SISALLYSLUETTELO TIIVISTELM JOHDANTO MENETELMT

Transkriptio

1 Y30/90/1

2 Tässä työssä kuvataan Nummi-Pusulan Palmotussa sijaitsevassa ydinjätteen loppusijoituksen luonnonanalogia-tutkirnuskohteen kairareiästä R346 kesän 1989 aikana tehtyjä hydraulisia mittauksia ja vesinaytteenottoa. Laitteistona käytettiin kevyttä kaksitulppanaytteenotinta, jonka kehittely on merkittavalta osin tapahtunut geologian tutkimuskeskuksessa. Laitteella voidaan eristää haluttu väli kairareiasta ja pumpata vesinäyte kyseisellä tulppavalilla olevista raoista. Pumppaus perustuu syklisesti toistuviin kaasunpainepulsseihin, jotka työntävät letkuun nousevan veden ulos. Pumpattava vesinayte ohjataan kulkemaan lapivirtauskennostoon, jossa vedestä mitataan sähkönjohtavuus, Eh, ph ja liuenneen hapen pitoisuus. Mittaustulokset tallennetaan rnikrotietokoneelle. Pumppauksen kuluessa rekisteröidään ulostulevan veden virtausnopeus seka pumppauksessa kaytettava alipaine. Saatujen paine- ja virtaama-arvojen perusteella on arvioitu tutkittujen välien vedenjohtavuutta ja painekorkeusarvo j a. Kairareian yläosalle on tyypillistä hyvä vedenjohtavuus ja likimain kairareiän tasapainopotentiaalia vastaavat painekorkeusarvot. Reiän alaosassa (noin 110 metrin alapuolella) kallion vedenjohtavuusarvot ovat keskimaarin selvasti ylaosaa pienemmät. Alaosassa mitatut painekorkeusarvot ovat keskimaarin avoimen reiän potentiaalia selvasti alhaisemmat. Tulppamenetelmalla otettujen vesinäytteiden kemiallinen koostumus vastaa likimain aikaisemmin reikävedestä letkunäytteenottimella saatuja arvoja. Tulppamenetelmalla kallion raoista pumpattujen näytteiden Eh-arvot ja liuenneen hapen pitoisuudet ovat kuitenkin selvasti alemmat kuin mitä kairareikävedestä vastaavilta syvyyksilta otetuista naytteista on saatu.

3 SISALLYSLUETTELO sivu TIIVISTELM JOHDANTO MENETELMT 1. Naytteenotto kaksitulppanaytteenottimella 1.1 Naytteenottimen toiminta 1.2. Naytteenotto Palmotussa 2. Tulosten kasittely 2.1 Mittaustulosten kasittely 2.2 Virtaaman ja pumppausalipaineen laskeminen 3. Pumppaustulosten tulkintamenetelmät 3.1. Kallion vedenjohtavuus 3.2. Painekorkeus TULOKSET 1. Vesinäytteiden kemiallinen koostumus 2. Kallion vedenjohtavuus 3. Painekorkeus YHTEENVETO KIRJALLISUUSVIITTEET LI ITTEET

4 Nummi-Pusulan Palmotun U-Th-mineralisaatioon kairatuista rei'istä on aikaisemmin otettu vesinaytteet geologian tut- kimuskeskuksessa ydinjätteiden sijoitustutkimusten yhteydessä kehitetyllä letkunäytteenottimella (Nurmi ja Kukkonen 1986), jolla saadaan yhtenäinen profiili kairareiässa olevasta vedesta. Naytteenotin on rakenteeltaan yksinker- tainen ja osoittautunut käytännössä toimintavarmaksi. Täl- 1ä laitteistolla saadaan näyte kairareiässä olevasta vedestä, jonka koostumus ja ominaisuudet saattavat kuitenkin reikää myöten tapahtuvasta virtauksesta tai diffuusiosta johtuen poiketa samalla syvyydellä kallion raoissa esiintyvastä vedesta. Toisaalta letkunaytteenotossa saadaan tietyltä syvyydeltä vain rajoitettu määrä vettä. Naista syistä on nähty tarpeelliseksi ottaa käyttöön kaksitulppanaytteenotin, jolla vesinäyte pumpataan tulpilla eristetysta reikäosuudesta. Tulppanaytteenottimen ideointi ja kehittely alkoi v M. Laaksoharjun toimesta yhteispohjoismaisen NKA/KAV rahoituksen turvin. Laitteiston testausta, teknistä kehitystyötä ja tulosten tulkinta- menetelmien kehittelyä on tämän jälkeen tehty geologian tutkimuskeskuksessa. Tämän kehitystyön rahoitus vuonna 1989 on pääosin kauppa-ja teollisuusministeriön julkisrahoitteisen ydinjätetutkimusohjelman hankkeesta kallioperäja pohjavesitutkimukset (kalliopohjaveden liikkeet). Näytteenottimen toiminnasta ja sillä tehtävistä mittauksista on valmisteilla erillinen kuvaus (Laaksoharju & al.). Tulppanaytteenotinmenetelmäl~ä tutkittu kairareikä, R346 Nummi-Pusulan Palmotussa on kairattu U-Th-mineralisaation tutkimuksen yhteydessä. Reiän pituus on 259 m ja kaltevuus keskimäärin 55". Reikä lävistää pääasiassa granaatti ja hypersteenipitoista kiillegneissia, jossa on graniittisia valikerroksia. Reiän pohjaosissa tavataan kiisupirotetta ja U- ja Th-pitoisuudet ovat kohonneet.

