1. No category

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
Pohjois-Suomen yksikkö
Rovaniemi
18.6.2015
37/2015
NovTecEx – Uusia
malminetsintämenetelmiä herkille
pohjoisille alueille
Loppuraportti
Pertti Sarala (toim.), Tuomo Karinen, Ilkka Lahti, Marja Lehtonen,
Maarit Middleton, Markku Pirttijärvi, Heikki Salmirinne, Anne
Taivalkoski, Johanna Torppa, Jorma Valkama, Vesa Nykänen
Green Mining -ohjelma
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
Pohjois-Suomen yksikkö
Rovaniemi
18.6.2015
37/2015
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
18.6.2015
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
KUVAILULEHTI
Päivämäärä / Dnro
Tekijät
Raportin laji
Pertti Sarala (toim.), Tuomo Karinen, Ilkka Lahti, Marja
Lehtonen, Maarit Middleton, Markku Pirttijärvi, Heikki
Salmirinne, Anne Taivalkoski, Johanna Torppa, Jorma
Valkama, Vesa Nykänen
Loppuraportti
Toimeksiantaja
Tekes, GTK, Oulun yliopisto
Raportin nimi
NovTecEx – Uusia malminetsintämenetelmiä herkille pohjoisille alueille: Loppuraportti
Tiivistelmä
Tässä loppuraportissa kuvataan Tekesin Green Mining -ohjelmaan kuuluvan Uusia malminetsintä-menetelmiä pohjoisille herkille luontoalueille -projektin (NovTecEx - Novel technologies for greenfield exploration) kehittämistyötä ja
sen tulokset. Työ jakautui kahdeksaan tehtävään, joissa kaikissa oli tavoitteena uusien menetelmien ja sovelluksien
löytäminen malmipotentiaalin ja malminetsinnän tehostamiseen ja luontoystävällisempien toimintamallien löytämiseksi. Tulokset ovat suoraan hyödynnettävissä malminetsintätutkimuksissa herkillä pohjoisilla luontoalueilla.
Asiasanat (kohde, menetelmät jne.)
Malminetsintä, kehittäminen, geokemia, raskasmineraalit, kannettava XRF, itseohjautuva analyysi, mallintaminen,
tiedonlouhinta, objektipohjainen hahmontunnistus, audiomagnetotelluurimenetelmä, geofysiikan lentoaineistot, tulkinta
Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä)
Suomi, Lappi, Pelkosenniemi, Savukoski, Enontekiö
Karttalehdet
Muut tiedot
Tekesin Green Mining -ohjelman projektin ’Novel technologies for greenfield exploration’ (NovTecEx) loppuraportti.
Tekesin projekti 2795/31/2011.
Arkistosarjan nimi
Arkistotunnus
37/2015
Kokonaissivumäärä
Kieli
57 s.
Suomi
Hinta
Julkinen
Yksikkö ja vastuualue
Hanketunnus
Pohjois-Suomen yksikkö, VA 501
4141004
Allekirjoitus/nimen selvennys
Allekirjoitus/nimen selvennys
Pertti Sarala
Julkisuus
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
18.6.2015
GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND
DOCUMENTATION PAGE
Date / Rec. no.
Authors
Type of report
Pertti Sarala (ed.), Tuomo Karinen, Ilkka Lahti, Marja
Lehtonen, Maarit Middleton, Markku Pirttijärvi, Heikki
Salmirinne, Anne Taivalkoski, Johanna Torppa, Jorma
Valkama, Vesa Nykänen
Final report
Commissioned by
Tekes, GTK, Oulu University
Title of report
NovTecEx – Novel technologies for greenfield exploration: Final report
Abstract
Mineral exploration and mapping within thick glacial overburden, peatlands and different conservation areas is demanding, sensitive and expensive. The best practices for mineral exploration (techniques and concepts) from cost and
environmental perspectives have been developed in the project ‘Novel technologies for greenfield exploration’ funded
by Tekes. Essential exploration techniques include the concurrent use of geological, geochemical and geophysical
surveys. These techniques allow the location and thorough investigation of the geological processes responsible for
mineral deposits and indications of ore-forming processes, or in suitable conditions, the direct identification of mineral deposits. The efficiency and success of exploration require not only high quality data processing and interpretation,
but also the consideration of environmental aspects, which are particularly important in sensitive northern, sub-Arctic
areas. The results and methodological advances arising from this project could particularly serve companies and organizations conducting grass roots mineral exploration in a regional scale. The techniques can also be adopted in target-scale exploration.
Keywords
Exploration, development, geochemistry, heavy minerals, portable XRF, self organising mapping, modelling, data
mining, object-based image analysis, audiomagnetotelluric method, geophysical airborne data, interpretation
Geographical area
Suomi, Lappi, Pelkosenniemi, Savukoski, Enontekiö
Map sheet
Other information
Final report of the Project ’Novel technologies for greenfield exploration’ (NovTecEx) that was funded by the Tekes
Green Mining -programme. Tekes project 2795/31/2011.
Report serial
Archive code
37/2015
Total pages
Language
57 p.
Finnish
Price
Public
Unit and section
Project code
Northern Finland Office, 501
4141004
Signature/name
Signature/name
Pertti Sarala
Confidentiality
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
18.6.2015
Sisällysluettelo
Kuvailulehti
Documentation page
1 JOHDANTO
1 2 PROJEKTIN TAVOITTEET
2 3 SISÄLTÖ, MENETELMÄT JA VAIHEET
3.1 Tutkimusalueiden valinta
3.2 Tutkimusta tukeva näytteenotto
3.3 Kehittämis- ja tutkimustoiminnan hypoteesit
3 3 3 4 4 PROJEKTIN TEHTÄVIEN KUVAUS JA KESKEISET TULOKSET
4.1 Tehtävä 1. Moreenigeokemian näytteenottomenetelmän kehittäminen
4.2 Tehtävä 2. Moreenin mineraloginen tutkimus
4.3 Tehtävä 3. Kentällä suoritettavat on-site -analyysimenetelmät
4.4 Tehtävä 4. Tiedonlouhintamenetelmät ja mallinnus
4.5 Tehtävä 5. Objektiperustaisen hahmontunnistusmenetelmän kehittäminen
4.6 Tehtävä 6. AMT-menetelmän kehittäminen malminetsintätyökaluksi
4.7 Tehtävä 7. TEM-lentomittausten 2D tulkinnan kehittäminen
4.8 Tehtävä 8. Aerogravimetristen gradienttimittausten tulkintamenetelmien
kehittäminen
4.9 Projektin johto
4.10 Tutkijavierailut
6 6 10 12 15 25 30 35 5 TULOSTEN YHTEENVETO
44 6 PROJEKTIN VAIKUTUKSET
45 7 RESURSSIT, ORGANISOINTI
46 8 BUDJETTI JA KUSTANNUSTOTEUTUMA
48 9 DOKUMENTOINTI
50 10 JULKAISEMINEN
50 11 JULKAISULUETTELO
51 39 43 43 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
18.6.2015
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
1
18.6.2015
1 JOHDANTO
Suomi on erittäin potentiaalinen alue uusien malmilöydösten suhteen. Tästä ovat osoituksena lukuisat kaivos- ja malminetsintäprojektit erityisesti Pohjois- ja Itä-Suomessa. Malmipotentiaalin arviointi ja malminetsintä ovat olleet viime vuosina vilkasta, mutta tästä huolimatta on vielä laajoja alueita, joissa perusteellisia tutkimuksia ei ole tehty. Luonnonolosuhteet aiheuttavat haasteita paksujen
maapeitteiden, soiden ja rapautuneen kallioperän muodossa. Arktiset ja subarktiset alueet ovat tyypillisesti luonnoltaan haavoittuvia ja suuret alueet Pohjois-Suomessa kuuluvat erilaisten suojeluohjelmien, kuten Natura 2000 -ohjelman piiriin. Malminetsintä on tällaisilla alueilla vaativaa ja kallista, ja siihen on tämän projektin avulla pyritty löytämään luontoystävällisiä ja kustannustehokkaita
ratkaisuja.
Keskeisiä malminetsintämenetelmiä ovat geologiset, geokemialliset ja geofysikaaliset tutkimukset.
Niiden avulla pystytään tutkimaan ja tunnistamaan malmeja muodostavia geologisia prosesseja ja
niistä syntyviä mineralisoitumiin liittyviä viitteitä. Samoja menetelmiä voidaan käyttää malmiesiintymien ja mineralisaatioiden suoraan havainnointiin, mutta tämä edellyttää yleensä suurta näytteenottotiheyttä, runsasta maastotyöskentelyä sekä syväkairausta. Tästä johtuen malminetsintää tehdään useassa eri vaiheessa siten, että näytteenottoa ja mittausta tarkennetaan vaihe kerrallaan. Tämän päätöksentekoprosessin avuksi tarvitaan kvantitatiivisia laskennallisia menetelmiä, joilla voidaan tehostaa ja parantaa kohteiden valintaa. Neuroverkot ja sumeat järjestelmät voivat toimia tässä
työkaluna.
Jäätiköityneillä alueilla, kuten Pohjois-Euroopassa ja Amerikassa, malminetsinnällisiä tutkimuksia
tehdään hyödyntäen maaperää ja siitä otettavia sedimenttinäytteitä. Perinteisiä menetelmiä ovat olleet pintalohkareiden kartoittaminen, moreenigeokemiallinen analysointi sekä raskasmineraalitutkimus. Maaperänäytteitä voidaan kerätä maanpintaosasta, tutkimuskaivannoista tai erilaisilla maakairausmenetelmillä. Geokemiallista näytteenottoa tehdään nykyisin enenevässä määrin iskuporaamalla, jolloin näyte pyritään saamaan moreenikerrosten alaosista ja samalla myös kallion pinnasta.
Näytemäärä (n. 200-300 g) riittää kemiallisiin tutkimuksiin, mutta suurempi näyte mahdollistaa
myös moreenin mineraalien tutkimisen. Erityisesti raskasmineraalien/indikaattorimineraalien tutkimus on perinteinen, hyväksi havaittu menetelmä mm. kullan ja timanttien etsinnässä. Tässä projektissa maaperänäytteenottoa on pyritty kehittämään ja soveltuvasti testaamaan useamman litran kokoisten moreeninäytteiden ottamiseen moreenipeitteen pohjaosista ja samalla on haettu näytteiden
rikastamiseen liittyviä uusia ratkaisuja menetelmän sovelluskohteiden laajentamiseksi muiden malmityyppien tutkimuksessa. Lisäksi isommasta moreeninäytteestä voidaan tutkia moreenin kokonaismineraalikoostumus, mistä voidaan yhdessä kemiallisen koostumuksen avulla päätellä alla olevan kallioperän kivilajivaihtelua ja mineraalipotentiaalia.
Perinteinen malminetsintä on ulottunut vain maankuoren pintaosiin 0-200 metrin syvyydelle. Viimeaikainen tekninen kehitys on tuonut uusia syvemmälle tunkeutuvia geofysikaalisia mittausmenetelmiä kustannustehokkaaseen käyttöön. Maastossa tehtävä AMT-menetelmä on ollut yksi uusista
kehittämiskohteista samoin kuin erilaiset lentogeofysiikan mittausdatojen tulkintamenetelmät. Tällaisen suuren datamäärän prosessointi ja mallinnus geologisesti ja malminetsinnällisesti ymmärrettävään muotoon vaatii sekä paljon laskentakapasiteettia että älykkäitä spatiaalisen tiedonlouhinnan
työkaluja. Suuren datamäärän laskentatyökalujen rajoitteisiin on haettu ratkaisuja kehittämällä ai-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
2
18.6.2015
neiston käsittelyrutiineja sekä optimoimalla laskentaympäristöjä (prosessointiteho, käytettävät algoritmit, neuroverkot ja sumea logiikka).
Suomi tarjoaa globaalissa mittakaavassa erittäin hyvän ympäristön tällaiselle tutkimukselle, koska
Suomen malmipotentiaali on tunnetusti hyvä, täällä on paljon aktiivisia alan toimijoita ja Geologian
tutkimuskeskuksella (GTK) on globaali verkosto alan asiantuntijoiden kanssa. Projektin toteuttamiseksi luotiin tutkimusorganisaatio, jonka rungon muodostivat GTK:n ja Oulun yliopiston Geotieteiden laitoksen yhteinen tutkimusryhmä. Osaamista vahvistettiin kansainvälisen yhteistyöverkoston
avulla, johon kuului tutkijoita mm. CSIRO:lta Australiasta ja Geological Survey of Canadasta, Ottawasta, Kanadasta.
NovTecEx-hankkeen budjetti on ollut 833 000 €, josta 60 % on tullut Tekesiltä, 13 % tutkimuspartnereilta ja loput 27 % yritysten rahoituksena. Varsinaisen projektirahoituksen lisäksi GTK on panostanut projektiin välillisesti suorittamalla kahdella valitulla alueella tiedonkeruuta geofysikaalisin
lentomittauksin sekä erilaisten kairausmenetelmien käytön ja geokemiallisen näytteenoton puitteissa. Tämä tiedonkeruu on tehty erillään tästä TEKES-projektista GTK:n omalla rahoituksella (tiedonkeruun rahallinen arvo on ollut n. 900 000 €).
2 PROJEKTIN TAVOITTEET
Projektin päätavoite on ollut teknisten ja tiedollisten edellytysten luominen uusien tehokkaiden
malminetsintämenetelmien ja -konseptien kehittämiseksi pohjoisilla, peitteisillä ja kulutukselle herkillä luontoalueilla. Projektissa on keskitytty moreenigeokemian näytteenottomenetelmien ja näytteen mineralogisen ja kemiallisen analyysin kehittämiseen sekä modernien, hyvän syvyysulottuvuuden omaavien geofysiikan menetelmien tuottamien aineistojen tulkinnan kehittämiseen ja integrointiin muiden aineistojen kanssa. Lisäksi on tehty soveltaa tutkimusta entistä tehokkaampien numeeristen datan käsittely- ja mallinnusmenetelmien sekä hahmontunnistuksen hyödyntämiseen geologisten, malmipotentiaalin kannalta merkittävien rakenteiden tulkinnassa.
Projektissa on pyritty kehittämään malminetsintämenetelmiä ja -konsepteja sekä testaamaan erilaisia käytännön ratkaisuja uusien malmipotentiaalisten alueiden ja uusien malmiesiintymien tutkimiseksi aiemmin huonosti tunnetuilta alueilta. Erityinen paino on asetettu sille, että malmipotentiaalin
arviointia ja malminetsintää suoritetaan mahdollisimman pienillä ympäristövaikutuksilla. Projektissa oli tavoitteena tutkia näitä menetelmiä kahdessa vaiheessa: 1. alueellinen tutkimus ja 2. kohteellinen tutkimus, mutta aika ja resurssit eivät riittäneet kohteellisiin tarkistuksiin.
Tutkimuksia on tehty kahdella projektiin valitulla kohdealueella, Savukoski-Pelkosenniemi ja
Enontekiö (kuva 1).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
3
18.6.2015
Kuva 1. NovTecEx-hankkeen pääasialliset tutkimusalueet Savukoski-Pelkosenniemi- ja Enontekiön alueilla.
3 SISÄLTÖ, MENETELMÄT JA VAIHEET
Projektin sisältö jakautui kolmeen osioon: 1) Tutkimusalueiden valintaan, 2) tutkimusta tukevaan
näytteenottoon ja 3) kehittämis- ja tutkimustoimintaan. Tässä on kuvattu lyhyesti projektin eri osaalueet ja niiden sisältö.
3.1
Tutkimusalueiden valinta
Tutkimusalueiksi valittiin sellaisia kohteita, joissa oli joko aiempaa soveltuvaa aineistoa olemassa
tai jossa oli lähinnä GTK:lla aktiivista tutkimustoimintaa menossa. Alueiksi valikoitui Pelkosenniemi-Savukoski-alue, jossa oli vuonna 2011 tehty lentämällä geofysikaalinen painovoimamittaus ja
alue on mielenkiintoinen geologisesti sekä Lätäsenon liuskejakso Käsivarressa, missä GTK:lla on
ollut jo useamman vuoden ajan aktiivista mineraalipotentiaalin kartoitustoimintaa. Tutkimusalueiden sijainti näkyy kuvassa 1.
3.2
Tutkimusta tukeva lentomittaus ja näytteenotto
NovTecEx-projektin kehittämis- ja tutkimustoiminnan tueksi GTK:n erillisellä rahoituksella tehtiin
geofysiikan lentomittauksia ja maa- ja kallioperänäytteenottoa sekä katettiin näytteiden analyysikustannuksia. Käsivarren tutkimusalueella tehtiin vuonna 2012 geofysiikan sähkömagneettinen
TEM-lentomittaus, jolla kartoitettiin alueen sähkönjohtavuusrakenteita. Mittausaineistoa on hyödynnetty tehtävissä 4 ja 7. Sen lisäksi tehtiin Pelkosenniemi-Savukoski alueella erilaisilla kairausmenetelmillä näytteenottoa (86 pistettä), tutkimusmontutusta (71 pistettä) ja iskuporausta (320 pistettä) sekä näiden moreeni- ja rapakallionäytteiden kemialliset analyysit (n. 500 analysoitua näytettä) (kuva 2). Lisäksi uudelleen analysoitiin n. 120 moreeninäytettä, jotka oli kerätty 1970-luvulla
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
4
18.6.2015
alueen etelä- ja keskiosista. Kerättyjä näytemateriaaleja ja analyysituloksia hyödynnettiin tehtävissä
1, 2, 3 ja 4. Analyysi- ja havaintotiedot on tallennettu GTK:n tietokantoihin. Varsinaiset tulosten
geologiset ja geofysikaaliset tutkimustulokset julkaistaan GTK:n omissa raporteissa.
Kuva 2. Erilaisilla kairausmenetelmillä ja tutkimuskaivannoilla toteutettu näytteenotto SavukoskiPelkosenniemi-alueella.
3.3

Kehittämis- ja tutkimustoiminnan hypoteesit
Geokemiallisten menetelmien kehittäminen
o Moreenigeokemia

Näytteenottomenetelmien kehittäminen mahdollistaa suurten pohjamoreeni- ja
kallioperänäytteiden yhdenaikaisen ottamisen

Näytteenotto voidaan tehdä mahdollisimman vähän jälkiä luontoon jättäen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
5
18.6.2015

Näytteenottoa ja siihen liittyvää tiedonkeruuta tehostetaan paikkatietotekniikalla,
jota käytetään näytetietojen keruuseen ja reitin optimointiin luontoarvot huomioon ottaen.
o Indikaattorimineraalit, automatisoitu mineralogia (SEM+EDS – FE-SEM)

Moreenin mineralogiaa voidaan käyttää välillisesti kallioperän koostumuksen ja
mineralisaatioihin liittyvien muuttumisilmiöiden ja aineksen kulkeutumisen arvioimiseen

Indikaattorimineraalien automatisoidulla tunnistaminen mahdollistaa aiemman
laajemman kuvan moreenin raskaimman fraktion koostumuksesta

Moreenin kokonaismineraloginen tutkimus yhdessä kehittyneiden geokemian
menetelmien kanssa mahdollistaa uudenlaisen näytteenkäsittely- ja tutkimuskonseptin kehittämisen malminetsinnän tueksi
o Kentällä suoritettava analytiikka (kannettava XRF)


Kenttäanalyysit vähentävät näytteenoton ja laboratorioanalyysien määrää

Mahdollistaa tulosten nopean saannin suoraan kentältä (ns. on-site) ja näytteenoton reaaliaikaisen ohjauksen

Tukee moreeninäytteenoton kehittämistä
Datan prosessointi ja mallinnus
o SOM- ja 3D-mallinnus – mahdollistaa geologisen, geofysikaalisen ja geokemiallisen datan integroinnin; yhteistyö australialaisen CSIRO:n (The Commonwealth Scientific and
Industrial Research Organisation) kanssa.

