Raportti kauppa- ja teollisuusministeriön rahoittamasta tutkimuksesta

Transkriptio

1

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Ydinjätteiden sijoitustutkimukset Tiedonanto YST-54 Ilmo Kukkonen Raportti kauppa- ja teollisuusministeriön rahoittamasta tutkimuksesta Abstract: Temperature loggings in deep drill holes Espoo, joulukuu 1986

3 Kukkonen, Ilmo, Temperature loggings in deep drill holes. Geological Survey of Finland, Nuclear Waste Disposal Research, Report YST-54, 24 pages, 1 figure, 31 appendices. ABSTRACT The ground-water flow in drill holes and the surrounding bedrock was studied by temperature measurements in 23 holes with depths of m. The holes are situated in Precambrian crystalline bedrock in different parts of Finland. Flow in the drill hole between fracture zones short-cut hydraulically by the hole was detected in 15 cases. Flow was mostly downwards. The mass flow rates calculated from the temperature loggings ranged from 12 l/hour to 976 l/h and the corresponding flow velocities within the drill holes from 1.4 mm/s to 163 mrn/s, respectively. Flow in fracture zones was interpreted to take place in seven holes at depths of m based on gradient and heat-flow density changes. The geothermal gradient in the holes was rnk/m. Ilmo Kukkonen Geological Survey of Finland SF ESP00 Finland ISBN X ISSN

4 Kukkonen, Ilmo, Lampotilamittauksia syvista kairarei1 ista. Geologian tutkimuskeskus, ydinjatteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-54, 24 sivua, 1 kuva, 3 taulukkoa, 31 liitetta. TI IVISTELMA Kalliopohjaveden virtausta kairareilissa ja reikia ymparbivassa kalliossa tutkittiin lampotilaluotausten avulla eri osissa S~:omea sijaitsevista 23:sta reiasta, joiden syvyys oli m. Reikiivirtauksia tavattiin 15:ssa reiassa. Suurin osa virtauksista oli alle 300 m:n syvyydella, ja virtaussuunta oli useimmiten reikaa pitkin alas. Lampotilamittauksista tulkitut virtausmaarat vaihtelivat valilla 12 l/h l/h ja vastaavat virtausnopeudet valilla 1.4 mm/s mm/s. Kallion rakovyohykkeissa tapahtuviin virtauksiin viittaavia geoternisen gradientin ja lampovuon tiheyden vaihteluita todettiin 7 reiassa. KO. virtausvyohykkeet havaittiin m:n syvyydella. Reilista lasketut geotermisen gradientin arvot ovat valilla ,8 mk/m. Ilmo Kukkonen Geologian tutkimuskeskus Espoo ISBN X ISSN

5 SISALLYSLUETTELO ABSTRACT TIIVISTELMA 1 JOHDANTO 5 2 LAMPUTILAMITTAUKSET POHJAVEDEN VIRTAUSTUTKIMUKSISSA 5 3 MITTAUKSET JA TULOSKASITTELY 7 4 TULOKSET 9 Elimaki, Koskisto 9 Espoo, Otaniemi 12 Kangasniemi, Salmenkyla 13 Keitele, Teerimaki 13 Keminmaa, Sompujarvi 13 Kisko, Aijala 13 Kisko, Iilijarvi 14 Kolari, Hannukainen 14 Leppavirta, Kotalahden kaivos 15 Pori, Marj akoski (Pinomaki) 15 Pyhajiirvi, Pyhasalmi (Kettupera) 16 Pyhaj arvi, Pyhasalmen kaivos 16 Ranua, Vaaralampi (Suhanko) 16 Savukoski, Sokli 17 Sodankyla, Rajala 18 Sotkamo, Taivaljarvi 19 Vammala, Suvitie 19 Vihanti, Lampinsaari (Suksikangas ja Alpua) 19 Vuoli j oki, Honkamaki 20 Ylistaro, kk (Lahdenkyla) 21 5 YHTEENVETO 21 6 LAHDEVI ITTEET 23 KI ITOSMAININNAT LIITTEET

6 1 JOHDANTO Tam2 tutkimus liittyy Geologian tutkimuskeskuksen ydinjatteiden sijoitustutkimusten osaan "Kalliopohjaveden virtausl' (1.3.3.). Tyo on tehty paaasiassa kauppa- ja teollisuusministerion rahoituksella. Osa rahoituksesta on saatu Teollisuuden Voima 0y:lta. Tutkimuksessa on tehty lampotilamittauksia 23 kairareiasta ja porakaivosta kalliopohjaveden virtauksen selvittamiseksi seka reilissa etta reikia ymparoivassa kallioperassa. Tyo liittyy laheisesti ydinjatteiden sijoitustutkimusten osaan "Kalliopohjaveden geokemia" (1.3.2), jossa on tutkittu kalliopohjaveden koostumusta samoista rei'ista otettujen pohjavesinaytteiden avulla (Blomqvist et el. 1986). Tassa raportissa esitetaan lampotilaluotausten alustavat tulokset. Mittaustulosten tulkintaa rajoittaa toistaiseksi kairasydannaytteiden lammonjohtavuustietojen puuttuminen. Naytteiden mittaukset ovat parhaillaan kaynnissa. Taman vuoksi tarkemmat tulokset pohjaveden virtauksesta kalliossa ja lampovuon tiheydesta raportoidaan erikseen, ja tassa yhteydessa keskitytaan lahinna reikaa pitkin tapahtuvien virtausten tulkintaan. 2 LAMPUTILAMITTAUKSET POHJAVEDEN VIRTAUSTUTKIMUKSISSA Lampotilamittaukset ovat osoittautuneet kayttokelpoiseksi menetelmaksi kalliopohjaveden virtaustutkimuksiin Suomen olosuhteissa (Poikonen 1983, Kukkonen 1985 a, 1985 b, 1986, Saksa 1985). Virtaava vesi siirtaa lampoa ja muuttaa reian lampotilaa virtauksesta karakteristisesti riippuvalla tavalla (kuva 1). Eri virtaustilanteiden tulkintaa ja virtausmaarien laskentaa on kasitelty kirjallisuudessa (Ramey 1962, Drury et al. 1984, Kukkonen 1985 a). Kun kalliopohjaveden virtausta tutkitaan reikamittauksilla,