5 Kairareiasta on kolmesti aikaisemmin otettu vesinayte let- kunaytteenotinta käyttäen, edellinen naytteenotto tapahtui Kairareian vesi on yläosassa makeaa (sähkönjoh- tavuus n ms/m), noin 125 metrin (vertikaalisyvyytta) alapuolelta lievästi suolaista (n ms/m). Tarkemmat alueen, kallioperan ja reikaveden koostumuksen kuvaukset on raportoitu aikaisemmin (Blomqvist & al., 1987, Jaakkola & al 1989). Kairareiasta on kesakuussa 1985 tehty lämpötilamittaus Kukkosen (1986) kuvaamalla menetelmällä. 1. Näytteenotto kaksitulppanäytteenottimella 1.1 Näytteenottimen toiminta Naytteenottimen toiminta perustuu veden paineella taytet- taviin kumitulppiin, joiden avulla voidaan eristää haluttu osa kairareiasta kallioraoista tulevan veden pumppausta ja hydraulisia mittauksia varten. Kaavio laitteistosta on esitetty kuvassa 1. Naytteenotin lasketaan reikään painetiiviin letkun varassa. Tulppien täyttö tapahtuu sulkemalla veden ulostulohana, jolloin paine ohjaa letkustossa olevan veden tulppiin. Takaiskuventtiili estää tulppiin ohjatun ylipaineen virtaamisen takaisin. Tulppien taytössa käytettiin 6 barin ylipainetta. Ylipaine tulpista vapautetaan naytteenottimen letkustosta vetämalla, jolloin tyhjennyshana aukeaa.

6 Pumppauksessa letkuston kaksihaaraiseen ylaosaan kohonnut vesi puhalletaan paineen avulla ulos virtauskennoston 1api. Veden pumppaus tapahtuu pulsseina, joiden välillä vedenpinnan annetaan kohota letkussa. Ohjausyksikkönä toimii kellolaite, joka avaa ja sulkee työpainepiirin. Pumppausja vapaavaiheiden pituudet on säädettävissä vedentulon mukaan. Lapivirtauskennostossa mitataan veden hapetus-pelkistyspotentiaali, ph-arvo, liuenneen hapen pitoisuus ja sähkönjohtavuus. Pumppauskaasuna kaytettiin aluksi typpeä. Vertailun perusteella todettiin, ettei kompressorin avulla tuotettu paineilma aiheuta näytteeseen mittauksin havaittavaa happikontaminaatiota. Painekaasun suuren kulutuksen takia reiän aiemmista osista tehdyt pumppaukset tehtiin paineilmaa käyttäen. Mittauksissa kaytettiin WTW:n mittareita. Hapetus-pelkistyspotentiaalin mittaus tapahtui Ingold Pt4805 yhdistelmaelektrodilla, jossa inerttina elektrodina toimii platina ja vertailuelektrodina Ag/AgClpari. Veden ph-arvon mittauksessa kaytettiin yhdistelmäelektrodia (WTW,tyyppi E50), kalibrointi tehtiin mittarisarjan omilla kalibrointiliuoksilla. Käytetyn johtokykymittarin kennovakion arvo oli 1.0. Happimittariin (WTW, 0x196-B) kuuluu oma kalibrointiyksikkönsa. Kaksihaaraisen letkun haarautumiskohdan läheisyydessä on painemittarin anturi, joka on kaapelin valityksella yhteydessä maanpinnalla olevaan painemittariin (valm. BAT Envitech, Tukholma). Painemittari ilmoittaa anturitason paineen vesimetreina (b). Mittarit on kytketty signaalinmuuntimen välityksellä kannettavaan mikrotietokoneeseen, joka tallentaa lukemat levytiedostoon halutuin väliajoin. Käytetty tallennusvali oli kaksi sekuntia.

