Keiteleen VTEM-anomalioiden kairaukset vuonna 2010 Jarmo Nikander ja Aimo Ruotsalainen

Itä-Suomen yksikkö M19/3314/2010/48 18.10.2010 Kuopio Keiteleen VTEM-anomalioiden kairaukset vuonna 2010 Jarmo Nikander ja Aimo Ruotsalainen

Geologian tutkimuskeskus 4 Sisällysluettelo Kuvailulehti Documentation page 1 JOHDANTO 5 1.1 Tutkimusalueen sijainti 5 1.2 Luonnonolot 6 1.3 Aikaisemmat tutkimukset 6 2 SUORITETUT TUTKIMUKSET 10 2.1 Kairauskohteiden valinta 10 2.2 Geofysikaaliset tutkimukset 12 2.3 Kairaukset 16 3 YHTEENVETO 17 KIRJALLISUUSLUETTELO

Geologian tutkimuskeskus 5 1 JOHDANTO 1.1 Tutkimusalueen sijainti Tutkimusalue sijaitsee Pohjois-Savossa Keiteleen kunnan pohjoisosassa karttalehdellä 3314 02 (kuva 1). Etäisyys Keiteleen keskustaan on noin 20 km. Lähimmälle rautatielle Pyhäsalmen kaupungissa on matkaa noin 40 km. Tutkimusalueella on hyvä tieverkosto. Kuva 1. Tutkimusalueen sijainti. Fig. 1. Location of the study area.

Geologian tutkimuskeskus 6 1.2 Luonnonolot Alue on melko tasaista moreenimaastoa. Erityisiä esteitä liikkumiselle ei ole. Moreenipeitteen paksuus vaihtelee välillä 0 8 m. Kalliopaljastumia on harvassa. 1.3 Aikaisemmat tutkimukset Geologian tutkimuskeskus on tehnyt malmitutkimuksia Pohjois-Keiteleellä jo 1960-luvun alusta lähtien. Tutkimukset johtivat vuonna 1964 Pyhäsalmen malmin tyyppisen Kangasjärven massiivisen rikki-sinkkimalmin löytymiseen (kuva 2). Mertaniemen-Tulisaaren alueen ja sen lähiympäristön malminetsintätöistä ovat raportoineet Laitakari (1970), Luukas et.al. (2004), Nikander (1981, 2003 ja 2003) ja Oivanen (1969). Kuten kuvasta 2 ilmenee, niin Mertaniemen alue on Kangasjärven malmivyöhykkeen kaakkoispäässä. Aikaisemmissa tutkimuksissa lävistettiin kairauksilla Kangasjärven tyyppisiä vulkaniitteja Mertaniemessä ja sen luoteispuolella (kuvat 2 ja 3). Happamassa vulkaniitissa tavattiin rikkikiisun ja magneettikiisun lisäksi hieman sinkkivälkettä. Mertaniemen pohjoispuolella Hirsikankaalla ja Alimmaisella Lahnasjärvellä on kairauksin lävistetty heikko sinkkimalmiutuma happamassa vulkaniitissa (kuva 2). Tulisaaren kohde sijaitsee granodioriitin ja intermediäärisen vulkaniitin kontaktissa (kuvat 2 ja 3). Paljastumien vähäisyyden vuoksi sen geologinen asema ei ole täysin selvä. Kohteen lounaispuolella on kairauksin lävistetty huomattavan paksut kordieriitti-sillimaniitti- ja/tai antofylliittimuuttuneet Kangasjärven tyyppiset vulkaniitit (kua 3). Vuonna 2008 alueella tehtiin GTK:n ensimmäinen VTEM-lentomittaus. Mittaustuloksista ja niiden tulkinnoista ovat raportoineet Botha (2008), Nousiainen et.al. (2008) ja Leväniemi et.al. (2009).

Geologian tutkimuskeskus Kuva 2. Kangasjärven alueen kallioperäkartta. Fig. 2. The bedrock map of the Kangasjärvi area. 7

Geologian tutkimuskeskus 8 Kuva 3. Mertaniemi-Tulisaari alueen kallioperäkartta. Fig.3. The bedrock map of the Mertaniemi-Tulisaari area.

Geologian tutkimuskeskus 9 Kuva 4. VTEM-lentoalueen anomaliat 200 m syvyydessä ja kairareiät. Fig. 4 VTEM-anomalies of 200 meter s depth and drill holes.

