Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR7 ja KRB geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin tarkastelu

Transkriptio

1 Työraportti Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR7 ja KRB geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin tarkastelu Olli Okko Kai Front Pertti Hassinen Elokuu 999 POSIVA OY Mikonkatu 5 A, FIN- HELSINKI, FINLAND Tel Fax

2 Työ r a p o r t t i Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR7 ja KR8 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin tarkastelu Olli Okko Kai Front Pertti Hassinen Elokuu 999

3 TEKIJÄORGANISAATIO: TILAAJA: VTT Yhdyskuntatekniikka Väylät ja ympäristö PL VTT Posiva Oy Mikonkatu 5 A HELSINKI TILAAJAN YHDYSHENKILÖ: TILAUSNUMERO: Aimo Hautajärvi 9596/99/ AJH Posiva Oy VTT:n YHDYSHENKILÖ: 2 Kai Front VTT Yhdyskuntatekniikka POSIV A TYÖRAPORTTI LOVTISAN HÄSTHOLMENIN KAIRANREIKIEN KR7 JA KR8 GEOFYSIKAALISTEN REIKÄMITTAUSTEN TULOSKÄSITTELY SEKÄ KALLIOPERÄN RAKENNEMALLIN TARKASTELU VTT:n TARKASTAJA Markku Tuhola Tutkimuspäällikkö VTT Yhdyskuntatekniikka VTT:n HYV ÄKSYJÄ Asko Saarela Tutkimusjohtaja VTT Yhdyskuntatekniikka TILAAJAN TARKASTAJA: Pekka Anttila Fortum Engineering Oy

4 Työ raportti Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR7 ja KRB geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin tarkastelu Olli Okko Kai Front Pertti Hassinen VTT Yhdyskuntatekniikka Elokuu 999 Karttaoikeudet: Maanmittauslaitos lupa nro 4/MYY/99 Pesivan 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 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTEL MÄ ABSTRACT JOHDANTO TUTKIMUSMENETELMÄT REIKÄMITTAUSTULOSTEN TULKINTA Uusien reikäosuuksien geologinen luonnehdinta Hästholmenin geologiset yleispiirteet Reikä HH-KR Reikä HH-KR Rakoilu ja rakovyöhykkeet Yleistä Reikä HH-KR Reikä HH-KR Vettäjohtava rakoilu Yleistä Reikä HH-KR Reikä HH-KR8... ; HÄSTHOLMENIN ALUEEN KALLIOMALLI REIKIEN KR7-KR8 PERUSTEELLA Tausta Rakoilun suunnatut havainnot Rakoilun ja heijastusten suunnatut havainnot rei'issä KR7 ja KR Reikien KR?:n ja KR8 havaintojen sovittaminen kalliomalliin Muut pääkomponenttianalyysin mukaiset rikkonaisuusrakenteet YHTEENVETO KIRJALLISUUSVIITTEET LIITELUETTELO... 5

