238 GEOLOGI 62 (2010)

Tiedonanto tutkimusprojektista”Taivaljärven hopea-sinkki-lyijy-kultaesiintymän uuden geologisen3D-rakennemallin kehittäminenja hyödyntäminen”

Kalle Taipaleen vetämä Oulun yli-opiston opiskelijaryhmä löysi Tai-valjärven esiintymän identifioin-tiin johtaneet lohkareet 1980. Seu-

raavat kymmenen vuotta Kajaani Oy, myö-hemmin Yhtyneeet Paperitehtaat Oy, ja lop-puvaiheessa sen kanssa Outokumpu Oy kar-toittivat esiintymää systemaattisin kairauksinsekä maan päältä että 2,5 km pitkästä vino-tunnelista. Esiintymän geologiaa tutkivat pää-asiassa Timo Kopperoinen ja Ilkka Tuokkosekä heidän kanssaan yhteisjulkaisun kirjoit-tanut Heikki Papunen. Tutkijaryhmän tulkin-nassa esiintymä sijoittuu stratigrafiassa Tipas-järven vihreäkivivyöhykkeen felsisistä metavul-kaniiteista koostuvan Koivumäki-muodostu-man alaosaan. Mineralisoitumalle ei ole ha-vaittu selkeää litologista kontrollia.

Tämän projektin työryhmään kuuluvatallekirjoittaneen lisäksi FM Jouko Jylänki, FTKalle Taipale sekä TkT Timo Lindborg. Ren-lund-säätiö myönsi hankkeelle apurahan 2010.Työn taustatukena ovat julkaisut (mm. Papu-nen et al. 1989 ja Papunen et al. 2001) sekäesiintymää tutkineiden kaivosyhtiöiden rapor-

JYRKI PARKKINEN

Rakenneanalyysin jageostatistiikan synteesi

tit. Materiaalina ovat kairansydänten analyy-si- ja loggaustiedot sekä Kajaani Oy:n louhi-masta vinotunnelista tehdyt rakennehavain-not. Tähän mennessä hanke on koostunutpääosin kirjallisuustutkimuksesta, metodiikankehittelystä ja sopivien työkalujen etsimises-tä. Tärkeimmiksi työkaluiksi ovat valikoitu-neet ohjelmistot Surpac V.6.1, MapInfo V.10,Discover V.12, DIPS, Fabric8 ja Stereo32. Allakuvataan rakennemallinnuksen ensi tuloksia.Rakenteet on sidottu kansalliseen KKJ-koor-dinaatistooon kaistalle 4. Kaikkiin rakenne-mittauksiin on otettu huomioon eranto + 8astetta.

TilastollinenrakenneanalyysiTaivaljärven vinotunnelista tehtiin 1990–91kaikkiaan 1713 luokiteltua rakennehavaintoaClar-menetelmällä siten, että jokaiseen havain-toon on liitettävissä alueellinen XYZ-koordi-naatti (Kopperoinen 1991, Tuokko 1991).Havaintoaineisto vaikuttaa laadultaan ja käyt-tökelpoisuudeltaan erinomaiselta. Kenttäluo-kittelussa on huomioitu erikseen kerrokselli-suus, liuskeisuus 1, liuskeisuus 2 (tässä S3),raitaisuus, kvartsi-, karbonaatti- sekä kvartsi-karbonaattiraidat ja -juonet, sulfidijuonet, li-neaatiot ja pienoispoimuakselit. Analyysin ai-kana on ollut mahdollista edelleen trimmataluokitusta ja ryhmittelyä geometrisin perus-

Geologi_2010_6_painoon.pmd 20.11.2010, 9:12238

239GEOLOGI 62 (2010)

tein. Tässä keskitytään kerroksellisuuteen jaliuskeisuuteen.