Geologian tutkimuskeskus 10 2 SUORITETUT TUTKIMUKSET 2.1 Kairauskohteiden valinta VTEM-lentojen tulosten, niiden tulkintojen, aikaisemman geologisen ja malmigeologisen tiedon perusteella VTEM-alueelta etsittiin uusia malminetsintäkohteita (kuva 4). Kuvassa 4 on esitetty VTEM-anomaliat 200 m syvyydessä. Vanhat kairareiät ovat punaisia ja uudet sinisiä. Anomaliat keskittyvät alueen luoteisosaan. Paljastumahavaintojen ja vanhojen kairausten mukaan aivan luoteisnurkassa olevat anomaliat aiheutuvat intermediäärisessä vulkaniitissa olevasta grafiitista ja magneettikiisusta. Sama kivilajiseurue aiheuttaa alueen lounaisreunalla olevan anomalian. Arvometalleja tässä kivilajiseurueessa ei ole havaittu. Luoteispään reunan keskellä oleva kairattu anomalia aiheutuu Kangasjärven muodostuman vulkaniiteissa olevasta magneettikiisusta. Pohjoisnurkan kairattu anomalia aiheutuu magneettikiisusta osin karsi- ja hapanta vulkaniittia sisältävästä intermediäärisestä tuffista. Alueen kaakkoispäässä olevien anomalioiden aiheuttajista ei ole suoria havaintoja. Ne ovat kuitenkin Koirakankaan liuskevyöhykkeen pohjoisella jatkeella, jossa anomaliat aiheutuvat karsiraitaisen intermediäärisen vulkaniitin magneettikiisusta. Kairauksissa niissä ei ole havaittu arvometallipitoisuuksia. Lappajärven eteläpään kairauksissa on lävistetty hydrotermisesti muuttuneita happamia ja emäksisiä vulkaniitteja. Niissä on kohtalaisesti magneettikiisua ja rikkikiisua, mutta ei arvometallipitoisuuksia. Kairareikien alueella ei ole VTEM-anomaliaa, vaan anomalia on niiden pohjois- ja luoteispuolella. VTEM-anomaliaa ei ole 100 m tason tulkinnassa. Anomalia löytyy vasta 200 400 m tason tulkinnoissa. Anomalia sijoittuu maatalon ja pellon alueelle. Anomalian epämääräisyyden vuoksi päätettiin sen aiheuttajan selvittäminen jättää toistaiseksi tekemättä. Mertaniemen VTEM-anomalian luoteispäähän kairatuilla rei illä oli lävistetty Kangasjärven tyyppisiä happamia ja emäksisiä vulkaniitteja. Happamassa serisiittiytyneessä vulkaniitissa on rikkikiisua ja magneettikiisua, sekä vähän sinkkivälkettä. Varsinaisen VTEM-anomalian aiheuttajasta ei ollut tietoa. VTEM-anomalian eri syvyyksille lasketut anomaliakuvat sopivat hyvin geologiseen tulkintaan, jonka mukaan kivien kulun suunta on luode-kaakkoinen, kaade koilliseen ja venymä kaakkoon (kuva 5). Anomalian aiheuttaja päätettiin tutkia syväkairauksella. Ennen kairausta VTEM-anomalian todenmukaisuus testattiin SAMPO-mittauksella, sähkömagneettisella monitaajuusluotauksella (electromagnetic multifrequency sounding). Tulisaaren kohteessa ei VTEM-lennossa ole lainkaan pinta-anomaliaa (kuva 5). Anomalia tulee esiin vasta 300 m syvyydessä. Botha (2008) ehdotti tätä anomaliaa kairauskohteeksi. Alueelta oli aiempi slingram-mittaustulos, jossa kohteessa erottuu heikko anomalia kallion pinnassa. Kairauksella päätettiin ensin selvittää pinnallisen anomalian aiheuttaja.

Geologian tutkimuskeskus 11 100 m 200 m 300 m 400 m Kuva 5. Mertaniemen ja Tulisaaren VTEM-anomaliat eri syvyyksillä. Fig. 5. VTEM-anomalies in Mertaniemi and in Tulisaari in different levels.