Syvälle tunkeutuvat geofysikaaliset mittaustulokset tuottavat aineistoa, jota voidaan käyttää mallinnuksen ja prospektiivisuuskartoituksen ulottamiseen 3Dympäristöön perinteisen datan visualisoinnin ja tulkinnan lisäksi.

Mittausmenetelmät tuottavat valtavat määrät digitaalista dataa, jonka kustannustehokas tulkinta edellyttää tehokkaita spatiaalisen tiedonlouhinnan menetelmiä.
Rinnakkaisprosessointi on yksi esimerkki laskentaprosessien tehostamisesta.
o Objektiperustainen hahmontunnistus


Ohjattuja hahmontunnistusmenetelmiä voidaan käyttää esimerkiksi viivamaisten
kuvioiden tunnistamiseen digitaalisista korkeusmalleista tai matalalentogeofysiikan datasta. Näin voidaan automaattisesti pyrkiä tunnistamaan esimerkiksi kallioperän hiertovyöhykkeitä, siirroksia tai ylityöntöpintoja, jotka ovat usein hyvin
malmikriittisiä alueita.
Geofysikaalisten mittaus- ja tulkintamenetelmien kehittäminen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
6
18.6.2015
o Audio-Magnetotelluric -menetelmän kehittäminen osana malmipotentiaalin tutkimusta.

o Geofysikaalisten lentoaineistojen tulkinta geologisen tutkimuksen tukena

Sähkömagneettisten lentomittausaineistojen tulkintaohjelman kehittäminen mahdollistaa aineistojen tehokkaamman analysoinnin. Geofysiikan aineistojen tulkinnan kehittämistä tehdään yhteistyössä Oulun yliopiston kanssa

Aerogravimetristen gradienttimittausten tulkintamenetelmiä saadaan tehostettua
yhdistämällä lento- ja maanpintamittauksia
4 PROJEKTIN TEHTÄVIEN KUVAUS JA KESKEISET TULOKSET
4.1
Tehtävä 1. Moreenigeokemian näytteenottomenetelmän kehittäminen
Suunniteltu työmäärä: 4 htkk
Vastuuhenkilö:
FT Pertti Sarala
Tavoite: -Käytännössä testattu näytteenottomenetelmä ja laitesuositus, jolla saadaan aiempaa suurempi pohjamoreeninäyte sekä näyte kallioperästä.
-Tiedonkeruu, navigointi ja reitin suunnittelu/optimointijärjestelmä
Johdanto
Tehtävässä 1 oli tavoitteena kehittää moreeninäytteenottoa aiempaa edustavampien ja stratigrafisesti kontrolloidumpien moreeni-, rapakallio- ja kallionäytteiden ottamiseksi. Jäätiköityneillä alueilla
moreeni on tyypillisin ja pitkään käytetty materiaali maaperän geokemiallisessa tutkimuksessa uusia
malmiesiintymiä tai malminetsinnän kannalta potentiaalisia kallioperäalueita etsittäessä. Moreeninäytteenotto olisi hyvä saada toteutettua siten, että näytteet edustaisivat mahdollisimman samankaltaista jäätikön kulutus-, kuljetus- ja kerrostamisprosessia. Kriteerin täyttää yleensä parhaiten pohjamoreenista (=alin moreenipatja) otettu näytemateriaali. Paksujen maapeitteiden ja turpeen tai lajittuneiden ainesten peittämillä alueilla tavoitteen saavuttaminen on kuitenkin usein haastavaa ja näytteenotto vaatii järeämpien näytteenottokoneiden käyttämistä.
Moreenipeitteisillä alueilla moreenigeokemia, jossa käytetään seulottua hienoainesfraktiota (<0,06
mm:n fraktio; näytekoko n. 250-300 g) on tyypillisimmin käytetty menetelmä. Kullan ja timanttien
etsinnässä on perinteisesti käytetty myös moreenin raskasmineraalifraktiota (ominaispaino >3,3
g/cm3), jossa moreeniaineksesta rikastetaan painovoimaperustaisesti raskain fraktio näyteaineksen
mineralogista tutkimusta varten. Tällainen tutkimus vaatii huomattavasti suuremman näytemateriaalimäärän (väh. 5-10 litraa eli yleensä >10 kg) ottamista verrattuna geokemialliseen tutkimukseen.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
7
18.6.2015
Timanttitutkimuksissa, joissa indikaattorimineraalien määrä on tyypillisesti alhainen, näytemäärät
ovat tyypillisesti useita kymmeniä kiloja, jopa 70-100 kg. Näin suurien näytteiden saaminen edellyttää yleensä järeitä näytteenottomenetelmiä, joita ovat esimerkiksi tutkimuskaivannot ja maakairaus.
Näistä voi jäädä maastoon huomattavia jälkiä.
Tämän tehtävän tarkoituksena oli kehittää pohjamoreeninäytteenottoa ja testata erilaisia näytteenottomenetelmiä mahdollisimman tehokkaan, mutta ympäristövaikutuksiltaan vähäisen menetelmän ja
alustaratkaisun löytämiseksi. Tavoitteena oli saada perinteisen, pienen moreenigeokemian näytteen
sijaan riittävän iso (vähintään 5 litraa eli n. 7-10 kg) ja edustava näyte, joka mahdollistaa myös raskasmineralogisen ja indikaattorimineraalitutkimuksen. Näytteenottosyvyyden tavoitteeksi asetettiin
pohjamoreeni 1-2 m kallionpinnan yläpuolelta, minkä ajateltiin edustavan mahdollisimman samantapaista kerrostumisprosessia ja siten antavan parhaimman homogeenisuuden näytemateriaalille koko näytteenottoalueella. Valitulla näytteenottosyvyydellä pyritään myös välttämään paikallisen kallioperän välitön vaikutus moreeniainekseen, mikä lisää näytemateriaalin alueellista vaikutusta. Samassa yhteydessä oli tavoiteltavaa myös saada näyte kalliosta kallion pinnan saavuttamisen varmistamiseksi ja siten stratigrafisen kontrollin lisäämiseksi. Kairausmenetelmissä näytettä oli tavoiteltavaa saada vähintään 3-4 m pitkä kairasydännäyte.
Yhtenä tavoitteena oli myös tutkia ja testata reaaliaikaista reitinoptimointia hyödyntäen maastotietokonetta ja metsäkuviotietoja. Näytteenoton etukäteisellä ja tarvittaessa reaaliaikaisella reitin valinnalla pyrittiin minimoimaan näytepisteille kulkemisesta aiheutuvat maasto- ja ennen kaikkea
puustovauriot sekä välttämään erityiset ja suojellut luontokohteet. Myös muut kulkua ja toimintaa
vaikeuttavat rakenteet, kuten poroaidat, jyrkät maastonkohdat ja vesistöt voidaan ottaa paremmin
huomioon ja sitä kautta esimerkiksi nopeuttamaan näytteenottoa.
Toteutus
Eri näytteenottomenetelmien testaus toteutettiin kuvassa 2 esitetyllä alueella hyödyntäen olemassa
olevaa tieverkostoa. Käytettyjä menetelmiä olivat: tutkimuskaivannot, maa+syväkairausmenetelmät
(GM100 ja GM200), paineilmakairaus (RC), iskuporaperustainen murskenäytteenotto ja Sonic drill
-menetelmä (taulukko 1). Näytepisteet pyrittiin sijoittamaan koko tutkimusalueelle uuden geologisen tiedon keräämiseksi ja kattavan näytepisteverkon aikaan saamiseksi. Kaikilla menetelmillä pyrittiin saamaan saman periaatteen mukaiset näytteet eli jatkuva moreeninäyte (väh. 5 litraa) 1-2 m
kallionpinnasta ylöspäin ja kalliosta vähintään 3-4 m kairasydäntä. Tutkimuskaivannoista moreeninäytteitä otettiin lisäksi eri moreenipatjoista ja 5 litran näytteiden lisäksi myös 12 litran näytteitä
vertailun tekemiseksi perinteiseen raskasmineraalitutkimukseen.
Taulukkoon 2 on kerätty eri menetelmillä saatavien näytetyyppien tietoja peilaten asetettuun tavoitteeseen. Lähes kaikilla menetelmillä pystyttiin ottamaan tavoitellun kokoinen moreeninäyte ja myös
kalliovarmistus, tosin kaikilla menetelmillä saatu näyte ei ollut laadukas tai riittävän edustava ja
myös startigrafinen kontrolli ei kaikin osin ollut saavutettavissa. Ongelmia oli myös kallionäytteissä, sillä kaikilla menetelmillä saaduista näytteistä ei voinut tehdä kivilajien ja rakenteiden havainnointia.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
8
18.6.2015
Taulukko 1. Testatut näytteenottomenetelmät, kairausmetrit ja näytemäärät.
Taulukko 2. Näytetyyppien saanti eri näytteenottomenetelmillä.
Tulokset
Tehtävässä testatuista näytteenottomenetelmistä parhaiten soveltuivat asetettuun tavoitteeseen nähden perinteinen syväkairausmenetelmä käyttäen maakairausta ja SonicDrilling-menetelmä (taulukko 3). Kustannustehokkuuden puolesta tutkimuskaivantojen käyttö on perusteltu menetelmä ohuiden maapeitteiden (<6 m) ja ympäristöltään pintakäsittelyä kestävillä alueilla. Tulosten perusteella
hyvinkin erilaisilla alustaratkaisuilla ja näytteenottomenetelmillä varustettujen kairaus- ja näytteenottoyksiköillä pystyttiin saamaan aiempaa huomattavasti isompia moreeni- ja rapakallionäytteitä sekä edustava kallionäyte perinteisen geokemian näytteen sijaan. Tavoitteena ollut näytekoon
kasvattaminen riittävän isoksi (vähintään 5 litraa eli n. 7-10 kg) edustavaa indikaattorimineraalitutkimusta (mm. raskasmineraalien) varten toteutui hyvin. Erilaisilla syväkairausmenetelmillä saatiin
lisäksi luotettava näyte terveestä kalliosta tai rapakalliosta kallionpinnan varmistamiseksi ja kivilajimäärityksen tekemiseksi. Tutkimuskaivannoissa kallionpinta pystyttiin varmistamaan, mutta näytettä saatiin vain kallion pintaosasta.
Lisäksi tehtävässä kehitettiin näytteenoton tiedonkeruuta ottamalla käyttöön maastotietokone, johon
räätälöitiin GTK:n tietojärjestelmän kanssa yhteensopiva tallennuskäyttöliittymä. Yhdessä GPSlaitteen kanssa laitetta voitiin käyttää sekä tiedon tallennukseen kentällä että navigointiin. Näytepisteeltä toiselle liikuttaessa voidaan optimaalinen reitti suunnitella etukäteen tai hakea reaaliaikaisesti
huomioiden tutkimusalueen metsäkuviot ja luontoarvot. Tämä reitinoptimointi toteutettiin Savukos-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
9
18.6.2015
ken-Pelkosenniemen alueella hyödyntäen GIS-ohjelmistoa, kiinteistörajatietoja, Metsähallituksen
metsäkuviotietoja ja luontoarvoiltaan merkittäviä kohteita ja/tai suojelualuetietoja sekä yksityismaiden lupatietoja. Myös valmiit reitit ja erilaiset esteet, kuten poroaidat voitiin ottaa huomioon liikkumisessa. Metsäkuviotietoja käytettiin etukäteen luokiteltuna, jolloin voitiin välttää kulun kannalta
hankalat kuviot ja sitä kautta minimoida puusto- ja taimikkovauriot. Reitinoptimoinnin toteutus on
dokumentoitu erillisessä raportissa (Taivalkoski ja Sarala 2013).
Taulukko 3. Näytteenottomenetelmien soveltuvuus maa- ja kallioperänäytteiden ottamiseen.
Jatkotoimenpiteet ja suositukset
Tehtävässä toteutetut tutkimukset ja menetelmätestaukset antoivat positiivisia tuloksia erilaisten
näytteenottomenetelmien soveltuvuudesta isojen pohjamoreeninäytteiden ottamiseen ja kalliovarmistuksen tekemiseen. Kuitenkaan mikään testatuista laiteratkaisuista ei kokonaisuutena täyttänyt
tavoitteita tehokkaasta ja ympäristöä erittäin vähän kuorimittavasta näytteenottomenetelmästä.
Myös kustannustehokkuudessa on parantamiseen varaa useilla menetelmillä.
Saatujen kokemusten perusteella suositeltavin laitteistoratkaisu on mahdollisimman kevytrakenteinen, tela-alustainen, maa- ja syväkairausyksiköllä varustettu syväkairausyksikkö, jossa optiona on
korkeataajuuskairausyksikkö jatkuvien näytesarjojen saamiseksi sekä maapeitteestä että kallionpinnasta. Varsinaista kairausyksikköä tukemaan tarvitaan lisäksi niin ikään tela-alustainen huuhteluveden kuljetusyksikkö. Joko perinteisen maakairauksen tai SonicDrill-kairauksen jälkeen syväkairausta voidaan tarvittaessa jatkaa perinteisin menetelmin esim. kalliosta havaitun mineralisoituneen kiven syvempien näytteiden ottamiseksi. Näytteenottoa voidaan tehdä tela-alustaisilla laitteistoilla
ympäri vuoden, mutta suositeltavinta on työn toteuttaminen talvikautena maanpinnan ollessa jäässä
ja lumen peittämä. Tällöin maastoon jää mahdollisimman vähän jälkiä näytteenottopisteillä ja sinne
kuljettaessa. Suositellulla näytteenottokonseptilla vähennetään ympäristövaikutuksia, koska samalla
kertaa saadaan sekä maa- että kallioperänäytteet, geokemialliset ja mineralogiset näytteet ja näytteenotto voidaan suorittaa ympäristönäkökohdat huomioiden sopivimpana ajankohtana. Myös porauksesta tulevan soijan määrä on vähäinen, koska huuhteluveden määrä pyritään pitämään minimissä
mahdollisimman häiriintymättömän näytteen saamiseksi.
Jatkotoimenpidesuosituksena on:

Edellä mainitun suositeltavan laitteisto- ja alustaratkaisun kehittäminen ja sovellettu testaus erilaisilla luontotyypeillä (suot, tunturialue jne.) ja maaperämuodostuma-alueilla (erilaiset moreenimuodostumat, harjut jne.), tiestön ulkopuolella.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
10
18.6.2015

Sonic drilling -kairauslaitteiston saaminen Suomeen (sovellusmahdollisuuksia paljon muussakin tutkimuksessa kuin malminetsinnässä; esim. pohjarakennetutkimukset, ympäristötutkimukset, pohjavesitutkimukset jne.)

