KAI RARE 1 ' 1STA VUONNA 1986

Transkriptio

1

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Ydi n jätteiden si joi tustutkimukset Tiedonanto YST-53 Runar Blornqvi st, Raimo Lahtinen, Pertti Laherrno, Veikko Hakkarainen ja Sirkku Halonen KALLIOPOHJAVESIEN GEOKEMIA: KAI RARE 1 ' 1STA VUONNA 1986 TUTKIMUSTULOKSET SYVISTA Raportti kauppa- ja te01 1isuusrni ni steriön rahoittarnasta tutkimuksesta Abstract: Geochernistry of deep groundwater in bedrock in Finland: Results of the investigations in Espoo, joulukuu 1986

3 Bl omqvi st Runar, Lahti nen Raimo, Lahermo Pertti, Hakkarai nen Veikko and Halonen Sirkku, Kalliopohjavesien geokemia: Tutkimustulokset syvi sta kairarei ' i sta vuonna Geochemistry of deep groundwater in bedrock in Finland: Results of the investigations in Geological Survey of Finland, Nuclear Waste Disposal Research, Report YST-53, 87 pages, 19 figures, 3 tables and 21 appendices. ABSTRACT The chemical and isotopic composition of different types of groundwater and their hydrogeol ogical apprai sal from 20 exploration dri 11 holes, 2 dri 1 led we1 1s and 2 fracture zones are given. Most of the sampling sites are in Proterozoic schist belts, but plutonic rock bodies, such as two layered mafic intrusions, a monzoni te intrusion, an anorogenic rapakivi granite and a Devonian carbonati te, have a1 so been sampled. Besides these, samples were taken from an Archaean gneiss suite and an unmetamorphosed sandstone formation. The sampling sites were divided into four classes according to the highest observed electric conductivity of the water: fresh (< 100 ms/m), slightly saline or brackish ( ms/m), saline ( ms/m), and very sali ne ore brines ( > 5000 ms/m). Only fresh water was found at depths of 300 to 730 m at 9 sampling sites. The water was usually a Ca-HC03 or Na-HCO dominant type. Some of these sampling sites seem to b8 contaminated with the surficial fresh water used in drilling. Slightly saline water was found at depths of 150 to 715 m at 7 sampling sites. Ihe water was a Ca-SO4 dominant type (Kolari, Sodankyl a and Pyhasalmi mine) or a Na-Ca-C1 type (Elimaki, Espoo and Vammala mine). Saline groundwater was found at depths of 200 to 900 m at 5 sampling sites. The water was a Na-C1 type (Vihanti mine), a Ca-C1-SO type (Pyhasalmi mine), or a Ca-Na-C1 type (Vi hanti mine fractur? zone, Pyhajarvi and Y l i staro). Very saline groundwater was found at depths of 300 to 900 m at 3 sampling sites: Ca-Na-C1 water at Kotalahti mine and a Ca-C1 type at Pori. The water in the Pori drill hole has the highest salinity so far found in Finland (120 g/l TDS) and is the only brine in senso stricto. The contents of Br, I and Sr normally increase together with salinity. The Pori brine has the highest values of these elements (550 mg/l Br, 1.1 mg/l I and 530 mg/l Sr) and also the highest values of Li and Ba (13.5 and 8.9 mg/l). SO and SiO contents vary but they normal ly decrease towarts highe6 salinities. Most of the Zn, Cu, Ni, Co, Cr, Pb, Cd, Mo, V and Ti values are extremely low. The low contents are not unexpected since the water in most of the dri 11 holes is quite a1 kali ne (ph 8 to 10) and the environment reducing. The iron content is high i n fresh water from Vuol i joki (23 mg/l ) and Kemi nmaa, and iron and manganese contents are high at Pori (5.4 mg/l Fe, 6.5 mg/l Mn), Ylistaro and Pyhajarvi probably affected by ph values below 7. Fluorine is normally below 1 mg/l, but higher values have been found from Elimaki, Pyhasalmi mine, Pori and Vuoli joki (3.2 mg/l).

4 The fresh and brackish water layers have tritium contents ranging from 0.0 TU to 88.1 TU. In general the contents are suggestive of recent meteoric water infiltration. In some places (Ranua and Kolari), however, the recent fresh water content is negl ible. Groundwater stable i q~tope values plot near or a1 ong the GMWL line in the 6 D/ 6 0 diagram, usually showing a downward trend along the GMWL line with increasing depth. Saline and very saline waters commonly have triti um values below 5 TU, only occasionally showing a greater amount of recent meteoric water. The most saline water deviates to the left of the GMWL line with increasing depth and salinity. In the Pori drill hole the upper brackish water is strongly depleted in heavy isotopes, whereas the brine shows the most enriched isotopic composition found in this study. In this study the deepest drill hole containing fresh water is about 730 m deep. Saline water layers have been found from 200 m downwards and very saline water has been found at a depth of 250 rn. The water quality may change drastically from hole to hole, even when the holes are situated close to each other, as at Pyhajarvi and Vihanti. Mixing of saline and fresh water seems to occur in some places. Consequently, the depth of occurrence and the water quality seem to be mainly dependent on the fracture tectonics and groundwater flow patterns at the study sites. Runar Bl omqvi st Raimo Lahtinen Pertti Lahermo Vei kko Hakkarai nen Si rkku Hal onen Geological Survey of Fi nl and SF Espoo Fi nl and ISBN ISSN