7 TEMPERATURE Kuva 1. Eri virtaustilanteiden synnyttamat anomaliat syvyyslampotilakayralla. A: veden virtaus reikaan kohdassa a1 ja poistuminen reiasta kohdassa a2, B: rakovyohykkeeseen varastoitunut lammin kairauksen huuhteluvesi, C: virtaus rakovyohykkeessa (Druryn et al mukaan). on otettava huomioon, etta kairareika toimii hydraulisena oikosulkuna eri rakovyohykkeiden valilla. Kairareikaa pitkin tapahtuvat virtaukset, joita lampotilaluotauksissa varsin usein todetaan, eivat sinansa edusta normaalia virtaustilannetta kalliossa. Niiden avulla voidaan kuitenkin tehda epasuoria johtopaatbksia kalliossa tapahtuvista virtauksista.

8 Edelleen on otettava huomioon, etta syvyys-lampolilakayralla oleva gradienttimuutos voi johtua myos pelkasta kallion lammonjohtavuuden muutoksesta eika pohjavesivirtauksesta. Taman vuoksi tyypin C (kuva 1) anomalian osoittaminen virtauksen aiheuttamaksi edellyttaa myos lammonjohtavuuden mittaamista kairasydannaytteista. Mikali kallion vertikaalinen lampovuon tiheys eli ylospain johtuva energia aikayksikkoa ja pinta-alayksikkoa kohden (gradientti x johtavuus) on erilainen pisteen C yla- ja alapuolella, voidaan gradienttimuutos tulkita pohjavesivirtauksen aiheuttamaksi. Vuosittainen maanpinnan lampotilavaihtelu johtuu kalliossa alaspain samalla vaimentuen. Vuosittaisvaihtelu ulottuu noin m syvyydelle ja vasta taman syvyyden alapuolelta voidaan mittaustuloksista kaytannossa etsia kuvan 1 anomalioita. Pitkaaikaisten ilmastomuutosten (lo2-106 vuotta) aiheuttamat 12impotilahairiot voivat sensijaan yltaa useiden satojen metrien, jopa kilometrien syvyyteen ja aiheuttaa useiden mk/m:n suuruisia gradienttimuutoksia ylimmalla 500 m:lla. Geotermisiin n~ittaustuloksiin tehtavien ns. paleoklimatologisten korjausten avulla voidaan myos tutkia epasuorasti kalliopohjaveden virtausta (Kukkonen 1986). 3 MITTAUKSET JA TULOSKASITTELY Lampotilamittaukset suoritettiin GTK:n geofysiikan osastolla rakennetulla laitteistolla, joka perustuu lampotilariippuvaan mikropiiriin AD 590 H (Sulkanen 1984). Lampotilamittauksen absoluuttinen tarkkuus on O.lOc ja resoluutio 0.01 OC. Kaytossa on useita eri kaapelipituuksia 200 m:sta 1350 m:iin. Mittaukset tehtiin 2-5 m pistevalilla, yleensa pistevalina kaytettiin 2.5 m:ia. Mittaukset tehtiin toukokuun ja syyskuun 1986 valisena aikana lukuunottamatta eraita kaivosmittauksia, jotka tehtiin jo helmikuussa 1986.