Geologian tutkimuskeskus 12 2.2 Geofysikaaliset tutkimukset Keiteleen mittausalueella Mertaniemen kohdalla (kuva 6) näkyy VTEM-tuloksissa voimakas erillinen CDI- johdeanomalia. Kohteessa tehdyissä slingram-mittauksissa johde näkyy selvänä NW-SE-suuntaisena anomaliana. VTEM-tulosten mukaan anomalian aiheuttaja painuu n. 45 asteen kaateella koilliseen (kuva 7). VTEM-anomalian kohdalla tehtiin maaliskuussa 2009 Sampo-mittauksia kolmella linjalla (kuva 6). Linjoilla L48.65 ja L48.45 kelavälinä oli 200 m ja linjalla L48.55 kelaväli oli 400 m. Kaikissa mittauksissa käytettiin broadside konfiguraatiota. Jossain määrin mittauksia haittasivat alueen halki kulkevat sähkölinjat. Sampomittaukset tulkittiin kerrosmalliin perustuvalla tietokoneohjelmalla. Kaikilla linjoilla saadaan tulkittua koilliseen kaatuva vajaa 10 metriä paksu johde, joka on hyvin sopusoinnussa VTEM-tulosten kanssa. Kuvassa 8 on esitetty tulkintatulos linjalta L48.65. Linjan NE-päässä johde painuu kelaväliin nähden liian syvälle ja lisäksi sähkölinja antaa oman häiriönsä tuloksiin jotta mallinnusta niiltä osin voisi tehdä. Samanlainen koilliseen kaatuva malli toteuttaa myös magneettisella matalalentomittauksella saadun anomalian. VTEM- ja Sampo-tulosten pohjalta suunniteltiin kuvaan 6 merkitty 400 m pitkä kairareikä (suunta: 225, kaltevuus 50 astetta). Tulisaaren kohteessa johde on Bothan (2008) tulkinnan mukaan yli 200 m syvyydessä (kuva 5). Slingram mittausten perusteella paikalla on myös heikko pinnallinen johde. Samoin GTK:n matalalentomittausten perusteella kohteessa on Suppalan (suullinen tiedonanto) mukaan pinnallinen johde. Suppalan tulkinnan mukaan kohteessa on pinnaltaan pieni, syvälle suureneva pohjoiseen kaatuva piippumainen johde.

Geologian tutkimuskeskus 13 Kuva 6. Keiteleen Mertaniemen Sampomittaukset Fig. 6. SAMPO measurements in Mertaniemi in Keitele.

Geologian tutkimuskeskus 14 Kuva 7. VTEM-vasteet ja näennäisen ominaisjohtavuuden vertikaalileikkaus linjalla 1200 Mertaniemen kohdalla (A-B kuvassa 6). Fig. 7. VTEM responses and vertical section of apparent contuctivity at line 1200 in Mertaniemi (A-B in figure 6).

Geologian tutkimuskeskus 15 Kuva 8. Sampomittausten kerrosmallitulkinta linjalta L48650. Fig. 8. Interpretation of the layer model of the SAMPO measurements along line L48650.

Geologian tutkimuskeskus 16 2.3 Kairaukset Kairareikien tiedot on esitetty taulukossa 1. Mertaniemen kairareikä 602 lävistää suuntautunutta granodioriittia syvyyteen 257 m (kuva 9). Kivessä on runsaasti 1 100 cm leveitä hienorakeisia emäksisiä juonia. Terävän kontaktin jälkeen alkaa intermediäärinen vulkaniitti. Syvyyteen 311.70 m se on heterogeenista sisältäen paikoin runsaastikin happamia kerroksia. Granaatteja on yleisesti. Loppuosassa on kapeita hienorakeisia emäksisiä juonia. Välillä 271.75-274.30 m on heikkoa rikkikiisupirotetta ja 25 cm leveä magneettikiisu-rikkikiisubreksia, jossa on muutama sinkkivälkehippu. Intermediäärisen vulkaniitin jälkeen on syvyyteen 316.10 m 4.40 m leveä hienorakeinen emäksinen juoni. Emäksisen juonen jälkeen on välillä 316.10 371.80 m vuorokerroksina hapanta ja intermediääristä vulkaniittia. Kivet ovat hienorakeisia ja raitaisia, osin suonigneissimäisiä. Happamassa vulkaniitissa on väleillä 347.60 347.90 m ja 355.30 358.00 m kohtalaista magneettikiisubreksiaa ja muutama sinkkivälkehippu. Magneettikiisubreksiat sijoittuvat virherajat huomioiden SAM- PO-mittauksesta tulkitun johteen kohdalle (kuva 9). Reiän loppu syvyyteen 400.30 m on intermediääristä ja emäksistä vulkaniittia. Kuva 9. SAMPO-johteen tulkinta ja syväkairausreikä. Fig. 9. Interpretation of the SAMPO conductor and the drillhole.

