Geofysikaaliset reikämittaukset Loviisan Hästholmenilla 1999, kairanreikä KR9

Transkriptio

1 Työ raportti 996 Geofysikaaliset reikämittaukset Loviisan Hästholmenilla 999, kairanreikä KR9 Arto Julkunen Leena Kallio Pertti Hassinen Marraskuu 999 POSIVA OY Mikonkatu 5 A, FIN HELSINKI, FINLAND Tel Fax

2 Työ raportti 996 Geofysikaaliset reikämittaukset Loviisan Hästholmenilla 999, kairanreikä KR9 Arto Julkunen Leena Kallio Pertti Hassinen Marraskuu 999

3 TILAUS NRO 9647/99/HH YHDYSHENKILÖT: TYÖRAPORTIT: Y:, 2. Zz::.cC'tt Heikki Hinkkanen, Posiva Oy Arto Julkunen, Astrock Oy 996 GEOFYSIKAALISET REIKÄMITTAUKSET LOVllSAN HÄSTHOLMENISSA 999, KAIRANREIKÄ KR9 LAATIJAT: Leena Kallio, Dl / ;, ' ' v N.'/ / z.t;,... Pertti Hassinen, Dl j'..t!;..r:' TARKASTI: Sodankylässä.2. 2 ASTROCKOY Kaikutie, PL 996 Sodankylä FINLAND ASTROCKOY TEL FAX astrock@astrock.iaf.fi

4 Työ raportti 9 96 Geofysikaaliet reikämittaukset Loviisan Hästholmenilla 999. kairanreikä KR9 Arto Julkunen Leena Kallio Astrock Oy Pertti Hassinen VTT Yhdyskuntatekniikka Marraskuu 999 Karttaoikeudet: Maanmittauslaitos lupa nro 4/MYY/99 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

5 , TIIVISTELMÄ GEOFYSIKAALISET REIKÄMITTAUKSET LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA 999, KAIRANREIKÄ KR9 Suomalaiset ydinvoimayhtiöt Teollisuuden Voima Oyj ja Fortum Oyj varautuvat käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoitukseen Suomen kallioperään. Tähän liittyvistä tutkimus ja kehitystehtävistä on 996 alkaen huolehtinut Posiva Oy. Alustavat kallioperätutkimukset on tehty vuosina viidellä alueella. Yksityiskohtaiset tutkimukset jatkuvat neljällä alueella vuoteen 2, jolloin lopullinen sijoituspaikka on tarkoitus valita. Yksityiskohtaisilla tutkimuksilla pyritään lisäämään tietoa tutkimusalueiden kallioperästä ja tarkentamaan aiempien tutkimusvaiheiden tuloksia. Osana yksityiskohtaisia tutkimuksia Astrock Oy teki geofysikaalisia mittauksia Loviisan Hästholmenilla kesällä 999. Tässä raportissa on esitetty Hästholmenin kairanreiän HHKR9 kenttätyö, aineiston käsittely ja tulokset. Reikämittauksia tehtiin seuraavilla menetelmillä: kalliopohjaveden ominaisvastus kalliopohjaveden lämpötila sähköinen ominaisvastus lyhyt ja pitkänormaali järjestelmällä sähköinen maadoitusvastus yksipistejärjestelmällä magneettinen suskeptiivisuus luonnon gammasäteily radiometrinen tiheysmittaus gammagammamenetelmällä kaliiperi sekä akustinen kokoaaltomuodon mittaus kahta lähetin vastaanotinväliä käyttäen. Reikämittausten lisäksi toimeksiantoon sisältyivät aineiston käsittely sekä tulosten esittäminen ja raportointi. Avainsanat: GeofYsiikka, reikämittaus, ominaisvastus, gammasäteily, tiheys, suskeptiivisuus, kaliiperi, akustinen mittaus, kalliopohjavesi, Astrock Oy

6 ABSTRACT GEOPHYSICAL BOREHOLE LOGGING IN HÄSTHOLMEN, LOVIISA, 999, BOREHOLE KR9 The Finnish power cernpanies Teollisuuden Voima Oyj and F ortum Oyj prepare for final disposal of spent nuclear fuel into the Finnish bedrock. The related research and development tasks have been carried out by Posiva Oy since 996. Preliminary investigations took place during at five sites. The programme continues as detailed investigations until 2 at four sites, Remuvaara in Kuhmo, Kivetty in Äänekoski, Olkiluoto in Eurajoki and Hästjolmen in Loviisa. The site will be selected in 2. The aim of the detailed investigation phases is to increase the knowledge of the bedrock on the areas and to complement the investigations made earlier. As a part of the detailed investigations Astrock Oy carried out geophysical borehole logging in Hästholmen (Loviisa) during the summer 999. This report describes the logging at Hästholmen site borehole HHKR9, data processing and the results. The commission included geophysical borehole logging. Logging were carried out using the following methods: fluid resistivity fluid temperature short normal and Iong normal resistivity single pointresistance magnetic susceptibility natural gamma gammagammadensity caliper and sonic full wave form logging. In addition to the logging the commission included data presentation and reporting. Keywords: Geophysics, borehole logging, resistivity, gamma radiation, density, susceptibility, caliper, sonic, tluid, Astrock Oy

7 GEOFYSIKAALISET REIKÄMITTAUKSET LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA 999, KAIRANREIÄT KR9 TIIVISTELMÄ ABSTRACT. YLEISTÄ 2. MITTAUSMENETELMÄT JA LAITTEET 3. AINEISTON KÄSITTELY 5. YHTEENVETO VIITTEET: LIITTEET Mitattujen reikien sijainti tutkimusalueelia 2. lffikr9, Mittaustulokset (Astrock Oy) 3. lllikr9, Mittaustulokset (VTT) 4. Kuvaus Wellmacmittalaitteesta 5. Kuvaus akustisesta mittalaitteesta