9 TAULUKKO 1, Luodatut reiat. Kunta, kyla Karttalehti Kairaus- Mittaus- Kiviaika aika lajit Elimaki, Koskisto Porakaivo Espoo, Otaniemi M19/52/2034/86/~ ,21,7 Kangasniemi, Salmenkyla M19/52/3213/83/~ (264) Keitele, Teerimski M19/52/3314/85/R ,15 Keminmaa, Sompujarvi Ki ,5,6, Kisko, Aijala A em ,9,22,19 ~isko, Iilijarvi IL Kolari, Hannukainen R ,1,22,3,21 Kolari, Hannukainen R ,1,22,3,21 Lepplvirta, ~otalahden kaivos Leppavir tar KO talahden kaivos Pori, Marjakoski (Pinomaki) Pyhajarvi, Pyhasalmi (Kettupera) R1088 R1090 PO1 Pys-35 Pyhajarvi, Pyhasalmen kaivos R80 6 Ranua, Vaaralampi (Suhanko) YP128 Savukoski, Sokli R (391) Savukoski, Sokli R (466) sodankyla, Rajala K/3714/84/~ Sotkamo, Taivaljarvi KRlO (476) ,10,12,21 Vammala, Suvitie VM/ST (183) Vihanti, Lampinsaari (Alpua) Vihanti, Lampinsaari (Suksikangas) Vuolijoki, Honkamaki R1706 R1732 R17 Ylistaro, kk (Lahdenkyla) porakaivo , Selitys X, Y, h Reian koordinaatit. Kaivosten rei'ista on annettu kaivoskoordinaatit. Z lzeian vertikaalinen syvyys maanpinnasta (m). Sulkeissa olevat arvot tarkoittavat suurinta saavutettua luotaussyvyytta. 0 Reikahalkaisija (mm) Kivilajit l=graniitti, 2=rapakivi, 3=dioriitti, 4=monzoniitti, 5=gabro, C=anortosiitti, 7=pegmatiitti, 8=hapan.vulkaniittir 9=intermedikiSrinen vulkaniitti, lo=emaksinen vulkaniitti, ll=ultraemaksinen vulkaniitti, 12=komatiitti, 13=ultraemSksinen kivilaji yleensa, 14=s8viittiI 15=gneissi, 16=kiillegneissi, 17rkiille-sarvivalkegneissi, 18=suonigneissi, 19=kordieriittigneissi, 20=graniittigneissi, 21=amfiboliitti, 22=karsi, 23=serisiitti-kordieriittikivi, 24=leptiitti, 25=sulfidimalmi

10 ErSissa kohteissa ei voitu suorittaa mittauksia ja niiden osalta on kaytetty Jarvimaen ja Purasen (1979) materiaalia (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985). Mittausohjelmassa oli kaikkiaan 23 reikaa (taulukko 1). Reikapituudet laskettiin vertikaalisyvyyksiksi joko reikien kaltevuusmittausten tai yhdistettyjen kaltevuus- ja sivutaipumamittausten avulla (Fotobor- tai Eastco-menetelmat), joiden tulokset saatiin kzyttoon reikia kairauttaneilta organisaatioilta. Yhdessakohteessa (Elimaki) tehtiin virtaustulkinnan tueksi galvaaninen reikaluotaus NORMA-maavastusmittarilla kayttaen normaalijarjestelmaa. 4 TULOKSET Seuraavassa esitetaan lamp6tilaluotausten tulokset kohteittain. Virtaustulkinta on tehty kirjallisuudessa (esim. Kukkonen 1985 a) esitetylla tavalla. Virtaustulkinnat on keratty taulukkoon 2 ja reikien geotermiset gradientit taulukkoon 3. Kaikki syvyystiedot on ilmoitettu vertikaalisyvyyksina. 4.1 Elimaki, Koskisto Lampotilamittauksen (liite 1) perusteella porakaivoon virtaa vetta 365 m:n syvyydella, mista vesi virtaa reikaa pitkin alas. Virtausmaara on noin 53 kg/h (1 kg*l 1). Veden ulosvirtausta ei voida lampotilakayralta havaita. Mahdollisesti ulosvirtaus tapahtuu aivan reian pohjasta siten, etta lampotila-anturi ei ole voinut paasta riittavan syvalle.

11 TAULUKKO 2. Virtaustulkinnan tulokset; virtaukset reikia pitkin. Reika Z1 Z2 AT g D f(t) K s W v Suunta Huom. Elimaki, Koskisto 365 ~ alas 1 Kangasniemi, Sallnenk yla < alas? Keitele, Teerimaki alas 1 Kisko, Iilijarvi ylas? Kolari, Hannukainen <20 < 20 i: alas R16 2 c2o alas 1 R ylbs 2 Pori, Marjakoski yl6s 2,,,, 190 o ylas 1 II II yl6~ 1 Pyhajarvi, Pyhasalmi alas 1 Ranua, Suhanko alas Savukoski, Sokli R349 (-75) alas 2 R349 (-75) y10s 2 R349 (-75) alas 1 R349 (-86) alas 2 R349 (-86) alas 1 R349 (-86) 376 > alas Sodankyla, Rajala alas 1 Vammala, Suvitie alas 1 Vihanti, Lampinsaari R alas 1 R alas 1 R yl0s R1706 < alas 1 Vuolijoki, Honkadki < alas 1,I I, <20? alas? 1 Selitys S W v Huom. Veden sislan- ja ulosvirtaussyvyydet reiassa (m) Ulosvirtauskohdassa mi tattu liimpdtilero (OC) Virtaustulkinnassa kaytetty geotermisen gradientin arvo (mk/m). Gradientti on useimmiten arvioitu graafisesti syvyys-lamp8tilaklyrllta. Virtausmaara3n ja virtausnopeuteen verrannollinen parametri (m) Aikariippuva funktio, t on veden virtausaika. Oletus: Virtaus on jatkunut kairauksen pasttymisesta alkaen. Reian kivilajien lammonjohtavuus (W/mSK). K:n arvona on kaytetty joko kairasydannaytteiden mittaustuloksia (P.JSrvimaki, kirj. tied.anto 1985) tai kivilajin kirjallisuustietoja. ReiXn kivilajien terminen diffusiviteetti (10-6 m2/s) Virtausmaara aikayksikossa (kg/h*l/h) Veden virtausnopeus reikaa pitkin (mm/s) 1) VirtausmaIrB ja virtausnopeus on laskettu lampatilaeron AT mukaan (D = at/g) 2) Virtausm3arS ja virtausnopeus on laskettu Z-T -kayrasovituksella varioimalla parametria D.