7 Kuva 1. Kaaviokuva tulppanaytteenottimesta

8 1.2. Näytteenotto Palmotussa Näytteenotto tapahtui kahdessa jaksossa ( , ). Ennen pumppauksia (27.6.) kairareiästä otettiin nayte letkunnäytteenottimella, näytteestä maaritettiin kentällä ph-arvo ja sähkönjohtavuus. Tulppien väli pumppauksissa oli 25 metriä. Kairareikä käytiin systemaattisesti lapi 25 metrin välein ylhäältä alas siten, että ylin ylatulpan kiinnityspiste oli 42 metrin syvyydellä (reikäpituus 50m). Tulppavaliin kairareikään rnahtuva vesimaara halkaisijaltaan 46mm:n kairareiassa on noin 40L, lisaksi pumppausletkustoon menee vetta n. 5L/100m. Nämä vesimäarat on otettava huomioon tarvittavaa pumppausaikaa arvioitaessa. Pumppausajat testiväliä kohti olivat noin 2-3 tuntia, pumpatut vesimäärät vaihtelivat välillä L. Pumppauksen kuluessa ulos tulevasta vedestä otettiin näytteita kemiallisia analyysejä varten. Ensimmäinen nayte otettiin yleensä noin tunnin pumppauksen jälkeen, jolloin hyvin vetta tuottavissa paikoissa tulppien välissä ollut vesimaara oli pumpattu ulos. Toinen nayte otettiin pumppauksen lopussa. Analyysinäyte ei kulkenut virtauskennoston lapi. Vesinäytteitä otettiin useaan pulloon, joista yhteen 100 ml:n pulloon lisattiin 0.5 ml väkevää typpihappoa. Hapotettua näytettä käytettiin ICP- ja AAS-analyyseissa. Vesianalyysit on tehty geologian tutkimuskeskuksen kemian laboratoriossa. Taulukossa 1 on yhteenveto käytetyistä analyysimenetelmistä ja maaritystarkkuuksista. Pumppauksen lopussa otettiin näytteitä Helsingin yliopiston radiokemian laitokselle uraanianalyysejä varten. Naiden näytteiden käsittely ja saadut tulokset on raportoitu erikseen (Suutarinen & Al. 1989). Syvyydeltä m otettiin lisaksi 150 L:n nayte radiohiilimaaritysta varten.

9 TAULUKKO 1. Vesinaytteista analysoitujen kemiallisten komponenttien maaritysrajat ja analyysimenetelmät. ionit maaritysrajat (mg/l) menetelmät Ca, Na, K Mg, Fe Mn, Zn 504 Si Al 8, La, Li, Mo, V Ba, Sr HC03 F ICP-OES, AAS ICP-OES, AAS ICP-OES, AAS ICP-OES ICP-OES ICP-OES ICP-OES ICP-OES titraus ioniselektiivinen elektrodi ionikromatografi ionikromatografi, titraus A AS ICP-OES korkeissa suolapitoisuuksissa naaritysraja kertaa korkeampi Flame atomic absorption spectrophotometry Inductively coupled plasma - optical emission spectrometry 2. Tulosten käsittely 2.1 Mittaustulosten käsittely Erityisesti kairareian ylaosasta tehdyissä pumppauksissa pumppaus aiheutti voimakasta kuplanmuodostusta mittauskennostoon, mikä aiheutti häiriötä erityisesti liuenneen hapen mittaukseen (kuva 2). Ilmiö toistui samana seka paineilmaa että typpeä käytettäessä. Pumppauspulssin alussa 0,-lukemat kohosivat maksimiarvoon, josta ne virtauksen aikana laskivat. Minimilukemat saatiin työpulssien välisessä lepovaiheessa. Happimittaus voidaan tehdä joko suljetussa astiassa tai lapivirtauskennostossa. Naissa pumppauksissa veden virtausnopeus kennossa sekä virtausaika olivat mittarille ilmoitettujen toleranssien mukaiset. Kentällä suoritetussa vertailussa todettiin painepulssien

10 lopussa ja välillä saatujen lukemien vastaavan parhaiten samalla vesinaytteellä suljetussa astiassa saatua mittaustulosta. Tulosten käsittelyvaiheessa suodatettiin painepulssien aikaiset lukemat pois aineistosta. Samaa menettelyä sovellettiin myös Eh-arvoille, joilla sama ilmiö oli havaittavissa, tosin huomattavasti heikompana. Veden sahkönjohtokyky- ja ph-lukemat eivät olleet herkkiä kaasunmuodostuksesta aiheutuneille häiriöille. Mitattujen hapetus-pelkistyspotentiaaliarvojen korjaaminen vetyskaalalle tehtiin lisäämällä arvoihin 215mV. Veden sähkönjohtokyvyn, ph:n, 0,-pitoisuuden ja Eh:n muuttuminen pumppauksen kuluessa eri syvyyksillä on esitetty liitteessä (mg/l) i 4, b AIKA Kuva 2. Pumppauksen vaikutus liuenneen hapen mittaukseen.