5 Blomqvi st Runar, Lahti nen Raimo, Laherrno Pertti, Hakkarai nen Vei kko ja Hal onen Si rkku, Kal 1 i opoh javesi en geokemi a: Tutkimustulokset syvi sta kairarei ' i sta vuonna Geologian tutkimuskeskus, Ydi njatteiden si joitustutki~iiukset, Tiedonanto YST-53, 87 sivua, 19 kuvaa, 3 taulukkoa ja 21 liitetta. Kal 1 i opohjaveden geokemi a on tutki ttu 20 syvakai rausrei asta, 2 porakai vosta ja 2 kai voksessa 01 evasta ruh jeesta ja arvi oi tu hydrogeologi sia olosuhtei ta. Useimmat tutkimusrei at si jai tsevat proterotsooi si ssa 1 i uskevyohykkei ssa. Taman 1 i saksi tutki musrei - ki a on myos pl utoni si ssa ki vi 1 ajei ssa (mafi si ssa kerrosi ntruusi - oi ssa, monzoni i tei ssa, anorogeeni sessa rapaki vi grani i ti ssa, devoni kauti sessa karbonati i ti ssa), jotuni sessa hiekkaki vessa ja arkeei sessa poh jagnei ssi ssa. Tutkimusreiat on jaettu neljaan ryhmaan rei'issa olevan veden korkeimman sahkonjohtavuusarvon perusteell a: makea vesi ( < 100 ms/m), heikosti suolainen vesi ( ms/m), suolainen vesi ( ms/m) ja erittai n suol ai nen vesi (> 5000 ms/rn). Koko- naan makeat vedet (9 kpl) ovat yleensa Ca-HCO - tai Na-HC03 -valtaisia. Heikosti suolaiset vedet (7 kpl) o%at joko Ca-SO -val tai si a tai Na-Ca-C1 -val tai si a. Suol ai set vedet (5 kpl ) ovat Na-C1 - Ca-Cl -SO4 - tai Ca-Na-C1 -val tai si a. Eri ttai n suol ai set vedet (3 kpl) ovat joko Ca-Na-C1 - tai Ca-C1 -valtaisia. Porin rei an (hi ekkaki vessa) vesi on suol ai si nta Suomessa tahan mennessa tavatui sta kal liopohjavesista (120 g/l TDS). Bromi n, jodi n ja stronti umi n pi toi suudet kasvavat yl eensa suol ai suuden 1 i saantyessa. SO4- ja Si 0 -pi toi suudet vai htel evat, mutta yl eensa ne pienenevlt suol ai su6den kasvaessa. Zn-, Cu-, Ni -, Co-, Cr-, Pb-, Cd-, Mo-, V- ja Ti -pitoisuudet ovat yleensa eri ttai n a1 hai set. Korkei ta rauta- ja mangaani pi toi suuksi a on tavattu seka makei ssa etta suol ai si ssa vesi ssa. Fl uori pi toi suus on yleensa a1 hai nen ( < 1 mg/l ). Makean ja 1 i evasti suol ai sen veden tri ti umpi t oi suudet vai htel evat valilla 0,O TU - 88,l TU. Tritiumin maara on osoitus nuoren meteori sen veden suotautumi sesta. Poh javesi en stabi IBi en i sotooppien arvot sijoittuvat lahelle tai pitkin 6 D/ 6 0-diagrammin GMWL-suoraa, suuntautuen alaspain GMWL-suoralla syvyyden kasvaessa. Suol ai simpien vesien triti umpi t oi suudet ovat yleensa a1 1 e 5 TU ja i sotooppi arvot poi kkeavat syvyyden ja suol ai suuden kasvaessa GMWL-suoran vasemmalle puolelle. Taman tutkimuksen syvin makean veden kairareika on noin 730 m. Suol ai si a vesi a esi i ntyy 200 m a1 apuol el 1 a ja eri ttai n suol ai si a vesia on loydetty 250 m syvyydesta. Veden laatu voi vaihdella suuresti ai van vi erekkai si ssaki n rei ' i ssa. Joi ssaki n tutkimuskohtei ssa nayttaa tapahtuvan makean ja suol ai sen veden sekoi t- tumista. Runar Bl omqvi s t Raimo Lahti nen Pertti Lahermo Vei kko Hakkarai nen Sirkku Halonen Geol ogi cal Survey of Fi nl and SF ES~OO Finland ISBN ISBN

6 SISALLYSLUETTELO - CONTENTS 1 JOHDANTO 2 NAYTTEENOTTO JA ANALYSOI NTI 3 TUTKIMUSTULOKSET El imaki, Koski sto Espoo, Ot ani emi Kei tel e, Teeri maki Kemi nmaa, Sompu jarvi Kol ari, Hannukai nen Leppavi rta, Kotal ahden kai vos Pori, Pinomaki, (Marjakoski, Vuolle) Pyhajarvi, Kettupera Pyhajarvi, Pyhasalmen kai vos Ranua, Suhanko Savukoski, Sokl i Sodankyl a, Raja1 a Vammal a, Suvi tie ja Stormi n kaivos Vi hanti, Suksi kangas Vi hanti, V i hanni n kai vos Vuol i joki, Honkamaki Yl i staro, Lahdenkyl a 4 TULOSTEN TARKASTELU JA YHTEENVETO KIITOSMAININNAT LAHDEVI ITTEET - REFERENCES LIITTEET - APPENDICES