Metsäkuvio- ja suojelualuetietoihin pohjautuvan reitinoptimoinnin ja maastotallentimen käyttö
tulisi saada normaalikäyttöön puustovahinkojen vähentämiseksi ja näytteenoton tehostamiseksi.
4.2
Tehtävä 2. Moreenin mineraloginen tutkimus
Suunniteltu työmäärä: 5 htkk
Vastuuhenkilö:
FT Jukka Marmo ja FT Marja Lehtonen
Tavoite: - Tavoitteena kehittää kustannustehokas raskasmineraalinäytteiden esikäsittelyja analysointikonsepti
- Automatisoidun mineraalitunnistuksen hyödyntäminen mineralogisen tutkimuksen tehostamiseksi
Johdanto ja tavoite
Maaperänäytteen tutkimiseen on jo olemassa luotettavat elektronioptiset tutkimusmenetelmät. Sen
sijaan malmipotentiaali- ja -viitearviointiin on kehitettävä kustannustehokas ja luotettava näytteiden
käsittely- ja tutkimusmenetelmä. Koska kustannustehokkuus edellyttää nopean kemian analytiikan
ja vaativan elektronioptisen tutkimuksen yhdistelmän optimoimista, kehitystyössä operoidaan moreenin raskasmineraalikonsentraateilla (= malmipotentiaali- ja malmiviiteinformaation konsentraatti), jotka on kyettävä valmistamaan niin, ettei näytteen mahdollinen potentiaali- ja viiteinformaatio
tuhoudu. Samalla on varmistettava näytteen sisältävän raskasmineraalikonsentraatin edustavuus käsittely- ja tutkimusprosessin kaikissa vaiheissa. Kehitystyö kattaa seuraavat vaiheet:
1. Kentältä otettavan näytteen koko
2. Tutkittavan jakeen valinta (<0,06 mm, 0.1-0.5 mm, ?)
3. Raskasmineraalikonsentraatin valmistamista ja tutkimusta haittaavien sekundaarimineraalien
(esim. götiitti ja pintasaostumat) primääri-informaation säilyttävän poistomenetelmän kehittäminen
4. Raskasmineraalikonsentraatin käsittely ja näytemäärän mitoittaminen kemian analytiikkaa
varten (edustavuuden varmistaminen)
5. Raskasmineraalikonsentraation käsittely elektronioptiseen analytiikkaan ja tutkimukseen
6. Automatisoidun mineraalitunnistuksen käyttö mineralogisen tutkimuksen tehostamiseksi
Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää nopea ja luotettava malminetsijöitä hyödyttävä näytteenkäsittely- ja tutkimusmenetelmä, jossa kaikkien näytteiden raskasmineraalikonsentraatit analysoidaan
kemiallisin menetelmin, joiden tuloksena seuloutuvat malmipotentiaali- ja -viiteindikatiiviset näyt-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
11
18.6.2015
teet automatisoituihin, elektronioptisiin mineralogisiin tutkimuksiin. Mineralogisen tutkimuksen
avulla voidaan selvittää paljastuneiden indikaatioiden malmigeneettinen arvo (potentiaali) tai käyttää indikaatioita tunnistusmittakaavaiseen tai kohteelliseen malminetsintään.
Tässä osiossa yhteistyökumppanina oli Geological Survey of Canada (Ottawa), josta tutkijayhteistyötä tehtiin Dr. Isabelle McMartinin ja M.Sc. Beth McClenaghanin kanssa. Yhteistyö sisälsi tiedonvaihtoa ja tutkijavierailuja sekä Kanadaan että Suomeen ja myös näytteiden vertailututkimusta.
Toteutus
Tehtävässä kehitettiin uusi näytteiden esikäsittely ja analysointimenetelmä hyödyntäen tunnetusta
tutkimuskohteesta Ilomantsista kerättyä näytemateriaalia. Uuteen prosessiin kuului moreeninäytteiden (<1 mm:n fraktion) seulonta ja konsentrointi käyttäen tärypöytää sekä sen jälkeen magnetiittivapaan osakonsentraatin mikroaaltouunitehostettu liotus ennen kemiallista analysointia käyttäen
HR-SC-ICPMS-menetelmää. Pitoisuuksien ja tutkimuksen kannalta mielenkiintoiset konsentraatit
valittiin tutkittavaksi tarkemmin automatisoidulla mineralogisella tunnistusmenetelmällä (FE-SEMEDS:llä). Kehitettyä näytteenkäsittely- ja tutkimusproseduuria testattiin ja modifioitiin varsinaisilla
Savukosken-Pelkosenniemen alueelta tehtävässä 1 kerätyillä näytteillä sekä kontrolloitiin vertailututkimuksella Kanadassa ODM-laboratoriossa.
Tarkempi tutkimusprosessin kuvaus, toteutus ja tulokset on koottu erilliseen raporttiin (Lehtonen
ym. 2014; GTK:n arkistoraportti 102/2014) ja tieteelliseen artikkeliin Lehtonen ym. (2015).
Tulokset ja johtopäätökset
NovTecEx-näytteille suunniteltu näytekäsittely osoittautui tehokkaaksi. Se oli yhdistelmä perinteisistä ja moderneista metodologioista. Hienorakeiset raskasmineraalit saatiin moreenista luotettavasti
talteen, ja niiden päämineralogia pystyttiin nopeasti määrittämään LV-SEM-EDS:llä. Tuloksena
syntyi raskasmineraalitietokanta Savukosken-Pelkosenniemen näytteenottoalueelle.
Yksi projektin haastavimmista osuuksista oli kehittää menetelmä, jolla raskasmineraalikonsentraatit
saataisiin kokonaan liuotettua mikroaaltouunitekniikan avulla. Tuloksena kehitetty protokolla on
huomattavasti aikaa ja henkilötyötä säästävä perinteisiin liuotusmenetelmiin verrattuna. HR-SCICPMS:n analyysivalmiudet mahdollistavat alle ppb-tason hivenalkuainekoostumuksen mittaamisen. FE-SEM-EDS:llä tehdyissä yksityiskohtaisissa mineralogisissa selvityksissä havaittiin jopa alle
1 μm kokoisia yksittäisiä indikaattorimineraalien rakeita tai -sulkeumia.
Projektin lopputulokset osoittavat, että modernit tutkimuslaitteet voivat huomattavasti pienentää
malminetsintään käytettävien näytteiden alkuperäistä näytekokoa. Tässä tutkimuksessa yleisimmin
käytetty näytekoko oli alun alkaen melko pieni (5 l), mutta mineralogiseen määritykseen riittävä.
Pieni näytekoko vähentää luonnollisesti näytteenottoon ja -prosessointiin vaadittavaa kapasiteettia,
ja edelleen ko. toiminnan vaikutusta ympäristöön. Lisää tutkimustyötä kuitenkin vaadittaisiin optimaalisen näytekoon määrittämiseen erityyppisiin tutkimuksiin, sekä mahdollisten oikoteiden havaitsemiseen näyteprosessointikaaviossa. Jäljelle jäänyt NovTecEx-näyteaineisto tarjoaa tähän erinomaisen tutkimusmateriaalin mahdollisille kehitysprojekteille jatkossa.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
12
18.6.2015
4.3
Tehtävä 3. Kentällä suoritettavat on-site -analyysimenetelmät
Suunniteltu työmäärä: 8 htkk
Vastuuhenkilö:
FT Pertti Sarala
Tavoite: - Kannettavien analyysilaitteiden soveltuvuuden testaus osana geokemiallisen
näytteenoton kehittämistä ja tulosten reaaliaikaista hyödyntämistä
Johdanto
Ns. on-line kenttäanalysaattorit, kuten kannettavat XRF-laitteet, ovat viimeisten vuosien aikana kehittyneet huimasti ja niiden luotettavuus sekä tarkkuus ovat lisääntyneet merkittävästi. Kaivoksilla
ja erilaisten prosessien ohjauksessa kannettavat analysaattorit ovat olleet käytössä jo pidempään,
mutta malminetsinnässä laitteiden käyttö on ollut vähäisempää. Yleensä laitteita on käytetty kivien
ja kallion alkuainepitoisuuksien määrittämiseen, muttei juurikaan maaperänäytteiden mittaamiseen.
Tutkittavia ja testattavia asioita ovat olleet esim. luotettava näytteenkäsittely ja mittaamisprosessi
kentällä sekä tiedonsiirto laitteista tietokantoihin. Tehtävässä pyrittiin myös arvioimaan mahdollisuutta hyödyntää kannettavan analysaattorin käyttöä reaaliaikaiseen näytteenoton ohjaukseen.
Toteutus
Projektille hankittiin kannettava XRF-laite (Olympus Delta 6000), jolla mitattiin moreeni- ja kivinäytteitä Savukosken-Pelkosenniemen alueelta kerätystä näytemateriaalista. Mittausproseduuria
kehitettiin lähinnä moreeniainekselle sopivaksi ja mittausjärjestelyillä tutkittiin kannettavan analysaattorin toimivuutta moreenin kemiallisen koostumuksen mittaamiseen kenttäolosuhteissa. Menetelmistä ja tuloksista on kerrottu tarkemmin erillisessä raportissa, joka on julkaistu GTK:n arkistoraporttina 120/2014 (Sarala ym. 2014) ja Special Paper artikkelissa Sarala ym. (2015).
Tutkimuksessa mitattiin 100 moreeninäytettä kattaen koko Savukoski-Pelkosenniemi tutkimusalueen. Mittauksia tehtiin kolmella eri esikäsittelyllä: a) luonnon kostea n. < 2 mm fraktio, b) kuivattu
n. < 2 mm:n fraktio ja c) kuivattu, jauhettu ja briketöity (eli ns. XRF-nappi). Näistä briketit analysoitiin laboratorio-XRF:llä vertailuaineiston saamiseksi. Lisäksi rinnakkaisista näytteistä analysoitiin <0,06 mm:n fraktio perinteisellä kuningasvesiuuttomenetelmällä käyttäen ICP-AES ja -MS määritysmenetelmiä.
Kannettavalla XRF-analysaattorilla mitattaessa käytettiin laitteessa olevia tehdasasetuksilla olevia
SOIL- ja MiningPlus-moodeja. Kummallakin moodilla suoritettiin jokaisesta näytteestä kolme mittausta, joiden laitteen laskemaa keskiarvoa käytettiin lopullisena analyysituloksena. Mittausten
kontrolloimiseksi tehtiin duplikaattimittauksia 15-20 näytteen välein ja lisäksi käytettiin vertailunäytteinä aiemmin mitattua XRF-nappia sekä GTK:n sisäistä projektinäytettä. Laadunkontrolloinnin
tulokset on esitetty Special Paper -artikkelissa Sarala ym. (2015).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
13
18.6.2015
Tulokset
Tulosten perusteella eri menetelmin saadut alkuainepitoisuudet näyttäisivät korreloituvan hyvin
keskenään ja erityisesti perusmetallien suhteen kannettavan XRF:n tulokset ovat erinomaisia (kuva
3). Tasoeroista huolimatta korkeat ja alhaiset pitoisuudet näyttävät noudattavan samaa trendiä ja
indikoivat anomaalisia pitoisuuksia näytemateriaalin käsittelytavasta ja mittausmenetelmästä riippumatta. Sen sijaan pääalkuaineilla on nähtävissä eroja eri näytteenkäsittelytapojen ja mittalaitteiden välillä (kuva 4). Erityisesti kuningasvesiuutosta tehdyt kemialliset analyysit ovat tasoiltaan selkeästi alhaisempia johtuen ko. alkuaineita sisältävien mineraalien heikosta liukenemisesta kuningasveteen (=osittaisuuttomenetelmä, kun XRF on totaalianalyysimenetelmä).
Kuva 3. Boxplot-diagrammeja Cu, Cr, Zn and Fe jakautumisesta eri moreeninäytetyypeillä ja mittausmenetelmillä (pXRF, wet = luonnollinen, kostea näyte, käsi-XRF; pXRF, dry = luonnollinen, kuiva näyte, käsiXRF; Lab XRF, briq = jauhettu ja puristettu näyte, laboratorio XRF; pXRF briq = labra-XRF-puriste, käsiXRF; AR, ICP-OES = kuningasvesiuutettu <0,06 mm:n fraktio, ICP-OES).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
14
18.6.2015
Kuva 4. Boxplot-diagrammeja Al, Ca, K ja Mn jakautumisesta eri moreeninäytetyypeillä ja mittausmenetelmillä (pXRF, wet = luonnollinen, kostea näyte, käsi-XRF; pXRF, dry = luonnollinen, kuiva näyte,
käsi-XRF; Lab XRF, briq = jauhettu ja puristettu näyte, laboratorio XRF; pXRF briq = labra-XRF-puriste,
käsi-XRF; AR, ICP-OES = kuningasvesiuutettu <0,06 mm:n fraktio, ICP-OES).
Vertailun perusteella voidaan kannettavalla XRF:llä saatuja tuloksia pitää hyvinä ja joiltain osin jopa erinomaisina. Erityisesti on huomioitava, että huolimatta näytteenkäsittelytavasta, tulosten perusteella voidaan selkeästi tunnistaa samansuuntaiset trendit ja saada selville anomaalisimmat näytteet,
jotka indikoivat mahdollista mineralisoitumista moreeniaineksen lähtöalueella. Positiivista kannettavan XRF-laitteen käytön kannalta on, että menetelmä toimii myös luonnollisille, kosteille ja esikäsittelemättömille moreeninäytteille, mikä alentaa näytteenkäsittelykustannuksia ja tehostaa malminetsintätutkimuksia.
Tulosten pohjalta voidaan todeta kannettavan XRF-analysaattorin toimivan:

Erinomaisesti perusmetalleille (Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, V, Zn)

Erinomaisesti/hyvin useimmille pääalkuaineille (Al, Ca, K)
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
15
18.6.2015

Hyvin/kohtalaisesti esim. Bi, Pb, Rb, Sb, Sr, Ti

Kohtalaisesti/huonosti joillekin pääalkuaineille (Mg, P)