11 2.2 Virtaaman ja pumppausalipaineen laskeminen Kuvassa 3a. on esimerkki pumppauksen aikana kahden sekunnin välein tallennetuista painemittarin lukemista syntyneestä painevaihtelukäyrästä. Mittauksessa on tallennettu vapaan vedenpinnan taso letkussa tulppien ollessa auki (a), tulppien täyttövaihe (b) ja pumppausvaihe (c). Kuvan esimerkkitapauksessa on lisaksi ylimääräisillä täyttöpulsseilla tarkistettu tulppien pysyminen suljettuna kokeen aikana (d ja f). Hydraulisiin mittauksiin liittyy lisaksi pumppauksen jälkeisen paineenpalautumisvaiheen seuranta (e), mitä ei kuitenkaan tässä reiässä tehty kaikilta testiväleiltä. Painemittari ilmoittaa paineanturin yläpuolella letkussa olevan vesipatsaan painon (h). Pumppauksen aikana lukemaan summautuvat työpainepulssin painearvot. Virtaama on laskettu pumppauksen vapaavaiheen aikaisen vedenpinnan nousun perusteella (kuva 3b). Lyhyellä aikavälillä (At) vedenpinnan nousu (Ah) on likimain lineaarista ja nousuvaiheen kulmakertoimelle (dh/dt) laskettiin todennäköisin arvo pienimmän neliösumman menetelmällä. Virtaama (Q) saadaan kertomalla kulmakerroin putken sisäpuolisen poikkileikkauksen pinta-alalla. Pumppauksen aikainen keskimääräinen alipaine on laskettu vahentämällä pumppauspulssien välisen nousuvaiheen alimman ja ylimmän painelukeman keskiarvo testivälin painekorkeuslukemasta. Eri testiväleille näin lasketut alipaineet ja virtaamat ajan funktiona on esitetty liitteessä 2.

12

13 3. Pumppaustulosten tulkintamenetelmät 3.1. Kallion vedenjohtavuus Vakioalipaineella tapahtuvaa pumppausta voidaan pitaä analogisena menetelmänä vakioylipaineella tapahtuvalle injektiotestille ja tulosten tulkinnassa pätevät samat periaatteet (Holmes 1981). Kaytetyssä kellolaiteohjauksessa vakioita ovat pumppausja vapaavaiheiden pituudet. Pumppauksen alkuvaiheessa ne joudutaan säätämään manuaalisesti virtauksen mukaiseksi, mistä saattaa seurata pumppausalipainetason vaihtelua. Useimmiten pumppauksen kuluessa saavutetaan tasapainotilanne, jossa vedenpinnan vaihtelu asettuu kahden vakioar- Von väliin. Säätämällä nousuvaihe riittävän lyhyeksi, saadaan paine-ero pumppaussyklin sisällä pieneksi verrattuna kokonaisalipaineeseen, jolloin tulosten tulkinnassa voidaan käyttää oletusta vakioalipaineesta. Pumppausvaiheen jälkeen seurataan vedenpinnan nousua. Tällöin voidaan myös palautumiskayrän jyrkyyden ja sitä edel- tävän pumppauksen virtaaman avulla laskea tutkittavan tulppavalin keskimääräinen vedenjohtavuus. Palautumiskay- ran perusteella voidaan myös arvioida testiosuuden painekorkeustaso. Yleisimrnat vakiopaineisten injektiokokeiden tulkinnassa käytetyt menetelmät ovat: Moyen kaava, Horner-analyysi ja 1/Q-analyysi (ks. esim. Pingoud & al. 1988, Ylinen 1986, Almén & Persson 1984). Useissa purnppauksissa saavutettiin lähes stationaarinen tila, jossa pumppausalipaine (H,) ja virtaama (Q) ovat likimain vakiot. Testivälin vedenjohtavuus on tällöin suo- raan verrannollinen virtaamaan ja kaantäen verrannollinen

14 pumppausalipaineeseen. Kun tulppavali (L) tunnetaan, voidaan vedenjohtavuus (K) laskea Moyen kaavasta jossa vakion (C) arvo riippuu kairareiän halkaisijasta kaavan 2 mukaisesti. Vakion arvo 25 metrin tulppavalilla noin Kallion vedenjohtavuutta arvioidaan paineen palautumisen perusteella ns. Hornerin menetelmää käyttäen. Siinä painearvot esitetaan diagrammina, jossa abskissana on log(t/- (t,+t), missä t on palautumisvaiheen alusta kulunut aika, t, on palautumisvaihetta edeltänyt pumppausaika. Diagram- mista saadaan paineen muutos (Ah) metreina logaritmista aikadekadia kohti. Kun tunnetaan virtaama pumppauksen loppuhetkella (Q,), voidaan vedenjohtavuus laskea kaavasta. Liitteessä 3 on esitetty kairareiassa R346 tehtyjen pumppausten perusteella laaditut Horner-diagrammit kolmesta alimmasta syvyydestä. Kolmas yleisesti käytetty tulkintamenetelmä on 1/Q-analyysi, jossa virtaaman kaanteisarvot esitetaan logaritmisella aikaskaalalla. Virtaaman kaanteisarvon muutoksen perus- teella lasketaan kallion vedenjohtavuus kaavasta jossa A(l/Q) on virtaaman käänteisarvon muutos logaritmis- ta aikadekadia kohti. Eri testivalieq 1/Q-diagrammit on esitetty liitteessä 4.