12 TAULUKKO 3. Luodattujen reikien geotermiset gradientit. Gradientti on laskettu vain niista rei'ista, joissa syvyys-lampotilakayra on rauhallinen. ReikS A Z N 9 Huom. Elimaki, Koskisto Espoo, Otaniemi Kangasniemi, Salmenkyla Keitele, Teerimaki Keminmaa, Sompujarvi Kisko, Iilijarvi Leppavirta, Kotalahden kaivos R1088 R Pori, Marjakoski - - Ranua, Suhanko Sodankyla, Rajala Vihanti, Lampinsaari R Vuolijoki, Honkamaki Ylistaro, kk Selitys a Z Syvyysvali (m), jolta gradientti on laskettu N Xittauspisteiden lukumaara 9 Geoterminen gradientti ja sen keskivirhe (mk/m) Huom. 1) Gradientti Jarvimaen ja Purasen (1979) mukaan

13 Galvaanisen reikamittauksen (liite 2) perusteella syvyydella m rapakivessa on selva naennaisen ominaisvastuksen minimi, joka voidaan tulkita rakovyohykkeeksi. Koska porakaivo on tehty rapakivigraniittiin, voidaan olettaa lammonjohtavuuden olevan vakio reikaa pitkin. Talloin lampotilakayriin gradienttimuutoksia voidaan tulkita pohjaveden virtauksen kannalta. Syvyydella 150 m lampotilagradientti kasvaa alaspain suhteellisen teravasti. Galvaanisen reikaluotauksen (liite 2) perusteella talla kohdalla on myos ominaisvastuksen minimi ja kyseessa voisi olla kalliopohjaveden virtaus rakovyohykkeessa. Virtaus tapahtuisi rakovyohyketta pitkin alaspain ja olisi suuruudeltaan 0.18 mg/s*m, jos rakovyohykkeen kaateeksi oletetaan 4S0. Toinen epaselvempi gradienttimuutos on 80 m:n syvyydella. Myos porakaivon lampotilojen ilmastokorjauksen (Kukkonen 1986) perusteella kaivon ymparistbssa on tapahtunut kalliopohjaveden virtausta, joka on muutanut kallion lampotiloja. 4.2 Espoo, Otaniemi Lampotilamittauksen (liite 3) perusteella reiassa ei tapahdu havaittavia virtauksia. Negatiivinen lampotilagradientti, joka yltaa aina 100 m:n syvyyteen, johtuu reian vieressa olevan GTK:n paarakennuksen aiheuttamasta kohonneesta pintalampotilasta. Samanlaisia negatiivisia gradientteja on todettu eraissa porakaivoissa, jotka ovat myos suurten rakennusten laheisyydessa. Joissakin tapauksissa negatiiviset gradientit ovat osittain vuosisadan alkupuolella tapahtuneen lampotilan nousun aiheuttamia (Kukkonen 1986). Geoterminen gradientti Otaniemen reiassa valilla m on 16.5 mk/m. Mittausaikana kairauksesta oli kulunut vasta 5 kk ja on ilmeista, etta reian lampotila ei ollut viela taysin saavuttanut luonnontilaa.

14 4.3 Kangasniemi, Salmenkyla Reian lampotilat (liite 4) ovat voimakkaasti hairiytyneita m syvyydella. Kyseessa on ilmeisesti virtaus reikaa pitkin, mutta virtauksen yksityiskohtia ei ole mahdollista selvittaa. Syvyydella 90 m geoterminen gradientti laskee 21,7 mk/m:sta 11,4 mk/m: iin. Kairasydanraportin mukaan gradienttimuutokseen ei liity olennaista kivilajimuutosta, mutta kivilajivaihtelu on yleensa kuitenkin vilkasta. Jos gradienttimuutos tulkitaan virtausanomaliaksi, ja oletetaan veden virtaavan ruhjeessa, jonka kaltevuus on 4s0, virtausmaara. olisi 0.22 mg/s*rn. 4.4 Keitele, Teerimaki Reian lampotilakayra (liite 5) on varsin rauhallinen, mutta vahainen virtaus reikaa pitkin alas ja pois reiasta voidaan todeta 80 m ja 260 m valilla. Geoterminen gradientti m:n valilla on 15.9 mk/m. 4.5 Keminmaa, Sompuj arvi Reian lampotilakayra (liite 6) ei viittaa virtausten olemassaoloon. Vahittainen gradientin kasvu alaspain johtunee menneisyyden ilmastomuutosten vaikutuksesta (vrt. Kukkonen 1986). Geoterminen gradientti valilla m on 8.0 mk/m. 4.6 Kisko, Aijala Lampotilamittauksen (liite 7) perusteella reikaa pitkin tapahtuvia virtauksia ei ole. Gradientti on hyvin alhainen (3'8 mk/m)aina38 m syvyyteen, minka alapuolella se nopeasti