8 2. YLEISTÄ Suomalaisten ydinvoimayhtiöiden (Teollisuuden Voima Oyj ja Fortum Oyj) ydinjätehuollossa varaudutaan käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoitukseen Suomessa. Olennaisen osan tähän liittyvistä tutkimuksista muodostavat sijoituspaikkatutkimukset, joita tehdään 98 ja 99luvuilla. Tutkimuksista on huolehtinut 996 alkaen Posiva Oy. Kenttätutkimusvaihe ajoittui alustavissa paikkatutkimuksissa vuosille Tarkennettu paikkatutkimusvaihe ajoittuu vuosille Loppusijoituspaikka valitaan vuonna 2. Astrock Oy suoritti yhteistyössä VTTYKI: n kanssa geofysikaalisia reikämittauksia Loviisan Hästholmenin kairanreiässä IlliKR9. Kenttätyöt tehtiin heinä elokuussa 999. Tässä raportissa käsitellään Loviisan Hästholmenin reän KR9 kenttätyöt, aineiston käsittely ja tulokset. Saman toimeksiannon yhteydessä suoritetut Olkiluodon reiän OLKRll mittaukset on raportoitu erikseen. Toimeksiannon vastuuhenkilönä toimi Dl Arto Julkunen. Kenttätyöt ja tuloskäsittelyn tekivät Dl Arto Julkunen, Dl Leena Kallio, Astrock Oy sekä Dl Pertti Hassinen, VTT.

9 3 2. MITTAUSMENETELMÄT JA LAITTEET Hästholmenin kenttätyöt käsittivät geofysikaaliset reikämittaukset kairanreiässä KR9. Käytetyt menetelmät ja reikäsyvyydet ilmenevät taulukosta. Rekisteröintipisteväli oli Cll\ paitsi akustinen mittaus rekisteröitiin 5 cm: n pistevälillä ja kaliiperi cm: n pistevälillä. Kaikkiaan tehtiin seuraavia mittauksia: kalliopohjaveden ominaisvastus kalliopohjaveden lämpötila sähköinen ominaisvastus lyhytnormaalijäijestelmällä sähköinen ominaisvastus pitkänormaalijärjestelmällä sähköinen maadoitusvastus yksipistejärjestelmällä magneettinen suskeptiivisuus luonnon gammasäteily radiometrinen tiheysmittaus gammagammamenetelmällä kairanreiän halkaisija (kaliiperi) sekä akustinen koko aaltomuodon mittaus kahta lähetinvastaanotinväliä käyttäen. T auu kk Mitt ausmene t e lm""t. a Ja syvyy: svälit (m). Menetelmä KR9 syvyys Kalliopohjaveden ominaisvastus 358 Kalliopohjaveden lämpötila 358 Ominaisvastus (SN ja LN) 358 Maadoitusvastus 358 Magneettinen suskeptiivisuus 358 Luonnon gammasäteily 358 Gammagammatiheys 358 Kaliiperi 358 Akustinen mittaus 358 Mittauksessa käytettiin noin m mittaista kevlarvahvisteista polyuretaanipäällysteistä kaapelia, jonka vetolujuus on noin 25 kg.

10 4 Mittauskaluston rakenne on seuraavanlainen (kuva ): Tietokone tom tiedonkeruuyksikkönä. Mittauksen aikana on mahdollista seurata kuvaruudulla mittauksesta syntyvää raakatulostetta. Tietokone on kytketty sarjaliitännällä liitäntäyksikköön (Wellmac!LI), jossa on virtalähde ja tietoliikenneyksikkö. LI on taas kytketty kaapelikelan välityksellä anturijärjestelmään. Reikäanturissa on ylimpänä Surfaoe Oat prtnter unft Cablewtndl Probe computer Probt Kuva. Wellmac/Llmittauslaitteiston rakenne. tietoliikenneosa, jonka alapuolelle voidaan kiinnittää muita antureita. Yhdellä kertaa voidaan periaatteessa mitata 6 menetelmää, mutta joillakin menetelmillä (kuten sähköiset mittaukset) on fyysisiä rajoituksia, esim tiettyjen anturien on oltava alimpana. Tämän vuoksi kaikki ajateltavissa olevat anturiyhdistelmät eivät ole mahdollisia.

11 5 Ominaisvastusmittauksessa käytetty anturi koostuu kahdesta osasta: mittariosa sekä elektrodiosa. Mittaus tapahtuu pulssiperiaatteella (kuva 2). Yhtä rekisteröintiä kohden laite tekee aina vähintään kokonaisen jakson pituisen mittauksen, johon sisältyy positiivinen ja negatiivinen pulssi. Näin eliminoidaan luonnon potentiaalin sekä metallielektrodien polarisaation mahdollisesti aiheuttamat häiriöt. Virta voi olla suurimmillaan 5 ma. jlat+l Nl6+ NtM+I [SPR+I, ' ' Temp. SP... i LAT.. i Nl6 N4 SPRi... Sec Kuva 2. WellmacLl:n sähköisen mittauksen sykli. Varsinaisesti tällainen laite ei tarvitse kalibrointia, mutta mukana seuraavalla vastusyhdistelmällä voidaan tarkistaa, onko laitteisto kunnossa. Gammaanturi ja tiheysanturi (gammagamma) käyttävät keskenään samanlaista detektoriosaa, jossa on Nalkide (" x.5") ja valomonistinputki. Yhdistelmä on laajalti käytetty. Gammagammamittauksessa käytettiin säteilylähteenä Cs3 7: ää, jonka nimellisaktiivisuus on 3 mci. Gammaanturi on kalibroitu Ruotsissa tehtaalla. Tiheysanturikalibroitiin Posiva Oy:n ja eräiden mineraalitutkimusreikien kairausnäytteistä mitatulla aineistolla välille, (vesi) 2,5 3,2 g/cm 3. Lisäksi tiheystietojen kalibroinnit on usein tarkistettu tutkimusalueen muiden mittausten kanssa samalle tasolle käyttämällä kivilajien vertailukohtia. Reiän HHKR9 osalta tämä vertailu tehtiin käyttämällä 995 mitattuja Olkiluodon reiän OL KR8 tuloksia (Julkunen et al. 995). Suskeptiivisuusanturin kalibrointi tehtiin mukana seuraavilla kalibrointipaloilla. Perustason hienosäätö tehtiin manuaalisesti käyttäen hyväksi muissa rei'issä tehtyjä, vastaavanlaisille kivilajeille tehtyjä laboratoriomittauksia. Veden lämpötilan mittauksessa käytettiin Pt elementtiä. Lämpötila kalibroitiin tarkkuuslämpömittarin (lukematarkkuus,5 C) avulla välillä 6 2 C. Veden ominaisvastus mitattiin samalla anturikokonaisuudella lämpötilan kanssa. Muoviputken sisällä olevan veden ominaisvastuksen mittaus tehtiin Wennerkonfiguraation tapaisesti järjestetyillä rengaselektrodeilla. Kalibrointi tehtiin vertaamalla tuloksia standardiliuoksena kalibroidun johtavuusmittarin näyttämään.