15 Pumppausalipaineen ja virtaaman muuttuminen ajan mukana vaihtelee eri testiväleillä. Käytetylle pumppausmenetelmälle on ominaista itsesäätävyys pumppausta ohjaavan kellolaitteen ollessa säädetty likimain testivälin vedenjohtavuutta vastaavaksi. Pumppausalipaineen kasvu kasvattaa virtausta, mikä puolestaan hidastaa alipaineen kasvua. Tämä ilmenee pumppausten paine- ja virtaama-arvojen käyttäytymisessä siten, että useimmissa tapauksissa on havaittavissa pumppausalipaineen lievää kasvua ajan kuluessa virtaaman samalla pienentyessä. Koska virtaaman muutos osittain kompensoituu paineenmuutoksessa, saattaa se heijastua 1/Q-analyysissa liian korkeina K-arvoina Painekorkeus Painekorkeusmittauksen tarkoituksena on selvittää kairareiän eri tasojen väliset potentiaalierot, jotka yhdessä kallion vedenjohtavuuden kanssa määräävät mahdollisen virtauksen suunnan ja suuruuden. Suuntaa antava painekorkeusmittaus voidaan tehdä vertaamalla veden pinnan tasoa letkustossa ennen tulppien kiinnitystä arvoon, joka saadaan välittömästi tai suhteellisen lyhyen ajan (esim. 1 tunti) kuluttua tulppien sulkemisesta. Etenkin kallion vedenjohtavuuden ollessa alhainen saattaa todellisen painekorkeustason saavuttaminen kestää hyvinkin kauan jolloin painekorkeuden arviointi on tarkoituksenmukaisinta suorittaa ekstrapolointitekniikkaa käyttäen. Yleisimmin tämä tehdään arvioimalla painekorkeus Hornerin diagrammilta jossa abskissan arvot lähestyvät nollaa seuranta-ajan lähestyessä aäretöntä. Menetelmän edellyttämät lähtöolettamukset ovat, että muodostuma on äärettömän suuri, pumppausaika riittävän pitkä eikä muodostuman läpäisevyys ole liian pieni (~lmen& al. 1986). Tässä tutkimuksessa käytettiin ensisijaisesti suoraan rnittauksella saatuja painekorkeusarvoja.

16 1. Vesinäytteiden kemiallinen koostumus Veden kemiaa kuvaavista parametreista selvimmin pumppauksen kuluessa muuttuvat Eh- ja 0,-arvot (ks. liite 1. Kuvassa 4 on verrattu eri syvyyksilta pumppaamalla saatuja Eharvoja letkunaytteenotossa saatuihin Eh-arvoihin. Kuvassa on myös esitetty letkunaytteenoton yhteydessä mitatut liuenneen hapen pitoisuudet syvyyden funktiona. Seka hapen pitoisuudet että Eh:n arvot arvot ovat pumppausnäytteissa oleellisesti alhaisemmat kuin samalta syvyydelta letkunaytteenottimella kairareikävedestä otetuissa näytteissä. Liuenneen hapen pitoisuudet olivat mittarin havaintotarkkuuden rajoissa nolla ylimmalta syvyydelta (42-63 m) alkaen. Mitatut Eh-arvot ovat suuruusluokkaa mv, eli reian yläosassa jopa 300mV alhaisemmat kuin vastaavat reikavedestti mitatut arvot. Alhaisin Eh-arvo saatiin huonosti vettä antavalta testiväliltä m, josta saatu vesimäärä oli niin pieni, ettei näytettä voi viela pitää edustavana. Veden Eh-arvo tällä syvyydellä on viela yli kahden tunnin pumppauksen jälkeen laskussa. Taulukossa 2. on yhteenveto eri syvyyksilta pumpattujen naytteiden kemiallisesta koostumuksesta. Yleispiirteiltään se vastaa aiemmissa tutkimuksissa saatua kuvaa reian veden koostumuksesta (Blomqvist & al. 1987). Kuvassa 5 on verrattu pumpattujen naytteiden veden sähkönjohtavuus- ja pharvoja vastaaviin ennen pumppauksia letkunäytteenottimella otetuista näytteistä saatuihin arvoihin. Pumpatuissa näytteissä vesien syvyyssuuntainen jakautuminen makeaan ja suolaiseen koostumustyyppiin ei ole havaittavissa yhtä selvästi kuin kairareikavedessa. Pumpattujen naytteiden ph-arvo oli myös systemaattisesti korkeampi kuin letkunaytteenotossa saatu arvo, selvin ero oli kairareiän ylä- osassa.