15 kasvaa normaaliksi. Reian kivilaji on 5-70 m:n syvyydella intermediaarista vulkaniittia. Gradienttimuutos voisi olla kalliossa alaspain virtaavan pohjaveden aiheuttama, koska siihen ei geologisten tietojen perusteella liity johtavuuden muutosta. Reika sijaitsee korkealla maella, josta korkeusero viereiseen laaksoon on noin 45 m. Myos epatavallisen alhainen pohjaveden pinnan korkeus (9.4 m) on ymmarrettavissa siten, etta reian ymparistossa pohjavetta painuu kalliossa alaspain. 4.7 Kisko, Iilijarvi Reiassa ei ole havaittavissa virtausanomalioita (liite 8) lukuunottamatta reian ylinta osaa 50 m:n ylapuolella, missa voi tapahtua heikkoa virtausta reikaa pitkin ylos. Mittausaikana kairattiin samassa profiilissa uutta reikaa vain 30 m:n paassa, ja on mahdollista, etta kairauksen huuhteluveden pumppaus on muuttanut virtausoloja kallion pintaosissa. Geoterminen gradientti on syvyysvalilla m 16.8 mk/m. 4.8 Kolari, Hannukainen Tassa kohteessa luodattiin kaksi reikaa (R162 ja R197), jotka ovat vain 300 m:n etaisyydella toisistaan. Kummassakin reiassa on vilkasta lampotilan vaihtelua (liitteet 9 ja 10). Reikien alaosissa mitatut gradienttivaihtelut johtuvat mita ilmeisimmin vain kivilajien johtavuusvaihtelusta, sen sijaan reikien pintaosissa on havaittavissa selvia reikavirtausta indikoivia anomalioita. Reiassa R162 virtaus tapahtuu reian pintaosasta alaspain n. 58 m:n ja 86 m:n syvyydella oleviin rakovyohykkeisiin. Yhteenlaskettu virtausmaara on 50.5 l/h. Reiassa R197 vesi virtaa n. 150 m:n syvyydella reikaan ja virtaa reikaa pitkin ylos maanpinnalle. Lampotilamittausten kayrasovitustulkinnalla saadaan virtausmaaralle arvo /h.

16 Kairareian suulta mitattiin virtausmaaraksi l/min (vastaa Reika R197 on noin 10 m alempana kuin reika R162 Kivimopionvaaran lansirinteessa. Tulokset voidaan tulkita myos siten, etta reikien virtausvyohykkeet edustaisivat samaa, loiva-asentoista (10 - IS0) rakovy3hyketta tai rakovyohykkeiden sarjaa, jossa pohjavesi virtaa alaspain. KO. vyohyke noudattaisi myos kairareilista todettua geologiaa. 4.9 Leppavirta, Kotalahden kaivos Kummassakaan luodatussa reiassa (R1088 ja R1090) ei ole reikavirtausta indikoivia lampotila-anomalioita (liitteet 1 1 ja 12). Reiassa R1090 ensimmaisilla 20 m:lla oleva minimi johtuu kaivostunnelin lampotilasta, joka on noin 0.5'~ vastaavan syvyyden kalliolampotilaa korkeampi. Reikien geoterminen gradientti on mk/m, mika on sopusoinnussa Jarvimaen ja Purasen (1979) aikaisemman Kotalahden kaivoksesta mitatun arvon kanssa (11.3 mk/m) Por i, Mar j akoski (Pinomaki), Lampotilakayralla vuodelta 1964 (liite 13, P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985) voidaan havaita ainakin kolme reikavirtausanomaliaa, 100 m:n, 190 m:n ja 240 m:n syvyydella. Virtaus tapahtuu reikaa pitkin ylos. Virtausmaarat ovat ko. virtauskohdissa ylhaalta alaspain lukien 785, 46 ja 31 l/h. Yhteensa maanpinnalle virtaisi n. 860 l/h. Vuonna 1962 (kaksi vuotta aikaisemmin) reian suulta mitattu virtausnopeus oli 1440 l/h (P. Jarvimaki, henkiliikohtainen tiedonanto 1987). Kairasydannaytteista mitattujen l~mm~njohtavuusarvojen_ (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985) perusteella

17 laaditusta ns. Bullard-diagrammista (lampotila termisen resistanssin funktiona, liite 14) voidaan havaita, etta kallion lampotilat ovat hairiytyneita aina noin 12OC:n lampotilaan asti (vastaa 380 m syvyytta). Tulos voitaisiin tulkita siten, etta kalliossa virtaa vetta rakovyohykkeissa alaspain ainakin m:n syvyydella Pyhajarvi, Pyhasalmi (Kettupera) Kairaustietojen mukaan reika on putkitettu aina 480 m syvyydelle, mutta putkisto eiliene aivan tiivis, koska lampotilakayralta (liite 15) voidaan erottaa heikko reikavirtausanomalia 148 m:n ja 294 m:n valilla. Virtausmaaraksi saadaan 12 l/h reikaa alas. Syvyydella 674 ja 736 m olevat lampotilakayran epasaannollisyydet liittyvat todennakoisesti kivilajivaihteluun, eivatka siten olisi virtausten aiheuttamia. Lampotilaluotaus paattyi syvyydelle 763 m teknisten ongelmien vuoksi. Geoterminen gradientti on normaali (12.3 mk/m, m) PyhajLirvi, Pyhasalmen kaivos Kaivoksen 660-tasolta luodatussa reiassa R806 ei voida todeta selvia virtauksia (liite 16). Lampotilakayralla on kuitenkin tulkinnanvarainen piirre, joka voisi johtua heikosta virtauksesta reian pintaosasta alaspain 695 m:n syvyydelle Ranua, Vaaralampi (Suhanko) Reian lampotilavaihtelu on vilkasta (liite 17) samoin kivilajivaihtelu, vaikka reika lavistaakin aivan alimpia syvyyksia lukuunottamatta vain emaksisia ja ultraemaksisia

