Metallogeny of remobilised komatiite-associated Sika-aho nickel deposit, Kuhmo greenstone belt
Gråsten, Tuomas (2022-12-21)
Metallogeny of remobilised komatiite-associated Sika-aho nickel deposit, Kuhmo greenstone belt
(21.12.2022)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202301091926
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202301091926
Tiivistelmä
Growing demand of nickel requires new discoveries to be made, highlighting the need for better understanding of mineralisation processes. All Archaean nickel deposits are invariably metamorphosed and deformed, which has modified the geometry, textures, mineralogy, and metal content of the deposits. Remobilised komatiite-associated nickel deposits are scarcely studied in Finland, even though komatiites are highly potential targets for nickel(-copper-platinum group element) exploration. This study aims to define the source of nickel, resolve the reasons and mechanisms for nickel remobilisation, explain the atypical metal contents, and attempt to recognise geochemical haloes around the Sika-aho nickel deposit.
Drill core revision, geochemical analysis and petrographic study provide information about the geochemical and mineralogical compositions, textures, and alterations of all lithological units. Elevated Ni/Cu ratios and high Ni tenors in sulfides indicate that the source of Ni has been sulfides from a komatiitic source. Upgrading of the Ni content in sulfides during serpentinisation and talc-carbonate alteration is likely. Pentlandite, which hosts most of the Ni, can be found as individual grains, intergrown with other sulfides, and as inclusions and lamellae in pyrrhotite. Elongated and flattened sulfides with stretching lineations on the schistosity planes in the strongly sheared host rocks are evidence of mechanical remobilisation.
Replacement textures in sulfides indicate that the deposit has been affected by hydrothermal fluids, possibly causing redistribution of Fe, Cu, and S among other elements. However, geochemical analyses revealed that external remobilisation of Ni by hydrothermal fluids is unlikely. Ratios and total contents of platinum group elements as well as Ni and other siderophile and chalcophile elements evidence this. The host rocks of the deposit are highly heterogeneous: majority of the host rocks are strongly altered basalts, however the deposit is also partly hosted by altered komatiites and intermediate-felsic volcanic rocks.
Geochemical data from drill cores were used to create a numeric 3D-model that defines the extent and continuity of the Sika-aho Ni deposit. Numeric models were also created for other elements to detect possible geochemical haloes. A geological 3D-model of the host rocks and surrounding lithological units was created based on drill hole data, and it could be used in combination with numeric models to recognise depletion or enrichment of elements in different rock types. A combined 3D-model provided further evidence that the Ni sulfides have been remobilised and are not at their original volcanic position.
The results indicate that the source of Ni has been sulfides in a komatiitic cumulate unit, and the Ni contents of the sulfides have been upgraded during metamorphism. The remobilisation mechanisms have been dominantly mechanical, and the sulfides have undergone ductile plastic flow. Atypically high Cr contents of the deposit are attributed to both magmatic and hydrothermal processes, whereas the high Zn contents are hydrothermal in origin. Geochemical haloes were not detected in Sika-aho, however that alone should not be regarded as a negative indicator in Ni(-Cu-PGE) exploration. Nikkelin kasvavan kysynnän vuoksi uusia esiintymiä täytyy löytää, jolloin mineralisaatioprosessien ymmärtäminen on ensisijaisen tärkeää. Kaikki arkeeiset nikkeliesiintymät ovat metamorfoituneita ja deformoituneita, minkä seurauksena niiden geometria, tekstuurit, mineraloginen koostumus ja metallipitoisuudet ovat muuttuneet. Komatiitteihin liittyviä uudelleenmobiloituneita nikkeliesiintymiä on Suomessa tutkittu vain vähän, vaikka komatiitit ovat potentiaalisia nikkeli(-kupari-platinametalli) malminetsintäkohteita. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on määrittää Sika-ahon esiintymän nikkelinlähde, selvittää syyt ja mekanismit nikkelin uudelleenmobiloitumiselle sekä löytää selitys esiintymässä nikkelin lisäksi havaituille epätyypillisen kohonneille metallipitoisuuksille. Näiden lisäksi pyritään havaitsemaan mahdolliset geokemialliset kehät esiintymän ympärillä.