7 1 JOHDANTO Tama tutkimus li ittyy Geologian tutkimuskeskuksen ydinjaltei - den si joi tustutkimusten osaprojekti i n "Kall iopoh javeden geokemi a" 6-1 /l Tutkimusta ovat rahoi ttaneet Kauppa- ja teol 1 i suusmi n i steri on energi aosasto seka Teol 1 i suuden Voima Oy. Tutkimuksel 1 a on runsaasti yhtymakohti a ydi njatteiden si joitustutkimusten osaprojekti i n "Kall iopohjaveden virtaus" G-1/1.3.3 (Kukkonen 1986a). Ydinjatteiden kallioperaan tapahtuvassa loppusijoituksessa poh javeden koostumuksel 1 a ja si i na val 1 i tsevi 11 a olosuhtei 11 a on oleellinen merkitys ydinjatteiden suojaksi suunniteltujen tekni sten esteiden toimivuuden ja sai lymi sen kannal ta. Yhdessa poh javeden vi rtauksen kanssa nama teki jat 1 i saksi saatel evat laajalti radi onukl i di en kul keutumi sta kal 1 i operassa. Loppusi joitusta si lmal la pi taen kall ioperan hydrogeologi aa ja hydrogeokemi aa onkin tutki ttu vi ime vuosina monipuol isesti Stripan, Hastholmenin, 01 k i 1 uodon ja Lavian aluei 1 la (vrt. Nordstrom et a , Wickstrom & Lampkn 1986, Nordstrom 1986) ja a1 ueell i si ssa sel vi tyksi ssa (vrt. Hyyppa 1984, 1986, Salmi 1985, Lahermo & Kankai nen 1986). Oman ~,,erki ttavan 1 i sapanoksen tutkimuksi i n ovat antaneet prekambri si 11 a ki 1 pi a1 ue-i 11 a tavatut voimakkaasti suol ai set vedet (vrt. F ritz & Frape 1982, Frape et al. 1984, Nurmi et al. 1985). Varsi nai sia ydin jatteiden loppusi joi ttami sta selvittavi a koh- tee1 l i si a tutkimuksia lukuunottaniatta tiedot kal liopohjavesien koostumuksi sta ovat paaasi a1 1 i sesti rajoi ttuneet kal 1 i opora- kai voi sta ja yl i vuotavi sta kai rarei ' i st8 otettui hi n poh javesi - nayttei si i n. Tal ta osi n on ti 1 anne 01 eel 1 i sesti muuttunut sen jalkeen, kun Geologian tutkimuskeskuksessa vuonna 1985 saatiin kehi tetyksi naytteenoti n (Nurmi & Kukkonen 1986), joka sovel- tuu kaytettavaksi syvi ssa, ha1 kai si jal taan pi eni ssa kai ra- rei 'issa (46 ja 56 mm), joita valtaosa malminetsintatar- koituksiin kai ratuista rei 'ista on. Naytteenottimel la saadut ensimmaiset jatkuvat vesinayteprofii 1 it osoittivat, etta kal- 1 iopoh javedessa esi i ntyy yl ei sesti kerrosrakennetta. Pi nnal 1 i -

8 sen vahaelektrolyytti sen vesi kerroksen a1 1 a on runsaasti el ektrolyytteja sisal tavi a suol ai si a vesi kerroksi a (Nurmi et al. 1985). Tama tutkimus on jatkoa Geol ogi an tutkimuskeskuksen ydi n- jattei den si joi tustutki musryhman ja geokemi an osaston yhtei s- tyona vuonna 1985 a1 oi tetul 1 e Suomen syvi en kal 1 i opoh javesien tutkimuksel le. Tavoitteena on saada a1 ueel linen kuva kal 1 io- poh javeden koostumuksesta ja kerrosrakenteesta eri 1 ai si ssa geologi si ssa ympari stoi ssa seka tarkastel la tahan vai kuttavi a tekijoita. Tassa raportissa esitetaan tulokset vuonna 1986 tutki tui sta 20 kairarei asta, 2 porakai vosta ja 2 ruh jeesta. Tulosten yksityi skohtai nen arvi oi nti ja johtopaatosten teko raportoi daan eri kseen. 2 NAY TTEENOTTO JA ANALY SO1 NTI Pohjavesinaytteet otettiin kairarei 'issa olevasta vedesta Geo- logian tutkimuskeskuksessa kehitetylla letkunaytteenottimella (Nurmi & Kukkonen 1986). Naytteet nostetti i n kairarei 'i sta eni ntaan 500 m pi tkana yhtajaksoi sena vesi pi 1 ari nay joka noston yhteydessa jaetti i n 50 m pi tki ksi sul jetui ksi yksi koi ksi. Letkun tyhjentami sessa kukin vesi pi 1 arin 10 m oman naytteensa. Nayttei sta mi tatti i n val i ttomasti patka muodosti sahkon- johtavuus ja ph. Hapetus-pelkistyspotentiaali maaritettiin a1 uksi vain kunki n noston a1 apaasta, mutta myohemmi n tyome- netelmien kehi tyttya 50 m valei n. Maari tyksessa kaytetti i n argoni a suojakaasuna. Veteen 1 i uennut hi i 1 i dioksidi maari - tetti in ti traamal 1 a. Maari tykset tehti i n a1 uksi harvaksel taan ja myohemmin sadan metri n valei n. Sahkonjohtavuus, ph ja hapetus-pel ki styspotenti aal i m i tatti in WTW-mi ttarei 11 a. Loppusosa naytteesta varatti i n laboratorioi ssa tehtavi a kemi a1 1 i s i a analyyseja varten. Tasta 100 ml suodatettii n (0,45 pm), hapotettiin ja pullotettiin seka 200 ml pullotet- ti i n sell ai senaan. Nayttei sta analysoi ti i n G2"lugi an tutkimus- keskuksen geokemi an ja maaperageol ogi an 1 abora.~ori oi ssa m valein taulukossa 1 esitetyt kemial liset kornpo-