18 kivilajeja. Lampotilakayralta voidaan kuitenkin tulkita reikavirtaus reikaa alas 140 m:n ja noin 310 m valilla. Tarkempaa virtaustulkintaa ei ole mahdollista tehda ennen kuin johtavuustiedot ovat kaytettavissa Savukoski, Sokli Tassa kohteessa luodattiin kaksi reikaa, R347 ja R349, joista on kaytettavissa myos vuonna 1975 tehdyt lampotilaluotaukset ja lammonjohtavuusmittaukset (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985). Reikien ensimrnaiset lampotilaluotaukset (liitteet 18 ja 21) tehtiin vain noin kuukausi kairauksen paattymisen jalkeen. Reiassa R347 ei ole lampotilamittausten mukaan reikavirtauksia, vaikka lampotilavaihtelua onkin havaittavissa. Noin O,SO korkeammat lampotilat vuoden 1975 mittauksissa johtuvat kairauksen aiheuttamasta lampohairiosta. Myos Bullard-diagrammi (liite 20) on varsin rauhallinen, vaikkakaan sen kulmakerroin ei ole taysin vakio. Saman reiiin l~~p~vuaa:mojer~ ilmastokorjauksen tulokset viittasivat siihen, etta konduktiivinen tila vallitsisi, eika pohjavesivirtauksia esiintyisi (Kukkonen 1986). Johtopaatosten tekoa rajoittaa kuitenkin suhteellisen vahainen johtavuusnaytteiden lukumaara (yksi nayte/30 m). Reian R349 lampotilakayrassa vuodelta 1975 (liite 21) on selvia virtausanomalioita. Noin 200 m:n syvyydella reika on lavistanyt rakovyohykkeen, johon virtaa vetta reikaa pitkin seka ylhaalta etta alhaalta. Reian pintaosista tapahtuneen virtauksen maaraksi voidaan tulkita 976 l/h ja 450 m:n syvyydelta ylospain suuntautuvan virtauksen maaraksi vastaavasti 454 l/h. Syvyydelta 450 m vetta virtasi myos reikaa pitkin alas ja poistui rakovyohykkeeseen noin 535 m:n syvyydella. Virtausmaaraksi saadaan 60 l/h. Reian R349 lampotilakayra vuodelta 1986 (liite 22) poikkeaa selvasti vuoden 1975 kayrasta (liite 21). Lampotilavaihtelu

19 18 on tasaisempaa, ilmeisesti reian virtaustilanteen rauhoit- tumisen takia. Virtauksia on kuitenkin edelleen havaittavissa. Vetta virtaa reian pintaosasta 210 m:n syvyydella olevaan rakovyohykkeeseen ja myos 266 m:n syvyydelle. Virtausmaarat ovat 426 l/h ja 26 l/h. Vuoden 1975 mittauksessa 266 m:n syvyydella ei todettu virtauksia. Toisaalta vuonna 1975 ylospain tapahtunutta virtausta ei ole havaittavissa 1986 mittauksissa, mutta 376 m:n syvyydelta vetta virtaa alaspain. Tarkempaa tulkintaa ei ole mahdollista tehda, koska lampotilamittaus paattyi tukokseen 465 m:n syvyydella, ja ilmeisesti virtaus jatkui ohi tukospaikan. On varsin todennakoista, etta reiassa R m:n syvyydella olevassa rakovyohykkeessa tapahtuu pohjaveden virtausta myos kalliossa, silla vuoden 1986 lampotilamittauksessa talla syvyydella gradientti kasvaa reiassa alaspain. Virtauksen suunta olisi rakovyohykkeessa alaspain Sodankyla, Rajala Reian lampotilakayra (liite 24), joka on mitattu v (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985), on varsin poikkeuksellinen. Geoterminen gradientti on kauttaaltaan hyvin alhainen, ja viela m:n syvyydellakin vain 6.0 mk/m. Gradientti kasvaa alaspain. On mahdollista, etta alhainen gradientti johtuu pohjavesivirtauksesta, joka on jaahdyttanyt reikaa ymparoivan kalliolohkon. Menneisyyden ilmastomuutosten vaikutukset (Kukkonen 1986) eivat riita selittamaan alhaista gradienttia. Reika sijaitsee Sattasjoen laaksossa, joka peruskartan mukaan on selva SE-NW suuntainen lineamentti. Lampotilakayralla on reikavirtausanomalia, jonka mukaan vetta virtaa reian pintaosasta alaspain noin 130 l/h ja vesi poistuu n. 90 m syvyydella rakovyohykkeeseen.