12 ... 6 Kaliiperimittaus (reiän halkaisijan määritys) tehtiin anturill jonka kolme jousikuorman varassa avautuvaa mittavartta oli kytketty yhteen. Mittavarsista käytettiin vain yhtä. Anturin resoluutio on noin,5,2 mm ja riippuu varsien asennosta. Varsien päissä olevien metallipalojen kuluminen aiheuttaa kalibroinnin muuttumista enimmillään.3 mm/ OOOm. Anturi kalibroitiin ennen ja jälkeen jokaista mittausta kalibrointirenkailla. Akustisessa mittauksessa käytettiin ELGin valmistama KAS243anturia. Laitteessa on kaksi lähetintä ja yksi vastaanotin. Kokoaaltomuodon rekisteröinti tehtiin kahdella eri lähetinvastaanotinetäisyydellä ( ja,5 m, kuva 3 ). Akustisen lähteen keskitaajuus on 2 khz. Rekisteröinnit on tallennettu erillisellä, PCtietokoneeseen liitetyllä yksiköllä. Rekisteröintien resoluutio on 2 bittiä ja näytteenoton tarkkuus. ms. Anturin tarkemmat ominaisuudet ja mitat on esitetty liitteessä 5. kaapeliliitin t yläelektroniikka Js..kolä.hetin lähilähetin vastaanotin u alaelektroniikka Kuva 3. Akustisen anturin rakenne.

13 7 Mittausnopeus säädettiin jokaisessa mittauksessa riittävän hitaaksi korkealaatuisen lopputuloksen saavuttamiseksi. Tämä nopeus valittiin laatutestien ja aikaisemman kokemuksen pohjalta sekä perustuen mittausnopeuden vaikutuksen testaukseen cm:n pistevälillä tehtyjen gamma ja gammagamma tulosten osalta (Julkunen 994, Okko et al. 994). Mittausnopeus arvo sekunnissa on todettu sopivaksi kompromissiksi mittauslaadun ja nopeuden välillä.

14 8 3. AINEISTON KÄSITTELY Mittaustulokset tarkastettiin alustavasti tukikohdassa päivittäin ja ne tallennettiin tietolevykkeille. Myöhemmin tehty tuloskäsittely käsitti tarpeellisten kalibrointien ja korjausten tekemise sekä tulosten puhtaaksipiirron ja tallennuksen tilaajan käyttämään luovutusformaattiin. Mittaustulokset on luovutettu tiedostoina tilaajan käyttöön. Tulokset on esitetty menetelmien 6 osalta liitteessä 2 profiilikuvien koosteina. Hästholmenin, samoin kuin Olkiluodon tutkimuskohteiden erikoispiirteenä ovat olleet voimakkaat sähköiset häiriöt, jota ei ole voitu poistaa kokonaan 5 Hz notchsuodattimella (Julkunen et al. 996). Reiän HHKR9 mittauksissa häiriö aiheutti laskostumisen kautta paikoin vaikeasti eliminoitavan häiriöilmiön. Vaikutus oli havaittavissa suurimpana veden ominaisvastuksen mittauksessa, kun sähkönjohtavuusarvot olivat suuria (mitatut jännitteet pieniä), sekä jossakin määrin maadoitusvastuksen mittauksessa. Häiriön vaikutusta vähennettiin mittaamalla ylitiheällä pistevälillä. Aiemman kokemuksen perusteella häiriö on voimakkaasti paikkariippuvaine eikä ole ollut kaikissa rei'issä yhtä häiritsevä. Kuvassa 4 on esimerkki vastaavasta häiriöstä Olkiluodosta ( omapotentiaalimittaus) mitattuna kiinteäitä syvyydeltä yhden sekunnin välein (Julkunen et al. 996). Loviisan reiässä HHKR9 esiintyi vastaavia häiriöitä maadoitusvastuksen ja veden ominaisvastuksen mittauksissa. Joinakin ajankohtina häiriöt olivat niin suuria, että haittasivat muitakin mittauksia. (rrtj) axj ZO :m E 4 4al 5:!l ax> ffij 7 7 oo:> 8f() oo:> Aika (s) Kuva 4. Näyte Olkiluodon omapotentiaaliilmiöstä ajan funktiona kairanreiän OLKR9 syvyydellä 47 m (Julkunen et. af. 996).