Kairasydänten tarkastelulla, geokemiallisten analyysien tulkinnalla ja ohuthieiden petrografisella tutkimuksella saatiin tietoa tutkimusalueen kivien mineralogisista koostumuksista, tekstuureista ja muuttumisista. Koholla olevat Ni/Cu -suhdeluvut ja sulfidien korkeat nikkelipitoisuudet osoittavat, että nikkelinlähde on ollut komatiittisten kivien sulfidit, joiden nikkelipitoisuus on mahdollisesti kohonnut serpentinisaation ja talkki-karbonaattimuuttumisen vuoksi. Pentlandiitti sisältää suurimman osan esiintymän nikkelistä, ja sitä havaitaan yksittäisinä kiteinä, yhteenkasvettumana muiden sulfidien kanssa, sekä sulkeumina että erkaantumislamelleina magneettikiisussa. Voimakkaasti hiertyneiden isäntäkivien liuskeisuuspinnoilla on pitkänomaisia ja litistyneitä sulfideja venytyslineaatioineen, mikä todistaa sulfidien uudelleenmobiloituneen mekaanisesti.
Sulfidien korvautumistekstuurien perusteella esiintymään ovat vaikuttaneet hydrotermiset fluidit, jotka ovat vaikuttaneet ainakin raudan, kuparin ja rikin jakautumiseen. Geokemiallisten analyysien tuloksista voidaan todeta, että nikkelin ulkoinen uudelleenmobiloituminen hydrotermisissä fluideissa on kuitenkin epätodennäköistä. Muun muassa suhdeluvut platinametallien sekä nikkelin ja muiden siderofiilisten ja kalkofiilisten alkuaineiden välillä eivät tue kyseistä uudelleenmobilaatiomekanismia. Esiintymän isäntäkivistä suurin osa on voimakkaasti muuttuneita basaltteja ja komatiitteja, mutta myös intermediäärisissä ja felsisissä vulkaanisissa kivissä esiintyy paikoin mineralisoitumista.
Kairasydänten geokemiallisia analyysejä käytettiin nikkeliesiintymän ulottuvuuksien ja jatkuvuuden rajaavan numeerisen 3D-mallin tekemiseen. Numeerisia malleja tehtiin myös muille alkuaineille, jotta mahdolliset geokemialliset kehät voitaisiin havaita. Geologista 3D-mallia pystyttiin käyttämään yhdessä numeeristen mallien kanssa eri alkuaineiden rikastumisen tai köyhtymisen havaitsemisessa eri kivilajiyksiköissä. Yhdistetty 3D-malli osoittaa sen, että nikkelipitoiset sulfidit ovat uudelleenmobiloituneita.
Tulokset viittaavat siihen, että nikkelinlähteenä ovat olleet komatiittisissa kumulaateissa sijainneet sulfidit, joiden nikkelipitoisuudet ovat kohonneet metamorfoosin aikana. Uudelleenmobiloitumismekanismit ovat olleet mekaanisia, ja sulfidit ovat liikkuneet duktiilin plastisen virtauksen seurauksena. Epätyypillisen korkeat kromipitoisuudet esiintymässä ovat määritetty magmaattisten ja hydrotermisten prosessien aiheuttamiksi, kun taas korkeat sinkkipitoisuudet ovat alkuperältään hydrotermisiä. Geokemiallisia kehiä ei havaittu Sika-ahossa, mutta niiden puuttuminen ei yksinään ole negatiivinen indikaattori Ni(-Cu-PGE) -malminetsinnän kannalta.
Drill core revision, geochemical analysis and petrographic study provide information about the geochemical and mineralogical compositions, textures, and alterations of all lithological units. Elevated Ni/Cu ratios and high Ni tenors in sulfides indicate that the source of Ni has been sulfides from a komatiitic source. Upgrading of the Ni content in sulfides during serpentinisation and talc-carbonate alteration is likely. Pentlandite, which hosts most of the Ni, can be found as individual grains, intergrown with other sulfides, and as inclusions and lamellae in pyrrhotite. Elongated and flattened sulfides with stretching lineations on the schistosity planes in the strongly sheared host rocks are evidence of mechanical remobilisation.
Replacement textures in sulfides indicate that the deposit has been affected by hydrothermal fluids, possibly causing redistribution of Fe, Cu, and S among other elements. However, geochemical analyses revealed that external remobilisation of Ni by hydrothermal fluids is unlikely. Ratios and total contents of platinum group elements as well as Ni and other siderophile and chalcophile elements evidence this. The host rocks of the deposit are highly heterogeneous: majority of the host rocks are strongly altered basalts, however the deposit is also partly hosted by altered komatiites and intermediate-felsic volcanic rocks.