Geologian tutkimuskeskus 17 Kairaustulos selvitti VTEM- ja SAMPO-johteen ja osoitti menetelmien toimivuuden. SAMPOmittauksesta tulkittu johteen vähäinen paksuus osoittautui myös oikeaksi. Muutamia sinkkivälkerakeita lukuun ottamatta mainittavaa malmiutumaa ei kuitenkaan tavattu. Tulisaareen kairatuilla rei illä 601 ja 602 lävistettiin kvartsidioriitin reunalla vuorokerroksina emäksistä ja intermediääristä vulkaniittia sekä reiässä 601 kaksi kapeaa kerrosta hapanta vulkaniittia. Slingram-mittausten johteet aiheutuvat vulkaniiteissa olevasta vähäisestä magneettikiisupirotteesta ja breksiasta. Arvometallien puuttumisen vuoksi ei kairattu syvää reikää VTEM-anomalioiden tutkimiseksi. Taulukko 1. Kairareikätiedot Taulukko 1. Drillhole data. Reikä X Y L K Suunta Kaltevuus Maata m Pituus m 600 7023885 3464970 270 45 10.4 86.9 601 7023770 3464980 270 45 7.0 92.9 602 7027187 3462064 48550 23300 225 50 1.5 400.3 3 YHTEENVETO Mertaniemen tutkimus osoitti, että VTEM-mittaustuloksista voidaan tulkita luotettavasti johteiden asennot ja syvyysulottuvuuksia. Hyvin tunnetun mittausalueen kaikki varsinaiset johteet tulevat esiin. Toisaalta VTEM-mittauksesta tehdyissä tulkinnoissa tulevat esiin vain hyvät johteet. Tämä käy hyvin ilmi kuvista 4 ja 5. Mertaniemen pohjoispuolella olevien Alimmaisen Lahnasjärven ja Hirsikankaan kairattujen sinkkimalmiutumien alueilla (punaiset ja siniset pisteet) ei ole lainkaan anomalioita. Maastossa tehdyissä Slingram-mittauksissa malmiutumat näkyvät kuitenkin heikkoina johteina. Käytetty tulkinta ei siten ole sopiva pyriittipohjaiselle sinkkimalmille, eikä muille heikoille johteille.

Geologian tutkimuskeskus 18 KIRJALLISUUSLUETTELO Botha, W.J., 2008. An Integrated Interpretation of a Helicopter borne Versatile Time Domain Electromagnetic (VTEM) Survey on the Keitele and Vihanti Project Areas, Finland for Geological Survey of Finland GTK. Laitakari, A. J. 1970. Eräitä havaintoja Keiteleen Kangasjärven malmiaiheen tutkimuksista 1961-70. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, M17/Kei-61-70. Leväniemi, Hanna (toim.) Hongisto, Hannu; Huotari-Halkosaari, Taija; Nikander, Jarmo; Oksama, Matti; Ruotsalainen, Aimo; Suppala, Ilkka; Vanhala, Heikki 2009. Vihannin ja Keiteleen VTEM-mittausten tutkimukset vuonna 2009. 61 s. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti Q16.1/2009/65. Luukas, Jouni; Nikander, Jarmo; Kousa, Jukka; Ruotsalainen, Aimo 2004. Kallioperä- ja sinkkimalmitutkimukset Keiteleen Kangasjärven alueella Keski-Suomessa. 58 s., 1 liitekartta. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, M 10.4/2004/1. Nikander, Jarmo 1981. Sinkkimalmitutkimukset Korppisjärven alueella Pohjois- Keiteleellä vuosina 1977-1980. 56 s., 1 geol. k. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, M 19/3314/-81/1/10. Nikander, Jarmo 2003. Selostus Korppisjärven alueella suoritetuista malmitutkimuksista 1977-1978. 13 s., 9 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, M 19/3314/78/1/10. Nikander, Jarmo 2003. Kallioperä- ja malmitutkimusten kairaukset Keiteleen Kangasjärven- Pielaveden Koivujärven ja Keiteleen Hemmingin välisellä alueella vuosina 2000-2003. 24 s. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, M 19/3312,3313,3314/2003/1/10. Nousiainen, Maarit (toim.); Hongisto, Hannu; Hyvönen, Eija; Kurimo, Maija; Nikander, Jarmo; Oksama, Matti; Ruotsalainen, Aimo; Suppala, Ilkka; Vanhala, Heikki 2009. VTEM-mittaukset ja vertailu muihin aineistoihin Vihannissa ja Keiteleellä 2008. 101 s. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, Q16.1/2008/73. Oivanen, Paunu 1969. Pohjois-Keiteleen malmilohkareista ja kiisupitoisista paljastumista. 15 s., 3 l. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, M17/Kei-69/1.