9 Taulukko 1. Pohjavesinayttei sta analysoitujen kemiall i sten komponenttien maari tysmenetelmat ja -rajat. Table 1. Theanalyticalmethodsanddetectionlimitsofthechemical constituents analysed from the groundwater samples. Analysis by Geological Survey of Finland, except for Br and I, which were done by IVO Consulting Engineers Oy. Detection limit (mg/l) Met hod AAS AAS AAS AAS AAS AAS/ Indi rect ICAP-OES ICAP-OES I CAP -0ES ICAP-OES ICAP-OES Ti trimetry Ti trimetry Spectrophotornetry Ion-sel ecti ve electrode Ion-chromatography Spectrophotometry * At high salinites the detection limits are AAS ICAP-OES times higher Atomic absorption spectrophotometry Inductively coup1 ed argon pl asma spectrometry

10 nentit paitsi bromi ja jodi, jotka analysoitiin Imatran Voima Oy: n keskusl aboratori ossa. Nayttei ta analysoi ti i n yhteensa 158 kpl. Li saksi analysoi ti i n 48 naytteesta veden triti umi n ja stabi i 1 i en i sotooppi en arvot (Laboratori um voor A1 gemene Natuurkunde, Ri jksuni versi tei t, Groni ngen, Holl anti ) Li uosfaasi sta vapautunut kaasu koottii n vesitayttei si i n lasi - astioihin antamalla kaasun syrjayttaa astiasta vetta. Kaasu- analyysit (3 kpl ) teetettii n Val t ion tekni 11 isen tutkimuskeskuksen pol ttoai nejalostus- ja voi tel utekni i kan 1 aboratori - ossa. TUTKIMUSTULOKSET Vuoden 1986 ai kana Geologi an tutkimuskeskuksessa tutki tti in 20 kai rarei an ja 2 porakaivon kal liopohjavetta. rei 'ista 6 si jaitsee maanalaisissa kaivoksissa. Nai sta kaira- Kairarei kien 1 i saksi tutki tti i n kahden eri kai voksessa si jai tsevan ruh jeen kalliopohjaveden koostumusta. Naiden 22 reian ja 2 ruhjeen tut- kimustulokset kuvataan tassa kappaleessa 17 eri 11 isena tutkimus- kohteena kootaan yhteen. si ten, etta saman geol ogi sen muodostuman tul okset Tutkimuskohteet, jotka sijaitsevat eri puolilla Suomea (kuva 1 ), kuvataan si jai nti kunnan mukai sessa aakkos- jarjestyksessa. Tutkimuskohteiden kuvauksessa ensin esitetaan tiedot kohteesta ja sen ympari stosta. Nai ta ovat si jai nti -, omi stusoi keus- ja tutkimusreian tekni set ti edot seka kohteen ympari ston topo- grafi set, maa- ja kal 1 ioperageologi set ja tutkimusrei an 1 i to- 1 ogi set ti edot. Seuraavaksi esi tetaan maastossa tehdyt kal 1 io- pohjaveden mi ttaustulokset kuten 1 ampoti lamittauksi n todetut pohjaveden virtausvyohykkeet seka veden sahkonjoiitavuuden, ph:n ja hapetus-pel ki styspotenti aal i n arvot ja 1 i uenneel~ hi i 1 i - dioksidi n maarat. Lopuksi esi tetaan 1 aboratori ossa tehtyjen kemi a1 1 i sten analyysi en tul okset ja tarkastel 1 aan veden tri ti umi n ja stabi i 1 ien i sotooppien maari a. Kemi a1 1 i set tulokset esitetaan myos kuvamuodossa liitteina.

11

12 3.1 El imaki, Koski sto Tutkimukset El imaen Koski ston enti sen mei j erin porakaivossa (kl , x = 6723,62, y = 471,98, z = 20 m) tehtiin Porakaivon on Kymenlaakson Osuusmeijeri teettanyt Vesto 0y:lla ja Porakaivo on tehty koys-i porakoneel 1 a pystysuoraan 403 m syvaksi ja i lmei sesti koko pi tuudel taan 150 mm 1 apimittai seksi. Kaivon yl aosassa on 7 m suojaputkea, josta 1,5 m irtomaakerroksessa ja loput kalliossa. Porakaivon tekovai heessa saati i n koepumppauksi ssa 232 ja 360 m tasoilta veden tuotoksi 360 ja 2040 l/h. Lopullisel la paate- syvyydella (403 m) saatiin veden tuotoksi perati l/h, mi ka on yksi suurimpi a maamme porakai voi sta saatu ja antoi suuksi a (ks. Lahermo Kahdessa ensimmai sessa koepumppauksessa saati i n porakaivosta makeaa vetta (94 ja 89 mg/l C1 1, kun taas rei an pohjal ta saati in suolai sta (1920 mg/l C1) vetta. Mei jerin lopetettua toimintansa kaivo on ollut kayttamattomana. Porakaivo sijaitsee Teutjoen ja Ruotijoen laaksojen muodosta- ma1 1 a 1 aajal 1 a savi kkoal ueel 1 a osaksi moreeni n pei ttaman Kartanonhaan 1 aakean kall iopal jastuma-a1 ueen reunassa. Lahi s- to1 1 a kohoaa pai koi n 1 aajahkoja moreeni - ja kal 1 i oal uei ta metri a ympari stoaan yl emmaksi. Koi 11 i sessa vajaan ki 1 o- metrin paassa on kapea ja pai koin katkei leva harjujakso, joka parin kilometrin paassa kaakossa laajenee ja kohoaa noin 25 metri a ympari stoaan korkeam~mall e. Etel assa puolentoi sta ki lo- metri n paassa si jai tsee Teut jarvi, jonka pi nnan korkeus on 5 m porakai von 1 ahtokorkeuden a1 apuol el 1 a. Tektonisesti aluetta luonnehtivat voimakkaat luode-kaakkosuuntai set murrosvyohykkeet, joi hi n myos porakai von i tapuol el 1 a 01 e- va Teutjoen uoma ymparoivine savi kkoineen l i i ttyy (Parkkinen & Huomo 1978, Kui vamaki & Tuomi nen 1985). Porakaivo si jai tsee Vi ipurin rapakivialueen 1 ansiosassa noin 30 km massi i vi n reunasta. Kai von 1 ahiympari ston kal 1 i opera koostuu punertavasta rapakivesta vi borgi i ti sta (Simonen 1965). V i borgi i tti on karkearakei nen, porfyyrinen rapakivi tyyppi, jossa on