Geometrisessa tarkastelussa osoittautui,että lähes kaikki ”pyörii yhden akselin ympä-ri” (kuva 1, taulukko 1). Liuskeisuus- ja ker-roksellisuushavaintojen kautta löytyvät myösominaisvektorit ja -arvot (eigenvectors, eigen-values) kuvaamaan esiintymän geometriaa.Suurin osa havainnoista asettuu isoympyrälle,jonka keskipiste on poimuakselihavaintojenkeskellä. Kuvassa 1 on esitetty kerroksellisuus-ja liuskeisuushavainnot (S0, S1) ja näidenominaisvektorit (Eigenvectors 1–3) sekä poi-muakselihavainnot (F1) ja S3-liuskeisuusha-vainnot. Rakennepiirteiden numerointi ker-too vain paikallisesta aikajärjestyksestä, eikä sitäole kytketty alueellisiin rakenteisiin.

Taulukossa 2 on yhteenveto rakennesta-tistiikasta. Keskimääräinen poimuakselin asen-

Kuva 1. Stereograafinen projektioTaivaljärven kerroksellisuus-, liuskei-suus- ja poimuakselihavainnoista (S0,S1, S3, F1) sekä S0-S1-statistiikasta(Eigenvector). Projektioon on myöslisätty geostatistiikan kahdenhakuellipsoidin geometriat (ag1 jaag2), jotka vastaavat rakennestatis-tiikkaa poimutusvaiheille F1 ja F2.Nuorimpaan liuskeisuuteen S3 ei olehavaittu liittyvän poimutusta. Poimu-tukseen F2 liittyvää liuskeisuutta eiole kyetty erottelemaan.

Figure 1. Stereographic projection ofTaivaljärvi bedding, foliation, and foldaxis observations (S0, S1, S3, F1) andof the S0-S1 statistics. In the projecti-on, geometry features of two searchellipsoids (ag1 and ag2), defined byvariography, were added. Theycorrespond to the folding phases F1and F2. The youngest foliation S3 hasnot been related to any folding phase.On the other hand, foliation related toF2 has not been identified.

Taulukko 1. Kuvan 1 selite.

to on 197/55. Kerroksellisuudessa samoin kuinliuskeisuudessa on eroteltu kaksi klusteria kes-kiarvovektoreineen sekä totaalikeskiarvot. Ker-roksellisuus- ja liuskeisuushavainnot ovat osak-si päällekkäiset mutta liuskeisuus S1 näyttäisileikkaavan kerroksellisuutta S0 keskimäärin 10asteen kulmassa myötäpäivään. Leikkauskul-masta päätellen poimutus on esiintymän koh-dalla vasenkätistä.

Muiden rakenne-elementtien analysointion vielä kesken samoin kuin kaikkien raken-ne-elementtien 3D-visualisointi.

Geostatistinen analyysiTaivaljärven hopea esiintyy pääosin sulfideinamutta myös pelkkänä hopeana. Esiintymista-pa näyttäisi kaikissa mittakaavoissa olevan”hippumainen”, ts. hopeayhdisteet eivät muo-

Table 1. Legend to figure 1.

Geologi_2010_6_painoon.pmd 20.11.2010, 9:12239

240 GEOLOGI 62 (2010)

dosta pitkiä tasapitoisina jatkuvia juonia taikerroksia, vaan pitkulaisia ja litteitä pirotelins-sejä. Tämä heijastui variografiassa melko ly-hyinä, 5–50 m:n vaikutusmatkoina. Sen sijaanmineralisoitumakokonaisuuden eli 10 ppm:ncutoffin ylittävän domainin variografia tuottipidemmät vaikutusmatkat, jopa 133 m (kuva2). Geostatistiikan avulla on siis mahdollistaensinnäkin rajata mineralisoituma (”Domainsinterpolation”, Parkkinen 2008) todennäköi-syysarvoina ja toiseksi määrittää hopean pitoi-suusrakenne mineralisoituman sisällä.