Kyseenalaisesti/ei kokemusta tämän tutkimuksen perusteella Ag, As, Cd, Hg, Mo, S, Se, Sn, W,
Th, U
Tulosten perusteella voidaan todeta, että kannettava XRF soveltuu myös reaaliaikaiseen näytteenoton ohjaukseen, koska analyysitulokset ovat luotettavia myös luonnon kosteilla näytteillä. Jatkotutkimuskohteiksi voidaan nostaa kuitenkin kenttämittausten laadun kontrollointi, mikä vaatii sopivia näytemateriaaleja ja näyteampullityyppien testausta sekä säilyttämistä kenttäolosuhteissa riittävän puhtaiden ja tasaisten olosuhteiden varmistamiseksi. Toinen kehittämiskohde on myös mittaustulosten reaaliaikainen lähettäminen kentältä esim. tukikohtaan, jolloin näytteenottoa ja tulosten
tarkastelua voidaan käyttää myös osaltaan näytteenoton ohjaukseen. Kolmas on kannettavan XRFanalysaattorin mittaustulosten tietokantaratkaisujen kehittäminen huomioiden laadunvarmistus, tunnuskäytännöt ja linkittäminen muihin havainto- ja analyysitietoihin.
4.4
Tehtävä 4. Tiedonlouhintamenetelmät ja mallinnus
Suunniteltu työmäärä: 11,5 htkk
Vastuuhenkilö:
FT Johanna Torppa, TkT Maarit Middleton, Mr. Stephen Fraser ja
FT Tuomo Karinen
Tavoite: - Geotietoaineistojen analysoinnin ja tulkinnan kehittäminen malmipotentiaalien
määrittämisessä alueellisesti ja esiintymäkohtaisesti spatiaalisen tiedonlouhinnan menetelmin. Päämääränä on parantaa valmiuksia hyödyntää malminetsinnän aineistoja nykyistä tehokkaammin.
- Lopputuloksena on toimintamalli spatiaalisen aineiston käsittelylle malminetsinnän prospektiivisuuskartoitusta varten 2D- ja 3D -aineistoille
Johdanto
Malminetsinnässä käytettyjen havaintomenetelmien kehittyminen ja sen myötä aineiston määrän
lisääntyminen on tuonut uusia mahdollisuuksia ja haasteita aineiston käsittelyyn, jotta saatavissa
oleva tieto tulee mahdollisimman hyvin hyödynnettyä. Tiedon analysointiin ja spatiaaliseen mallintamiseen on tarjolla kehittyneitä ohjelmia, joilla havaintoja voidaan luokitella ja esimerkiksi tutkia
eri muuttujien riippuvuuksia. Erityisesti ohjaamattomat menetelmät (SOM, ohjaamattomat neuroverkkomenetelmät) tarjoavat uusia mahdollisuuksia erilaisten geologisten, geofysikaalisten ja geokemiallisten aineistojen yhtäaikaiseen tarkasteluun ja näiden soveltuvuutta malminetsintään tutkittiin tässä tehtävässä.
Ohjaamattomien luokittelumenetelmien on todettu olevan tehokkaita geoaineistojen luokittelussa,
mutta tällä ei vielä päästä kiinni siihen, mitkä luokat liittyvät malmiesiintymiin. Luokittelun tulokset
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
16
18.6.2015
on yhdistettävä tunnettuihin malmiesiintymiin, ja tähän tarvitaan sekä data- että tietolähtöisiä spatiaalisen analyysin menetelmiä. Tehtävän tavoitteena oli saavuttaa toimintamalli spatiaalisen aineiston käsittelylle malminetsintää varten, lähtien tutkimusongelman hahmottamisesta ja edeten ohjaamattoman ja spatiaalisen analyysin kautta tulosten tulkintaan.
Geofysikaaliset mittausmenetelmät tuottavat tietoa pintaosien lisäksi syvältä kallioperästä. Tätä tietoa käytettiin alueellisen geologisen 3D-mallin luomiseksi Hietakeron alueelta Enontekiöltä. Lopputulos auttaa ymmärtämään alueen geologisia prosesseja. Spatiaalisen tiedonlouhinnan ja spatiaalisen
analyysin soveltaminen 3D-aineistolle on uutta ja tuo mahdollisuuksia laatia ns. 3Dprospektiivisuusanalyysejä.
Tässä osiossa yhteistyökumppanina on CSIRO Australiasta. Yhteistyö mahdollisti tiedonlouhintaan
liittyvän ainutlaatuisen, maailmanluokan huippuosaamisen siirtymistä Suomeen. Tehtävässä toteutettiin tutkijavaihtoa siten, että Mr. Stephen Fraser vieraili GTK:lla yhteensä n. 1,5 htkk:n ajan projektin aikana ja GTK:n tutkijat vierailivat Australiassa vastaavan ajan.
Toteutus ja tulokset
a.
Tiedonlouhintamenetelmät
Tavoitteet ja toteutus
Tavoitteena oli kehittää geotietoaineistojen tulkintaa tiedonlouhinnan avulla ja siten parantaa valmiuksia hyödyntää malminetsinnän jatkuvasti kasvavaa aineistotietokantoja aiempaa tehokkaammin. Valtavat määrät geofysikaalista ja geokemiallista tietoa on mitattu ja kerätty, ja numeeristen
menetelmien avulla voidaan kaivaa aineistosta tietoa aiemmin käytettyjä enemmän tai vähemmän
käsivaraisia menetelmiä tehokkaammin. Tässä työssä on keskitytty numeeristen spatiaalianalyysimenetelmien käyttöön; erityisesti on painotuttu ohjaamattomien itseohjautuvien karttojen (selforganizing-maps, SOM) testaamiseen ja käyttämiseen.
Tärkeänä osana kehitystyötä oli suunnitelman mukaisesti yhteistyö CSIRO:n tutkijan Steven Fraserin kanssa. Fraser kävi Suomessa useita kertoja projektin aikana osallistuen työn suunnitteluun ja
tulosten tarkasteluun ja piti kursseja SOM-menetelmästä ja sen käytöstä geoaineistojen käsittelyssä.
Kaksi tutkijaa (Maarit Middleton ja Johanna Torppa) vieraili CSIRO:ssa Brisbanessa kuukauden
ajan työskennelleen tiiviissä yhteistyössä Fraserin kanssa, sekä tutustuen CSIRO:n työympäristöön
ja tutkijoihin.
Konkreettinen päämäärä oli laskea 2D-prospektiivisuusmallit Enontekiön ja Savukosken tutkimusalueille, sekä laatia työvuo prosessin suorittamisesta. Enontekiöllä prospektiivisuusmalli laskettiin
IOCG-malmille ja Savukoskella orogeeniselle kultamalmille.
Aineistojen valinta
Geofysiikan aineistojen valinnassa käytettiin sekä GTK:n sisäistä tietoutta että tieteellisistä julkaisuista löytyvää materiaalia malmiesiintymien vaikutuksesta geofysikaalisin menetelmin mitattaviin
suureisiin. Lähtökohtana oli kuitenkin se, että käytettäessä ohjaamattomia spatiaalianalyysimene-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
17
18.6.2015
telmiä (tässä SOM) saadaan tulokseksi aineiston jakauma tutkimusalueella puuttumatta alueiden
prospektiivisuusasteeseen, jolloin mukana voi olla aineistoja, joiden suhdetta esiintymiin ei tarkasti
tunneta. Siksi melko laaja aineistokanta otettiin mukaan analyysiin.
Aineistojen esiprosessointi
Mallien laskemisen yhteydessä tehtiin runsaasti menetelmäkehityksellistä tutkimusta lähtien aineistojen esikäsittelystä ja analyysimenetelmien valinnasta lopputuloksen tulkintaan ja visualisointiin.
Geokemian aineistona oli käytettävissä valtakunnallinen moreenigeokemia, ja Savukoskella lisäksi
tihennettyjä mittauksia. Geokemian aineiston esikäsittelyn suurin haaste oli aineiston interpolointi
yhdenmukaiseksi geofysiikan aineiston kanssa. Geokemian aineisto on kertaluokkaa harvempaa
kuin geofysiikan aineisto, ja kallioperän koostumusta ajatellen luonteeltaan spatiaalisesti epätarkkaa, joten interpolointi katsottiin parhaaksi suorittaa tuottamaan alueellinen alkuainekartta, eikä rajoituttu yksittäisten mittauspisteiden arvoihin. Moreenin kulkeutumista ei otettu huomioon, koska
tutkimusalueille ei ollut kyllin luotettavia kulkeutumismalleja. Geokemian aineistoa käytettiin myös
pistemäisenä rasterimuotoisen geofysiikan rinnalla, mikä todettiin lopulta parhaaksi tavaksi tuoda
parhaiten esiin sekä geofysiikan että geokemian sisältämä informaatio. Toinen geokemian aineistoa
koskeva haaste oli Savukosken alueen uuden ja vanhan aineiston yhdistäminen, jota varten kehitettiin aineistojen jakaumiin perustuva muunnosmenetelmä.
Geofysiikan aineistojen käytössä jouduttiin tarkasti miettimään mitä johdannaisia mitatuista suureista käytetään jotta aineisto ei kasva turhan suureksi, mutta mahdollisimman paljon erilaista informaatiota saadaan kuitenkin mukaan. GTK:lla on runsaasti geofysiikan aineistojen käsittelyä varten kehitettyjä ohjelmistoja, ja itse aineistojen prosessointi on rutiininomaista.
Prospektiivisuusmallinnus
Esiprosessoidun analysointi suoritettiin monella eri tavalla, jotta voitiin testata ja havainnollistaa
erilaisia lähestymistapoja aineistonkäsittelyyn. Haluttiin näyttää, miten sama aineisto voidaan esittää useina hyvin erilaisina karttoina, riippuen kartan käyttötarkoituksesta.
Kuvissa 5a ja b sekä 7a esitetään aineiston anomaalisuutta, joka on kiinnostava suure etsittäessä
ominaisuuksiltaan ympäristöstä poikkeavia alueita. Kuvissa 5b ja d sekä 7b, c ja d puolestaan näkyy, kuinka tutkimusalue jakautuu geofysikaalisilta ja geokemiallisilta ominaisuuksiltaan erilaisiin
osiin. Ominaisuuksien jakaumaa osien sisällä voidaan tutkia, ja valita vain tiettyjä ominaisuuksia
edustavat alueet lähempää tarkastelua varten (Kuvat 7c ja d). Mikäli tutkimusalueella on tunnettuja
esiintymiä, voidaan ne laittaa luokitellun kartan päälle, ja tarkastella mille alueelle esiintymät osuvat, ja tämän perusteella etsiä samankaltaisia alueita muualta kartan alueelta.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
18
18.6.2015
Kuva 5. Enontekiön geofysiikan ja geokemian aineistoista johdettu aineiston anomaalisuus (a) ja luokittelu
samankaltaisiin alueisiin (b) sekä vastaavat kartat pelkästä geofysiikan aineistosta johdettuna (c,d).
Kuva 6. Kuvan 5b Enontekiön geofysiikan anomaalisuuskartta yhdistettynä sumealla logiikalla painovoima-, magneettiseen sekä rakenteiden tiheys -aineistoon. Pisteet osoittavat paikat, joissa geokemian
luokittelun perusteella on kohonneita alkuaineiden pitoisuuksia (vasen). Kuvan 5a geokemian ja geofysiikan
anomaalisuuskartta yhdistettynä sumealla logiikalla painovoima- ja magneettiseen aineistoon (oikea).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
19
18.6.2015
Edellä kuvattu tulosten jatkoprosessointi kannattaa tehdä numeerisesti, spatiaalianalyysin menetelmiä käyttäen. Monikomponenttikartat (kuvat 6 ja 8, vasemmanpuoleiset) on tarkoitettu tutkijoille,
joilla on selkeä käsitys käytettyjen aineistojen luonteesta, jolloin kuvaa tulkitsemalla voidaan prospektiivisuusaste määrittää visuaalisen tarkastelun avulla. Oikeanpuoleisissa kuvissa 6 ja 8 puolestaan on valmiiksi jatkotulkittu monikomponenttikuvien aineistot käyttäen sumeaa logiikkaa. Tällaiset kartat kuvaavat suoraan suhteellisen prospektiivisuusasteen ilman välitöntä jatkotulkinnan tarvetta.
Kuva 7. Savukosken geofysiikan ja geokemian aineistoista johdettu aineiston anomaalisuus (a) ja luokittelu
samankaltaisiin alueisiin (b). Luokitellusta aineistosta valittu pieniä ja suuria aineisto-komponenttien arvoja
vastaavat alueet (c ja d, vastaavasti).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
20
18.6.2015
Kuva 8. Savukosken geofysiikan anomaalisuuskartta, jonka päälle asetettu rakenteet ja paikat, joissa geokemian luokittelun perusteella on kohonneita alkuaineiden pitoisuuksia (vasen). Geofysiikan anomaalisuuskartta yhdistettynä sumealla logiikalla vasemmanpuoleisessa kuvassa näkyvien geokemian pisteiden ja rakenteiden etäisyysrasteriin (oikea).
Työn arviointi
Hyviksi puoliksi työn toteutuksessa voidaan lukea matemaattisten menetelmien monipuolinen käyttö, jota tulee geologisessa tutkimuksessa nykyään painottaa, koska numeerisen mittausaineiston
määrä lisääntyy jatkuvasti. Testikohteilla mitatut aineistot tarjosivat monipuolisen alustan menetelmien testaamiselle.
Jatkotutkimusten piirin jäi menetelmän tehokkuuden arviointi, sillä tutkimusalue on huonosti tunnettu ja tulosten validointi on mahdotonta. Tämä asia on kuitenkin jo työn alla toisen tutkimuksen
piirissä Keski-Lapin kultamalmialueella.
b.
Mallinnus
Tavoitteet ja toteutus
Mallinnuksen tavoitteena oli tulkita geologista rakennetta geofysikaalisten 3D-mallien perusteella.
Geofysikaaliset 3D-mallit perustuvat inversion käyttöön, jossa teoreettinen malli toteuttaa mitatut
anomaliat. Geofysikaalisia 3D-malleja tehtiin aeromagneettisen, aerosähkömagneettisen sekä painovoima-aineiston perusteella.
Geologisen rakenteen tulkinnalla tarkoitetaan tutkimusalueen geologista 3D-mallia. Kallioperäkartta on tulkinta kallioperän kivilajeista ja rakenteista, ja useimmiten maamme kallioperäkartat perustuvat aerogeofysikaalisen materiaalin tulkintaan. 3D-mallit voidaan käsittää kolmiulotteisina kallio-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
21
18.6.2015
peräkarttoina. Vanhoihin 2D-karttoihin verrattaessa 3D-kartat sisältävät kolmannen ulottuvuuden
eli syvyyden. Syvyysulottuvuus tekee kallioperäkartan laadinnasta erityisen haastavan, koska silloin
joudutaan pohtimaan rakenteiden merkitystä ja keskinäisiä suhteita eli geologista historiaa.
Tutkimuskohteet ja aineistojen valinta
Tutkimuskohteet sijaitsivat Enontekiön kunnan alueella, Vähäkurkkiossa ja Hietakerolla, joista molemmista lennettiin TDEM- ja aeromagneettinen lento vuonna 2012. Mittauksen suoritti tanskalainen SkyTEM Surveys Aps 23.8-7.9.2012. Lentolinjat olivat molemmilla alueilla itä-länsi suuntaisia, linjaväliltään 100 m (Vähäkurkkio) ja 200 m (Hietakero). Painovoima-aineisto perustuu maastomittauksin kerättyyn aineistoon, jossa pistetiheys on 1-4 mittauspistettä/km2. Tutkimusalueet valittiin em. geofysikaalisiin mittauksien kohteiksi, koska ne edustavat alueen stratigrafian (kerrosjärjestyksen) ja deformaatiorakenteiden (poimut ja siirrokset) kannalta avainkohteita, joiden avulla
voidaan selvittää Enontekiön alueen geologista historiaa laajemmin.
Mallinnettavia geofysikaalisia parametreja olivat magneettinen suskeptibilteetti, tiheys sekä sähkönjohtavuus. Suskeptibiliteetti ja tiheysmallit saatiin 3D-inversio-ohjelmistolla (mag3D ja garv3D).
Sähkönjohtavuuden 3D-malli saatiin interpoloimalla lentourakoitsijan toteuttamat 1D-inversiomallit
kolmiulotteiseksi. Tutkimusaineisto koostuu pääosin siis geofysikaalisesta datasta, mutta alueen
harvat kallioperähavainnot ja kairaukset olivat myös käytössä geologisten 3D-mallien luomisessa.
Vaikka kairauksien ja kallioperäkartoituksien avulla saadun tiedon syvyysulottuvuus on varsin pieni
(korkeintaan sata metriä, kun mallinnusalueen syvyysulottuvuus 2.5 km), niin näiden havaintojen
merkitys on, että ne antavat suoraa tietoa kallioperästä, joilla voidaan geofysikaalisia mittaustuloksia tarkistaa.
Geologisten 3D-mallit rakennettiin GoCAD-ohjelmistolla, jossa mallinnuksen vaiheisiin kuuluu
datan sisäänajo, tulkinta, mallin rakentaminen ja validointi. Hietakeron mallinnusalue oli kooltaan
10×5 km ja mallinnus suoritettiin 2.5 km syvyyteen asti. Vähäkurkkion alue oli kooltaan hieman
pienempi, 4.5×10 km ja tämäkin malli tulkittiin 2.5 km syvyyteen.
Tutkimusalueiden kallioperä
Hietakeron alueen kallioperä (kuva 9) koostuu pintasyntyisten kivilajien osalta pääasiassa kvartsiiteista, amfiboliiteista ja syväkivien osalta skapoliittipitoisesta gabrosta. Alueen sulfidipitoisen liuskeen alkuperä on epäselvä. Ne saattavat olla ortomagmaattisia alueen gabron kanssa, mutta on
mahdollista, että sulfidipitoinen liuske on syntynyt myös sedimentaatiossa. Hietakeron alue on poimuttunut kahdessa vaiheessa ja muodostaa poimuinterferenssirakenteen, jossa poimuakselit leikkaavat toisiaan kohtisuorassa, toinen N-S-suuntaisesti ja toinen E-W-suuntaisesti.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
22
18.6.2015
Kuva 9. Hietakeron alueen kallioperäkartta (Suomen kallioperä-DigiKP).
Vähäkurkkion alue (kuva 10) koostuu myös erilaisista pintasyntyisistä kivilajeista, joista mallinnusalueen kannalta tärkeitä ovat Lätäsenon ryhmään kuuluvat kivilajit (kvartsiitti, grafiitti/sulfidi- ja
skapoliittipitoinen mafinen metatuffi, karbonaatti-kvartsi-breksia, mafinen tyynylaava) sekä diabaasijuonet. Lätäsenon ryhmän kivilajit indikoivat sedimentaatioaltaan repeämistä ja jopa transgressiota (merenpinnan nousua), sillä kvartsiitit, jotka sijaitsevat ryhmässä stratigrafisesti alimpana,
ovat kontinentaalisia sedimenttejä, kun taas ryhmän yläosassa sijaitsevat grafiitin, sulfidin ja skapoliitin läsnäolo kivissä indikoi jo merellisiä olosuhteita. Tämä pintasyntyisten kivilajien muodostama
seuranto on muodostumisensa jälkeen poimuttunut niin, että nykyään poimutuksen vergenssi on 3045° länteen. Alueen itäreunaa reunustava hierto/syvämurrosvyöhyke on nimetty Lätäsenon siirrokseksi.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
23
18.6.2015
Kuva 10. Vähäkurkkion alueen kallioperäkartta (Suomen kallioperä-DigiKP).
3D/4D -mallit
Hietakeron 3D-mallin (kuva 11, vasemmalla) luomisessa pohdittiin alueelta havaitun poimuinterferenssirakenteen, kallioperähavaintojen ja geofysikaalisten 3D-mallien suhdetta. Alueen rakenteen
tulkittiin syntyneen seuraavasti (kuva 12):

Pintasyntyisten kivilajien muodostumisen (kerrostuminen) jälkeen, alueella tapahtui hieman kallistumista, jonka yhteydessä emäksinen magma tunkeutui diskordantisti pintasyntyisiin kilajiin
(kallistuminen + magmatismi).