20 4.16 Sotkamo, Taivaljarvi 19 Reika kairattiin talvella ja lampotilat eivat todennakoisesti olleet mittausaikana (kesak. -86) viela asettuneet luonnontilaan. Lampotilakayralla (liite 25) on mahdollisia virtausanomalioita esim m:n ja m:n syvyydella. Lisaksi gradientti vaihtelee varsin paljon. Reian luotaus paattyi tukokseen 476 m:n syvyydella. Lampotilakayran kayttokelpoisuutta rajoittaa myos se, etta reika on malminetsintakohteesta, jossa on kymmenia reikia pienella alueella. Huuhteluveden pumppauksen aiheuttamien hairioiden osuutta on vaikea arvioida Vammala, Suvitie Lampotilakayralla (liite 26) on reikavirtausanomalia m:n valilla. Vesi virtaa reikaa pitkin alas ja poistuu rakovyohykkeeseen ( ) Reika luodattiin 200 m:n pituisella kaapelilla, joten reian pohjaosan virtauksista ei ole tietoa Vihanti, Lampinsaari (Suksikangas ja Alpua) Tassa kohteessa luodattiin kaksi reikaa, R1732 ja R1706 (liitteet 27 ja 28). Reiassa R1732 on varsin erikoinen lampotila-anomalia: m:n valilla lampotila on noin 0.6 OC yla- ja alapuolta korkeamrnalla. Tama anomalia voidaan tulkita kahden reikavirtauksen aiheuttamaksi. Toisaalta vetta virtaa reikaan 100 m:n syvyydelta noin 29 l/h ja vesi poistuu rakovyohykkeeseen 230 m:n syvyydella. Toisaalta vetta virtaa reikaan myas 365 m:n syvyydelta, virtaus tapahtuu ylospain ja poistuu samaan rakovyohykkeeseen 230 m:n syvyydella. Tamankaltaista tulkintaa tukevat reian tuloksista ekstrapoloitu normaaliaalhaisempi maanpinnan lampotila ja lampotilan tasoero m:n ja m:n syvyysvalien kesken.

21 Syvyydella 50 m on 0.15' lampotilaporras, joka aiheutuu reikavirtauksesta (29 l/h) reian pintaosasta rakovyohykkeeseen. Kairaustietojen mukaan reiassa olisi putkitusta aina 140 m:n syvyyteen, joten virtaustulkinta on ymmarrettava siten, etta putket vuotavat. Geotermiselle gradientille saadaan arvo 11.8 mk/m syvyysvalilta m. Reiassa R1706 (liite 28) mitattiin yllattaen samantyyppinen anomalia kuin R1732:ssa. Syvyydella 150 m lampijtila nousee iikillisesti noin 0.6OC. Virtausmaaraksi reikaa pitkin alas saadaan 15 l/h. R1732:sta poiketen myos gradientissa on muutoksia. Liimpotilahypyn ylapuolella gradientti on perati 22.9 mk/m ja sen alapuolella vain 8.6 mk/m. Jos gradienttimuutos oletetaan kalliossa tapahtuvan virtauksen aiheuttamaksi, saadaan virtausnopeudeksi 0.23 mg/s-rn (rakovyijhykkeen kaadeoletus 450) Vuolijoki, Honkamaki Reian lampotilakayra (liite 29) on rauhallinen, lukuunottamatta ylinta 190 m:iii. Lampotilan hyppayksenomainen kasvu 0.35 ~:lla indikoi reikavirtausta pintaosasta alas m:n syvyydelle, jossa on kairaustietojen mukaan ruhjevy8hyke. Virtausmaara on noin 113 l/h. Lampbtilakayran kaarevuus m:n valilla viittaa ilmeisesti myos virtaukseen. Sen tarkempi tulkitseminen ei kuitenkaan ole mahdollista nailla tiedoilla. Yllamainittua reikavirtausta 45 m:n ylapuolella ei voida todeta vuonna 1970 tehdysta lampotilamittauksesta (liite 30). Geoterminen gradientti on m valilla 13.6 mk/m, mika poikkeaa Jarvimaen ja Purasen (1979) vuonna 1970 mittaamasta arvosta (12.7 mk/m). Reian pohjalla mitatuissa lampotiloissa on noin O.S~C ero vuosina 1970 ja 1986 tehdyissa mittauksissa. Tama johtunee mittaustekniikan eroista. Toistaiseksi ei ole selvilla, kumpi mittauksista on luotettavampi.

22 4.20 Ylistaro, kk (Lahdenkyla) Lampotilamittauksen (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985) mukaan porakaivossa ei ole reikaa pitkin tapahtuvia virtauksia. Syvyydelle m ulottuva negatiivinen lampotilagradientti on tulkittu toisaalta vuosisadan vaihteessa tapahtuneen ilmastomuutoksen ja toisaalta porakaivon valittomassa laheisyydessa olevien rakennusten ja maanmuokkauksen aiheuttaman pintalampotilan muutoksen aiheuttamaksi (Kukkonen 1986). 5 YHTEENVETO Reikavirtauksia havaittiin kaikkiaan 15:ssa kairareiassa luodatuista 23:sta. Suurin osa virtausanomalioista oli syvyysalueella m ja vain kahdessa reiassa todettiin virtauksia 400 m:n syvyydessa tai sen alapuolella. Virtaussuunta oli useimmiten alas ja vain kolmessa reiassa todettiin virtausta reikaa pitkin ylos. Lampatilamittaukslsta tulkitut virtausmaarat vaihtelivat valilla 12 l/h l/h ja virtausnopeudet vastaavasti valilla 1.4 mm/s mm/s. Kaikki reikavirtaukset tapahtuivat makean pohjaveden kerroksessa, ja vain kahdessa tapauksessa (Elimaki ja Pori) reikaan virtaava vesi on suolaista pohjavetta (Blomqvist et el., 1986). Tulos on sinansa luonnollinen, koska erityisesti kallion pintaosassa maanpinnan korkeuserot, rakoilun nopea vaihtelu pystysuunnassa ja pintavesien suotautuminen kallioon synnyttavat virtaukselle otollisia hydraulisen potentiaalin ja permeabiliteetin vaihteluita. Kallion rakovyohykkeita pitkin tapahtuviin virtauksiin viittaavia geotermisen gradientin ja lampovuon tiheyden vaihteluita todettiin 7 reiassa. Kc. virtausvyohykkeet havaittiin m:n syvyydella, ja virtaus tapahtuisi viidessa tapauksessa alaspain ja kahdessa tapauksessa ylospain kallion rakovyohykkeissa. Kun kairasydannaytteiden lammonjohtavuustulokset saadaan kayttoon, voidaan kalliossa

23 tapahtuvien virtausten tulkintaa edelleen laajentaa. Rei'ista lasketut geotermisen gradientin arvot ovat valilla mk/m.