Kuvassa 1 on esitetty myös hopeapitoi-suuksien geostatistinen geometria eli pääakse-lien suunnat (ag1). Ne osuvat lähelle raken-nehavaintojen ominaisvektoreita mutta eivättarkalleen. Variografian löytämät pisimmätjatkuvuudet voivat olla vinossa esiintymänpääsuuntiin, koska myös näytegeometria elikairanreikien sijoittelu vaikuttaa lopputulok-seen. Geostatistinen analyysi antoi siis blokki-malliin interpolointia varten hakuellipsoidinvaikutussuunnat ja -matkat.

Geostatistiikka toi esille myös mahdolli-sen toisen poimutuksen, F2 kuvassa 1. Sitä eiole toistaiseksi havaittu geologisen kartoituk-sen yhteydessä eikä siihen mahdollisesti liitty-vää liuskeisuutta ole identifioitu. Näyttäisimahdolliselta, että ensimmäinen liuskeisuus-klusteri (128/78, taulukko 1) edustaisi F2-poimutusta. Viitteitä F2:n olemassa olosta onantanut rikastumalinssien jonomainen esiin-tymistapa (Parkkinen 2010, s. 64–68). Ole-

tan, että kyseessä on ensimmäisen tiukan poi-mutuksen (185/60, kuva 1) loiva uudelleen-poimuttuminen 30 astetta loivemmin kaatu-van akselin (200/30) ympäri. F2-poimuakselisijaitsee samassa akselitasossa kuin F1-akseli.Tästä syystä vastaavien liuskeisuusfaasien erot-telu on vaikeaa.

Geostatistiset parametrit hyödynsin blok-kimallissa, joka koostui 1*2*2 m:n blokeista(x*y*z). Mallia käänsin ja kallistin lähes muo-dostuman suuntaan 120/75. Tällainen malliei kelpaa varantoarvioihin, mutta nyt tarkoi-tus olikin saada esille mahdollisimman paljonyksityiskohtia. Tähän malliin interpoloin or-dinary krigingiä käyttäen ensinnäkin minera-lisoituma-domainin todennäköisyysarvot erik-seen molempien poimugeometrioiden mukai-sesti. Näiden yhdistelmämallista vaakaleikka-uksessa on esimerkki kuvassa 3. Värein onhavainnollistettu eri todennäköisyysluokkia jasaatu esille viitteitä sisärakenteesta. Rakentei-den katkeaminen kuvan kaakkoisosassa viit-taa siirrokseen, joka sekin on havainnollistet-tu katkoviivalla.

Toiseksi interpoloin vastaavasti hopeapi-toisuudet alkuperäisanalyysien 1 m:n kompo-siiteista molempien poimumallien mukaisesti(F1 ja F2, kuva 1). Näiden yhdistelystä syntyiblokkimalli, josta on esimerkkinä vaakaleik-kaus kuvassa 4. Kuvaan on lisätty oletettu siir-ros sekä kerroksellisuutta ja kahta liuskeisuut-ta kuvaavat suuntajanat.

Mean vectors

LinearPlanar 1st clusterPlanar 2nd cluster

Planar summary

F1

197 / 55

S0

123 / 83140 / 70

130 / 78

S1

128 / 78159 / 65

140 / 72

S2 ?

128 / 78 ?

S3

244 / 63

Taulukko 2. Vektorikeskiarvot poimuakseleille, kerroksellisuudelle ja liuskeisuuden eri faaseille ja klus-tereille.

Table 2. Mean vectors of fold axes, bedding, foliation phases, and clusters.

Geologi_2010_6_painoon.pmd 20.11.2010, 9:12240

241GEOLOGI 62 (2010)

Kuva 2. Variogrammimalli domainista Ag >/= 10 ppm. Malli antaa interpoloinnin hakuellipsoidinpisimmälle akselille suunnan 204/50 ja mittaa 125 m. Vieressä variogrammikartta, josta näkyy tuondomainin yleissuunta ja paksuus kohtisuoraan akselia vasten (n. 100 m). Tämä malli poikkeaa hiemanAg-pitoisuusgeometriasta (ag1) kuvassa 1.

