Hydrothermal alteration and host rock composition of the Pyhäsalmi volcanogenic massive sulphide deposit, Central Finland

• Main Author: Hettula, J. (Jesse)
• Format: Dissertation
• Language: English
• Published: University of Oulu 2019
• Online Access: http://jultika.oulu.fi/Record/nbnfioulu-201911233182

Abstract. The Pyhäsalmi volcanogenic massive sulphide (VMS) deposit begins at ground level and reaches a depth of 1420 m. For the first 1050 m, the massive sulphide is formed of long a long conical sheet-like structure, which is slightly sloping to the west and steeply downward, forming a north–south planar massive sulphide deposit that narrows with increasing depth. Between 1050 and 1420 m, the structure of the deposit resembles the shape of a potato, which is connected to the upper deposit by a small contact area in between these two shapes. The upper and deep ore bodies are significantly different in shape, but both are enriched with Zn and Cu. VMS related hydrothermal alteration is present on the eastern side of the deposit, meaning that the east was, at the time of deposit formation, the footwall. Similarly, hydrothermally unaltered western side of the deposit is the hangingwall. Both the footwall and hangingwall are dominated by a homogeneous and aphanitic felsic rock unit, which has hydrothermally altered in the footwall into sericite schist. In both footwall and in hanginwall, mafic units are more common with increasing distance from massive sulphide. In total, when compared to hangingwall, the footwall has older and more numerous mafic intrusions, but both share pegmatitic granite intrusions in equal measure, which are a byproduct of latest local tectonic event. Nearly all the rock types have undergone severe alteration due to hydrothermal or/and metamorphic events, leaving no primary textures intact. During the summer of 2017, all the data relevant to this study was collected from seven drillcores which collectively represent the footwall, hangingnwall and deep massive sulphide itself. Pyhäsalmi Mine Oy provided all their previously collected geochemical and geophysical data from these drillcores. Most of this data portray the footwall rock units and massive sulphide base metal content. In addition, whole-rock geochemical data and thin sections were collected from the hangingwall and from silicic inclusions in deep ore body for better overall view of the deposit. These seven drillcores were also logged, photographed and systematically measured for their geophysical properties, such as specific gravity and susceptibility. Subsequently, 55 thin sections were selected from collection of samples, which display the relevant major rock types and gradual increase in hydrothermal alteration intensity in host rock. The purpose of this thesis is to describe most relevant properties of Pyhäsalmi VMS deposit and its host rock, based on the seven drillcores and data collected from them. As a result, geochemical studies have proven to be and irreplaceable tool for clarifying the host lithology and drillcore logging, measuring the intensity of hydrothermal alteration and estimating absolute mass transfer during hydrothermal alteration. It is evident that the footwall felsic host rock consists of two chemically different felsic volcanic units, which are named here Rhyolite 1 and 2. Lithologically Rhyolite 2 is atop Rhyolite 1, and it is also associated with massive sulphide related hydrothermal alteration. In hangingwall, the felsic host rock is solely composed of unaltered Rhyolite 2. Similarly, numerous mafic intrusion and layers are geochemically divided into three major groups, of which Andesites and Basaltic andesites belong to the footwall, whereas the third group, Basalt, belongs exclusively to hangingwall. The practical utility of geophysical data for ore exploration, measuring hydrothermal alteration intensity and rock type identification was also estimated. It seems that specific gravity was most useful of the three properties, however it could only indicate correct answers in all studied categories.Pyhäsalmen vulkanogeenisen massiivisen sulfidimalmin isäntäkiven