15 .. 9 Suskeptiivisuusmittauksen lämpökäynti korjattiin tietokoneavusteisesti, mutta lopputulos tarkastettiin käsin. Kuvassa 5 on esitetty suskeptiivisuusmittauksen toistettavuutta kuvaava ote mittausdatasta. Samalla kuvasta voidaan arvioida kivilajin karkearakeisuuden vaikutusta mittauksiin. Veden ominaisvastusmittauksen tulokset redusoitiin vastaamaan lämpötilaa +25 C. Kallion ominaisvastustuloksille tehtiin reikäveden ominaisvastukseen ja reikägeometriaan perustuva korjaus. Koijaukseen sovellettiin tarkoitusta varten saatavilla olevaa nomogrammia (Poikanen 983, Vaittinen 988). Kaliiperimittaus kalibroitiin joka kerta ennen ja jälkeen mittauksen. Gammagammamittauksesta poistettiin ennen kalibrointia luonnongammasäteilyn osuus. Muille mittauksille ei tehty mittaustulosten arvoihin vaikuttavia korjauksia. 4 2 r""""'t.roo r 8 tj) ::J ::J tj) : 6 a tj) 4 ::J (/) suskeptiivisuusrrittausta reiästä HHKR Syvyys [m] m Kuva 5: Kaksi toisistaan riippumatonta suskeptiivisuusmittausta reiässä HHKR9. Kuvan perusteella voidaan arvioida, että kalliolaadun karkearakeisuudella on selkeä vaikutus tuloksiin ja että aineistossa esiintyvä kohinan kaltainen vaihtelu on valtaosin aiheutunut kallioperän vaihtelusta.

16 Akustisen mittauksen tuloskäsittelyssä on tulkittu profiileina P ja Saaltonopeudet eri lähetin vastaanotin etäisyyksille sekä eri aaltomuotojen vaimennukset. Lisäksi kokoaaltomuoto on esitetty aaltoesityksenä (liite 3 ). P ja Saallon poimintatapa oli puoliautomaattinen. Paalto on poimittu ensimmäisestä nousevasta käyrän osasta. Saalto on vastaavasti poimittu ensimmäisestä maksimista, missä Saalto erottuu. Molemmissa tapauksissa on aloitettu käsin poiminnalla ja jatkettu automaattisella rutiinilla, joka siirtyy käsinpoimintaan, kun poimittu aika poikkeaa liikaa edellisestä. Data on ennen tulkintaa suodatettu 5 khz alipäästösuodattimella. Suodatuksella ei ollut vaikutusta itse mittaussignaaliin. Poimintatarkkuus on noin ±25 m/s yhden metrin lähetinvastaanotin välillä. Saapumisaikojen erotuksesta ( dt) lasketun nopeuden tarkkuus on huonompi, noin ± m/s. Kallion rikkanaisissa kohdissa tarkkuus huononee, koska aaltojen tarkan saapumisajan havaitseminen vaikeutuu. P ja Saaltojen amplitudien vaimeneminen on laskettu integroimalla dataa ensimmäisen aallon saapumishetkestä alkaen,5 aallonpituuden verran ja muuntamalla kahden lähetinvastaanotinvälin tulosten suhde suhteeksi db/m. Putkiaaltojen vaimeneminen on laskettu integroimalla valittujen aikaikkunoiden ( t) yli ( m lähetin vastaanotinväli t = 7 5 J.!S ja,5 m väli t = 8 6 J.!S) ja muuntamalla energioiden suhde yksiköiksi db/m. Putkiaallon vaimenemista voidaan pitää tulkinnan kannalta parhaana edellisistä vaihtoehdoista (Okko & Hassinen 992). Amplitudien a ja a2 eron muuntaminen yksiköiksi db/m on laskettu seuraavasti: amp=4*log(a2/a) 3. Reikäsyyyys tarkistettiin ja korjattiin seuraavasti: geologisen aineiston avulla tutkittiin, mikä on ormnasvastusanturin syvyyskorjaus. Muut mittaukset sidottiin ominaisvastusmittaukseen käyttäen hyväksi gammasidontaa. Lopputuloksena mittaussyvyysarvot ovat keskenään noin ± cm:n tarkkuudella oikein. Syvyyskorjauskertoimet olivat enintään,2 % (kaliiperi), mutta yleensä huomattavasti alle promillen. Kaliiperimittauksessa käsiteltiin erikseen rakojen kaaperlivenymään aiheuttamat paikalliset poikkeamat. Akustiselle mittaukselle on tehty kenttämittausvaiheessa kaapelin syvyysmerkkeihin perustuva matkakorjaus. Mittausaineiston käsittelyvaiheessa oli käytettävissä tiheysaineisto, johon tulosten syvyysarvot sidottiin. Näin ollen erillisenä tehdyn akustisen mittauksen syvyystarkkuus on lähes yhtä hyvä kuin muidenkin menetelmien ja tulokset ovat melko tarkasti vastaaviita syvyyksiltä kuin muidenkin menetelmien.

17 4. ARVIO TULOSTEN TARKKUUDESTA JA VIRHELÄHTEISTÄ Tulosten tarkkuus voidaan jakaa kahteen osaan: matkan mittaustarkkuus sekä itse fysikaalisen parametrin mittaustarkkuus. Reikäsyyyyden mittaustarkkuus riippuu matkapisteen, paikannuksen ja mittauskaluston erotuskyvystä ja tarkkuudesta. Matkapisteen erotuskyky eli pienin matkapyörän sykäys on yksi cm. Paikannustarkkuus on reiän alussa suunnilleen sama kuin erotuskyky, mutta lopussa se riippuu matkamittauksen kalibroinnista ja kotjauksesta. Mittauksen tyypillinen syvyystarkkuus on reiän yläosassa noin cm ja reiän ( m) pohjallakin noin,5 m. Kotjatun syvyyden absoluuttisen tarkkuuden arvioidaan olevan parempi kuin 4 cm, mikäli matkareferenssinä olevat geologiset matkatiedot ovat olleet oikein valittuja. Eri mittaukset on sidottu totsnnsa kunkin menetelmän kanssa yhdessä tehdyn gammamittauksen avulla ± cm tarkkuudella menetelmien 6 osalta. Akustisen mittauksen syvyystieto on sidottu muihin menetelmiin ja kairausnäytteen syvyyteen käyttämällä samaa kelaa ja kaapelia sekä matkamerkkejä ja vertaamalla mittausprofiilia tiheysmittaustulokseen. Fysikaalisten parametrien arvioidut lopulliset tarkkuudet on koottu taulukkoon 2. Taulukko 2. Mittausparametrien kalibroidut ja muunnetut suureet, lukematarkkuudet ja arvio lopullisesta absoluuttisesta tarkkuudesta. Menetelmä Suure Lukema lopullinen tarkkuus tarkkuus Kalliopohjaveden ominaisvastus Ohmm 5 Ohmm Kalliopohjaveden lämpötila oc,, SN/LNominaisvastus Ohmm 5 Ohmm Maadoitusv astus Ohm 2 Ohmm Magneettinen suskeptiivisuus E5 Sl,5 5 Luonnon gammasäteily J..I.R/h c/s 5J..I.R/h Gammagammatiheys g/cm.j c/s, g/cm.j Kaliiperi mm,5 O.Smm Paallon nopeus, dt m/s ±,s ± m/s Paallon nopeus, t ja t2 m/s ±,5 ±25 m/s Paallon vaimeneminen db/m 2 bittiä 5 db/m Saallon nopeus, dt m/s ±,s ± m/s Saallon nopeus, t ja t2 m/s ±,5 ±25 m/s Saallon vaimeneminen db/m 2 bittiä 5d8/m Putkiaallon vaimeneminen db/m 2 bittiä 5 db/m Kenttätyövaiheessa tehtiin laadun varmistamiseksi tarkistusmittauksia. Rapakivigraniitissa pienialaiset vaihtelut tulevat selvästi esiin reikämittauksissa ja aiheuttavat 'geologista kohinaa'. Kuvissa 5 ja 6 on esitetty kaksi esimerkkiä reiän HH KR9 mittausten laatukontrollista.