13 plagiokl aasimanttel in ymparoimi a kal imaasal paovoideja. Sen paamineraalit ovat ortoklaasi, pl agioklaasi (01 igokl aasi ) ja kvartsi (Lai takari & Simonen 1963). Tummi na mineraal ei na on sarvival ketta (ferrohastingsii tti a) ja bioti i ttia (lepidomelani itti a) seka niuuttunii stuloksina iddingsiittia ja kloriitti a (Vorma 1971 ). Taval 1 i si mmat aksessori set mi neraal it ovat zi rkoni, fl uori i tti ja magneti i tti. Kemi a1 1 i sen analyysi n perus- teel la vi borgi i ttia luonnehtii korkea kaliumpitoi suus (5,79 %) ja alhaiset kalsiuniin ja magnesiumin pitoisuudet (1,92 % ja 0,47 %). Hivenal kuaineista erityisesti fluori (0,21 %) on ri kastunut si i hen (Lai takari & Simonen 1963). Noi n ki 1 ometri porakai von si ja-i nti pai kan poh j oi spuol el 1 a esi in- tyy V i ipurin rapakivimassi ivissa 1 aajahko pyterl iittinen muunnos. Mineral ogi sesti pyterl i i tti poi kkeaa vi borgi i ti sta ensi - si jaisesti pienemman plagiokl aasin ja tummien mineraal ien pi toi suuksi en perusteell a (Lai takari & Simonen 1963). Kemi a1-1 i sesti pyterl i i ti ssa korostuvat jo vi borgii ti n yhteydessa kuvatut rapakiven koostumusta luonnehtivat piirteet. Veden lampotilamittausten ( ) perusteella porakaivoon virtaa vetta 365 m syvyydelta, mista vesi jatkaa reikaa pitkin a1 as (Kukkonen 1986a). Omi nai svastusmi ttausten tul osten perus- teel 1 a voidaan tulkita olevan rakovyohykkeen. porakaivon pohjaosassa syvyydell a m nayttaa lisaksi seka 80 m etta 150 m Lampotilamittausten perusteella syvyyksil la olevan vetta johtavia rakovyohykkeita. Tulkintojen perusteella vesi virtaa kui tenki n rakovyohyketta pi tki n ei ka rei kaa pi tki n 1986b). (Kukkonen Vesinaytteista tehdyt sahkonjohtavuusmittaukset osoittavat makean veden kerroksen ulottuvan noin 350 metri n syvyydel ley jossa sahkonjohtavuus kasvaa akillisesti tasolle 490 ms/m (liite 1). Runsaan 100 m:n syvyydelta sahkonjohtavuusarvot pienenevat 1 ievasti makean veden kerroksen a1 arajal le asti. Syyna voi 01 1 a pi ntaosan kontaminoi tuminen tai rakovyohyketta pi tkin tulevan pintaveden virtaaminen reikaan. Veden ph-arvot kayttaytyvat