hydroterminen muuntuminen ja koostumus, Keski-Suomi. Tiivistelmä. Pyhäsalmen vulkanogeeninen massiivinen sulfidi -esiintymä (VMS) alkaa maan pinnalta ja yltää 1420 m syvyyteen. Muodoltaan esiintymä koostuu ensimmäisen 1050 m matkalta pitkästä tasomaisesta rakenteesta, mudostaen hieman länteen ja jyrkästi alaspäin suuntautuvan, pohjois-etelä suunnassa tasomaisen massiivisen sulfidiesiintymän, joka kapenee syvyyden kasvaessa. Välillä 1050–1420 m, esiintymän rakenne muistuttaa muodoltaan perunaa, joka on vain pieneltä alalta kosketuksissa sen yläpuolella olevaan esiintymään. Malmimuotojen perusteella Pyhäsalmen VMS on jaettu ylempään malmiin ja syvämalmiin. Ylempi ja syvämalmi ovat malmikerrostumaltaan huomattavan erilaiset, vaikka molempiin on rikastunut Zn ja Cu. VMS esiintymälle tyypillistä hydrotermistä muuntumista ilmenee esiintymän itäpuolella, mikä tarkoittaa, että se oli esiintymän muodostumishetkellä jalkapuoli. Esiintymän hydrotermisesti muuntumaton länsipuoli on taas vastaavasti kattopuoli. Sekä jalka että kattopuolta dominoi massiivisen sulfidiesiintymän läheisyydessä homogeeninen ja hienorakeinen felsinen kivilajiyksikkö, joka on hydrotermisesti muuntunut jalkapuolessa serisiittiseksi liuskeeksi. Paikoin dominoiva kivilaji on maafinen, mutta vain syvemmällä jalkapuolessa ja korkeammalla kattopuolella. Jalkapuolessa ilmenee useampia vanhoja intruusioita kuin kattopuolessa, mutta molemmissa ilmenee viimeisimpien tektonisten tapahtumien seuraamuksesta tuoreempia pegmatiittisia graniittijuonia. Lähestulkoon kaikki kivilajit ovat joko/sekä hydrotermisen tai/ja metamorfisen muuntumisen yhteydessä muuntuneet niin voimakkaasti, että kaikki primääriset rakenteet ovat tuhoutuneet. Pyhäsalmen VMS esiintymästä kerättiin dataa vuoden 2017 kesänä seitsemästä eri kairansydämestä, jotka yhdessä edustavat kattavasti esiintymän jalka ja kattopuolta sekä syvämalmia. Pyhäsalmi Mine Oy luovutti kaiken aikaisemmin kerätyn geokemiallisen ja geofysikaalisen datan tätä tutkielmaa varten, mikä oli jo kerätty ennen tämän tutkielman alkua näistä kairansydämistä. Suurin osa tästä datasta kuvasi jalkapuolta ja kairansydämmissa esiintyvän massiivisen sulfidien perusmetallien pitoisuuksia. Tämän lisäksi, kattopuolesta ja syvämalmin silikaattisista inkluusioista kerättiin lisää geokemiallista dataa ja ohuthieitä paremman kokonaisuuden hahmottamiseksi. Tämän datan lisäksi nämä seitsemän kairansydäntä logattiin, valokuvattiin ja säännöllisin väliajoin niiden geofysikaaliset ominaisuudet, kuten ominaispaino ja suskeptibiliteetti, mitattiin. Jälkeenpäin 55 ohuthiettä valittiin, jotka näyttävät esiintymän pääasialliset kivilajit ja asteittaisen hydrotermisen muuntumisen voimakkuuden kasvun. Tämän tutkielman tarkoitus on kuvata oleellisimpia Pyhäsalmen VMS esiintymän piirteitä ja sen isäntäkiven ominaisuuksia, käyttäen näitä seitsemää kairansydäntä ja niistä kerättyä tietoa. Geokemialliset tutkimukset ovat osoittautuneet korvaamattomaksi työkaluksi esiintymän isäntäkiven litologian selvittämiseen, hydrothermisen muuntumisen intensiivisyyden mittaamiseen ja hydrotermisen muuntumisen yhteydessä tapahtuvan massasiirtymisen arvioimiseen. Jalkapuolen isäntäkivi koostuu kahdesta kemiallisesti toisistaan poikkeavista felsisistä vulkaanisesta kivilajista, jotka on täällä nimetty Ryoliitti 1:ksi ja 2:ksi. Litologisesti Ryoliitti 2 on 1:sen yläpuolella, ja jalkapuolessa Ryoliitti 2 assosioidaan hydrotermisen muuntumisen kanssa. Kattopuolen felsinen vulkaaninen isäntäkivi koostuu yksinomaan Ryoliitti 2:sta. Vastaavasti, lukuisat mafiset intruusiot ja kerrostumat jakautuivat geokemiallisesti kolmeen pääryhmään, joista Andesiittit ja Basalttiset andesiitit kuuluvat jalkapuoleen, ja Basaltti kuulluu yksinomaan kattopuoleen. Geofysikaalisen datan käytännön hyödyllisyyttä on myös arvioitu kivilajiluokittelun yhteydessä käytettäväksi työkaluksi ja hydrotermisen muuntumisen voimakkuuden arvioimista varten. Ominaispaino osoittautui hyödyllisimmäksi geofysikaaliseksi ominaisuudeksi kaiken kaikkiaan, mutta se pystyi parhaillaan vain osoittamaan oikean vastauksen suuntaan niissä tehtävissä missä sitä testattiin.