Geochemical data from drill cores were used to create a numeric 3D-model that defines the extent and continuity of the Sika-aho Ni deposit. Numeric models were also created for other elements to detect possible geochemical haloes. A geological 3D-model of the host rocks and surrounding lithological units was created based on drill hole data, and it could be used in combination with numeric models to recognise depletion or enrichment of elements in different rock types. A combined 3D-model provided further evidence that the Ni sulfides have been remobilised and are not at their original volcanic position.
The results indicate that the source of Ni has been sulfides in a komatiitic cumulate unit, and the Ni contents of the sulfides have been upgraded during metamorphism. The remobilisation mechanisms have been dominantly mechanical, and the sulfides have undergone ductile plastic flow. Atypically high Cr contents of the deposit are attributed to both magmatic and hydrothermal processes, whereas the high Zn contents are hydrothermal in origin. Geochemical haloes were not detected in Sika-aho, however that alone should not be regarded as a negative indicator in Ni(-Cu-PGE) exploration.
Kairasydänten tarkastelulla, geokemiallisten analyysien tulkinnalla ja ohuthieiden petrografisella tutkimuksella saatiin tietoa tutkimusalueen kivien mineralogisista koostumuksista, tekstuureista ja muuttumisista. Koholla olevat Ni/Cu -suhdeluvut ja sulfidien korkeat nikkelipitoisuudet osoittavat, että nikkelinlähde on ollut komatiittisten kivien sulfidit, joiden nikkelipitoisuus on mahdollisesti kohonnut serpentinisaation ja talkki-karbonaattimuuttumisen vuoksi. Pentlandiitti sisältää suurimman osan esiintymän nikkelistä, ja sitä havaitaan yksittäisinä kiteinä, yhteenkasvettumana muiden sulfidien kanssa, sekä sulkeumina että erkaantumislamelleina magneettikiisussa. Voimakkaasti hiertyneiden isäntäkivien liuskeisuuspinnoilla on pitkänomaisia ja litistyneitä sulfideja venytyslineaatioineen, mikä todistaa sulfidien uudelleenmobiloituneen mekaanisesti.
Sulfidien korvautumistekstuurien perusteella esiintymään ovat vaikuttaneet hydrotermiset fluidit, jotka ovat vaikuttaneet ainakin raudan, kuparin ja rikin jakautumiseen. Geokemiallisten analyysien tuloksista voidaan todeta, että nikkelin ulkoinen uudelleenmobiloituminen hydrotermisissä fluideissa on kuitenkin epätodennäköistä. Muun muassa suhdeluvut platinametallien sekä nikkelin ja muiden siderofiilisten ja kalkofiilisten alkuaineiden välillä eivät tue kyseistä uudelleenmobilaatiomekanismia. Esiintymän isäntäkivistä suurin osa on voimakkaasti muuttuneita basaltteja ja komatiitteja, mutta myös intermediäärisissä ja felsisissä vulkaanisissa kivissä esiintyy paikoin mineralisoitumista.
Kairasydänten geokemiallisia analyysejä käytettiin nikkeliesiintymän ulottuvuuksien ja jatkuvuuden rajaavan numeerisen 3D-mallin tekemiseen. Numeerisia malleja tehtiin myös muille alkuaineille, jotta mahdolliset geokemialliset kehät voitaisiin havaita. Geologista 3D-mallia pystyttiin käyttämään yhdessä numeeristen mallien kanssa eri alkuaineiden rikastumisen tai köyhtymisen havaitsemisessa eri kivilajiyksiköissä. Yhdistetty 3D-malli osoittaa sen, että nikkelipitoiset sulfidit ovat uudelleenmobiloituneita.
Tulokset viittaavat siihen, että nikkelinlähteenä ovat olleet komatiittisissa kumulaateissa sijainneet sulfidit, joiden nikkelipitoisuudet ovat kohonneet metamorfoosin aikana. Uudelleenmobiloitumismekanismit ovat olleet mekaanisia, ja sulfidit ovat liikkuneet duktiilin plastisen virtauksen seurauksena. Epätyypillisen korkeat kromipitoisuudet esiintymässä ovat määritetty magmaattisten ja hydrotermisten prosessien aiheuttamiksi, kun taas korkeat sinkkipitoisuudet ovat alkuperältään hydrotermisiä. Geokemiallisia kehiä ei havaittu Sika-ahossa, mutta niiden puuttuminen ei yksinään ole negatiivinen indikaattori Ni(-Cu-PGE) -malminetsinnän kannalta.