3D inversion of magnetotelluric data from the SEEMS DEEP project in Koillismaa, northeastern Finland

Abstract

The Koillismaa Layered Igneous Complex (KLIC) is an Early Palaeoproterozoic layered intrusion located in northeastern Finland. It is subdivided into two exposed parts, the Western Intrusion and the Näränkävaara Intrusion. Since the 1950s, the complex has been extensively studied due to a prominent gravity and magnetic anomaly, referred to as the “hidden dyke”, located between the exposed parts. As part of the SEEMS DEEP project (Seismic and Electromagnetic Methods for Deep Mineral Exploration), this thesis presents a three-dimensional (3D) magnetotelluric (MT) inversion model constructed using the MT data acquired in the SEEMS DEEP project and additional regional MT data. The model was developed to better constrain the resistivity structure of the KLIC and to assess the potential presence of Ni-Cu-PGE (platinum group elements) mineralisation that can be associated with highly conductive massive sulphides. The model was compared with the 3D seismic model from SEEMS DEEP, as well as the gravity model and magnetic data obtained in previous studies, to assess the suitability of MT for imaging layered ultramafic intrusions. The MT study revealed no significant conductive structures in the study area, suggesting a low probability of potential Ni-Cu-PGE deposits. Instead, two major high-resistivity features and five low-resistivity structures were identified. The low-resistivity zones (100–3,000 Ω m) partially correlate with magnetic anomalies and, to a lesser extent, with seismic reflectivity patterns. These may represent mafic or ultramafic dykes, fractured zones, or banded iron formations (BIFs) related to the magnetic anomalies. The high-resistivity structures (>30,000 Ω m) likely correspond to Archean basement rocks surrounding the intrusion, along with the rocks that are part of the intrusion. While some boundaries within the ultramafic intrusion are clearly visible in the seismic model, they are not resolved in the MT inversion model. These results suggest that MT may be limited in its effectiveness for investigating layered ultramafic intrusions due to insufficient spatial resolution.

Koillismaan varhaispaleoproterotsooiset ultramafiset kerrosintruusiot muodostavat "Koillismaan kompleksin", joka sijaitsee Koillis-Suomessa. Kompleksi jakautuu kahteen maanpinnalla havaittaviin osiin: Länsi-intruusioon ja Näränkävaaran intruusioon. Aluetta on tutkittu laajasti 1950-luvulta lähtien merkittävän painovoima- ja magneettianomalian vuoksi. Tämä piilossa oleva anomalia sijaitsee Länsi-intruusion ja Näränkävaaran intruusion välissä. Osana SEEMS DEEP -projektia, tämä tutkielma esittelee kolmiulotteisen (3D) magnetotelluurisen (MT) inversiomallin, joka on rakennettu SEEMS DEEP -projektissa hankittujen MT-datan ja alueella sijaitsevan aikaisemman MT-datan perusteella. MTdatasta luotiin resistiivisyysmalli Koillismaan alueelta, millä pyrittiin arvioimaan kompleksin rakennetta sekä mahdollisten Ni-Cu-PGE mineralisaatioiden esiintymistä, joita voidaan yhdistää erittäin johtaviin massiivisiin sulfideihin. Mallia verrattiin SEEMS DEEP -projektin 3D-seismiseen malliin sekä aikaisemmissa tutkimuksissa saatuihin painovoima- ja magneettiaineistoihin arvioitaessa MT-menetelmän soveltuvuutta ultramafisten kerrosintruusioiden kuvantamiseen. MT-tutkimus ei paljastanut merkittäviä johtavia rakenteita tutkimusalueella, mikä viittaa pieneen todennäköisyyteen potentiaalisille Ni-Cu-PGE-malmiesiintymille. Sen sijaan tunnistettiin kaksi suurta korkean resistiivisyyden kohdetta ja viisi matalan resistiivisyyden rakennetta. Matalan resistiivisyyden alueet (100–3,000 Ω m) korreloivat osittain magneettisten anomalioiden kanssa ja jossain määrin myös seismisten heijastuksien kanssa. Ne voivat edustaa mafisia tai ultramafisia juonia, ruhjevyöhykkeitä tai magneettisiin anomalioihin liittyviä rautamuodostumia. Korkean resistiivisyyden rakenteet (>30,000 Ω m) todennäköisesti vastaavat Arkeeisia peruskallion kiviä, jotka ympäröivät intruusiota, sekä itse intruusion osia. Vaikka ultramafisen kerrosintruusion tietyt rajat ovat selvästi näkyvissä seismisessä mallissa, ne eivät erotu MT-inversiomallissa. Nämä tulokset viittaavat siihen, että MT-menetelmä voi olla rajallinen ultramafisten kerrosintruusioiden tutkimuksessa johtuen sen riittämättömästä resoluutiosta.