18 ,... E... E 'ii) ctl ctl Alla kaliiperi, pisteväli cm, max resoluutio noin.5 mm Yläpuolella tiheys kahdella pistevälillä: cm (paksu viiva) sekä cm (ohut viiva) (/) > ().!: t= &..'...&...L..&L _ Syvyys [m] 29 Kuva 6. Tiheysmittauksen laatukontrolli cm ja cm mittauspistevälillä. Suuret rapakivelle tyypilliset kiteet aiheuttavat muutoksia eri mittauskerroilla. Kuvassa on myös cm pistevälillä mitattu kaliiperitulos, joka korreloi selvästi tiheysmittauksen kanssa. Kaliiperirnittauksen kalibrointi tehtiin ennen ja jälkeen mittauksen. kalibroinnissa käytettiin molempia kalibrointiarvoja hyväksi. Tuloksen

19 3 5. YHTEENVETO Toimeksianto sujui pääosin suunnitelmien mukaisesti ja laajuisena. Hästholmenin tutkimuskohde on vaativa häiriöiden sekä suolavedestä ja eristeisestä kallioperästä koostuvan yhdistelmän vuoksi. Tämän vuoksi Astrock Oy varautui tulosten tarkasteluihin jo työn edetessä kentällä. Mittauksissa havaittiin lähellä reiän pohjaa jopa digitaalista tiedonsiirtoa haittaavia sähköisiä häiriöitä. Aineiston laatu on hyvä ja vastaa asetettuja vaatimuksia. Mittausten laatua varmistettiin mm. osittaisilla mittausten toistolla sekä alustavalla tulosten tarkastelulla jo mittausten aikana. Mittausten kuluessa aineistoa esikäsiteltiin ja tulostettiin luonnoksiksi jo tukikohdassa kenttätyön kestäessä. Siten mm. kairanreiän kunnon ja kallioolosuhteiden arvioita varten voitiin luovuttaa tilaajan pyytämää luonnosaineistoa muiden urakoitsijoiden käyttöön jo ennen tulosten raportointia. Myös tulkitsijoiden käyttöön luovutettiin aineistoa tarpeen mukaan ennen aineiston lopullista luovutusta.

20 4 VIITTEET Julkunen, A. 994, Mittaus VTT:n testireiässä heinäkuussa 994. Työraportti VTT:lle, Astrock Oy 994 Julkunen, A., Kallio, L., Hassinen, P Geofysikaaliset reikämittaukset Eurajoen Olkiluodossa 995, kairanreiät KR2, KR3, KR4, KR6, KR7 ja KR8. Astrock Oy. Helsinki, Teollisuuden Voima Oy, Työraportti PATU957, 6 s. Julkunen, A., Kallio, L., Hassinen, P Geofysikaaliset reikämittaukset Eurajoen Olkiluodossa 996, kairanreikä KR9. Astrock Oy. Helsinki, Posiva Oy, Työraportti PATU 9643, s. Okko,. Hassinen, P Akustinen luotaus kallion rakennetutkimuksissa, VTT Julkaisuja 762., 69 s. Okko,.., Hassinen, P., Front K. 994, VTT test borehole for bedrock investigations, VTT Research Notes 538, ESPOO, 3s. Poikanen, A., 983 Suitability of certain borehole geophysical methods for structural and hydrogeological studies of finnish bedrock in connection with disposal of nuclear waste, Helsinki, Voimayhtiöiden Y dijätetoimikunta., Report YJT836. Vaittinen, T., 988. Kallioreikätutkimusten tulosten käsittely, ja tulkintaohjelma LOG. Espoo, Valtion teknillinen tutkimuskeskus, Tiedotteita 922., 9s.