17 Kuva 4. Kairareikavedesta letkunaytteenottimella saatujen Eh-arvojen (rasterointi) ja 0,-arvojen (pisteviiva) vertailu tulppanaytteenottimella pumpatuista naytteista saatuihin Eh-arvoihin (e). Tulppanaytteenottimella otetuista naytteista mitatut 0,-arvot olivat mittaustarkkuuden rajoissa nolla kaikilla syvyyksilla. Johtokyky (rns/m) PH Kuva 5. Reikaveden sahkönjohtokyky ja ph syvyyden funktiona letkunaytteenoton (yhtenäinen viiva) perusteella ja vastaavat arvot pumppauksesta (ympyrät).

18 WC. h 00 N W 5-? 0.0 PP VC. C.0??, WWLP u.u.rm: R P C.u P"?" CC ON= UI WU;;. C.0 0 PP9 C. -- WC. m < U?? W P VI 0- CC v. OOp. -ON C.u gz h C. -Y' u. hn C.W WC. P W U.- \OOD PP WC. ul -l Y 0) < C Y Ci -m e r. Y c C- k k =3 m - U) x r. o g P m n l-' FF W N h 000 C. N 0 c 0 C WC. zos NWC. -WN* 0000 NNN Y?W mc-4 OPO NNN WC-W?PP, u.-*m --WC- Fr WWWm: WW- mu.u.r- CC C C V. PUU;; PWNN u....- N a???s 4 h u. W f PPO, 00- u ccrz u. 4-DC. 0.OPON 0000 mhmu. 444 WNC x0-0.0.? P " mpn N P h 0 z -*, mm w C- R W m* hu 0 C. CT C C VI z$ PE z-s - N< Wcl m f 0, - CC < rz 4- h W P,L 0- wu 0 C. Ei 4? P C. 4 P, u.m WC. R W m* WU 4 C- CT C UI C p" C. hu. 0 Pk Z-EF N< i w, m f P, N1 u < = u P,L OP hu. - m v NN?!- C.w -- PO Gz?, zszg C.C.mi u. 4-4 h r- CT C C cn WW.. LÖG I OPC 000 u. 0,- PPS 00- f PP, C.- CC < ==> u3c.g u. 00 l OOG WWu. -4 -u. zz Eis "0 u.c. NNN.- P Y C.PW POP WC. Nl-=? -4-4, 4wwm u.h4c. mi k p -E pc; 0PQDC C VI pyy-- vwo F PPPe z z G-x PPP< O L L E f 00-O, 00- < z=ez WC.W F P.O.O~ WC.- WhW NWW 4-0 gg+ WOO NNNW 5-5-"0 mc.44 OPPP C.WC.C. OOOC. C.C.C.C. FFFWp PWPW!-!-!- hjww!- W!- N 00 h4 POP NNW 0 II) OOJPJ c t C - 0

19 2. Kallion vedenjohtavuus Taulukossa 3 on esitetty edellä kuvatuilla menetelmillä lasketut kallion vedenjohtavuusarvot eri syvyyksille. Kairareian ylaosasta mitatut vedenjohtavuusarvot indikoivat suhteellisen rikkonaista kalliota. Suurimpia vedenjohta- vuusarvoja tarkasteltaessa on huomioitava letkustossa olevan veden virtauksen aiheuttama kitka. Virtaama 2L/min vastaa kaytetyssä systeemissä keskimaaraista virtausnopeutta 60 cm/s, jolloin virtausvastus letkustossa ja venttiileissa vaikuttaa jo tulokseen ja ollaan mittauskapasiteetin rajoilla. Taulukko 3. Tutkituille testiväleille eri menetelmillä maäritetyt kallion vedenjohtavuudet sekä laskennassa käytettyjen parametrien arvot. rpit rsyv Ha Q b 9 1/9 (m) (ml (ml m~/min (m) m~pmin s/mi :%: K?i~'f K1'~ E-08 2E E-08 2E E-08 2E E-09 4E-10 2E E-09 4E-10 8E E-08 3E-08 2E Painekorkeus Taulukossa 4 on yhteenveto mitatuista painekorkeusarvoista. Kairareian ylaosa on likimain nollapotentiaalissa (va- paan kairareian potentiaalissa). Reiän alaosan painetaso on siihen verraten n. 3% alipaineinen. Syvyysvalien m ja m alipaine on tulkinnanvarainen kallion suhteellisen alhaisen vedenjohtavuuden takia. Alimman pumppausvalin selvästi negatiivinen painekorkeusarvo on sensijaan todettavissa myös Horner-diagrammilta (liite 3), josta saadun suhteellisen alipaineen arvo on -5.7m.

