JultikaUniversity of Oulu repository

Abstract

Pahtavaara gold-only deposit in Sodankylä, Central Lapland, is hosted by komatiites of the Sattasvaara formation. The genesis of the deposit remains unsolved. Orogenic gold or Au-rich volcanogenic massive sulphide deposits have been typically proposed as the genesis of the deposit. Both types of deposit have formed by hydrothermal processes and thus, the study of hydrothermal processes such as hydrothermal alteration, is crucial for understanding the formation of the deposit. The Pahtavaara gold deposit is comprehensively drilled but the laboratory analyses lack partially of multi-elemental analyses. The use of portable XRF analyser in geoscience has increased in the previous years due to its time- and cost efficiency features and, development of detection limits and accuracy. As such, it is reasonable to the test the usability of pXRF measurements of laboratory-returned pulp samples.

The study consists of two parts: 1) statistical analyses of the pXRF data and its usability and, 2) geochemical studies comprising the komatiitic host rock and hydrothermal alteration by utilising the pre-existing, laboratory analysed multi-elemental data and previously published studies of the other komatiitic deposits in the Central Lapland.

Based on the statistical analyses, the pXRF measurement of Ca, Fe, Ni, Sr, Zn, Mn, Al, and Mg showed excellent or good accuracy and repeatability. The results were satisfactory for Cr, Cu, S and Y and bad for Ti, V and Zr. Despite of the good results of statistical analyses, the use of pXRF analyser is recommended only as an indicative method in geochemical studies and it cannot replace the laboratory multi-elemental analyses.

The Pahtavaara komatiites did not show a significant correlation with Peuramaa, Lomalampi and Jeesiörova komatiitic rocks. The precursor of the Pahtavaara rocks proved to be complex. Based on the varying contents of immobile elements, the precursor may not be the same for all the lithological units. The mass balance calculations of the lithological units of the study area—talc-chlorite and amphibolite schists and, actinolite-tremolite rock—showed enrichment of MgO, CaO, TiO₂, MnO, Ba and Sr and, depletion of Fe₂O₃, Na₂O, and K₂O. On the grounds of mass balance calculation and the graphs of hydrothermal alteration, the actinolite-tremolite rocks are trending towards carbonatisation. The talc-chlorite and amphibolite schists were characterised by a formation of chlorite minerals which in fact, is more likely related to carbonate alteration of tremolite-rich rocks instead of chloritisation. Due to this, the actinolite-tremolite precursor is more probable than the talc-chlorite schist suggested in the literature.

Pahtavaaran komatiittinen kultaesiintymä Keski-Lapissa : geokemia, hydroterminen muuttuminen ja tilastollinen tutkimus käsikäyttöisen XRF-analysaattorin mittaustulosten käytettävyydestä

Tiivistelmä

Pahtavaaran kultaesiintymä sijaitsee Sodankylässä Keski-Lapin vyöhykkeellä ja se liittyy Sattasvaaran komatiittiseen muodostumaan. Kultaesiintymän alkuperä ei ole yksiselitteinen. Mahdolliseksi alkuperäksi on tyypillisesti ehdotettu orogeenista kultaesiintymää tai kultarikasta, merenpohjassa syntynyttä massiivista sulfidiesiintymää (VMS). Molemmat esiintymätyypit ovat syntyneet hydrotermisten prosessien vaikutuksesta. Näin ollen hydrotermisten prosessien, kuten hydrotermisen muuttumisen tunteminen on ensisijaisen tärkeää, kun halutaan ymmärtää hydrotermisten kultaesiintymien muodostumista. Pahtavaaran kultaesiintymästä on kattavasti kairasydämiä, mutta geokemiallisista analyyseista puuttuu osittain monialkuaineanalyysit. Käsikäyttöisen XRF-analysaattorin käyttö geotieteellisissä tutkimuksissa on kasvanut viime vuosina. Sen lisäksi, että se on nopea ja kustannustehokas analysointimenetelmä, myös laitteiden määritysrajat ja mittaustarkkuus ovat kehittyneet. Nämä ominaisuudet huomioiden on perusteltavaa tutkia, kuinka käsikäyttöinen XRF-analysaattori soveltuu jauhettujen laboratorionäytteiden analysointiin.

Tutkimus koostuu kahdesta osasta: 1) tilastollinen tutkimus käsikäyttöisen XRF-analysaattorin mittaustulosten käytettävyydestä ja 2) Pahtavaaran kultaesiintymän komatiittisen isäntäkiven ja hydrotermisen muuttumisen geokemiallinen tutkimus hyödyntäen jo olemassa olevia monialkuaineanalyyseja ja aikaisemmin julkaistuja tutkimuksia muista Keski-Lapin komatiittisista esiintymistä.

Tilastollinen tutkimus käsikäyttöisen XRF-analysaattorin käytettävyydestä osoitti, että alkuaineiden Ca, Fe, Ni, Sr, Zn, Mn, Al ja Mg mittaustulosten tarkkuus ja toistettavuus olivat erinomaisia tai hyviä. Alkuaineet Cr, Cu, S ja Y osoittivat tyydyttävää mittaustarkkuutta, kun taas alkuaineiden Ti, V ja Zr mittaustulokset korreloivat huonosti laboratorioanalyysien kanssa. Huolimatta hyvistä tilastollisen tutkimuksen tuloksista, käsikäyttöisen XRF-analysaattorin käyttäminen on suositeltavaa vain suuntaa antavana analysointimenetelmänä, eikä sillä voi korvata laboratoriossa suoritettuja monialkuaineanalyyseja.

Pahtavaaran, Peuramaan, Lomalammen ja Jeesiörovan komatiittisten kivien geokemiassa ei ollut havaittavissa merkittävää samankaltaisuutta. Protoliitin löytäminen Pahtavaaran kiville osoittautui hankalaksi. Liikkumattomien alkuaineiden vaihteleviin pitoisuuksiin perustuen, Pahtavaaran eri litologisilla yksiköillä voi olla eri protoliitit. Massatasapainolaskut osoittivat, että tutkimusalueen kaikki litologiset yksiköt, talkki-kloriitti- ja amfiboliittiliuske sekä aktinoliitti-tremoliittikivi, olivat rikastuneet MgO-, CaO-, TiO₂- ja MnO-yhdisteistä sekä bariumista ja strontiumista, ja köyhtyneet Fe₂O₃-, Na₂O- ja K₂O-yhdisteistä. Massatasapainolaskuihin ja hydrotermista muuttumista mallintaviin kuvaajiin perustuen aktinoliitti-tremoliittikivet ovat karbonaattiutuneet. Talkki-kloriitti- ja amfiboliittiliuskeet osoittivat merkkejä kloriittimineraalien syntymisestä hydrotermisen muuttumisen seurauksena, mikä todennäköisemmin liittyy tremoliittirikkaiden kivien karbonaattiutumiseen eikä kloriittiutumiseen. Näin ollen aktinoliitti-tremoliittikivi saattaa olla lähempänä Pahtavaaran kivien todellista protoliittia kuin aikaisemmissa tutkimuksissa ehdotettu talkki-kloriittiliuske.