21 5 LIITTEET. Mitattujen reikien sijainti tutkimusalueelia 6 2. HHKR9, Mittaustulokset (Astrock Oy) 7 3. HHKR9, Mittaustulokset (VTT) 2 4. Kuvaus Wellmacmittalaitteesta Kuvaus akustisesta mittalaitteesta 36

22 6 LIITE (/) HÄSTHOLMENIN TUTKIMUSALUE Kairanreikien sijainti Koordinaattijärjestelmä: KKJ 3 (projektio: GaussKruger)..999 HM/Saanio & Riekkola Oy SELITYKSET: Kairanreikä KR.l.l.L 2 4

23 Loviisa, Hästholmen KR9 Temperature Fluid resistivity Single Point Short Normal Long Normal [C] [ohmm] Resistance Resistivity Resistivity [ohm] [ohmm] [ohmm] 7 Susceptibility [ 5 Sl] Density [g/cm 3 ] Caliper [mm] LIITE 2 (/4) Natural Gamma [J.LRih] g ASTROCK II r IIIIIJ Hl 4 r r r r r r 6 r r r r r r r r 8 r r r r r r r r r r r r r r 2 r E r.c 5.. r Q) 4 i r r 6 r '"",_... r r r r r!= r \. r r r r r, r r r... r r.. r r r l J Cb ::T 3 Temperature Fluid resistivity Single Point Short Normal Long Normal [C] [ohmm] Resistance Resistivity Resistivity [ohm] [ohmm] [ohmm] Susceptibility Density Caliper [ o 5 Sl] [g/cm 3 ] [mm] Natural Gamma [).LR/h]

24 Loviisa, Hästholmen KR9 Temperature Fluid resistivity Single Point Short Normal [C] [ohmm] Resistance Resistivity [ohm] [ohmm] 8 Long Normal Resistivity [ohmm] Susceptibility [ 5 Sl] Density [g/cm 3 ] Caliper [mm] LIITE 2 (:V4) Natural Gamma [Rih] g ASTROCK E 32 Q. Q) ""... "" : J,.._ "" T.,..:: + j! J ' J J ""... J ' J,.._ :::; <:...'... t... '\ t J... "" t...,...._ t..., t \ <... t \..:... t "" ,_ ; ""... "" "" "" ' "" \ "" "",_ "" J IIIHt u.j l_llll]j uu j' J ;:L_ > CD "'C Temperature Fluid resistivity Single Point Short Normal [C] [ohmm] Resistance Resistivity [ohm] [ohmm] Long Normal Susceptibility Density Resistivity [ 5 Sl] [g/cm 3 ] [ohmm] Caliper [mm] Natural Gamma [R/h]

25 Loviisa, Hästholmen KR9 Temperature Fluid resistivity Single Point [C] [ohmm] Resistance [ohm] Short Normal Resistivity [ohmm] 9 Long Normal Resistivity [ohmm] Susceptibility [ os Sl] Density [g/cm 3 ) Caliper [mm] LIITE 2 (3/4) Natural Gamma [tr/h] g ASTROCK E.s::::... <> T IIIINI ::l i i i i i i i i i i i i i i i i i i... i i i i i... i i 3 IIIIH i i i i i i i i... i r i L " j,... l _ CJ () "S ::r Temperature Fluid resistivity Single Point (C] [ohmm] Resistance [ohm] Short Normal Resistivity [ohmm] Long Normal Susceptibility Density Resistivity [ os s [g/cm 3 ] [ohmm] Caliper [mm] Natural Gamma [trih]

26 Loviisa, Hästholmen KR9 Temperature Fluid resistivity Single Point [C] [ohmm] Resistance [ohm] " Short Normal Resistivity [ohmm] Long Normal Resistivity [ohmm] Susceptibility [ os Sl] Density [g/cm 3 ] Caliper [mm] LIITE 2 (4/4) Natural Gamma [R!h] 2 3 tl ASTROCK E' :5 7. (J.) : f' i IIIIIIJ II IMI _j II ml II II ui II,jj Cl) c 7 s: ]: Temperature Fluid resistivity Single Point [C] [ohmm] Resistance [ohm] Short Normal Resistivity [ohmm] Long Normal Resistivity [ohmm] Susceptibility [ os Sl] Density [g/cm 3 ] Caliper [mm] Natural Gamma [R!h]

27 2 LIITE 3a (/4) Loviisa, Hästholmen, KR CD "'... :r Pwave velocity t, km/s k2 L ( r 5, =' r=== 3 = D b_ 3 b? 'J ;.;.5. l i:t. l..t_ ' R.,..'== Pwave velocity t2, km/s :;;::;,.... s D k! c::: h r:, IJ ==;; l <..::: = l '( y J Pwave velocity dt, km/s _.l, : :,._ < i==" : ==:: u, t2 = "" J " k2 :: < ;. _... K. ===:::,.. ".. J ==== ===:'"' :::F= = ' SCALE : VTT, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

28 22 LIITE 3a (2/4) Loviisa, Hästholmen, KR9 Pwave velocity t, km/s Pwave velocity t2, km/s Pwave velocity dt, km/s CD ""... ::r J f. ) J K t:r $ ' ) l ) < _J) D } l > ) Ie t ; T tc::::p ) :f z, f? J j) G J }! > 't / " ;t ;...; = : 'li : f r:.. i i=2== = '= = ; =.. lf ff ':;..., i _i':_ < ( SCALE : VTT, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

29 23 LIITE 3a (3/4) Loviisa, Hästholmen, KR9 Pwave velocity t, km/s Pwave velocity t2, km/s Pwave velocity dt, km/s (D "" ,... :::r )' < :C _.. <:_ h? P!> ztl ' F L;r l' h! p F=:: <::::::: b R J_..!. :;; <_ \ c "(_ J < k l7 c::: t.(t> V.. J l<:eh <:::: p :::. c: f K.5 t:.') p t$ ) "= t :J F t :dr;:r <:: p :2 P <:;... lt: ii t> < ::i?= <=::::: F r ; =. = := > { ;;?. == r = rj E5= = ' c., ö "' SCALE : VTI, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

30 24 LIITE 3a ( 4/4) Loviisa, Hästholmen, KR9 Pwave velocity t, km/s Pwave velocity t2, km/s Pwave velocity dt, km/s (() o,... ::J" p... t ts: D K "!? D B ::. "' [; rr """'!' === 2:. <_ J,.,, ).. D _; <::::: J t:::===>< t= =::::. F \ < \ } { l5 =,. D ' D..;;:: r!> } c fi '?....c r 'v =::,._ j::,. p c:.. t; cc_ P e; \ ' J. } = SCALE : VTT, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