Figure 2. Variogram model of domain Ag >/= 10 ppm. According to it the main axis of search ellipsoidhas the azimuthal direction of 204/50 and it is 125 m long. Variogram map shows the general directionand the thickness of the domain perpendicular to the axis (about 100 m). This model slightly differsfrom the geometry of ag1 in figure 1.

Kuva 3. Vaakaleikkaus domainin Ag>/= 10 ppm blokkimallista. Väreinvihreä-keltainen-punainen oneroteltu todennäköisyysarvot 30–50–75 % sille, että pitoisuus ylittää10 ppm Ag. Katkoviiva kuvaahypoteettista siirrosta, joka näyttäisikatkaisevan pitoisuusrakenteen.Ruudukon sivupituus on 100 m.

Figure 3. Horizontal section of thecombined block model for thedomain Ag >/= 10 ppm. Probabilityvalues 30–50–75 % are visualizedby colours green-yellow-red, respecti-vely. Brown broken line shows thehypothetical fault that seems to cutthe deposit structure. Grid cells are100*100 m.

Geologi_2010_6_painoon.pmd 20.11.2010, 9:12241

242 GEOLOGI 62 (2010)

SynteesiMineralisoituma-domainin blokkimallista teinsama-arvopinnat kahdelle eri todennäköisyy-delle, 50 % ja 100 %, joiden avulla hahmotinesiintymän päärakenteet. Tähän kuvioon toi-vat tarkennuksia F1, F2-mallien sama-arvo-pinnat erilaisille pitoisuuksille. Pääpoimuak-selia vasten kohtisuoriin leikkauksiin yhdiste-lin pienoispoimumaiset mineralisoitumalinjat,joiden yleistetyistä keskilinjoista muotoutuiselkeä poimurakenne. Tuloksista on kaksi esi-merkkiä kuvissa 4–5. Niiden perusteella Tai-valjärven esiintymää kontrolloi tiukka poimu-rakenne, toistaiseksi hypoteettinen F1, jota F2on loivasti uudelleenpoimuttanut. Hopea on

Kuva 5. Korkeustasojen -40 ja -140 välisessä3D-kuvassa hypoteettinen poimu F1-F2 (vihreä),malmiluokan linssejä kuvaavat sama-arvopin-nat (ruskea) ja kairanreiät.

Figure 5. 3D image between elevations -40 and-140 of the hypothetical fold F1-F2 (green), oreclass isosurfaces (brown), and drill holes.

Kuva 4. Vaakaleikkaus blokkimallista hopealle.Harmaa sama-arvoviiva rajaa mineralisoitumanja keltaiset-punaiset blokit näyttävät 50 ppmylittävän hopeajakauman. Magenta viivahavainnollistaa hypoteettista poimurakennettaF1-F2. Suuntajanat kuvaavat keskimääräisiärakenteita: S0 vihreällä, S1 punaisella ja S3keltaisella värillä.

Figure 4. Horizontal section where grey isolineoutlines the mineralization and where yellow andred blocks stand for Ag >/= 50 ppm. Magentaline illustrates the hypothetical fold structure F1-F2. Directions of S0, S1 and S3 are shown bygreen, red and yellow lines, respectively.

keskittynyt tuon F1-rakenteen keskiosien pie-noispoimupinkkoihin, joita F2 on edelleenmuotoillut ”pinch & swell” -tyyliin. Nämäpoimurakenteet ja niiden jatkuvuudet pääpoi-muakselien suunnissa ovat malminetsinnälli-siä kohteita. Samaten olisi etsinnällinen koh-de mikä tahansa havaittu kyseisen rakenteenkertauma.

Tutkimus ei jää tähän. Rakenneanalyysintäydentämisen lisäksi on selvitettävänä ja ver-tailtavana kuparin, sinkin, lyijyn ja mangaa-nin pitoisuusgeometriat. Ennakkokäsityksenimukaan (Parkkinen 2010) ne poikkeavat ho-pean vastaavasta.