Emäksisen magman skapoliittigabroksi kiteytymisen jälkeen alueella tapahtui kahdesta toisiaan
vasten kohtisuorasta suunnasta puristusta, joka aiheutti kivilajien poimuttumisen.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
24
18.6.2015
Kuva 11. Hietakeron (vasemmalla) ja Vähäkurkkion (oikealla) 3D-mallit.
Vähäkurkkion 3D-mallin (kuva 11, oikealla) luomisessa pohdittiin alueelta havaitun poimutuksen
vergenssin, Lätäsenon hiertovyöhykkeen, kallioperähavaintojen indikoiman transgression ja geofysikaalisten 3D-mallien suhdetta. Mallin luonnissa poimutuksen käsitettiin johtuvan Lätäsenon siirrosvyöhykkeessä tapahtuneesta ylityönnöstä länteen päin, jossa transgressiossa muodostunut Lätäsenon ryhmä ylityöntyi ja poimuttui sen kerrostumisen jälkeen (kuva 13).
Kuva 12. Hietakeron mallinnusalueen tulkittu geologinen kehitys.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
18.6.2015
Kuva 13. Vähäkurkkion mallinnusalueen tulkittu geologinen kehitys.
4.5
Tehtävä 5. Objektiperustaisen hahmontunnistusmenetelmän kehittäminen
Suunniteltu työmäärä: 8,5 htkk
Vastuuhenkilö:
TkT Maarit Middleton
Tavoite: - Pyritään tunnistamaan kallioperän murtumavyöhykkeitä automatisoidun lineamenttitunnistamisen avulla käyttäen objektiperusteista rasteriaineistojen käsittelymenetelmää eCognition-ohjelmistolla.
- Automaattinen hahmontunnistusmenetelmä siirrosten tunnistamiseksi matalalentogeofysiikasta ja/tai korkeusmalleista
25
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
26
18.6.2015
Johdanto ja tarkoitus
Kallioperän heikkousvyöhykkeiden tulkinta on oleellinen osa malminetsintäprosessia, koska maankuoren siirrokset, hiertopinnat ja ylityöntöpinnat voivat olla malmia muodostavia fluidiväyliä. Pohjois-Suomessa suorat tai loivasti kaartuvat lineamentit, joista osa on kallion heikkousrakenteita,
voidaan havaita erityisesti supra-akvaattisilla alueilla. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli kehittää
alueellisen mittakaavan objektiperusteinen kuvankäsittelyalgoritmi (Object Based Image Analysis,
OBIA) pitkänomaisten magneettisen minimien tunnistukseen matalalentoaineistolta. Objektiperusteisessa kuvankäsittelyssä rasteriaineisto segmentoidaan homogeenisiin pikselialueisiin eli objekteihin, jonka jälkeen objekteja pysytyttään luokittelemaan useilla eri menetelmillä. Rasteriaineistojen
arvojen lisäksi luokituksessa voidaan käyttää hyväksi myös objekteiden muotoa ja keskinäisiä spatiaalisia suhteita. Semi-automaattinen lineamenttien hahmontunnistus osoittautui haastavaksi ja siksi toiseksi tavoitteeksi asetettiin lineamenttien visuaalinen tunnistaminen, jota käytetään yleisemmin
rasteriaineiston lineamenttitulkinnassa. Visuaalinen tulkinta perustui magneettiseen lentoaineistoon
ja uuteen maanmittauslaitoksen Enontekiön tutkimusalueella tehtyyn laserkeilauskorkeusmalliaineistoon. Lineamenttitulkintamenetelmiä tarkasteltiin lisäksi olemassa olevan kirjallisuuden valossa. Pitkällä tähtäimellä lineamenttitulkinnan semi-automatisoinnin tarkoituksena on tulkinnan objektiivisuuden lisääminen tuottamalla esitulkinta aineistoa rakennegeologiseen tutkimukseen ja tulkintaa.
Nykyinen geologinen lineamenttitulkinta on tukeutunut pitkälti visuaaliseen tulkintaan. Hahmontunnistusmenetelmät ovat kehittyneet viime vuosikymmeninä ja kirjallisuudessa menetelmiä viivamuotoisten hahmojen tunnistukseen esitetään runsaasti. Kirjallisuuden perusteella lineaaristen muotojen tulkinta ei kuitenkaan ole helppoa. Yhteisenä piirteenä menestyksekkäille menetelmille on
piirteiden selkeä erottuvuus aineistossa. Pitkien nauhamaisten anomalioiden tunnistaminen lentomagneettiselta aineistoilta on tämän vuoksi saavutettavissa usealla nykyisellä hahmontunnistusmenetelmällä, mutta katkeavien rakenteiden tulkinta lineamenteiksi on huomattavasti monimutkaisempaa. Tämän vuoksi tässä työssä keskityttiin pitkänomaisten magneettisten minimien tulkintaan.
Menetelmä
Työssä kehitettiin objektiperusteinen linementtien tunnistusalgoritmi, Object-Based Lineament Detection (OBLD), eCognition-ohjelmistossa (Munchen, Saksa) käytössä olevalla Cognitive Network
Language (CNL) kielellä. Heikkousvyöhykkeet tunnistettiin magneettisesta aineistosta jatkuvina
minimikohtina, koska virtaavat fluidit ja deformaatio muokkaavat magnetiitin mineralogiaa ja rikkovat rakennetta pienentäen suskeptibiliteettiä. Magneettiselle totaali-intensiteettiaineistolle tehtiin
napakorjaus ja kenttää jatkettiin ylöspäin 200 m saakka. Minimikohtien kontrastia ympäröiviin kiviin parannetaan kallistuskulma derivaatta muunnoksella (tilt derivative, TDR). OBLD-algoritimin
olennaisin osa on 'viivan tunnistus' suodatin (line extraction filter), jonka tuloksena syntyy viivaisuusrasteri. Tämän jälkeen suuret 'viivaisuuden' arvot eristettiin omaksi luokakseen segmentoimalla
'moni-raja-arvo segmentoinnilla' ('Multi-threshold segmentation'). Syntyneitä pitkänomaisia objekteja jatkettiin päistään, niin että lähellä olevat segmentit liittyivät toisiinsa. Lopuksi tulosta siistittiin
sekä eCognition-algoritmeilla että ArcGIS-ohjelmistossa. Algoritmi on ladattu nimellä 'OBLD'
avoimeen käyttöön eCognition-ohjelmiston sivustolle: www.eCogntion.com/Community.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
27
18.6.2015
Tulokset ja tulkinta
OBLD-algoritmi pystyi tulkitsemaan paikalliset jatkuvat TDR minimit hyvin (Kuva 14). Kun tulosta verrattiin GX Toolilla tehtyyn kaarevuusanalyysiin (curvature analysis, Phillips et al. 2007) perustuvaan tulkintaan, ne osoittautuivat hyvin samanlaisiksi. Kaarevuusanalyysi pystyi OBDLalgoritmiä paremmin erottamaan myös hyvin heikot minimikohdat. Epävarmaa kuitenkin on, ovatko
heikot TDR minimit kuitenkaan tulkinnan kannalta merkittäviä. Tulosten ero johtuu eCognitionohjelman 'viivan tunnistus' -suodattimen heikkoudesta erottaa nämä ympäristöönsä verrattuna matalan kontrastin anomaliat.
21°50'E
22°0'E
22°10'E
22°20'E
22°30'E
22°40'E
22°50'E
Interpreted lineaments
with OBLD algorithm
with GX Tool
Magnetic TDR (rad)
High : 1.56902
m
0
21°50'E
68°30'N
68°30'N
68°40'N
68°40'N
Low : -1.57017
2.5
5
22°0'E
10
15
22°10'E
20
km
22°20'E
22°30'E
22°40'E
22°50'E
23°0'E
Kuva 14. Semiautomaattinen kallistuskulmaderivaatan jatkuvien minimikohtien tulkintatulos kahdella eri
menetelmällä: kaarevuusanalyysillä (GX Tool, Phillips et al. 2007) ja tässä projektissa kehitetyllä OBDLalgoritmilla. Tulkinnat ovat verrattain samanlaisia. OBDL ei löydä kaikista heikoimpia kallistuskulma derivaatan minimikohtia. Taustalla lähtöaineisto eli napakorjatusta magneettisesta 200 m ylöspäin jatketusta
aineistosta laskettu kallistuskulma derivaatta. Maantieteellinen koordinaatisto: WGS84.
Magneettisen aineiston visuaalinen tulkintatulos on hyvin erilainen kuin OBLD-tulkintatulos. Visuaalisesti tulkitut lineamentit ovat pitkienkin välimatkojen päässä toisistaan sijaitsevia lyhyiden ja
pitkien magneettisten nauhamaisten anomalioiden yhtymiä toisiinsa, kun taas OBLD'llä tulkitut
magneettiset minimit ovat kaarevampia ja lyhyempiä esittäen paikallista magneettikentän vaihtelua.
Visuaalisella tulkinnalla pystytään hahmontunnistusmenetelmiä tehokkaammin yhdistämään lineaa-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
28
18.6.2015
risia epäjatkuvuuksia toisiinsa, mutta toisaalta visuaalinen tulkinta on aina subjektiivista vaihdellen
mm. aineiston esikäsittelyn, tulkintamittakaavan, tulkitsijan kokemuksen ja maastotyöresurssien
mukaan. Hahmontunnistusmenetelmien etuna on niiden johdonmukaisuus ja objektiivisuus jatkoksia eli tässä tapauksessa magneettisia minimejä tulkittaessa. Tällä hetkellä hahmontunnistuksen lähtökohtana on, että tulkittavien piirteiden kontrasti ympäristöönsä on selkeä. Tämän vuoksi toistaiseksi hahmontunnistuksella ja visuaalisesti tuotetut tulkinnat poikkeavat toisistaan ja esittävät myös
semanttisesti eri asioita.
Magneettisen aineiston lisäksi visuaalinen lineamenttitulkinta tehtiin laserkeilausaineistosta luodusta digitaalisesta korkeusmallista. Aineisto lennettiin Enontekiön tutkimusalueelta kesällä 2013. Tulkinnassa tulee esille muutamia samoja lineamenttejä kuin magneettisena aineiston tulkinnassa, mutta lisäksi uusia lineamenttejä kuten Lätäsenon hiertovyöhyke Lätäsenon liuskejakson itäpuolella.
Visuaalisesti tulkitut magneettiset lineamentit ovat pääsääntöisesti kahdessa suunnassa: koillinenlounas ja luode-kaakko. Laserkeilausaineistolta tulkittujen lineamenttien vallitsevat suunnat ovat
samat kuin magneettisen aineiston tulkinnassa kertoen siitä, että tulkinnat ovat toisiaan tukevia.
OBLD-tuloksessa nämä suunnat eivät ole yhtä vahvasti esillä.
Johtopäätökset
Tässä työssä kehitetyllä objektiperusteisella lineamenttien OBLD-tunnistusalgoritmillä tuotettu lineamenttikartta voidaan käsittää yhtenä visualisointimenetelmänä, mutta osa tulkituista lineamenteistä voivat olla myös malminetsinnän kannalta merkittäviä heikkousvyöhykkeitä. Geologinen visuaalisesti tehtävä lineamenttitulkinta painottuu selvästi erotettavien pitkien nauhamaisten anomalioiden tulkintaan ja siksi nämä heikommat OBLD'llä tuotetut lineamentit ovat aliedustettuina geolosessa kartoituksessa. Visuaalista tulkintaa ei pystytä toistaiseksi täysin korvaamaan hahmontunnistuksella ja siksi niitä tulleekin käyttää rinnakkain. Lisäksi tulkintaa tulisi tehdä käyttäen eri aineistoja kuten geofysikaalisia lentoaineistoja, korkean resoluution korkeusmalleja ja kaukokartoitusaineistoja, koska magneettisesti ympäristöstään erottumattomia lineamentejä ei voida tulkita yleisimmin käytössä olevasta magneettisesta aineistosta. Topografisia lineamenttejä voidaan tulkita korkeusmallilta ja optisilta kaukokartoitusaineistoilta, kun taas painovoima-, radiometrisestä ja elektromagneettisistä aineistoista voidaan tulkita geofysikaalisia lineamenttejä.
Tässä työssä käytetyn CNL-kuvankäsittelykielen etuina on sen käyttäjäystävällinen graafinen käyttöliittymä, jonka käyttö ei vaadi aikaisempaa ohjelmointikokemusta. Ohjelmisto sisältää paljon eritasoisia kuvankäsittelyalgoritmeja, mistä syystä se soveltuu viivamuotoisten hahmojen tunnistuksen
lisäksi hyvin monenlaiseen kuvankäsittelyyn. Ohjelman hallitseminen vaatii pitkäaikaista sitoutumista ohjelman käyttöön. Toisaalta jokaisen käyttäjän ei ole tarpeellista hallita ohjelmiston kaikkia
saloja, sillä ns. ohjelmoijakäyttäjä voi luoda yksinkertaistettuja käyttöliittymiä tuotantokäyttäjille, ja
näin kertaalleen luotu algoritmi voidaan soveltaa hieman toisistaan poikkeaville aineistokokonaisuuksille. OBDL-algoritmi on yksi ensimmäisistä geologisten lineamenttien tunnistukseen raportoiduista CNL-algoritmeista. OBDL voidaan soveltaa magneettisen aineiston 3D-tulkintaan samalla
tavoin kuin kaarevuusanalyysiä (Phillips et al 2007) tai Hornby'n et al. (1999) esittämää waveletmuunnostekniikkaa (multiscale wavelet edge approach).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
29
18.6.2015
Keskeiset tulokset ja työn arvionti
Tehtävässä kehitettiin puoliautomaattista ja visuaalista lineamenttien tunnistusta magneettisesta lentoaineistoissa ja korkean resoluution korkeusmallista. Uudella objektiperusteisella hahmontunnistusohjelmistolla, eCognition, kehitettiin kuvankäsittelyalgoritmi, jolla pystytään pitkänomaisten
magneettisten minimeiden tunnistukseen samaan tapaan kuin potentiaaliaineistojen tulkintaan aiemmin kehitellyillä kaarevuusanalyysillä ja wavelet-muunnoksella. Lisäksi pohdittiin puoliautomaattisten ja visuaalisten linementtitulkintamenetelmien eroja ja päädyttiin ehdottamaan tulevaisuuden malminetsintään intergroitua lähestymistä, mikä sisältäisi useiden eri spatiaalisten aineistojen tulkitsemista.
Tulevaisuuden alueellisen lineamenttitulkinnan tulisi keskittyä soveltamaan jo olemassa olevia
hahmontunnistusmenetelmiä, kehittämään uusia hahmontunnistusmenetelmiä varsinkin katkeavien
anomalioiden yhdistämiseen, useiden eri aineistojen yhteistulkintaan ja näiden tulkintatulosten esittämiseen integroituna tulkintana, jotta rakenteiden tulkinnasta malminetsinnän tarpeisiin tulisi tuloksellista. Tällaisia kokonaisvaltaisia lähestymisiä ovat esittäneet mm. Paananen (2013) liittyen
ydinjätteiden loppusijoitustutkimukseen ja Airo & Leväniemi (2008) kullan etsinnässä. Alueellisen
mittakaavan lineamenttitulkintaa voidaan hyödyntää prospektiivisuusmallinnuksessa yhtenä mallin
syötteenä, kuten tehtävässä 4 ja Torppa et al. (2014) esittävät.
Viitteet
Airo, M.-L. & Leväniemi, H. 2012. Geophysical structures with gold potential in southern Finland.
Geological Survey of Finland, Special Paper 52, 227-244.
Hornby, P., Boschetti, F. & Horowitz, F.G. 1999. Analysis of potential fields data in the wavelet
domain. Geophysical Journal International 137, 175-196.
Paananen, M. 2013. Completed Lineament Interpretation of the Olkiluoto Region. Posiva, Posiva
Report 2013-02. 99 p., 2 attachments. (Electronic publication). Available at:
http://www.posiva.fi/files/3402/POSIVA_2013-02.pdf
Phillips, J.D., Hansen, R.O. & Blakely, R.J. 2007. The use of curvature in potential-field interpretation. Exploration Geophysics 38, 111-119.
Torppa, J., Middleton, M., Hyvönen, E., Lerssi, J. & Fraser, S. 2014. A novel spatial analysis approach for assessing regional scale mineral prospectivity in northern Finland. In: Sarala, P. (ed.)
Novel technologies for greenfield exploration (NovTecEx). Geological Survey of Finland, Special
Paper 57, 87-120.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
30
18.6.2015
4.6
Tehtävä 6. AMT-menetelmän kehittäminen malminetsintätyökaluksi
Suunniteltu työmäärä: 4 htkk
Vastuuhenkilö:
FL Ilkka Lahti
Tavoite: - Tutkitaan sähkömagneettisen AMT-menetelmän (Audio-Magnetotelluric method), jolla voidaan luodata kallioperän sähkönjohtavuutta maan pintaosista jopa
kymmenien kilometrien syvyyteen, ekotehokkaaseen syvämalminetsintään.
- Kehitetään AMT-menetelmän mittaus-, prosessointi- ja mallinnusrutiineja
kohteellisessa syvämalminetsinnässä yhteistyössä Oulun yliopiston geofysiikan
osaston kanssa.
Taustaa
Audiomagnetotelluurisilla (AMT) mittauksilla saadaan tietoa kallioperän sähkönjohtavuudesta ja
siten mahdollisista mineralisaatioista, kuten massiivisista sulfidiesiintymistä. Mittaukset ovat ekotehokkaita, sillä luotauksilla saadaan tietoa kallioperästä maanpintaa rikkomatta. Menetelmässä hyödynnetään luonnollisia sähkömagneettisia kenttiä, joita syntyy pääasiassa salamoinnin seurauksena.
Sähkömagneettinen kenttä tunkeutuu kallioperään, jossa sähköiset johteet synnyttävät sekundäärikentän. Sekundäärikenttä havaitaan mittauspisteellä. Menetelmän etuna on suuri syvyysulottuvuus,
sillä tutkimussyvyydet voivat olla jopa yli 10 km. Magnetotelluurinen (MT) menetelmä eroaa
AMT:stä vain mitattavien matalampien taajuuksien osalta. Menetelmien teoreettisen taustan ovat
esitelleet perusteellisesti Berdichevsky & Dmitriev (2008).
Kuvassa 15 on esitetty tyypillinen AMT mittausjärjestely. Vuonna 2011 GTK:lle hankittiin nykyaikaiset laajakaistavastaanottimet, induktiokelat ja elektrodit AMT luotauksia varten (kuva 16). Laitteistoja on käytetty kohteellisissa tutkimuksissa, joissa tavoiteltu syvyysulottuvuus on 0 - 2 km.
Kuva 15. AMT mittauksen
periaate (Smirnov et al. 2008)
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
31
18.6.2015
Kuva 16. GTK:n uusi AMT-MT laitteisto.
Menetelmään liittyy kuitenkin haasteita, jos ollaan kiinnostuneita sähkönjohtavuuden rakenteesta
syvyysalueessa 0 - 2 km. Näitä ovat lähdekentän vuorokausiriippuvuuteen liittyvät kysymykset ja
ihmisen aiheuttamat sähkömagneettiset häiriöt. Tässä osatehtävässä on keskitytty edellä mainittujen
haasteiden ratkaisemiseen. Osatehtävässä perehdyttiin myös mittausten tehostamiseen testaamalla
erityyppisiä elektrodeja ja optimoimalla mittauksen kestoa. Myös kenttähenkilöstön kolutusta on
tehty. Osatehtävän tulokset on esitetty laajemmin GTK:n Special paper -julkaisussa (Lahti 2015),
jossa on mukana 2D- ja 3D-tulkintaesimerkkejä.
Tehty työ ja tulokset
Osatehtävässä perehdyttiin mittausten laatuun ja tehokkuuteen liittyviin kysymyksiin. Näitä ovat
Remote reference -tekniikka mittaustulosten laadun parantamiseksi, tulosten vuorokausiriippuvuuden tutkiminen, mittausajan optimointi sekä erilaisten elektrodityyppien kokeilu. Osatehtävän yhteydessä koulutettiin myös kenttähenkilöstöä sekä paranneltiin laitteistoa, jotta ne soveltuisivat paremmin kohteellisiin syvämalmitutkimuksiin.
Remote reference -menetelmä
Ihmisen toiminta aiheuttaa sähkömagneettisia häiriöitä, joiden poistamiseen MT datasta on kehitetty
menetelmiä. Eräs sellainen on ns. remote reference -tekniikkaa (Gamble et al. 1979), joka otettiin