14 sahkonjohtavuusarvojen tavoin. Ne pienenevat makean veden kerroksessa syvyyden mukana ja kasvavat vasta suolaisen veden alueella. Veden ph:n vaihteluvali on kuitenkin pieni (6,5-6,9). Kaivon pohjal ta mi tattu hapetus-pel ki styspotentiaal i osoi ttaa ympari ston olevan lievasti pelkistavan ( - 5 mv, 400 m). Kahden havai nnon perusteell a arvi oi tuna 1 i uenneen hi i 1 i di oksi di n pi toi suudet ovat makeassa vedessa korkeammat ( 13,2 mg/l, 240 m) kuin suolai sessa vedessa (7,l mg/l, 380 m), mi ka on sopu- soinnussa ph:n tulosten kanssa. Makean pohjaveden kerros on taval 1 i suudesta poi keten Ca-Na- C1-SO4-HC03 -vetta ja porakaivon pohjaosan lievasti suolainen poh javesi on Na-Ca-C1 -vetta (1 i i te 1 ). Edell a mai nittujen i onien pi toi suudet bi karbonaatti a 1 ukuunottamatta noudattavat sahkonjohtavuuskayran muotoa pienentyen ensiksi lievasti makean veden kerroksessa ja kasvaen taman jal keen nopeasti suol ai sen veden kerroksessa vaihtelurajojen ollessa mg/l Ca, mg/l Na, mg/l C1 ja mg/l SO4. Edel 1 i sten tavoi n muuttuvat myos magnesi umi n j a stronti unii n pitoisuudet (11-59 ja 0,17-0,39 mg/l). Kalium ja barium kasvavat vai n 1 i evasti suol ai sen veden kerroksessa vai htel uval in ollessa (6,5-14 ja 0,016-0,028 mg/l 1. Bikarbonaatin pitoisuudet kasvavat makean veden kerroksessa 250 m syvyydelle (24-55 mg/l ). Taman alapuolelta ei sen maarityksia ole olemassa. Fluorin pitoisuudet (0,93-1,10 mg/l) ylittavat tavanomai sten pohjavesi en pi toi suudet, mi ka on ymmarrettavi ssa rapaki ven korkean f 1 uori pi toi suuden perusteell a. Pi idioksi di n pi toi suudet ovat suol ai sessa (8,7 mg/l) poh javedessa a1 hai semmat kui n makeassa ( 12,6-13,2 mg/l). Bromi n ja jodi n pi toi suudet ovat makeassa vedessa a1 le maari tysrajojen, mutta suol ai sessa vedessa 8,O ja 0,069 mg/l. Raskasmetal lei sta raudan ja si nki n pi toi suudet ovat pi ntakerrosta 1 ukuunottamatta me1 ko tasai set kautta koko reian (0,19-0,23 ja 0,05-0,09 mg/l), kun taas mangaania on sel- vasti enemman suolaisen veden ymparistossa vaihteluvalin ollessa 0,02-0,61 mg/l. Muiden raskasmetallien pitoisuudet ovat maari tysrajojen a1 apuolel 1 a tai ni iden tuntumassa.

15 Porakaivon vedesta tehdyt 3 tritiumrnaari tysta osoittavat pin- nal 1 i sen nuoren veden osuuden 01 evan pi enimmi 11 aan 1 ahel 1 a kaivon pohjaa (29,7 + 1,8 TU, 20 m; 32,O + 1,9 TU, 280 m; 16,8 + 1,6 TU, 380 m). Pohjallakin oleva korkeahko tritium- pi toi suus vi i ttaa pi nnal 1 i seen nuoren veden a-i heuttarnaan konta- minaatioon. Samoista naytteista maaritettyjen stabii lien 18 i sotooppi en suhteet si joi ttuvat 6 D/ 6 0-di agramrni 11 a meteori - sen veden koostumusta kuvaavan GMWL-suoran valittomaan laheisyyteen (kuva 18, sivu Ylin nayte (20 m) si joittuu hiernan suoran oi keal le puolel ley mi ka saattaa vi itata veden hai htu- miseen. Naytteiden isotooppikoostumus kevenee syvyyden mukana. 3.2 Espoo, Otaniemi Tutkimukset tehtiin Espoon Otaniemessa Pohjavesinaytteet otettiin Geologian tutkimuskeskuksen uuden lisarakennuksen poh jal le tehdysta kairarei asta MI 9/52/2034/86/ R301 (kl , x = 6674,60, y = 546,24, z = 7,O m). Reian kairasi Suornen Malrni Oy rnm kairauskalustoa kayttaen. Sen lahtokaltevuus on 61,0 ja loppukaltevuus 52,5" seka suunta etelakaakkoon. Reian pituus on 302,2 m ja vertikaalisyvyys 253 m. Se on kairattu suoraan maapei tteesta puhdi stettuun kal- 1 iopi ntaan, jonka korkeus on 7,O mpy. Suojaputkea on asennettu kallioon 3,4 m syvyydelta ja se kohoaa 2 rn kalliopinnan ylapuolelle uudisrakennuksen kellarissa, jonka lattiataso on 8 rnpy. Kairareika sijaitsee 300 rn merenrannasta. Lahiymparisto on ohuen moreenipei tteen ja painantei ssa savien pei ttamaa loivasti kumpui levaa maastoa, jossa m korkean~malle kohoavat kumpareet ovat yleensa pal jaaksi huuhtoutunei ta kall iopal jastumi a. Kai rauspai kal 1 a on 011 ut muutami a metreja moreeni a, joka on poistettu rakennustoiden yhteydessa ja osaksi korvattu murskeella. Kal lioperakartan mukaan (Laital a 1967) 1 ahiymparistossa on grani ittia tai migmatiittista graniittia, jossa paikoin on ki i 1 legnei sseja ja happami a gnei sseja sul keumi na. Kai rarei an