20 Taulukko 4. Painekorkeuserot (AH) reikapituuded-syvyyden funktiona kairareiassa R346. HO=vedenpinnan korkeus letkussa ennen tulppien sulkemista (=vapaan kairareian painekorkeus), Hpedenpinnan korkeus letkussa valittömasti tulppien sulkemisen jälkeen. rpit (ml rsyv (ml YHTEENVETO Kuvassa 6 on kaavio hydraulisten mittausten tuloksista yhdistettynä aikaisempaan kivilaji- ja hydrogeologian tietoon. Kairareiän yläosalle on luonteenomaista makea, hiukan keskimääräistä pintavetta suolaisempi vesi. Veden koostumuksen kannalta todennäköisesti avainasemassa on noin metrin syvyydessa oleva vyöhyke, johon sijoittuu ainoa kairausraportissa mainittu ruhje. Toisaalta veden lämpötilagradientin muutokseen perustuva tulkinnan (Kukkonen 1989) mukaan tällä syvyydellä reikään virtaa vettä, pumppauksessa veden tulo tältä syvyydeltä oli hyvä. Vesi oli suolapitoisuudeltaan täysin pintaveteen verrattavaa. Kairareiän yläosan veden lievä suolaisuus on ilmeisesti seurausta edelläkuvatun vyöhykkeen yläpuolella (n.40-60m:n syvyydessa) kalliossa esiintyvän veden sekoittumisesta makeaan veteen.

21 pit. syv. kivilajit vesi --1 painekorkeus (m) log (K) - -1 I -9 (m/ -8 Kuva 6. Kaavio kairareiän R346 hydrologiasta ja kivilajeista reikäpituuden j a -syvyyden funktiona. Kaksoistulppamenetelmällä tehtyjen mittausten lisäksi lahdeaineistona on käytetty kairausraporttia (Räisänen, 1989) sekä reikäveden lämpötilamittauksen perusteella tehtyä virtaustulkintaa (Kukkonen, 1989). Kivilajit: graniitti(?<!':), kiillegneissi, emaksinen kivilaji (g). Vesityypit: makea vesi (:ji-"i), suolainen vesi Paine(:"!.?). Kallion veden johtavuus (m/s) Moyen kaavalla,laskettuna (:$$) tai korkeus,,,m manuaalisesti mitatun pumppausnopeuden perusteella arvioitu (==). (m) (m).

22 Makeaa vetta esiintyy reiassa noin 110 metrin syvyydelle saakka, mihin lämpötilaluotauksen perusteella on tulkittu ulosvirtaus. Tämän syvyyden alapuolella alinta osaa lukuunottamatta kallio on myös vedenjohtavuusmittausten perusteella ehjempaa. Reian ylaosan tritiumpitoisuudet 125 metrin syvyyteen saakka ovat korkeahkot (> 20 TU) nopeaa veden kiertoa indikoiden. Reian pohjassa tritium-arvo on alle maaritysra- 14 jan (~3.3 TU), vastaavasti C-pitoisuus reian alimmasta osasta pumpatusta näytteestä osoittaa suhteellisen pitkää keskimääräistä viipymaaikaa (korjaamaton malli-ikä y BP). Kairareian alaosan virtaustilanteen arviointi on täman aineiston perusteella vaikeaa. Reian alaosan keskimaarainen painekorkeus on ylaosan potentiaalitasoa selvästi alhaisempi. Reian alin osa on lisäksi suhteellisen hyvin vetta johtava. Makean veden virtaus ei kuitenkaan jatku reian pohjaan saakka, vaan ulospurkautuminen tapahtuu makean ja suolaisen veden rajavyöhykkeellä. Vastaavasti on mahdollista, että suolaisen veden vyöhykkeellä tapahtuu jonkin verran virtausta ylöspäin ulospurkautumisen tapahtuessa samassa vyöhykkeessa kuin makean vedenkin.naytteenoton yhteydessä kairareiästä todettiin ahtauma noin 120 metrin syvyydellä. Toistaiseksi puuttuu painekorkeustieto täman kysymyksen kannalta tärkeältä syvyysv&liltä m, joten kysymys jaa silta osin avoimeksi.