käyttöön projektin aikana. Vaikka remote reference -tekniikka on standardi MT-mittauksissa, sen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
32
18.6.2015
käyttöä AMT-mittauksissa ei ole raportoitu laajalti. Remote reference -tekniikan perusperiaate on
rekisteröidä samanaikaisesti häiriötöntä referenssi-signaalia riittävän kaukana mittausalueesta. On
siten tärkeä saada tarkka ajoitus samanaikaisesti mitatuille aikasarjoille, joka toteutetaan GPS –
ajoituksella. Mittaus- ja referenssipisteen aikasarjan korrelaatiota tutkimalla saadaan eliminoitua
epäkorreloivaa kohinaa. Projektissa kokeiltiin remote reference -prosessointia ja se osoittautui keskeiseksi myös AMT-datan prosessoinnissa. Kuvassa 17 on esitetty esimerkkinä remote reference tekniikalla prosessoidut ja prosessoimattomat AMT-luotauskäyrät.
a)
b)
Kuva 17. AMT luotauskäyrät käyttämällä a) tavallista prosessointitekniikkaa ja b) Remote Reference tekniikkaa.
Päivä ja yömittausten vertailu
Pääasiassa salamoinnin seurauksena syntynyt sähkömagneettinen kenttä etenee maanpinnan ja ionosfäärin rajaamassa tilassa. Tämä tila on kuitenkin altis päivittäisille, vuodenaikaisille ja 11vuoden muutoksille (ns. 11 year solar cycle), jotka aiheuttavat merkittäviä kentän amplitudin muutoksia erityisesti taajuusalueessa 1000 – 5000 Hz. Garcia & Jones (2002) ovat tutkineet sähkömagneettista AMT-kenttää, ja heidän mukaansa lähdekentän intensiteetti on päivällä heikompi. Projektin yhteydessä tutkittiin lähdekentän vuorokausi-riippuvuutta toteuttamalla mittauksia yö ja päiväaikaan. Nykyaikaiset AMT-laitteistot voidaan ohjelmoida mittaamaan tiettyinä aikoina. Kuvassa 18
on esitetty luotauskäyrät yö- ja päiväaikana rekisteröidyistä aikasarjoista. Eroavaisuudet nähdään
selvästi erityisesti taajuuksilla 1000 – 5000 Hz. Mittaukset olisi syytä järjestää siten, että laitteet
mittaavat myös yöllä. Yörekisteröinti mahdollistaa myös pidemmät rekisteröintiajat, joka mahdollistaa matalampien MT-taajuuksien rekisteröinnin. Näiden taajuuksien avulla saavutetaan vielä suurempia syvyyksiä.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
33
18.6.2015
a)
b)
Kuva 18. AMT-luotauskäyrien vertailu samalta luotauspisteeltä a) päivä ja b) yömittaus. Mittaukset tehtiin
Rovaniemen alueella 2012.
Mittausten nopeuttaminen
AMT-mittaukset ovat melko hitaita muihin sähkömagneettisiin menetelmiin verrattuna. Keskeinen
mittauksen kestoon vaikuttava tekijä on aikasarjarekisteröinnin pituus. GTK:lla mitattiin aluksi 60
minuutin rekisteröintejä. Rekisteröinnin pituutta voidaan selvästi lyhentää, kun ollaan kiinnostuneita taajuusalueesta 1 – 10 000 Hz. Mittauksen pituutta lyhennettiin aluksi 40 minuuttiin ja edelleen
30 minuuttiin vuonna 2012. Vuonna 2013 testattiin vielä lyhyempiä rekisteröintiaikoja. Testaaminen osoitti, että jo 15 minuutin rekisteröintiaika on riittävä, kun ollaan kiinnostuneita taajuusalueesta 1 – 10 000 Hz.
MT-luotauksissa käytetään ns. polarisoitumattomia elektrodeja, jotta vältetään polarisaatioefektien
vääristävät vaikutukset. On yleisesti tiedossa, että polarisaatioefektit ovat ongelma matalilla MTtaajuuksilla, mutta korkeammilla AMT-taajuuksilla niiden oletetaan olevan vähäisempiä. Polarisoitumattomien elektrodien asentaminen on jonkin verran aikaa vievää, koska jokaista elektrodia varten pitää kaivaa pieni kuoppa. Osatehtävässä tutkittiin myös yksinkertaisen metallipiikkien käyttöä
AMT-mittauksissa, koska piikit on nopea työntää maaperään. Vertailu toteutettiin mittaamalla samalla pisteellä molemmilla elektrodityypeillä. Testi osoitti alustavasti, että metallipiikkejä voidaan
käyttää mittauksissa > 1 Hz. Toisaalta polarisaatioefektien tunnistaminen on vaikeaa, joten tätä on
syytä tutkia vielä tulevaisuudessa tarkemmin.
Edellä esitetyt tulokset on esitetty tarkemmin GTK:n Special paper -julkaisussa (Lahti 2015).
Mallinnus
AMT-mittaustulosten käsittelyssä 2D-inversion käyttö on jo rutiinia ja 3D-mallinnuksen ja inversion käyttö yleistyy. Special paper -julkaisussa (Lahti 2015) on tarkemmin käyty läpi 2D- ja 3D-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
34
18.6.2015
tulkintaesimerkkejä. NovTecEc-hankkeen yhteydessä otettiin käyttöön 3D suora mallinnus, jossa
sähkömagneettisen kentän vasteet lasketaan 3D-mallista (kuva 19).
Kuva 19. Yhdistetty 3D-magneettinen suskeptibiliteetti (keltainen) ja AMT-sähkönjohtavuusmalli (punainen) Sotkavaaran intruusiosta Rovaniemellä. Kuvan laatikon dimensiot 3 km x 1.8 km x 0.85 km.
Johtopäätökset
Geologian tutkimuskeskuksessa on otettu käyttöön modernit ja ekotehokkaat AMT-laitteistot syvämalminetsintään ja sitä tukevaan maan kuoren yläosan tutkimukseen. Tämän NovTecEx-hankkeen
osatehtävässä perehdyttiin mittauksiin liittyviin haasteisiin ja niiden ratkaisemiseen. Myös mittausten tehostamiseen liittyviä kysymyksiä ratkottiin.
Kenttäkokeet osoittavat, että 15 minuutin rekisteröintiaika on riittävä, kun ollaan kiinnostuneita taajuusalueesta 1 – 10 000 Hz. Tällä taajuusalueella saadaan tietoa maankuoren pintaosista < 5 km.
Mittaukset kannattaa järjestää siten, että myös yörekisteröintejä voidaan toteuttaa ohjelmoimalla
laitteistot etukäteen. Tällä tavoin saavutetaan yleensä hyvälaatuista dataa taajuuksilla 1000 – 5000
Hz. Yömittaukset mahdollistavat myös pidempiaikaisen mittauksen, jolloin saadaan MT-vasteet ja
tietoa syvemmältä. Remote reference -tekniikka osoittautui tärkeäksi prosessointi- ja mittaustekniikaksi, koska se parantaa AMT-datan laatua oleellisesti. Projektissa arvioitiin erilaisia elektrodityyppejä ja alustavien tulosten mukaan metallipiikkejä voidaan käyttää > 1 Hz. Tämä tulos pitää vahvistaa jatkotesteillä, sillä polarisaatioefektit on vaikea tunnistaa mittaustuloksista. Projektin yhteydessä
räätälöitiin laitteita ja koulutettiin kenttähenkilökuntaa mittausten tehostamiseksi.
Osatehtävän tulokset on esitetty laajemmin GTK:n Special paper -julkaisussa (Lahti 2015). Julkaisussa on esitetty myös 2D- ja 3D-tulkintaesimerkkejä.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
35
18.6.2015
Viitteet
Berdichevsky, M.N. & Dmitriev, V.I. 2008. Models and Methods of Magnetotellurics. 563 p.
Springer.
Gamble, T., Goubau, W. & Clarke, J. 1979. Magnetotellurics with a remote magnetic reference.
Geophysics, 44, 53-68.
Garcia, X. and Jones AG. 2002. Atmospheric sources for audio-magnetotelluric (AMT) sounding,
Geophysics, 67(2):448–458.
Smirnov, M., Korja, T., Dynesius, L., Pedersen, L.B. & Laukkanen, E. 2008. Broadband magnetotelluric instruments for near-surface and lithospheric studies of electrical conductivity : a Fennoscandian pool of magnetotelluric instruments. Geophysica 44 (1-2), 31-44.
4.7
Tehtävä 7. TEM-lentomittausten 2D-tulkinnan kehittäminen
Suunniteltu työmäärä: 4 htkk
Vastuuhenkilö:
FT Markku Pirttijärvi (Oulun yliopisto)
Tavoite: - Luodaan yksinkertainen graafinen käyttöliittymä (Fortran90/Dislin) ArjunAirohjelmalle ja liitetään siihen mahdollisuus sähkönjohtavuuden 2D-tulkintaan
käyttämällä automaattista laskentaelementtiverkon generointia ja rajoitettua,
Occam-tyyppistä rajoitettua inversiota.
Tehtävän tavoite
Aika-alueen sähkömagneettisia pulssimittauksia eli TEM-mittauksia (engl. time-domain electromagnetic, TEM) käytetään nykyään laajalti mm. malminetsinnässä paikantamaan ja kartoittamaan
maassa olevia sähkönjohteita. Verrattuna taajuusalueen mittauksiin, joissa käytetään ajan suhteen
harmonisesti (siniaaltona) vaihtelevaa lähetinvirtaa, TEM-menetelmien signaali-kohinasuhde on
parempi, mikä mahdollistaa suuremman syvyysulottuvuuden. Lentomittaukset mahdollistavat laajojen alueiden kustannustehokkaan tutkimisen. Niiden lopputuloksena saadaan suuri määrä mittausaineistoa, jonka tulkintaan ja analysointiin käytetään yleensä pelkästään yksiulotteista (1D) johtavuus-syvyys -muunnosta (engl. conductivity-depth imaging, CDI) tai kerrosmalli-inversiota, joiden
avulla saadaan näennäinen ominaisvastusjakauma mittauslinjan alla. Johtuen 1D-mallista ja lähetinvastaanotinparin välimatkasta nämä ns. pseudosektiot voivat olla harhaanjohtavia ja virheellisiä,
kun todellinen johderakenne on kaksi- tai kolmiulotteinen.
ArjunAir on eräs CSIRO/AMIRA projektissa P223 luoduista tietokoneohjelmista. Se mahdollistaa
taajuus- ja aika-alueen sähkömagneettisten mittausten ns. 2.5-ulotteisen mallintamisen elementtimenetelmällä. 2.5D-mallintamisessa SM-kentän lähde on kolmiulotteinen, mutta varsinainen malli
on kaksiulotteinen, mikä mahdollistaa monien geologisten rakenteiden mallintamisen huomattavasti
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
36
18.6.2015
paremmin kuin 1D-mallinnus ja tehokkaammin kuin 3D-mallinnus. Kun Amiran ohjelmistot tulivat
julkisiksi (http://p223suite.sourceforge.net), niiden alkuperäinen P233F-projektissa kehitetty graafinen käyttöliittymä, EMGui, ei vapautunut julkiseen käyttöön, vaan sen korvasi EMIT-yhtiön kaupallinen Maxwell-ohjelmisto (http://www.electromag.com.au/).
Tämän osatehtävän tavoitteena oli luoda yksinkertainen graafinen käyttöliittymä ArjunAirohjelmalle ja liittää siihen mahdollisuus sähkönjohtavuuden 2D-tulkintaan käyttämällä automaattista laskentaelementtiverkon generointia ja rajoitettua, Occam-tyyppistä inversiota (engl. constrained
inversion). ArjunAir-ohjelmalla voitaisiin siten tutkia, millaisia virheitä aiheutuu 1D-tulkinnasta ja
missä määrin TEM-lentomittausaineistojen 2D-inversio on käytännössä mahdollista. Käyttöliittymää tarvitaan myös I/O-tehtävien tehostamiseen sekä mallien ja tulosten nopeaan esittämiseen ja
vertaamiseen.
ArjunGUI-käyttöliittymäohjelma
ArjunGUI on ArjunAir-ohjelmalle luotu graafinen käyttöliittymä (engl. graphical user interface,
GUI). Se on kirjoitettu Fortran90 -kielellä ja se käyttää DISLIN-grafiikkakirjastoa sekä käyttöliittymän luomiseen että grafiikan esittämiseen. ArjunGUI koostuu pääikkunasta (Main GUI) sekä siitä
avautuvasta yhdeksästä erillisestä käyttöliittymä- eli GUI-ikkunasta, joita käytetään seuraaviin tehtäviin:
1)
Aineiston lukeminen sisään ja esivalmistelu (Data GUI & XYZ file GUI),
2)
Järjestelmäasetusten määrittäminen (System GUI),
3)
Aikakanavien (engl. time channels) määrittäminen (Times GUI),
4)
SM-pulssin aaltomuodon (engl. waveform) määrittäminen (Waves GUI),
5)
Mallin luominen, visualisointi ja editoiminen (Model GUI),
6)
Suora ja käänteinen mallinnus (Compute GUI) sekä
7)
Tulosten visualisointi profiilikuvaajina ja luotauskäyrinä (Results GUI & Sounding GUI).
ArjunGUI-käyttöliittymä mahdollistaa ArjunAir-mallinnus- ja tulkintaohjelman helpon ja nopean
käyttämisen ilman tekstimuotoisen syöttötiedoston (ArjunAir.cfl) syntaksin opettelemista. Lisäksi
sillä voidaan lukea sisään ja alustaa mittausdata tulkintaa varten, editoida ja visualisoida 2Dmalleja, suorittaa inversio tai suora laskenta kutsumalla ArjunAir-ohjelmaa sekä visualisoida ja tallentaa laskentatulokset.
Alkuperäiseen ArjunAir-ohjelmaan (versio 7.0.5) on tehty korjauksia, muutoksia ja lisäyksiä laskennan ja inversion tehostamiseksi. Tulkinnan mahdollistava inversio on nyt joko singulaariarvohajotelmaan (SVD) perustuva rajoittamaton inversio tai ns. Occamin periaatteeseen perustuva rajoitettu inversio, jossa mallin karkeutta minimoidaan yhdessä sovitusvirheen, eli mitatun ja mallinnetun
datan välisen erotuksen, kanssa. Occam-inversio tuottaa "pehmeitä" ominaisvastusjakaumia, mutta
ArjunGUI mahdollistaa myös mallien vapaan editoimisen ja mm. tulkinnan monikäsitteisyyttä vähentävän (a priori) ennakkotiedon lisäämisen malliin sekä mallihilan solujen kiinnittämisen ja vapauttamisen inversiota varten. Mittaushavaintojen painokertoimia voidaan myös editoida eli havain-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
37
18.6.2015
topisteitä tai kokonaisia aikakanavia voidaan poistaa inversiosta. Kuvassa 20 on esitetty (editoitu)
näkymä Results GUI -ikkunasta, joka havainnollistaa Occam-inversion tuottamaa 2Dominaisvastusjakaumaa ja sen tuottaman synteettisen vasteen (sininen viiva) sopivuutta mittaushavaintoihin (pisteet) aikakanavalla #4.
Kuva 20. Enontekiön SkyTEM-mittausaineiston linjalta 302302 poimitulle anomalialle tehty 2D-tulkinta.
Ylemmässä kuvassa mitatun datan (pisteet) ja mallinnetun datan (sininen viiva) välinen sovitus aikakanavalla 0.588 ms. Alemmassa kuvassa poikkileikkaus ominaisvastusjakaumasta.Laskentahilaa on tihennetty mallin
johtavimman osan kohdalla.
Yhteenveto ja johtopäätökset
ArjunAir on Fortran-kielinen tietokoneohjelma, jolla voidaan mallintaa ja tulkita profiilimuotoisia
geofysikaalisia sähkömagneettisia (SM) lentomittausaineistoja käyttämällä kaksiulotteista (2D)
sähkönjohtavuusmallia. ArjunGUI on ArjunAir-ohjelmalle luotu graafinen käyttöliittymä, joka helpottaa ArjunAir-ohjelman käyttöä. ArjunGUI on tarkoitettu ensisijaisesti SM-mittausaineistojen
tulkintaan, mutta sitä voidaan käyttää myös suoraan mallintamiseen. Suorassa mallinnuksessa
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
38
18.6.2015
maanpinnan topografia on tasainen ja lentokorkeus vakio, mutta tulkinnassa sekä maaston todellinen topografia että vaihteleva lentokorkeus voidaan ottaa huomioon. Tällä hetkellä ArjunGUI tukee
ainoastaan aika-alueen SM-aineistoja ja -mittausjärjestelmiä eli TEM-mittauksia.
Verrattuna kerroksellisen maan malliin, jota käytetään johtavuus-syvyyskuvausten laskemiseen
lentomittausaineistosta (joko muunnosmenetelmillä tai 1D-inversiolla), pystytään 2D-mallilla mallintamaan monimutkaisempia ja siten todellisempia geologisia rakenteita oikeammin. Kuvassa 21
on esitetty vertailu SkyTEM-yhtiön 1D-inversiotuloksen ja ArjunGUI-ohjelmalla lasketun 2Dinversiomallin välillä Kuvassa 20 esitetyn anomalian kohdalta linjalta 302302. 1D-inversion tuottaa
ns. housunlahje-efektin, jonka mukaan johde jatkuu hyperbelimäisinä haaroina yli 400 m:n syvyydelle. 2D-mallinnuksen mukaan johde on enimmäkseen horisontaalinen ja sen alapinta voi sijaita
alle 150 m:n syvyydellä.
a)
b)
Kuva 21. a) SkyTEM-yhtiön 1D-inversion tuottama ominaisvastuksen näennäinen pysty poikkileikkaus Kuvassa 20 esitetyn anomalian kohdalta linjalta 302302 (katkoviivan rajaama alue) sekä b) ArjunGUI ohjelman 2D-inversiosta saatu ominaisvastuksen pysty poikkileikkaus.
Geofysikaalisen tulkinnan monikäsitteisyydestä johtuen on olemassa suuri määrä erilaisia malleja,
jotka voivat sovittaa mittausaineiston aivan yhtä hyvin. Kokeilemalla erilaisia alkumalleja ja erilaisia inversiota rajoittavia asetuksia saadaan erilaisia lopputuloksia. Kairaustietoa tai magneettisen
aineiston tulkinnasta saatua (a priori) tietoa voidaan ja kannattaa käyttää kiinnittämään ominaisvastus jossain osassa mallia, millä voidaan rajoittaa monikäsitteisyyttä ja luoda todellista geologiaa paremmin vastaavia malleja. Tulkinnassa tulee siis etsiä yhteisiä tekijöitä eri alkumalleihin perustuvista inversiomalleista ja testata erilaisia hypoteeseja koskien tärkeimpiä mallinnukseen liittyviä parametreja, joita ovat johteen laatu, syvyysulottuvuus, koko ja asento. Käyttäjän tulee erottaa eri malli-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
39
18.6.2015
en yhteiset tekijät ja käyttää niitä luomaan uusi, geologisesti mielekkäämpi ja karkeampi malli johtavuusrakenteesta. ArjunGUI-ohjelma helpottaa tätä tehtävää ja mahdollistaa geologisten rakenteiden SM-vasteiden numeerisen mallintamisen.
Tulosten raportointi
Työn tulokset on julkaistu tarkemmin englanninkielisenä NovTecEx-hankkeen teemajulkaisussa
GTK:n Special Paper -julkaisusarjassa sekä suomenkielisenä GTK:n arkistoraporttina. ArjunGUIohjelman englanninkielinen käyttöohje sisältää yksityiskohtaisempaa tietoa itse ohjelmasta ja sen
käyttämisestä.
Pirttijärvi, M. & Salmirinne, H. 2015. ArjunGUI - 2D modelling and inversion software for airborne time-domain EM data. In: Sarala, P. (ed.), 2015. Novel Technologies for Greenfield Exploration
project 2012-2014. Geological Survey of Finland, Special Paper 57, 173-184.
Pirttijärvi, M. & Salmirinne, H. 2014. ArjunGUI - Aika-alueen sähkömagneettisten mittausten 2Dmallinnus- ja tulkintaohjelma. 23 s. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 115/2014.
http://tupa.gtk.fi/raportti/arkisto/115_2014.pdf
Pirttijärvi, M. 2014. ArjunGUI - 2D modelling and inversion of airborne time-domain EM data;
User's guide to version 1.0. University of Oulu, 53 pp.
4.8
Tehtävä 8. Aerogravimetristen gradienttimittausten tulkintamenetelmien kehittäminen
Suunniteltu työmäärä: 3 htkk
Vastuuhenkilö:
FL Heikki Salmirinne (GTK), FT Markku Pirttijärvi (Oulun yliopisto)
Tavoite: - Lentogravimetrisen ja maanpintamittausten yhdistetty tulkintamenetelmä
- Verrataan eri menetelmillä ja ohjelmistoilla (Fourier menetelmä vs. ekvivalenttiin malliin perustuva menetelmä) lentokoneesta mitatuista painovoiman