31 25 LIITE 3b (/4) Loviisa, Hästholmen, KR ro "'...+ :::J Swave velocity t, km/s " Q h LD j p = c; '7 u V c: L='.s. v R t Swave velocity t2, km/s =k:: l P F= JJ rs= 7 ==!.. I.? i ) ', sc w Swave velocity dt, km/s br? c; r,. G?'" R ""<; [f!? [k = =<= D L P =,. < _:; R!=! F"t = g SCALE : VTT, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

32 26 LIITE 3b (2/4) Loviisa, Hästholmen, KR (D '"',_... ::::J Swave velocity t, km/s J l? l )../ ) } ' ( ) ; Swave velocity t2, km/s f=' f?_ l h \ n _) ) ( ( Swave velocity dt, km/s f. ) l ; j \ i. J i '7? SCALE : VTT, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

33 27 LIITE 3b (3/4) Loviisa, Hästholmen, KR9 Swave velocity t, km/s Swave velocity t2, km/s Swave velocity dt, km/s < ( (D "' r+ ::r < D h??./ ll f b ;:::=.. 7 < lj s :., f. t ) '.. J ( l> ) \ ( ( 3 <J ".., J > ( ;f h _;..:: = lj. h } e r j t. SCALE : VTT, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

34 28 LIITE 3b ( 4/4) Loviisa, Hästholmen, KR CO '" ::r Swave velocity t, km/s f2 2= <.. K u == lj t <LsC f ll p. c:: < t:? g """""' \ 5: Swave velocity t2, km/s <:... ) # > ( <. J) u < R f...c! = k? ""' ' F f :: R l Swave velocity dt, km/s r3 {, < }; _} } =:::: r = '" _ F= \ i! J ll } SCALE : VTI, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

35 29 LIITE 3c (/4) Loviisa, Hästholmen, KR9 3 4 (D Pwave attenuation, db/m Swave attenuation, db/m Tube wave att., db/m o,... :::r f ':..:;:;;:. '! r l === F= "<' r ' _J l l_ 3! t= ;J: :;:. # """? t!==" 7 7 r3 B,F? = = = Jl_.i ::; _: 7 ::;=.. f " s,.. l i i fi l 4 SCALE : VTT, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

36 s 3 LIITE 3c (2/4) Loviisa, Hästholmen, KR () '"...,... ::J Pwave attenuation, db/m Swave attenuation, db/m = J 3. " 5 s $ ;._ ;....:;,;_ l 4 E 3 : F =:t rq.r { '""_. ]F =< J $? 5 $ t I _f_ r ; ' = = ;:...;!> = J $ )' S? l t sr=_ Tube wave att., db/m <:,, i'" SCALE : OOQ \/TT, YHDYSKUNTATEKNIII<l</\

37 3 LIITE 3c (3/4) Loviisa, Hästholmen, KR CD '" r+ ::r Pwave attenuation, db/m Swave attenuation, db/m $ ;;f!f: "'}.....!>... <?"""" t t t Wlr :"':::'.=i :i:_,... """" n L < i. _f ""'::::;, :::;,. :::;;:: A,! $ Tube wave att., db/m o) F ) [i r..j t l } :s. SCALE : VTT, YHDYSKUNTATEKNIIKKA

38 32 LIITE 3c ( 4/4) Loviisa, Hästholmen, KR <D ""'...+ ::::r Pwave attenuation, db/m Swave attenuation, db/m A i:..:;: F = "3 F= t? c """' r: r ':=_ F. t} S :=: r ==pg= s ;;;ife= ± t S ==;;:..._ Jf ::$.= Tube wave att., db/m J ) { } l; ' r;. p lj ;(.,_ ::_ ;, _, j rl) SCALE : VTT, YHDYSKUNTATEKN!IKI<A

39 Loviisa Hästholmen. Borehole KR9 Sonic waveform T/R. m, t(ms) T/R.5 m, t(ms) 2 L,,,,,,,,,,,,,,,, 2... N w g "' g r:== IJl IJ."".. w...:) s = r...,;...,; tn w..,..., '"

40 34 LIITE 4 ( l/2) WELLMAC Logging System General The versatile, lightweight WELLMAC logging systcm is dcsigncd primarily for slimholc logging. Easily portable, the WELLMAC provides exraordinary flexibility. Probe suites containing up toseven probes can be assembled as desired, minimizing thc numbcr of runs nccdcd and reducing field operation times. Computing power has been put into the borehole by incorporating processors into every probe, and access provided via an efficiently designed serial comrnunication link. Since each probe in the WELLMAC system is a standalone unit, probes can be combined virtually without restriction. System upgrading is very simple: Just add the new probe to the suite. There are no surface modules to worry about. The system can operateon mains power, a vehicle battcry, or on thc optionai battcry pack. Low powcr consumption allows the portable battery pack to provide sample capacity for a full day's work. Measured data can be stored on hard or floppy disks in the surface unit for subsequent processing and plotting/printing. An optionai RAM disk is available for tropical hwnidity and where faster processing is required. Moreover, data c.an be printed out in realtime on site on a printer conncctcd to thc surfacc unit. The watertight surface unit is designed especially for usein inclement weather. The WELLMAC system is extraordinarily easy to learn and operate, even for personnel unfamiliar with borehole logging. WELLMAC/Li As a lightweight altemative to the surface unit, MALA GeoScience presented the WELLMAC!Li logging interface unit. Together with a normal PCcompatiblc laptop, thc systcm is not as ruggcd, but it is smaller, lighter and a more flexible system than the nonnal WELLMAC surface unit. WELLMACILI is thc complctc logging intcrfacc between your laptop computer and the WELLMAC digital probes.wellmac!li operates witl 2V DC for maximum flexibility. Sealed in a climate proof casc, thc unit providcs you with allwcathcr operation with almost the sarne benefits and features of the standard WELLMAC surface unit. The WELLMACILI unit supplies all the power needed downhole. The modem probe located upperrnost in the probe suite supplies all sequential probes with necessary power. Software Since all tables created conceming data acquisition and proccssing compriscs ASCII filcs, thcy can bc modified as needed with your own word processor or tex editor. All data files include an introductory block of borehole information that identifies the borcholc, charactcrizcs it bricfly, and dcscribcs thc types of measurement and processing used. As measurement proceeds, data can be displayed either numerically or as continuously updated log curves ( waterfall display ). Y ou can toggle between the numerical and graphical display quickly and easily. Moreover, any indust::rystanda.rd, dotmat.rix printer can be connected to the surface unit to plot curves and process data in real time right on site. Generally speaking, plots are forrnatted according to API standards. Drum, winch, cable and cablehead Several handcranked and motordriven winches are available tor use with the WELLMAC system or as standalonc units. The cable on the handcranked winch is reinforced with Kevlar fibres that give it the strength needed to support probe suites containing up to seven probes. The 5conductor polyurethanesheated cable is 5 mm in diamctcr and has a brcaking strcngth of 22kg For the motordriven winch there is also a 36" diameter, steelarmored cable available. Breaking strength is 5kg, and it is about three times heavier than polyurethanesheathed cable. Two types of cableheads are available, one for polyurethanesheathed cable and one for steelannored cable. Custom designed cableheads for user specified cables are also available on request. The cablchcad gocs down thc holc and connccts to the controller probe via a flushthread joint ( same type of joint as that used between the probes ). WELLMAC winches are available for 5 or OOOm cablc. Winchcs for up to 2m arc available by special order. Depth Measuring Whee/ The measuring wheel, which also serves as a pulley, has a meter circmnference and can be mounted on either a tripod or the borehole casing. Its' odometer has a 7digit readout mounted next to the wheel, and the wheel is equipped with a cable guide and rubberlined cable groove. A tripod, a casing adapter, and an electrically heated wheel for cold climatcs arc availablc as acccssorics.