16 kaakkois- ja etel apuolel la on myos alnfi bol iitteja ja sarvival kegneisseja. Rei ka 1 avistaa pinnasta 1 ahtien toisi kseen vai hettuvi a grani i ttignei sseja, ki i 11 egnei sseja ja grani itteja 210 m syvyydelle asti, jonka jalkeen on 50 m pituinen, lukuisten ohui den grani i tti juonien 1 ei kkaama sarvi val kegnei ssi 1 avi stys. Rei an poh jal 1 a on 1 i saksi muuta~iian metri n grani i tti - ja sarvi va1 kegnei ssi 1 avi stykset (Appel qvi st 1980). Sarvi val kegneissi on ylakontaktistaan voimakkaasti myloniittiutunut. Lampoti 1 ami ttaukset tehti in noi n puol i vuotta ves-i naytteenoton jalkeen ( ). Tuloksista havaittava lampotilan nousu 100 m syvyydelle asti johtuu Geologian tutkimuskeskuksen rakennuksen ja sen edessa olevan kestopaal lystetyn pi han ai heuttamasta 1 ampohairiosta (Kukkonen 1986a). Rei an loppuosan tasai nen 1 ampotilagradientti ei viittaa reiassa tapahtuvi in vesivirtauksiin. Tuloksi a hairi tsevana teki jana on kui tenkin kai rausajan 1 ahei syys. Vesi naytteet otettiin rei asta 5 paivaa kairauksen jal keen, jol loin kai rauksen ai kainen huuhtel uvesi mi t a todennakoi simmin vai kutti analyysituloksiin. Veden menekki kairauksen ai kana 01 i kall ioperan ri kkonai suuden vuoksi poi kkeuksell i sen suuri. Naytteenoton a1 ussa pohjaveden pi nta 01 i 5 m syvyydel 1 a. Vesi - naytteista tehdyt sahkonjohtavuusmittaukset osoittavat veden olevan makeaa 170 m syvyydelle asti. Sahkonjohtavuusarvot pysy- vat tasaisina (38 ms/m) reian alusta 120 m syvyydelle ja kasvavat taman jal keen ensiksi nopeasti 220 m syvyydelle ja si tten hi taammi n saavuttaen 430 ms/m rei an pohjal 1 a ( 1 i i te 21. Veden ph-arvot ovat korkeimmi 11 aan pinnassa (8,7) ja pienenevat hyppayksittain syvemmalle mentaessa (7,6). Hapetus-pel ki stys- potenti aal i n mi ttaus rei an poh j al 1 a osoi ttaa 1 ievasti pel ki s- tavi a olosuhteita (-65 mv). Tutki tun rei an vesi on makeassa pi ntaosassa Na-Ca-HC03 -vetta, kun se reian lievasti suolaisessa pohjaosassa on Na-Ca-C1 -vetta (1 iite 2). Kationeista natrium, kalsium ja strontium seka anionei sta kl oridi kasvavat syvyyden mukana sahkon johtavuus- kayran tavoin niiden pitoisuuksien ollessa , ,

17 0,21-2,7 ja mg/l. Bikarbonaatin pitoisuudet muuttu- vat taysin pai nvastai sesti pienentyen tasai sen a1 un jal keen nopeasti syvyyden mukana ( mg/l ). Kal i umi n pi toi suudet kasvavat syvyyden mukana vain vahan ja magnesi um pysyy 1 ahes muuttumattomana siirryttaessa makeasta vedesta suolaisen veden alueelle (4,7-8,O ja 3,6-4,3 mg/l). Piidoksidin pitoisuudet ovat pienimmi 11 aan ja KMnO -1 uku suurimmi 11 aan rei an a1 aosassa 4 vaihteluvalien ollessa 0,8-5,7 ja 5,l - 12,3 mg/l. Fluorin pi toi suudet ovat lahes tasai set (0,39-0,61 mg/l) kautta koko rei an. Raskasmetal lei sta vain rauta, mangaani ja si nkki ovat lievasti maaritysrajojen ylapuolella (0,05-0,07, 0,04-0,07 ja 0,02-0,05 mg/l). 3.3 Kei tele, Teerimaki Tutkimukset tehti i n Kei teleen Teerimaell a 1 ahel 1 a Pielaveden kunnan rajaa Naytteenottoon kaytettiin Geologian tutkimuskeskuksen lokakuussa 1985 kairaamaa reikaa M19/52/ 3314/85/R494 (kl , x = 7021,00, y = 468,19 z = 127 m). Reika on kairattu 46 mm kalustolla 75,7" lahtokaltevuudella luoteeseen. Pohjalla reian kal tevuus on alle 65". Reian pituus on 649 m, mutta se on auki vain 474 m (verti kaal i syvyydelle 444 m). Tal ta syvyydel ta tavattu voimakkaasti vuotava ruhje on kairauksen ai kana i njektoi tu sementi 11 a. Kai rarei an 1 ahiympari st0 on topograf i a1 taan vai htel evaa ja verrattain runsaasti soistunutta moreenipeitteista maastoa. Korkeuserot ovat keskimaarin muutamia kymmenia metreja, mutta runsaan ki lometrin paassa kohoava Honka~naki on 1 ahes 70 metri a kai rauspai kkaa korkeammal 1 a. Rei an kohdal 1 a on noi n 7 metri a ~iioreeni a. Pohjaveden pi nta 01 i naytteenoton a1 kaessa noin 2 metrin syvyydel 1 a maanpinnasta, vai kka lahei syydessa olevan suon vedenpinta on lahes 10 metria alempana. Tutkittu kairareika sijaitsee Savon liuskejakson ja Keski-Suomen granitoidikompleksin vaihettumisvyohykkeessa olevassa sarviva1 kegabrointruusiossa (Sall i 1983). Kairarei ka 1 avistaa geo- 1 ogi sen rei karaporti n perusteell a (Ni kander 1985) pi nnal ta noi n 40 m syvyydel le gabroa, joka a1 aosassaan breksioi happami a