6 l TIIVISTELMÄ Okko,., Front, K. & Hassinen, P Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR7 ja KR8 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin tarkastelu. Posiva, työraportti 99-48, 7 s. Teollisuuden Voima Oy:n ja Fortum Power and Heat Oy:n (ent. Imatran Voima Oy) voimalaitosten ydinjätehuollossa varaudutaan käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen kallioperään. Tähän liittyvien Posiva Oy:n suorittamien yksityiskohtaisten paikkatutkimuksien toimeksiantona käsiteltiin ja tulkittiin Loviisan Hästholmenin tutkimusalueen läheisyyteen kairatuissa noin 8 ja m pitkissä rei'issä KR7 ja KR8 tehtyjä geofysikaalisia reikämittauksia. Mittausarvot piirrettiin tarkoituksenmukaisiin mittakaavoihin profiileiksi ja profiilien yhdistelmäkuviksi. Reikämittauksista tulkittiin kivilajivaihtelu, kallion rakoilu, rakovyöhykkeiden esiintyminen ja luonne. Rakoilun luonnetta analysoitiin myös rakohakumittausista määritetyn virtaamaprofiilin perusteella. Merkittävimpien vedenjohtavuusrakenteiden liittymistä alueelliseen kalliomalliin tarkasteltiin vertailemalla suunnattua rakoaineistoa sekä anomalioiden samankaltaisuuksia eri rei'issä. Uudet kairaukset toivat esille jo aiemmin havaittujen rapakivigraniitteihin liittyvien kivilajien vuorottelun ja jatkumisen 8 - m:n syvyyteen asti. Reiät KR7 ja KR8 on kairattu Hästholmenin saaren pohjoispuolelle ja niissä erottuu lyhyinä lävistyksinä tummaa pyterliittimuunnosta. Kairausnäytteissä havaitut raot ovat pääosin tiiviitä ja rapakivelle tyypillisesti hyvin laiva-asentoisia noudattaen kuutiollista rakoilua. Rakotihentymät liittyvät usein lyhyisiin graniittisiin reikäjaksoihin. Loviisan tutkimusalueen rei 'issä on kairausnäytteen rakoluku huomattava, mikä lisäksi saattaa korostua näytteen viipaloilumisen takia. Reikien KR7 ja KR8 rakoluvut ovat muita reikiä pienempiä. Reikämittauksissa rikkonaisuusjaksot erottuvat 2-4 m pitkinä anomaliajaksoina, joissa pisimmät anomaliat ovat laajinta kalliotilavuutta kuvaavissa ominaisvastusprofiileissa. Vedenjohtavuutta kuvaavat anomaliat lämpötilan ja suolaisuuden sekä erityisesti putkiaallon vaimenemisprofiileissa ja rakohakumittauksissa keskittyvät näiden jaksojen sisällä vain lyhyisiin - 5 m pitkiin reikäjaksoihin, joissa on tyypillisesti yksittäisiä murutäytteisiä avoimia rakoja. Reikien KR-KR6 merkittävimmät rikkonaisuuslävistykset erottuivat erityisesti akustisissa reikäprofiileissa hyvin samankaltaisina anomalioina, minkä perusteella rakennemalliin määritettiin kolme paksua rikkonaisuusvyöhykettä, joiden sisällä on pitkiä tiiviitä ja eheitä kalliojaksoja vettäjohtavien rakotihentymien lomassa. Näiden rikkonaisuuspiirteiden jatkumista Hästholemin saaren pohjoispuolelle uudet kairaukset eivät vahvistaneet. Sen sijaan rei'issä KR7 ja KR8 on hyvin samankaltainen kaksiosainen rikkonaisuusrakenne noin 8 m:n syvyydessä. Reikämittauksissa todettujen rikkonaisuusjaksojen merkittävyyttä arvioitiin myös tilastollisen pääkomponenttianalyysin avulla, joka myös osoitti rei 'issä KR7 ja KR8 tavatun suhteellisen vähän rikkonaisuutta. Avainsanat: rapakivi, geofysikaalinen reikämittaus, kallioperän rikkonaisuus, rakennemalli

7 ABSTRACT Okko,., Front, K. & Hassinen, P Interpretation of geophysicallogging of boreholes KR7 and KR8 at the Hästholmen site at Loviisa and the revision of the bedrock model. Posiva, Work Report 99-48, 7 p. The Finnish power companies Teollisuuden Voima Oy and Fortum Power and Heat Oy (formerly Imatran Voima Oy) are preparing for final disposal of the high-level nuclear fuel waste deep into the bedrock. The Hästholmen research site at Loviisa is one of the four candidates selected for the detailed site characterisation conducted by Posiva Oy. This report describes the processing and interpretation of standard single hole geophysical borehole logging carried out in the 8 and m Iong boreholes KR7 and KR8. Furthermore, the structural bedrock model based on deep boreholes KR -KR6 at the Hästholmen site is reviewed, although the recent holes are drilled a part in the north from the Hästholmen Island si te. Lithological units, different types of rapakivi granite with associated dykes, are classified by the use of combined natural gamma radiation, density and magnetic susceptibility information. The only newness were few indications on dark pyterlite-type rapakivi in these recent holes. Fracturing is analysed by the interpretation of different types of acoustic, density, resistivity and temperature logs. Most of the fractures are tight and located in the horizontal plane in concordance with the typical cubic fracturing system of rapakivi granites. Most of the densely fractured sections are associated with the granitic intersections. At the core sample, the fracture number may be overestimated owing to core discing in the deep bedrock. However, in the geophysical logs, particularly in resistivity logs and also in acoustic velocity logs, there are 2-4 m Iong anomalies that indicate weathered sections in the rapakivi granite. Moreover, within these sections the hydraulic anomalies in fluid logs, tube wave attenuation profiles, and in hydraulic flow rate measurements are only - 5 m Iong. In detail, the hydraulic significance is related to individual active and open fractures Iaeated at the core sample. According to similarities in the acoustic character in the full waveform acoustic logs, three major weathered sections were correlated between boreholes KR-KR6. However, these aside drilled boreholes KR7 and KR8 did not indicate the continuity of these fractured sections northwards to the mainland. In contrast, there is in both of the boreholes KR 7 and KR8 at the depth of appr. 8 m similar double-segmented fractured section with core discing in the intact middle-section that should be encountered in the bedrock model. Furthermore, the anomalies in the geophysical borehole logs of all deep holes KR-KR8 were classified statistically using the principal component analysis. Also this confirmed the relatively low fracturing rate in the boreholes KR7 and KR8 of the Hästholmen site. Key words: Rapakivi granite, Geophysical, Borehole logging, Fracturing, Structural bedrock model