tensoriaineistoista johdettuja ja maanpinnan havaintoihin (Bouguer-anomalia)
yhdistettyjä painovoima-aineistoja tarkoitukseen parhaiten soveltuvan laskentamenetelmän löytämiseksi ja kehittämiseksi.
Tehtävän tavoite
Painovoiman gradienttimittauksia on tehty lentokoneesta kaupallisesti n. 15 vuoden ajan. Gradiometrit tarjoavat perinteisiin vertikaalista painovoimaa mittaaviin lentogravimetreihin verrattuna
huomattavasti paremman mittaustarkkuuden. Mittausten kaupallisia tarjoajia on maailmalla tällä
hetkellä kolme (Bell Geospace, CGG ja ARKEx) ja mittauksia tehdään lähinnä malminetsintäyhti-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
40
18.6.2015
öille sekä jonkin verran myös kansallisille geoalan tutkimuslaitoksille. Mittaukset soveltuvat erinomaisesti alueellisen geologisen kartoituksen tueksi ja siten myös malminetsinnän tarpeisiin. Lentomittaustulosten käsittely ja tulkinta on kuitenkin erilaista verrattuna perinteisten painovoimamittausten tuloskäsittelyyn. Gradientti-mittauksesta tuloksena saadut tensorikomponentit eivät sovellu
painovoimakentän absoluuttisten arvojen tai Bouguer-anomalian suoraan laskentaan, koska pelkkien gradienttien avulla ei voida täsmällisesti laskea painovoimakenttää.
Johdetun Bouguer-anomalian määrittämiseksi gradienttimittauksista on olemassa kaksi perusmenetelmää, Fourier suodatusmenetelmä ja ekvivalenttimalli menetelmä. Jotta johdettu Bougueranomalia voidaan yhdistää maanpintamittauksiin, tarvitaan sidontaa varten riittävästi myös maanpintamittauksia.
Tehtävän tavoitteena oli verrata eri menetelmillä ja ohjelmistoilla lentokoneesta mitatuista painovoiman tensoriaineistoista johdettuja ja maanpinnan havaintoihin (Bouguer-anomalia) yhdistettyjä
painovoima-aineistoja tarkoitukseen parhaiten soveltuvan laskentamenetelmän löytämiseksi ja kehittämiseksi. Työssä keskityttiin Savukoski-Pelkosenniemi alueella syksyllä 2011 Falcon AGG
-gradiometrilla tehdyn gradienttimittauksen tulosten käsittelyyn ja johdetun Bouguer-anomalian
laskemiseen ekvivalentti-mallinnusmenetelmällä, missä yhtäaikaisesti optimoitiin sekä maanpintaettä lentomittausten tuloksia. Gradienttimittaukset sisältävät informaatiota aallonpituusalueella 0.3 –
10 km, kun taas maastomittaukset sisältävät myös näitä pitempiä aallonpituuksia. Tavoitteena oli
yhdistää gradienttimittausten sisältämä lyhyen aallonpituuden informaatio maastomittausten sisältämään pitemmän aallonpituuden informaatioon ja tuottaa vanhojen alueellisten painovoimamittausten kanssa yhteensopivaa aineistoa. Menetelmät ja työkalut näiden kahden mittausaineiston informaatiosisältöjen yhdistämiseen eivät ole vielä vakiintuneet ja niitä on kehitettävä ja testattava.
Savukoski-Pelkosenniemi lentoalueen ekvivalenttimallinnus
Työssä on ns. ekvivalenttimallinnuksen avulla laskettu maanpintamittauksiin sidottu johdettu Bouguer-anomalia vuonna 2011 Fugro Airborne surveys -yhtiön GTK:lle lentämästä SavukoskiPelkosenniemi alueen Falcon AGG -aineistosta (Airborne Gravity Gradient). Mallinnuksessa on
yhtä aikaa optimoitu lentokoneesta mitattuja gradienttikomponentteja sekä alueelta olevia geodeettisen laitoksen maanpintahavaintoja. Kaupallisia ohjelmia ekvivalenttimallinnukseen, jossa mallinnetaan yhtäaikaisesti sekä lentogradientti- että maanpinta-aineistoja, ei ole markkinoilta saatavissa.
Tässä työssä mallinnus tehtiin GRABLOX2-ohjelmalla, joka on kehitetty Geologian tutkimuskeskuksessa ja Oulun yliopistossa. Ohjelma perustuu kolmiulotteiseen blokki- eli tilavuuselementtimallinnukseen.
Mallinnuksessa käytettiin 1-kerroksista 3D-tilavuuselementtimallia. Alkumallin dimensiot ja yläpinnan syvyyden määrää suurelta osin maastoaineistoa runsaampi gradienttiaineisto. SavukoskiPelkosenniemi lentoalueella, jossa lentolinjaväli oli 500m, mallin dimensioiksi valikoitui kokeilujen
kautta 500x500x50m (pituusxleveysxkorkeus). Jotta mallilla pystyttäisiin luotettavasti selittämään
painovoiman gradienttien nopeat vaihtelut ja toisaalta myös maanpinnalla mitattu painovoima, mallin yläpinta asetettiin vakiosyvyydelle maanpinnan alapuolelle, 500 m lentomittauksen keskimääräisen havaintokorkeuden alapuolelle. Mallinnusta varten gradienttiaineisto interpoloitiin mallia vas-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
41
18.6.2015
taavaan hilaan. Maasto-aineistoa käytettiin sellaisenaan. Mallinnuksen lopputuloksena saatu johdettu Bouguer-anomalia on esitetty kuvassa 22.
Kuva 22. Savukosken AGG-lentoalueen ekvivalenttimallinnuksella johdettu Bouguer-anomalia. Kuvassa on
esitetty myös erotus johdetun Bouguer-anomalian ja Geodeettisen laitoksen mittaustulosten välillä.
Yhteenveto ja johtopäätökset
Gradienttimittauksesta tuloksena saadut tensorikomponentit eivät yksinään sovellu painovoimakentän absoluuttisten arvojen tai Bouguer-anomalian suoraan laskentaan. Jos saatavilla on myös maan-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
42
18.6.2015
pinta-mittauksia, voidaan ekvivalenttimallinnuksen avulla laskea ns. johdettu Bouguer-anomalia.
Kaupallisia ohjelmia ideaaliseen ekvivalenttimallinnukseen, jossa mallinnetaan yhtäaikaisesti sekä
lentogradientti- että maanpinta-aineistoja, ei ole markkinoilta saatavissa. Tässä työssä mallinnus
tehtiin GRABLOX2-ohjelmalla, joka on kehitetty Geologian tutkimuskeskuksessa ja Oulun yliopistossa. Ohjelma perustuu kolmiulotteiseen blokki- eli tilavuuselementti mallinnukseen.
Johdettu Bouguer-anomalia sopii erinomaisesti alueen maastohavaintoihin. Ekvivalenttimallinnus
osoittautui toimivaksi ja hyväksi menetelmäksi johdetun Bouguer-anomalian laskemiseen ja yhdistämiseen maastomittausten kanssa. Suomessa koko valtakunnan kattava Geodeettisen laitoksen 5
km pistevälillä mitattu painovoimaverkko mahdollistaa menetelmän luotettavan käytön lentoalueilla, joiden suositeltavin pienin dimensio on vähintään 20 km.
Voidaan arvioida että 500 metrin linjavälillä tehty lentogradienttimittaus vastaa tiheydellä 4 p/km2
tehtyjä maastomittauksia. GTK:n alueellisissa painovoimamittauksissa on pyritty mittaustiheyteen
4-6 p/km2. Kuvassa 22 esitetty johdettu Bouguer-anomalia sopii hyvin Keski-Lapin alueellisten
painovoima-mittausten osaksi. Kuvassa 23 on esitetty ekvivalenttimallinnuksella lentogradienttiaineistosta johdetun ja alueellisten painovoimamittausten Bouguer-anomalioiden yhdistelmä KeskiLapin alueelta. Ideaalinen ekvivalenttimallinnus, jossa maanpinta- ja gradienttiaineistoa optimoidaan yhtäaikaisesti, osoittautui hyväksi menetelmäksi johdetun Bouguer-anomalian laskemiseen ja
yhdistämiseen maastomittausten kanssa. Menetelmän avulla saadaan gradienttimittauksista tuotettua
perinteistä vertikaalista painovoima-aineistoa vastaavaa aineistoa, joka voidaan edelleen yhdistää
aikaisempiin alueellisiin maastomittauksiin kattamaan entistä laajempia alueita ja siten tukemaan
kallioperän ja malmipotentiaalin kartoitusta.
Tulosten raportointi
Työn tulokset on julkaistu tarkemmin englanninkielisenä NovTecEx -hankkeen teemajulkaisussa
GTK:n Special Paper -julkaisusarjassa sekä suomenkielisenä GTK:n arkistoraporttina. Grablox2ohjelma ja sen käyttöohje on myös päivitetty ekvivalenttimallinnuksen osalta.
Salmirinne, H. & Pirttijärvi, M. 2015. Calculation of derived Bouguer anomaly using equivalent
source method based on joint inversion of ground gravity and airborne gravity gradient data. In: Sarala, P. (ed.), 2015. Novel Technologies for Greenfield Exploration project 2012-2014. Geological
Survey of Finland. Special Paper 57, 185-197.
Salmirinne, H. & Pirttijärvi, M. 2015. Ekvivalenttilähdemenetelmä johdetun Bouguer-anomalian
laskemiseksi yhdistetyllä inversiolla lentogradientti- ja maanpintamittauksista. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 114/2014, 19 s. http://tupa.gtk.fi/raportti/arkisto/114_2014.pdf.
Pirttijärvi, M. 2014. GRABLOX2 − Gravity interpretation and modelling using 3-D block models:
User's guide to version 2.1. <https://wiki.oulu.fi/x/jYU7AQ> University of Oulu, 63 pp.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
43
18.6.2015
Kuva 23. AGG lentoaineistosta johdetun ja GTK:n alueellisten painovoimamittausten Bouguer-anomalian
yhdistelmä Keski-Lapin alueelta. Lentoalue sijaitsee kuvan kaakkoiskulmassa. Kuvassa myös alueen päätiet
(Pohjakartat© Maanmittauslaitos).
4.9
Projektin johto
Projektipäällikkönä toimi vuonna 2012 FT Vesa Nykänen ja vuosina 2013-2015 FT Pertti Sarala.
Työaikaa varattiin ja käytettiin 3 htkk projektin aikana.
4.10 Tutkijavierailut
Tutkijavierailu Kanadaan 24.6.-8.7.2013, johon osallistui koko ajan P. Sarala PSY:stä ja 24.-28.6.
M. Lehtonen ESY:stä. Ohjelma koostui tutustumisesta Geological Survey of Canadan toimintaan
Ottawassa sisältäen mm. moreenigeokemia- ja raskasmineraalitutkimustoiminnan ja alueen geologiaan tutustumisen sekä workshoppeja ja luentoja. Vierailun emäntinä toimivat Beth McClenaghan
ja Isabelle McMartin. Lisäksi Sarala vieraili ensin Sudburyn alueella Dr. Stew Hamiltonin vieraana
tutustuen alueen geologiaan, malminetsintätoimintaan ja geokemian tutkimuksiin ja toisena Toron-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
44
18.6.2015
tossa tavaten prof. Nick Eyles’ia Toronton yliopistolta ja Niko Putkista, joka on post-doc tutkijana
siellä.
Kanadalaisten tutkijoiden Beth McClenaghan ja Isabelle McMartin tutkijavierailu 9.-13.9.2013
PSY:ssä ja ESY:ssä sisältäen GTK:n, Geological Survey of Canada:n ja Oulun yliopiston järjestämän seminaarin ja GTK:n aluetoimistoihin videoidut yleisluennot GTK:ssa 11.9. Seminaariin osallistui n. 40 henkeä GTK:sta ja NovTecEx-hankkeen rahoittajatahoilta. Kanadalaisten vierailu vahvisti GTK:n kansainvälistä verkostoitumista ja tuki NovTecEx-hankkeen kehittämistavoitteita. Vieraiden matkakuluihin saatiin GTK:n huippuosaamisen kehittämisrahaa.
Mr. Stephen Fraser CSIRO:sta, Australiasta vieraili NovTecEx-hankkeen puitteissa GTK:ssa (ISY,
PSY) lokakuussa ja piti yleisluennon 22.10.2013 sekä osallistui hankkeen seminaariin 15.16.10.2013. Fraser vieraili Suomessa myös 24.-28.11.2014 pitäen mallinnus-workshopin ja osallistui NovTecEx:n loppuseminaariin. Vierailun matkakustannuksiin saatiin GTK:n huippuosaamisen
kehittämisrahaa.
5 TULOSTEN YHTEENVETO
Novel technologies for greenfield exploration -projektissa kehitettiin, tutkittiin ja testattiin uusia
malmipotentiaalin arviointiin ja malminetsintään soveltuvia näytteenotto-, analysointi-, mallinnus-,
mittaus- ja tulkintamenetelmiä. Kehittämisessä erityisenä painopisteenä oli tehokkaiden menetelmien sekä uusien käytäntöjen/ratkaisujen löytäminen huomioiden herkkien arktisten alueiden vaatimukset malmipotentiaalin arvioimisessa. Kehitetyissä ratkaisuissa haettiin käytännöllisiä sovelluksia, jotka palvelevat erityisesti alueellista malmipotentiaalin arviointia ja/tai malminetsintää, mutta
myös syvämalmien etsinnän kehittämistä. Uudet menetelmät ovat myös hyödynnettävissä kohteellisissa tutkimuksissa.
Käytännön tutkimuksia tehtiin ensisijaisesti kahdella tutkimusalueella, SavukoskenPelkosenniemen alueella Itä-Lapissa ja Lätäsenon alueella Enontekiöllä. Kehittämis- ja tutkimustyö
sisälsi olemassa olevien aineistojen prosessointia ja analysointia täydentäen uusilla näytteenotto- ja
mittaustöillä sekä niiden tulosten tulkinnalla.
Keskeisiä tuloksia olivat:
1) Laajan näytteenottomenetelmätestauksen toteuttaminen Savukoski-Pelkosenniemen alueella mineralogiseen tutkimukseen riittävien pohjamoreeninäytteiden ottamiseksi sekä kalliovarmistuksen
tekemiseksi. Herkille alueille soveltuvan näytteenottolaitteistosuosituksen lisäksi tutkimuksissa kehitettiin maastotallentimen käyttöä näytteenoton tehostamisessa ja kuviopohjaisessa maastokohteiden luokituksessa GPS-pohjaista, reaaliaikaista reitinoptimointia hyödyntäen.
2) Uuden raskasmineraalien konsentrointi- ja tutkimuskonseptin kehittäminen hyödyntäen kemiallista analysointia mineralogisten tutkimusnäytteiden valikoinnissa ja automatisoitua mineraalien
tunnistamista indikaattorimineraalien luokittelemisessa. Tällä nopeutetaan ja tehostetaan raskasmineraalitutkimusta.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
45
18.6.2015
3) On-site analytiikan kehittäminen soveltaen kannettavaa XRF-laitetta moreeninäytteiden kemiallisessa analysoinnissa, millä tehostetaan näytteenottoa ja saavutetaan kustannussäästöä laboratorioanalysointia vaativien näytteiden määrän vähentämisellä.
4) Self-organizing mapping eli SOM-menetelmän käytön tutkiminen ja kehittäminen alueellisen
moreenigeokemian hyödyntämisessä malmipotentiaalin tutkimuksessa Savukoski-Pelkosenniemen
alueella sekä prospektiivisuusmallinnuksessa Enontekiöllä. Lisäksi sovellettiin 3D-mallinnusta geologisten ja geofysikaalisten aineistojen yhdistämiseen syvien kallioperärakenteiden tulkinnassa Hietakeron alueella Enontekiöllä. Nämä menetelmät mahdollistavat malminetsinnän tuottaman entistä
suurempien numeeristen datamäärien nopean ja tehokkaan käsittelyn.
5) Objektipohjaisen hahmontunnistusmenetelmän käytön sovellettu tutkimus geofysikaalisessa aineistossa ja korkeusmalleissa havaittujen lineamenttien tunnistamisessa hyödyntäen eCognitionohjelmaa. Tämä menetelmä auttaa tunnistamaan malmipotentiaalin kannalta merkittäviä rakenteita
kallioperässä.
6) Audio-Magnetotelluric eli AMT-menetelmän kehittäminen ja testaaminen erilaisissa geologisissa
kohteissa syvien kallioperärakenteiden tutkimuksessa. Maastossa tehtävää mittausta on saatu nopeutettua erilaisilla elektrodivalinnoilla ja tulosten tulkintaa on kehitetty 3D-mallinnuksen avulla.
7) Profiilimuotoisen geofysikaalisen sähkömagneettisen lentomittausaineiston 2.5-dimensionaalisen
mallintamiseen ja tulkintaan soveltuvan tietokonesovelluksen kehittäminen. ArjunGUI on graafinen
käyttöliittymä (engl. graphical user interface, GUI) ArjunAir-ohjelmalle. Käyttöliittymä helpottaa
ArjunAir-ohjelman käyttöä poistamalla syöttötiedostoja käsin editointitarpeen ja lisäksi se mahdollistaa mallien interaktiivisen visualisoinnin ja editoinnin sekä tulosten graafisen tarkastelun.
8) Aerogravimetristen gradienttimittausten tulkintamenetelmien kehittäminen. Menetelmän avulla
voidaan yhdistettyä inversiota hyödyntäen laskea lentogradientti- ja maanpintamittauksista ns. Bouguer-anomalia. Se mahdollistaa painovoima-aineiston tulkinnan syvien kallioperärakenteiden tunnistamisessa.
Projektin myötä vahvistettiin tutkimusyhteistyötä GTK:n ja Oulun yliopiston välillä sekä lisättiin
vuorovaikutusta projektiin osallistuneiden rahoittajatahojen kanssa. Projektissa toteutettiin myös
useita tutkijavierailuja Suomesta Kanadaan (Geological Survey of Canada) ja Australiaan (CSIRO),
mutta myös näistä maista vastavuoroisesti Suomeen sekä järjestettiin useita avoimia workshoppeja
ja seminaareja. Tutkimusmenetelmien vertailu ja tutkimuksiin tutustuminen sekä näistä tiedottaminen lisäsivät merkittävästi alan kansainvälisen tietämyksen lisääntymistä Suomessa sekä edesauttaneet verkottumista ja asiantuntijayhteistyön lisääntymistä keskeisiin tutkimusorganisaatioihin.
6 PROJEKTIN VAIKUTUKSET
Novel technologies for greenfield exploration -projekti tuotti ja kehitti menetelmiä sekä uusia käytännöllisiä malmipotentiaalin arvioinnissa hyödynnettäviä malleja, joka sopivat herkille arktisille
alueille malmiesiintymien potentiaalin arvioimiseen ja jopa esiintymien paikantamiseen. Tämä palvelee erityisesti alueellista malminetsintää suorittavia yhtiöitä ja muita malminetsintäorganisaatioita. Uudet menetelmät ovat myös hyödynnettävissä kohteellisissa tutkimuksissa.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
46
18.6.2015
Malminetsinnän edellytysten parantuessa on odotettavissa myös malminetsinnän tulosten tehostuminen, mikä puolestaan nostaa Suomen merkitystä metallisten raaka-aineiden tuottajana Euroopassa. Tuloksellinen malminetsintä luo myös uusia työpaikkoja ja yritystoimintaa syrjäisille pohjoisille
alueille.
Malminetsinnän tuottaman numeerisen aineiston tehokkaammat prosessointi-, tulkinta- ja mallinnusmenetelmät mahdollistavat entistäkin suurempien datamäärien käsittelyn nopeasti. Projektissa
on luotu uutta osaamista Suomeen sekä syvennetty asiantuntijaverkostoa, jolla on solmukohtia niin
kotimaassa kuin ulkomailla. Australialainen CSIRO ja Kanadan geologian tutkimuskeskus (GSC)
tuovat projektiin kansainvälisen tason huippuosaamista, joka on merkittävä panostus uuden osaamisen tuomiseen Suomeen. Yhteistyö on toteutettu ideoiden ja tiedon vaihtamisen ja tutkijavierailujen
kautta. Yhteistyöhön on liittynyt myös näytteiden vaihtoa erilaisten tekniikoiden testaamista varten.
Projektin vaikutukset ja hyödyt:

