-34.00 20.50 34.00 R26 7485170 3496670 15.60 15.60-37.00 21.40 37.00 R27 7485180 3496720 13.20 13.20-21.20 8.00 21.20 R28 7485140 3496710 15.00 15.00-29.70 14.70 29.70 R29 7485130 3497130 28.00 28.00-31.50 31.50-36.20 3.50 36.20
R30 7485100 3497140 19.50 19.50-24.30 lopussa 4.80 24.30 R31 7485120 3497140 22.00 22.00-30.00 8.00 30.00 R32 7485140 3497130 26.20 26.20-28.00 lopussa 1.80 28.00 R33 7485170 3497120 32.00 32.00-39.00 7.00 39.00 R34 7485280 3496660 13.20 13.20-21.90 8.70 21.90 R35 7485240 3496660 14.80 14.80-28.90 14.10 28.90 R36 7485200 3496660 11.80 11.20-20.00 8.20 20.00 R37 7485310 3496660 14.90 14.90-15.60 15.60 R38 7485100 3496660 8.20 8.20-9.80 9.80 R39 7485000 3496620 7.30 7.30-10.20 10.20-10.40 10.40 R40 7485100 3496900 13.50 13.50-14.30 14.30 R41 7485220 3496900 18.80 18.80-19.30 19.30 R42 7485100 3496980 15.60 15.60-18.60 18.60-21.10 3.00 21.10 R43 7485150 3497020 14.30 14.30-26.40 12.10 26.40 R44 7485150 3496930 17.30 17.30-25.60 8.30 25.60 R45 7485150 3496830 13.60 13.60-23.40 9.80 23.40 R46 7485200 3497370 18.30 18.30-19.30 19.30 R47 7485150 3497370 20.70 20.70-22.20 22.20 R48 7485100 3497370 13.10 13.10-20.60 7.50 20.60 R49 7485050 3497370 12.70 12.70-20.00 7.30 20.00 R50 7485075 3497370 26.40 26.40 R51 7485250 3497370 12.20 12.20-30.55 30.55 R52 7485125 3497370 18.70 18.70 R53 7485200 3496600 10.60 10.60-18.20 7.60 18.20 R54 7485250 3496600 30.70 30.70 R55 7485300 3496600 18.40 18.40 R56 7485150 3496600 18.00 18.00-26.40 8.40 26.40 R57 7485175 3496600 10.50 10.50-26.90 16.40 26.90 R58 7485225 3496600 14.30 14.30-24.10 9.80 24.10
Liite 5 jatkuu syvyysväli Reikä no. X Y maapeitteen paksuus kaoliini rapakallio kallio kaoliinilävistys (m) loppusyvyys R59 7485200 3496500 9.60 9.60-19.30 9.70 19.30 R60 7485250 3496500 13.20 13.20 R61 7485300 3496500 18.20 18.20 R62 7485150 3496500 15.00 15.00 R63 7485100 3496600 14.80 14.80 R64 7485125 3496600 20.60 20.60 R65 7485450 3496800 26.60 26.60 R66 7485400 3496800 28.60 28.60-29.50 29.50 R67 7485350 3496800 19.80 19.80-20.40 20.40 R68 7485300 3496800 19.80 19.80-20.40 20.40 R69 7485250 3496800 14.60 14.60-23.50 8.90 23.50 R70 7485225 3496800 13.60 13.60 R71 7485275 3496900 21.20 21.20-25.30 25.30 R72 7485325 3496900 26.90 26.90 Kaikki reiät ovat pystyreikiä