18 gnei sseja. Taman a1 apuolel 1 a on bi oti i tti gnei ssi a 113 m syvyydelle, jonka jal keen a1 kaa gabrovaltainen alue jatkuen 186 m syvyydel 1 e. A1 uksi tavataan sarvi val kegabroa, jossa satunnai - sesti esiintyy happami a gnei sseja val i kerroksina, ja m syvyydella on pyrokseenigabroa. Pyrokseenigabroa seuraa suonignei ssi lavi stys ja 200 m syvyydel ta a1 kaen anortosi i ttivaltainen gabro-osue. Osueen a1 aosassa m syvyydell a on kivi laji voimakkaasti ruhjei sta. Rei an 1 oppuosan kivi 1 aji t ovat bioti i tti - ja sarvi val keri kkai ta gnei sseja. Kairarei an veden 1 ampoti lami ttausten ( ) perusteell a rei kaan virtaa vetta m syvyydel ta. Vesi virtaa rei kaa myoten a1 aspai n ja poi stuu rakovyohykkeeseen 255 m syvyydel 1 a (Kukkonen 1986a). Taman alapuolel ta ei virtauksi a ole voi tu todeta. Vesi nayttei den sahkonjohtavuusmi ttaukset osoi ttavat, etta vesi on kauttaal taan eri ttain vahaelektrolyytti sta (8 ms/m, 1 i i t e 3). Mahdoll i sesti tul os kuvaa kai rauksessa puol i vuotta aiemmi n huuhteluvetena kaytettya pintavetta. Naytteista mitatut ph-arvot ovat korkeahkoja (8,2-8,5) ja suurimmi 11 aan rei an pohjaosassa, jossa kairauksen aikana kaytettiin sementtia. Hapetus-pelkistys- potenti aal in mi ttaukset osoi ttavat, etta rei assa val 1 i tsevat hapettavat olosuhteet (t90 mv, 337 m; t135 mv, 440 m). Liuenneen hiilidioksidin maara on kauttaaltaan hyvin pieni (a1 le 1 mg/l 1, mika on sopusoinnussa verrattain korkean ph-tason kanssa. Koostumukseltaan reian pohjavesi on tyypillista vahasuolaista Ca-Na-HC03 -vetta, jossa 1 i uennei den ai nei den pi toi suudet ei vat juuri kaan muutu syvyyden mukana ( 1 i i te 3). Paakationi t seka sulfaatti pi toi suudet ovat jopa hi eman korkeammat vesi kerroksen pintaosassa, mi ka saattaa hei jastaa yl aosassa vall i tsevi a mafisia kivia. Kationeista kalsiumin, natriuniin, kaliumin ja magnesiumin pitoisuudet ovat 7,9-9,4, 3,3-4,8, 2,5-3,O ja 1,9-2,l mg/l ja anioneista bikarbonaatin, sulfaatin ja klo- ridin pitoisuudet ovat 35,4-45,8, 6,2-11 ja 1,O mg/l. Pii- dioksidi n pi toi suudet ovat a1 hai si a ja kasvavat hieman syvem- ma1 1 e mentaessa (9,8-11,4 mg/l ). Kemi a1 1 i sesti hapettumi s- kykyi sta orgaanisen tai epaorgaani sen ai neen m a r kuvaava

19 KMn04-luku on suurin pintaosassa ja pienenee alaspain (10,l g l. Tama korreloi pi ntaosan hi eman korkeamman rauta- pitoisuuden kanssa (0,14 mg/l). Muut raskasmetallit ovat yleensa alle maaritysrajojen. Myos bromin ja jodin pitoisuudet ovat alle maari tysrajojen. 3.4 Hyvin a1 hai set paakationien ja kloridi n pi toi suudet seka kaut- taal taan 1 ievasti hapettavat olosuhteet vi i ttaavat si i hen, etta pohjavesi on suurel ta osal ta nuorta. I lmei sesti tutki tun veden joukossa on huomattavasti kairausaikaista huuhteluvetta. Veden muuttumista seurataan jatkossa uusintanaytteenotoin, jolloin nyt avoimi ksi jaaneet kysymykset saavat 1 i saval ai stusta. Keminmaa, Sompujarvi Tutkimukset tehtiin Outokumpu 0y:n platinametall ien malmi netsi ntakohteessa Kemi nmaan Sompu jarvel 1 a. Naytteet otet- tiin kairareiasta Ki-23 (kl ,x = 7317,80, y = 552,14 z = 84,5 m). Rei ka on Suomen Malmi 0y:n huhti kuussa mm kal ustoll a suuntaan 1 17" kai raama. Kai rarei an 1 ahtokal tevuus on 55,0 ja loppukaltevuus 52,1 seka pituus 376 m. Reian verti- kaalisyvyys on 297 m ja se on koko pituudeltaan avoin. Naytteenoton a-i kana pohjaveden pinta oli noin 5 m alapuolel la. maanpinnan Kai rarei ka si jai tsee Ki val on IVE-SW -suuntai sen kal 1 ioharjanteen kaakkoi srinteel 1 a. Kairauspai kka on tasainen, i 1mei sesti vanha turvepeitteinen pelto. Ymparisto on voimakkaasti soistunutta. Lahin korkeampi pai kka on 2 km 1 anteen si jai tseva 120 m kor- kea Palokivalon etelainen huippu. lvoin 600 m:n paassa oleva Sompujarvi on 5 m alempana kuin tutkimusrei an 1 ahtotaso. Maapei tteen paksuus on 1,I m ja se on turvepeitteista moreenia. Lahimmat kall iopal jastumat ovat Sompujarven i tapuolell a 1,3 km paassa tutki tusta kairarei asta. Geol ogi sesti Sompu jarven a1 ue si jai tsee Peni kkai n jakson proterotsooi sessa (2440 Ma) koi 11 i s-1 ounai ssuuntai sessa emaksi sessa kerrosi ntruusi ossa. Se si joi ttuu arkeei sen grani i tti sen poh jagnei ssi n ja svekokarjal ai sen Perapohjan 1 iuskejakson kontakti i n (kuva 2, Alapieti & Lahtinen 1986).

20