Uudet, innovatiiviset malminetsintämenetelmät, joita voidaan hyödyntää uusia, huonosti tunnettuja alueita ja kohteita tutkittaessa

Uusi kansainvälisesti vahvistettu etsintämenetelmien kehittämisen -asiantuntijaverkosto Suomeen

Uusia spin-off mahdollisuuksia

Mahdollistaa uusia investointeja malminetsintään
7 RESURSSIT, ORGANISOINTI
GTK:
Hankkeen koordinaattori: Johtava geologi Vesa Nykänen (2012), Erikoistutkija Pertti Sarala (20132014)
Vastuullinen johtaja: Toimialapäällikkö Vesa Nykänen (2012-2013), Aluejohtaja Kimmo Pietikäinen (2014)
Projektisihteeri: Anna-Maija Koivuniemi (2012), Marja-Riitta Lukkari (2013-2014)
Projektiryhmän jäsenet:
Maarit Middleton, TkT: hahmontunnistus
Tuomo Karinen, FT: 3D-mallinnus
Johanna Torppa, FT: tiedonlouhintamenetelmät, prospektiivisuusanalyysi
Marja Lehtonen, FT: Raskasmineraalitutkimusmenetelmät, SEM-EDS, FE-SEM
Jukka Marmo, FT: Raskasmineraalitutkimusmenetelmät, SEM-EDS, FE-SEM
Sari Lukkari, FT: Raskasmineraalitutkimusmenetelmät, SEM-EDS, FE-SEM
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
47
18.6.2015
Anne Taivalkoski: on-site menetelmät, näytteenotto
Pertti Sarala, FT: on-site menetelmät, moreenigeokemia, näytteenotto
Ilkka Lahti, FL: geofysiikan tulkinta
Heikki Salmirinne, FL: geofysiikan tulkinta
Jorma Valkama, tutkimusassistentti: on-site menetelmät, näytteenotto
Hannu Hirvasniemi, tutkimusassistentti: on-site menetelmät, näytteenotto
Oulun yliopisto:
Markku Pirttijärvi, FT: geofysiikan tulkinta
Geological Survey of Canada, Ottawa, Canada:
Beth McClenaghan, Research Scientist: Raskasmineraalitutkimusmenetelmät
Isabelle McMartin, Ph.D.: Raskasmineraalitutkimusmenetelmät
CSIRO, Brisbane, Australia:
Stephen Fraser, Senior Principal Research Scientist: tiedonlouhinta
Ohjausryhmän jäsenet:
Vuosi 2012: Pekka Nurmi (GTK), Pertti Kaikkonen (Oulun yliopisto), Bo Långbacka (Anglo
American Exploration B.V.), Markku Kilpelä (Agnico-Eagle Finland Oy), Markku Lappalainen
(FQM FinnEx Oy), Timo Mäki (Pyhäsalmi Mine Oy), Aimo Oikarinen (Metsähallitus Laatumaa),
Mr. Stephen Fraser (CSIRO)
Vuosi 2013: Pekka Nurmi (GTK), Pertti Kaikkonen (Oulun yliopisto), Bo Långbacka (AA Sakatti
Mining Oy), Markku Kilpelä (Agnico-Eagle Finland Oy), Petri Peltonen (FQM FinnEx Oy), Timo
Mäki (Inmet Mining Ltd.), Aimo Oikarinen (Metsähallitus Laatumaa), Mr. Stephen Fraser (CSIRO)
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
48
18.6.2015
Vuosi 2014: Pekka Nurmi (GTK), Pertti Kaikkonen (Oulun yliopisto), Jukka Jokela (AA Sakatti
Mining Oy), Markku Kilpelä (Agnico-Eagle Finland Oy), Petri Peltonen (FQM FinnEx Oy), Aimo
Oikarinen (Metsähallitus Laatumaa), Mr. Stephen Fraser (CSIRO)
8 BUDJETTI JA KUSTANNUSTOTEUTUMA
Kustannusarvio ( €) (Muutettu budjetti hyväksytty 19.1.2015)
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
49
18.6.2015
Rahoitus ( €)
Rahoittaja
%
Vuosi
2012
Vuosi
2013
Vuosi
2014
Yhteensä
Yksityinen
27
75000
75000
75000
225000
Tekes
60
166666
166666
166666
500000
GTK
12
32778
32778
32778
98334
Oulun yliopisto
1
3333
3333
3333
10000
277777
277777
277777
833334
Yhteensä 100
Kustannustoteutuma (31.3.2015)
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
50
18.6.2015
Henkilöresurssit
Geologian tutkimuskeskuksessa henkilötyökuukausien toteutuma oli 49,1 htkk ja Oulun yliopistossa 4 htkk.
9 DOKUMENTOINTI
Projektin dokumentointi on tapahtunut Tekesille kolme kertaa vuodessa heidän käytännön mukaisesti käsittäen tehtävä- ja kustannusraportoinnin. Lisäksi projektin toteutumisesta on raportoitu
kuukausi- ja neljännesvuosittain GTK:lle virastossa käytettävän ohjeistuksen mukaisesti. Projektin
ohjausryhmän kokouksista on laadittu allekirjoitetut kokousmuistiot. Lopputulokset raportoidaan
julkisilla Tekesin raportointilomakkeella ja loppuraporttina sekä tieteellisten artikkelikokoelmana
GTK:n Special Paper -sarjassa.
10 JULKAISEMINEN
Projektin tulokset on julkaistu Tekesin loppuraportissa, tieteellisinä artikkeleina GTK:n Special Paper -sarjassa sekä erillisraportteina GTK:n arkistoraporttisarjassa. Lisäksi projektia on esitelty
useissa kansallisissa ja kansainvälisissä geologikokouksissa ja lehtiartikkeleissa. Tarkempi erittely
on julkaisuluettelossa.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
51
18.6.2015
11 JULKAISULUETTELO
Artikkelit ja abstraktit
Sarala, P., Nykänen, V., Peltoniemi-Taivalkoski, A. & Valkama, J. 2012. Green Mining project
‘NovTecEx’ developing eco-efficient till sampling techniques in eastern Finnish Lapland. In: Hanski, E. & Sarala, P. (eds.), Program & Abstracts, Geochemistry and ore deposit models seminar, 17.18.10.2012 the University of Oulu, Finland.
Sarala, P. 2013. NovTecEx-hanke. Teoksessa: Sarala, P. & Ylipieti, J. (toim.), Vuosikirja 20112012. Lapin tutkimusseura, Rovaniemi, 30-32.
Sarala, P. & Nykänen, V. 2013. NovTecEx - Novel technologies for greenfield exploration. Abstract of poster presentation in the 9th FEM, Levi, Finland, 29.-31.10.2013.
Karinen, T., Lahti, I., Niiranen, T. & Konnunaho, J. 2014. 4D modelling of the Hietakero area in
Northern Finland. Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-3388, EGU General Assembly 2014.
Sarala, P. & Nykänen, V. 2014. Development of low-impact exploration methods promoting the
Green Mining concept in Finland. In: 31st Nordic Geological Winter Meeting, Lund, Sweden, January 8-10 2014. Geological Society of Sweden, p. 60. Also available online 1 Jan 2014
(http://geologiskaforeningen.se/pdf/31%20NGWM%20Program%20and%20Abstract%20Volume.p
df)
Sarala, P. & Nykänen, V. 2014. NovTecEx - Novel Technologies for Greenfield Exploration. In:
Sarala, P. (ed.), 11. Geokemian Päivät 2014 - 11th Finnish Geochemical Meeting 2014, 5.-6.2.2014,
GTK, Espoo, Finland. Tiivistelmät - abstracts. Vuorimiesyhdistys, Sarja B 97. Espoo: Vuorimiesyhdistys, p. 39.
Torppa, J. 2014. SOM in geochemical data analysis. In: Sarala, P. (ed.), 11. Geokemian Päivät 2014
- 11th Finnish Geochemical Meeting 2014, 5.-6.2.2014, GTK, Espoo, Finland. Tiivistelmät - abstracts. Vuorimiesyhdistys, Sarja B 97. Espoo: Vuorimiesyhdistys, 12-13.
Sarala, P. 2014. New low-impact geochemical sampling and exploration methods – application of
the Green Mining concept for the green field exploration in Finland. In: Lauri, L. S., Heilimo, E.,
Leväniemi, H., Tuusjärvi, M., Lahtinen, R. & Hölttä, P. (eds), Current Research: 2nd GTK Mineral
Potential Workshop, Kuopio, Finland, May 2014. Geological Survey of Finland, Report of Investigation 207, 135-136.
Sarala, P. 2014. Low-impact exploration methods promoting the Green Mining concept in Finland.
In: Zelčs, V. & Nartišs, M. (eds.), Late Quaternary terrestrial processes, sediments and history: from
glacial to postglacial environments. Excursion guide and abstracts of the INQUA Peribaltic Regional Working Group Meeting and field excursion in Eastern and Central Latvia, August 17-22,
2014. University of Latvia, Riga, 135-136.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
52
18.6.2015
Sarala, P. 2014 Novel technologies for greenfield exploration. Tekes Green Mining Annual Meeting, Helsinki 24.11.2014.
Sarala, P. 2015. Advanced till sampling methods – application in geochemical and indicator mineral
research. In: Extended abstracts in 27th IAGS 2015 Tucson, USA, 20 -24 April 2015, 4 p. Electronic resource.
Sarala, P. 2015. Kohti vähäisiä ympäristövaikutuksia mineraalipotentiaalin arvioinnissa. Teoksessa:
Sarala, P. & Ylipieti, J. (toim.), Vuosikirja 2013-2014. Lapin tutkimusseura, Rovaniemi, 5-8. Elektroninen julkaisu, saatavana: http://www.lapintutkimusseura.fi/?q=julkaisut (viitattu 25.5.2015)
Special paper –artikkelit
Sarala, P. (toim.) 2015. Novel technologies for greenfield exploration. Geological Survey of Finland, Special Paper 57, 197 s. Available online: http://tupa.gtk.fi/julkaisu/specialpaper/sp_057.pdf.
Sarala, P. 2015. Comparison of different techniques for basal till sampling in mineral exploration.
Geological Survey of Finland, Special Paper 57, 11-22.
Lehtonen, M., Lahaye, Y., O’Brien, H., Lukkari, S., Marmo, J. & Sarala, P. 2015. Novel technologies for indicator mineral-based exploration. Geological Survey of Finland, Special Paper 57, 2362.
Sarala, P., Taivalkoski, A. & Valkama, J. 2015. Portable XRF: An advanced onsite analysis method
in till geochemical exploration. Geological Survey of Finland, Special Paper 57, 63-86.
Torppa, J., Middleton, M, Hyvönen, E., Lerssi, J. & Fraser, S. 2015. A novel spatial analysis approach for assessing regional-scale mineral prospectivity in northern Finland. Geological Survey of
Finland, Special Paper 57, 87-120.
Karinen, T., Lahti, I. & Konnunaho, J. 2015. 3D/4D geological modelling of the Hietakero and Vähäkurkkio areas in the Lätäseno Schist Belt, Enontekiö, northern Finland. Geological Survey of Finland, Special Paper 57, 121-134.
Middleton, M., Schnur, T., Sorjonen-Ward, P. & Hyvönen, E. 2015. Geological lineament interpretation using the object-based image analysis approach: Results of semi-automated analyses versus
visual interpretation. Geological Survey of Finland, Special Paper 57, 135-154.
Lahti, I. 2015. Audiomagnetotelluric (AMT) measurements: A new tool for mineral exploration and
upper crustal research at the Geological Survey of Finland. Geological Survey of Finland, Special
Paper 57, 155-172.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
53
18.6.2015
Pirttijärvi, M. & Salmirinne, H. 2015. ArjunGUI: 2D modelling and inversion software for airborne
time-domain EM data. Geological Survey of Finland, Special Paper 57, 173-184.
Salmirinne, H. & Pirttijärvi, M. 2015. Calculation of the derived Bouguer anomaly using the
equivalent source method based on joint inversion of ground gravity and airborne gravity gradient
data. Geological Survey of Finland, Special Paper 57, 185-197.
Raportit (saatavana http://hakku.gtk.fi/)
Lehtonen, M., Lahaye, Y., O’Brien, H., Lukkari, S., Marmo, J. & Sarala, P. 2014. NovTecExosatehtävä 2: Moreenin mineraloginen tutkimus – uusia menetelmiä indikaattorimineraaleihin perustuvaan malminetsintään. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 102/2014, 20 + 34 liitesivua.
Pirttijärvi, M., and Salmirinne, H., 2014. ArjunGUI - Aika-alueen sähkömagneettisten mittausten
2D-mallinnus- ja tulkintaohjelma. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 115/2014, 23 s.
http://tupa.gtk.fi/raportti/arkisto/115_2014.pdf
Salmirinne, H. ja Pirttijärvi, M. 2015. Ekvivalenttilähdemenetelmä johdetun Bouguer-anomalian
laskemiseksi yhdistetyllä inversiolla lentogradientti- ja maanpintamittauksista. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 114/2014, 19 s. http://tupa.gtk.fi/raportti/arkisto/114_2014.pdf.
Sarala, P., Taivalkoski, A. & Valkama, J. 2014. Käsikäyttöisen XRF-laitteen käyttö moreenigeokemiallisessa tutkimuksessa. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 120/2014, 9 s. ja 13 liitettä.
Taivalkoski, A. & Sarala, P. 2014. Maastotallennin ja metsäkuviotietoihin pohjautuva reitinoptimointi moreeninäytteenotossa. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 170/2013, 10 s. ja 4 liites.
Tutkijavierailut ja seminaarit
Esitelmät tutkijavierailulla (Lehtonen ja Sarala) kesäkuussa 2013 Ottawassa, Kanadassa (Geological Survey of Canada)
-Lehtonen, M. Experimenting sample processing and SEM-based analytical techniques for indicator
minerals in the fine fractions of till. Esitelmä Informal workshop and Q&A with GSC till geochemistry and indicator minerals -seminaarissa 25.6.2013, Geological Survey of Canada, Ottawa, Canada.
-Lehtonen, M. Experiences from indicator mineral surveys in Northern and Eastern Finland. Esitelmä (formal talk) Geological Discussion Group of GSC 27.6.2013, Geological Survey of Canada,
Ottawa, Canada.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
54
18.6.2015
-Sarala, P. Au exploration using till geochemistry and indicator mineral studies. Esitelmä Informal
workshop and Q&A with GSC till geochemistry and indicator minerals -seminaarissa 25.6.2013,
Geological Survey of Canada, Ottawa, Canada.
-Sarala, P. Till geochemistry as an indicator of glacial transport and deposition of moraine formations in the central part of Scandinavian Ice Sheet. Esitelmä (formal talk) Geological Discussion
Group of GSC 26.6.2013, Geological Survey of Canada, Ottawa, Canada.
-Sarala, P. Portable XRF methods in exploring the ore potentiality in glaciated terrain – examples
from Finland. Esitelmä Portable XRF discussion -seminaarissa 27.6.2013, Geological Survey of
Canada, Ottawa, Canada.
Esitelmät kanadalaisten (McClenaghan ja McMartin) tutkijavierailulla Suomessa syyskuussa 2013
- Seminar for advances and development of till geochemical and indicator mineral methods in mineral exploration, environmental research, Q/A, and on-going projects (GSC, GTK and University of
Oulu), in GTK, Rovaniemi, 11.9.2013
- Sarala, P. (GTK) Opening and Green mining projects in GTK.
- Peuraniemi, V. (OY) Till geochemical and heavy mineral research for mineral exploration in the
University of Oulu with examples of on-going projects
- Lehtonen, M. (GTK) Development of the indicator mineral processing and analyse services in
GTK
- McClenaghan, B. (GSC) Indicator mineral methods for Ni-Cu-PGE deposits: GSC research activities
- Sarapää, O. (GTK) Potentiality mapping of the critical minerals in Finland
- Väisänen, U. (GTK) ENVIMINE project and sulphidic acid soil mapping in GTK
- Lauri, L. (GTK) U-Th potential and exploration in Finland
- McMartin, I. (GSC) Development of drift prospecting methods for IOCG exploration in the Great
Bear Magmatic Zone, Canada
- Salmirinne, H. (GTK) Spatial data modelling as a data integration tool - Case studies for Au and
REE exploration in Northern Finland
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
55
18.6.2015
- General lectures 11.9.2013, GTK, Rovaniemi, Meeting Room 1 (with video connection to the
GTK’s regional offices)
- McClenaghan, B. (GSC) Applications of indicator mineral methods in mineral exploration in Canada.
- McMartin, I. (GSC) Till geochemistry and heavy mineral surveys in Canada: examples from various surficial geology mapping projects in shield terrain
Tutkijavierailu (Fraser) Suomeen lokakuussa 2013
- NovTecEx project seminar in GTK, Rovaniemi, 15.-16.10.2013
- Sarala, P. (GTK) Green Mining Programme and the project Novel technologies for greenfield exloration at GTK in northern Finland.
- Sarala, P. (GTK) NovTecEx
-Task 1: Sampling techniques for till geochemical surveys
-Task 3: On-site (field) analytical techniques.
- Lehtonen, M. (GTK) Task 2: Indicator minerals, automated mineralogy.
- Marmo, J. (GTK) Mineral analytical services of GTK.
- Task 4: Spatial data mining and modeling:
- Fraser, S. (CSIRO) Self-organising map (SOM) technique and SiroSOM.
- Middleton, M. (GTK) Self-organizing maps for regional IOCG prospectivity in Enontekiö.
- Torppa, J. (GTK) SOM/K-means clustering: Methods for managing the input and interpreting the output.
- Fraser, S. (CSIRO) Hands on SiroSOM demonstration possibly on Kevitsa data.
- Middleton, M. (GTK) Task 5: Object based recognition of bedrock fractures.
- Lahti, I. (GTK) Task 6: AMT as a mineral exploration tool
- Pirttijärvi, M. (OY) Task 7: Development of the 2D interpretation of airborne TEM measurements.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
56
18.6.2015
- Salmirinne, H. (GTK) Task 8: Airborne gravity gradient surveys.
- Karinen, T. Introduction to GTK’s 3D room together with demonstration and case studies of 3D
modeling.
General lectures 22.10.2013, GTK, Rovaniemi, Meeting Room 1 (with video connection to the
GTK’s regional offices)
- Fraser, S. (CSIRO) BIG Data, The Intelligent Mine, The Common Mine Model & Analytics.
Esitelmä 11. Geokemian Päivien workshopissa 6.2.2014
-Torppa, J. 2014. SOM-mallinnus geokemiallisten aineistojen tarkastelussa – esimerkkinä Savukosken moreenigeokemia. Suullinen esitelmä 11. Geokemian Päivät 2014, 5.-6.2.2014, GTK, Espoo.
NovTecEx-mallinnusseminaari ’Spatial data analysis and modeling’ 25.11.2014 GTK:lla, Espoossa
- Stephen Fraser: Self Organizing Maps: A Tool for Geoscience Analytics.
- Juha Oksanen: Uncertainty-aware terrain analysis utilizing high-performance computing
- Hanna Leväniemi: Prospectivity Mapping in the Häme Volcanic Belt, Southern Finland
- Eevaliisa Laine: Results from ongoing 3D-modeling project
- Johanna Torppa: SOM in 2D prospectivity modeling
- Soile Aatos: Geochemical norm calculation and SOM
- Helena Hulkki: Analysis of the geochemical data of weathered bedrock; identification of anomalies and recognition of processes and trends using SiroSOM and Statistics
- Maarit Middleton, Tuomo Karinen and Ilkka Lahti: SOMing 3D inversions of aerogeophysics at
the Lätäseno Schist Belt
Tiedottaminen
Sarala, P. 2012. Uusia malminetsintämenetelmiä herkille pohjoisille alueille - NovTecEx (Novel
technologies for greenfield exploration); Geokemiallinen ja mineraloginen menetelmäkehitys. Esi-
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS
NovTecEx - Loppuraportti
57
18.6.2015
telmä GTK:n Konsernipalvelujen maastomiesten työhyvinvointi- ja koulutuspäivillä Vuokatissa
30.11.2012.
Peltoniemi-Taivalkoski, A. 2012. Maastotallennin, Maapelin geokemian tallennussovellus ja metsätalouskuviotietoihin perustuva reitinoptimointi moreeninäytteenotossa: käytön demonstrointi. Esitelmä GTK:n Konsernipalvelujen maastomiesten työhyvinvointi- ja koulutuspäivillä Vuokatissa
30.11.2012.
Sarala, P. 2013. UltraLIM-, NovTecEx- ja Geokemian menetelmien kehittäminen -hankkeiden esittely GTK: Pohjois-Suomen yksikön Kallioperä ja raaka-aineet -toimialan kokouksessa 22.5.
Sarala, P. 2013. NovTecEx- ja UltraLIM -hankkeiden esittely GTK:n Pohjois-Suomen yksikön Yksikköpäivillä Oppipojassa 31.5.
Sarala, P. 2013. Green Mining -ohjelman hankkeet PSY:ssä – NovTecEx (4141004), UltraLIM
(4141005). Yleisöluento GTK:n avoimien ovien päivänä 5.9.2013.
Sarala, P. 2013. Green Mining -projektit ja näytteenottomenetelmien kehittäminen. GTK:n kairaajakoulutus, Oppipoika 16.12.2013.
Environmentally friendly mineral exploration for the Arctic. Geofoorumi 2/2013, 12-14.
Sarala, P. 2014. Green Mining -ohjelman hankkeet GTK:n Pohjois-Suomen yksikössä: NovTecEx
(4141004), UltraLIM (4141005). Esitelmä Lapin luonnonsuojelupiirin ja GTK:n tapaamisessa
GTK:lla Rovaniemellä 26.10.2014
Sarala, P. 2015. Malminetsintää kehittämässä. Lapin kansa, Näkökulma-palstan artikkeli 1.2.2015.
Sarala, P. 2015. Green Mining – kohti vähäisiä ympäristövaikutuksia mineraalipotentiaalin arvioinnissa. Esitelmä Lapin tutkimusseuran ja GTK:n järjestämässä ”Geologinen tutkimus ympäristön ja
yhteiskunnan tukena” -luentosarjassa, Rovaniemellä 2.2.2015.
Sarala, P. 2015. Green Mining – kohti vähäisiä ympäristövaikutuksia mineraalipotentiaalin arvioinnissa. Esitelmä Oulun yliopistossa, Oulussa 6.2.2015.
Lehdistötiedote 17.3. Herkille alueille kehitettiin uusia tutkimus- ja malminetsintämenetelmiä.
Uusia keinoja malminetsintään. Tekniikka & Talous 7, 20.3.2015.
Sarala, P. 2015. Advanced till sampling methods – application in geochemical and indicator mineral
research. Posteri-esitys 27th IAGS, Tucson, USA, 20.-24.4.2015
Nykänen, V. & Sarala, P. 2015. Novel technologies for greenfield exploration. Esitelmä GTK:n sidosryhmätapaamisessa Rovaniemellä 6.5.2015