24 6 LXHDEVI ITTEET Blomqvist, R., Lahtinen, R., Lahermo, P., Hakkarainen, V., ja Halonen, S., Kalliopohjavesien geokemia: tutkimustulokset syvista kairarei'ista vuonna Geologian tutkimuskeskus, ydinjatteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-53 (painossa). Drury, M.J., Jessop, A.M. and Lewis, T.J., The detection of groundwater flow by precise temperature measurements in boreholes. Geothermics 13, Jarvimaki, P. and Puranen, M., Terrestrial heat flow in Finland. In: Terrestrial heat flow in Europe, ed. V. Cermak and L. Rybach, Springer Verlag, Berlin, Kukkonen, I., 1985 a. Larnpotilamittauksia kallioporakaivoista Etela- ja Keski-Suomesta: Pohjaveden virtaushavainnot ja geotermiset tulokset. Geologian tutkimuskeskus, ydinjatteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-44, 24 s. Kukkonen, I., 1985 b. Lampotilamittaukset pohjaveden virtaustutkimuksissa. Teoksessa: XI1 Geofysiikan paivat Helsingissa , toim. P. Alenius ja H. Nevanlinna, Geofysiikan seura, Helsinki, Kukkonen, I., Menneisyyden ilmastomuutosten vaikutus kallion lampotilaan ja lampotilagradienttiin Suomessa. Geologian tutkimuskeskus, ydinjatteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-51, 70 s. Poikonen, A., Application of electrical and thermal borehole logging to structural and hydrogeological investigations of crystalline bedrock. Tech. Res. Cent. Finland, Res. Rep. 212, 80 p. Ramey, H.J., Wellbore heat transmission. J. Pet. Technol. 14, Saksa, P., Borehole geophysical investigations of Lavia deep testhole, Finland. Nucl. Waste Comm. Finn. Power Comp., Rep. YJT-85-06, 82 p. Sulkanen, K., Lampamittari GTL-83, kayttoohje. Geologian tutkimuskeskus, geofysiikan osasto, 2 s.

25 KIITOSMAININNAT Taman tutkimuksen aikana olen saanut apua useilta eri henkiloilta: M. Ekberg, 0-P. Isomaki, U. Kuronen, J. Lahtinen, T. Maki ja K. Pelkonen (Outokumpu Oy); 0. Kerkkonen ja 0. Lindholm (Rautaruukki Oy); I. Tuokko (Kajaani Oy); T. Vuotovesi (Kemira Oy); P. Jarvimaki, T. Manninen ja J. Nikander (Geologian tutkimuskeskus).

26 L I ITTEET Elimaki, Koski.sto; lampotila Elimaki, Koskisto; galvaaninen reikaluotaus Espoo, Otaniemi; lampotila Kangasniemi, Salmenkyla; lampotila Keitele, Teerimaki; lampotila Keminmaa, Sompujarvi; lampotila Kisko, Ai jala; lampotila Kisko,Iilijarvi; lampotila Kolari, Hannukainen, R162; lampotila Kolari, Hannukainen, R197; 15mpEtila Leppavirta, Kotalahden kaivos, R1088; lampotila Leppavirta, Kotalahden kaivos, R1090; lampotila Pori, Marjakoski (Pinomaki); lampotila 1964 Pori, Marjakoski (Pinomaki); Bullard-diagrammi Pyhaj arvi, Pyhasalmi (Kettupera); lampotila Pyhajarvi, Pyhasalmen kaivos; lampotila Ranua, Suhanko (Vaaralampi); lampotila Savukoski, Sokli, R347; lampotila 1975 Savukoski, Sokli, R347; lampotila 1986 Savukoski, Sokli, R347; Bullard-diagrammi 1975 Savukoski, Sokli, R349; lampotila 1975 Savukoski, Sokli, R349; lampotila 1986 Savukoski, Sokli, R349; Bullard-diagrammi 1975 Sodankyla, Rajala; lampotila Sotkamo, Taivaljarvi; lampotila Vammala, Suvitie; lampotila

27 27. Vihanti, Lampinsaari, R1732; lampotila 28. Vihanti, Lampinsaari, R1706; lampotila 29. Vuolijoki, Honkamaki; lampotila Vuolijoki, Honkamaki; lampotila Ylistaro, kk (Lahdenkyla); lampotila 1980

28 27. Vihanti, Lampinsaari, R1732; lampotila 28. Vihanti, Lampinsaari, R1706; lampotila 29. Vuolijoki, Honkamaki; lampotila Vuolijoki, Honkamaki; lampotila Ylistaro, kk (Lahdenkyla); lampotila 1980

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60