41 35 LIITE 4 (2/2) If a handcranked drwn is used, a separate mcasuring whccl must bc ordcrcd. Motor dri vcn winches have a builtin measuring device. Probes Probes available for the WELLMAC system are: Natural Gamma Density N eutronneutron (porosi ty) 3arm Caliper Rcsistivity (SN, LN, Lat.,SPR, SP) Fluid Res.ffemp. IP (Dipoldipol+res.) Temperature Flo\\mctcr Susceptibility Induction ph Water Sampler All WELLMAC system probes are made of stainless steel and connected via flushthread joints. The entire probe suite, including the controller probe and cablehead at the top and tcrminator plug at thc bottom, havc smooth, projection free surfaces that minimize risk of jamming (important when used in core drilled holes). Each probe has its own onboard microprocessor whcrc data can bc storcd until it's timc to scnd it up to the surface unit. Except for the programs they contain, the microprocessors in the probes are identical, thus easing both servicing and fault tracing. Many other internal modules are interchangeable among the different probes. Up to seven probes can be assembled to form a probe suite, and they can be joined in almost any desired combination and sequence (resistivity or temperature probes must be at the bottom of the suite ). Since this reduces the number of logging runs needoo, fidd operation wsts are lowered substantially. The WELLMAC solves the waterpenetration problem that plagues many conventional probe suites. The borehole system has unique watertight bulkheads mounted at the ends of each probe to include the controller probe. Furthermore, each probe has a liquid alarm that notifies the operator to switch off the power and raise the suite in the unlikely event of leakage. The controller probe is located between the cablehead on the signal cable and the uppermost probc in thc suitc. Its' modcm scrvcs all of thc probes, and a matching modem is mmmted in the surface wit. TIe modems support highspeed, fullduplex communication using the frequency shifl tcchniquc. Natura/ Gamma probe The Natural Ganuua probe measures the natural gamma radiation (hence the name) in the borehole. "x.5" long Nalcrystals arc uscd as dctcctors. Total natural gamma raditation from potassium, uranimu and thorimu are measured. TIe variation in the concentration of these elements normally corrcspond to lithological changcs in thc rock. Density probe The density probe is able to determine the density of the rock hy exposing it to a radioactive source and thcn mcasuring thc rcflcctcd radioation. The probe is used for lithological determinations and examination of the variation of porosity and fractures. The density probe module is delivered with a Cs 37 source radioactivity source, a lead container for transport and storage, and tools. Other parts available include calibration blocks, a weak radioactive source for testing and a spare part kit. Susceptibility probe The susceptibility probe is used to determine the magnetic susceptiblity (magnetizability) of the bedrock surrounding the borehole. Every type of rock has its o\\n characteristic magnetic content. Therefore, the susceptiblity probe is an excellent tool for lithological dctcrmination. Temperature probe The temperature probe mea.sures the temperature at equidistant stations in the borehole. Accurate temperature reveals waterbearing fractures. Caliper probe The caliper probe measures the diameter variations of the borehole. The Caliper arms can be closed and opened from the surface unit. The data obtained is primarily used for calibration of other logs, to compute borehole volume, to detect fractures and caveins. ControUer Probe U sing a separate, downthehole controller probe for conunwtication a:nd power conversion eliminates the need to duplicate such circuitry in each probe. Result: A compact, lightweight system that consumes less power and allows more probe modules to be added as work proceeds.

42 36 LIITE 5 () SONIC SONDE KAS243 KAS243 on taipuisa akustinen luotain, jossa on kaksi aaltolahdetta TEKNISET OMINAISUUDET kaapeliliitin Yleistä Halkaisija Pituus Toimintalampötila Paineen kesto Virran tarve 43 mm 3 3 mm 9 oc 2 Mpa 8 ma 3 V yläelektroniikka Lähetin Tyyppi Määrä Keskitaajuus Signaalientoi sto Lähetinten väli Pietzokeraaminen 2 2kHz /s 5mm kaukolähetin Vastaanotin Tyyppi Pietzokeraaminen Määrä Etäisyydet lähettimistä ja 5 mm lähilähetin Kaapeli min. 3 johdinta max 25 m vastaanotin alaelektroniikka