ViittauksetKopperoinen, T. 1989. Tutkimustyöseloste Oulun lää-

nin Sotkamon kunnan Tipasojan kylässä sijaitse-van Taivaljärven hopea-sinkki-kulta-lyijyesiintymäntutkimuksista. Silver Resources Oy.

Geologi_2010_6_painoon.pmd 20.11.2010, 9:12242

243GEOLOGI 62 (2010)

Kopperoinen, T. 1991. Tutkimusseloste Sotkamon Tai-valjärven tutkimusvinotunnelin rakentamisesta jatunnelista käsin suoritetuista tutkimuksista ajalta1.9.1988–15.5. Silver Resources Oy.

Papunen, H., Kopperoinen, T. ja Tuokko, I. 1989. TheTaivaljärvi Ag-Zn deposit in the Achaean greens-tone belt, eastern Finland. Economic Geology 84,1262–1276.

Papunen, H., Halkoaho, T., Liimatainen, J. ja Luukko-nen, E. 2001. Metallogeny of the Achaean Tipas-järvi-Kuhmo-Suomussalmi greenstone belt, Fin-

land. AGSO – Geoscience Australia, Record 2001/37, 456–458.

Parkkinen, J. 2008. Domains Interpolation. Electronicpublication. www.elisanet.fi/jyrki.parkkinen/2008/Domains3.pdf

Parkkinen, J. 2010. The Taivaljärvi Ag-Zn-Pb-Mn De-posit, Finland; Review and Update of MineralResource Estimates. Silver Resources Oy. Electro-nic publication. www.silver.fi/pdf/statements/taivaljarvini431014042010parkkinen.pdf

Tuokko, I. 1991. Taivalhopea, geologiset tutkimukset jamineraalivarantoarvio. Silver Resources Oy.

The Silver Resources Oy owned Taivaljärvi Ag-Zn-Pb-Au deposit is hosted by siliceous quartzporphyritic rocks belonging to the metamor-phosed and chemically altered volcaniclasticrocks of the stratigraphic Koivumäki Forma-tion which is the lowermost part of the Tipas-järvi Section of the Suomussalmi-KuhmoGreenstone Belt.

Present structural analysis is focused to thegeometry of bedding, foliation and fold axisand it is based on observations by geologistsin the 2.5 km long mine decline in 1990–91.According to the analysis, above elements andeigenvectors give a uniform and simple geo-metry illustrated in a stereographic projecti-on. It seems that foliation, while also overlap-ping with bedding, forms a 10 degree angleclockwise to bedding on an average. Thismight indicate that folding within the depo-sit is sinistral.

Geostatistical analysis of spatial gradedistributions gave a result very similar to thestructural one. Besides main axial directions,it also gave lengths of search ellipsoid axes forblock model interpolation. In addition, a se-cond folding geometry was recognized, ear-lier indicated by the arrangement of single ore

SummaryTaivaljärvi Ag-Zn-Pb-Au deposit, Synthesis of structuralanalysis and geostatistics

bodies in lines. Four successive interpolationswere run in the block model with 1*2*2 mblocks and rotated and tilted to the azimuthaldirection 120/75. Two of them were “domainsinterpolations” that handled the samples equalto or above the cut-off grade of 10 ppm ofsilver as a unit against those below the samegrade. These interpolations, according to thetwo structure geometries, gave limits to themineralization resulting blocks with probabi-lity values 0 to 100. A combination model ofthose two interpolations was then used to out-line the deposit.

Another set of interpolations, this timeconcerning 1 m composites of original silverassays, was similarly run according to the twogeometries. A combined model was then usedto digitize “mineralization lines” like parasiticfolds on sections perpendicular to the fold axisat 25 m intervals. This procedure was comple-mented by drawing generalized centre lines tothe former. These appeared to form a cohe-rent structure of tight folds with silver enrichedin the parasitic stacks inside.

According to this description, best targetsfor exploration would be the extensions of axialplunges and any structural repetition.

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

Geologi_2010_6_painoon.pmd 20.11.2010, 9:12243