23 KIRJALLISUUSVIITTEET Almén, K-E.,Andersson, J-E., Carlsson, L., Hansson, K., Larsson, N-O., Hydraulic testing in crystalline rock. A comparative study of single-hole test methods. SKB Technical report ST 86-27, 179 s. ~lmén, K-E., & Persson, O., Determination of hydraulic conductivity in Lavia borehole, Finland. Nuclear Waste Comrnision of Finnish Power Companies, Report YJT 84-20, 46 p. Blomqvist, R., Linberg,A., Räisänen, E., Suutarinen, R., Jaakkola,T. and Suksi, J., 1987, The occurence and migration of natural radionuclides in groundwater. 1. Preliminary results of the investigations in the Palmottu U-Th deposit, Nummi-Pusula, SW Finland. Geological Survey of Finland, Nuclear Waste Disposal Research, Report YST- 60, 23 p. Holmes, D.C., Hydraulic testing of deep boreholes at Altnabreac: Development of the testing system and initial results. Institute of Geological Sciences, Natural Environment Research Council, Report ENPU 81-4, 64 p. Jaakkola,T., Suksi, J., Suutarinen, R., Niini, H., Ruskeeniemi, T., Söderholm, B., Vesterinen, M., Blomqvist, R., Halonen, S. and Lindberg, A., The behaviour of natural radionuclides in and around uranium deposits. 2. Results of investigations at the Palmottu analogue study site, SW Finland. Geological Survey of Finland, Nuclear Waste Disposal Research, Report YST-64, 60 p. Kankainen, T., 1989 Kirjallinen tiedonanto; ajoitusselostus 28/89, Geologian tutkimuskeskus. Kukkonen, I.,1986, Lämpötilamittauksia syvistä kairarei'istä. Geologian tutkimuskeskus, ydinjätteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-54, 24s. Kukkonen, I., 1989, Henkilökohtainen tiedonanto, Geologian tutkimuskeskus. Laaksoharju, M., Ahonen, L., and Blomqvist, R., tekeillä. A portable double packer water sampler and hydraulic equipment for slimm drill holes. Nurmi, P. & Kukkonen, I., A new technique for sampling water and gas from deep drill holes. Can. J. Earth Sci. 23,

24 Pingoud, K., Pitkänen, P. ja Kuusela, A., Kallioperan vedenjohtavuusrnittausten tulkinta Kuhmon Rornuvaarassa, kairanreiät KRI ja KR2. TVO/Paikkatutkirnukset, työraportti 88-20, 50 S. Räisänen, E., Kairausraportti, reikä R346, Nummi- Pusula, Palrnottu. Geologian tutkimuskeskus, rnalrniosasto. Suutarinen, R., Blomqvist, R., Halonen, S. and Jaakkola, T., Uranium in groudwater in Palrnottu analogue study site in Finland. Accepted for publication in Radiochirnica Acta. Ylinen, A.,1986, Lavian koereian vesimenekkikokeiden tulkinta. VTT geotekniikan laboratorio, raportti YJT Aikäs, T., Final disposal of spent fuel: Hydraulic testing of the bedrock. Nuclear Waste Commision of Finnish Power Cornpanies, Report YJT 84-09, 63 p. LI ITTEET 1. Veden sahkönjohtokyvyn, Ph-arvon, liuenneen hapen pitoisuuden ja Eh:n muuttuminen ajan funktiona eri syvyyksilta tehdyissa pumppauksissa. 2.Pumppausalipaineen ja virtaaman muuttuminen ajan funktiona eri syvyyksilta tehdyissa pumppauksissa. 3. Kolmelta alimmalta syvyydeltä pumppauksen jälkeisen paineenpalautumisen perusteella laaditut Horner-diagrammit. 4. Eri syvyyksilta laaditut 1/Q-diagrammit.

25 Koostumwmuutos pumppauksessa kairareiästa R346

26

27 Koostumusmuutos pumppauksessa kairareiasta R346

28 LIITE aa? % mi 2 i?!yl. v a I 1 1 LPD- 3 : E ": fs Ilo* 0. -m.r 0 20 m m WO 18) m 1 aik0 4rii m, Koostumusmuutos pumppauksessa kairareiästa R346

29 Koostumusmuutos pumppauksessa kairareiästä R346

30 Koostumusmuutos pumppauksessa kairare i-ästa R346

31 Liite 2.1 aika (min) PALMOTTU R346 reikapituus:50-75n vert,syvyys:42-63m

32 Liite 2.2 PALMOTTU R346 reikapituus;loo vertsyvyysg m aika (min)

33 Liite 2.3. aika (min) PALMQTTU R3 4 6 reikapituus; m vert,syvyys; 1Q5-125m

34 Liite 2.4 PALMQTTU R3 4 6 reikapituus; m vert,syvyys;l45-165m aika (min)

35 Liite 2.5 PALMQTTU R3 4 6 reikäpituus: m vert,syvyys;l65-185m aika (min)

36 Liite 2.6 aika (min) PALXOTTU R3 4 6 reikapituus; m vert,syvyys; m

37 Liite 3.

38 Liite 4,l

39 Liite 4.2

40