8 3 JOHDANTO Teollisuuden Voima Oy:n Olkiluodon sekä Fortum Power and Heat Oy:n (ent. Imatran Voima Oy) Loviisan voimalaitosten ydinjätehuollossa varaudutaan käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen Suomessa. Tähän liittyviä Posiva Oy:n toimeksiantona tehtäviä yksityiskohtaisia sijoituspaikkatutkimuksia tehdään Kuhmon Romuvaaran, Äänekosken Kivetyn ja Eurajoen Olkiluodon sekä Loviisan Hästholmenin alueilla vuosina Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle on kairattu useita 2 m:n syvyyteen ulottuvia reikiä alueen rakennegeologisten tutkimusten yhteydessä 98-luvulla (ks. Anttila 988). Näitä tutkimustuloksia on käytetty hyväksi voimalaitosjätteen loppusijoitustilan suunnittelussa ja rakentamisessa kallioon. Käytetyn polttoaineen loppusijoituksen kallioperätutkimuksien yhteydessä Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle kairattiin kuusi reikää noin tuhannen metrin syvyyteen asti. Näillä syväkairauksilla ja kairausrei 'issä tehdyillä mittauksilla hankittiin uutta geologista tietoa tutkimusalueiden kallioperästä erityisesti käytetyn polttoaineen loppusijoitussyvyydeltä. Näiden reikien lisäksi vuonna 998 kairattiin Hästholmenin saaren pohjoispuoliselle maa-alueelle kaksi uutta syvää reikää KR7 ja KR8 (Rautio 998 ja 999, kuva ), joilla pyritään laajentamaan ja täydentämään aikaisemmin tehtyjä tulkintoja kallion rakennepiirteistä. Tässä raportissa esitetään näissä rei 'issä tehtyjen geofysikaalisten reikämittausten (Laurila et al. 999) tuloskäsittely ja tulkinta sekä tarkastellaan reikien antamaa lisätietoa Hästholmenin alueen päivitettyyn kalliomalliin (Lindh et al. 998). Alustavissa sijoituspaikkatutkimuksissa geofysikaaliset yksireikäluotaukset jaettiin kolmeen ryhmään tärkeimmän käyttösovelluksen mukaan kivilajivaihtelua, vesipitoista rakoilua ja rikkonaisuusvyöhykkeitä sekä pohjaveden virtausta kuvaaviin luotauksiin. Tuloskäsittelyssä mittausarvot ja kairausnäytteestä määritetyt kivilaji- ja rakotiedot piirrettiin tulkinnan kannalta mielekkäisiin mittakaavoihin profiileiksi ja profiilien yhdistelmäkuviksi. Yksityiskohtaisten paikkatutkimusten reikämittausten tulkintametediikka perustuu alustavien paikkatutkimusten reikäkohtaisessa tulkinnassa kehitettyyn menettelyyn (Korkealaakso et al. 988, Okko et al. 993). Tässä työssä kyseisiä menettelytapoja sovelletaan mittausaineiston (taulukko ) sallimissa puitteissa noudattaen Okko et al. (998 ja 999) käyttämää metodiikkaa. Geofysikaalisten reikämittausten lisäksi rakennetarkastelussa on hyödynnetty ennakkotietoja ns. rakohakomittauksilla määritetyistä virtaama-arvoista (Rouhiainen 998).

9 4 KR7 Kuva. Tutkimusreikien sijainti Hästholmenin tutkimusalueella.

10 5 2 TUTKIMUSMENETELMÄT Geofysikaalisten reikämittausten kenttätöistä vastannut Suomen Malmi Oy toimitti mittaustulokset (Laurila et al. 999) Fintact Oy:n välityksellä VTI:lle tulkintaa varten. Rei'issä KR7 ja KR8 tehdyt mittaukset on koottu taulukkoon. Reikämittausten pisteväli oli, m, paitsi akustisessa mittauksessa, jossa se oli,5 m ja reiän halkaisijan mittauksessa, jossa se oli, m. Mittaustuloksille on tehty käynti- ja syvyyskorjaukset sekä tarvittavat kalibroinnit mittaajan toimesta. Yhdenmukaisuuden takia VTI:llä reikien KR7 ja KR8 magneettisen mittauksen suskeptibiliteettiarvot muunnettiin loe-6 SI -muotoon. Tulkintavaiheessa mittausten syvyystietoja tarkistettiin vertailemalla kairausraportissa esitettyjä kivilaji- ja rakoilutietoja reikämittausten tuloksiin. Taulukko. Hästholmenin rei 'istä KR7 ja KRB tulkittu reikämittausaineisto sekä liite, jossa mittaustulos on esitetty. Menetelmä ) yksipistevastusmittaus [Ohm] Liite 4 2) lyhyen (6") normaalijärjestelmän vastusmittaus [Ohm-m] Liite 4 3) veden lämpötilan mittaus [ C] Liite 7 4) veden ominaisvastuksen mittaus Liite 7 5) magneettisen suskeptibiliteetin mittaus [ OE-6 Sl] (KR3 ja KR4) Liite 2 6) gamma-gamma -tiheysmittaus [g/cm 3 ] Liite 2 7) taustasäteilyn mittaus [J.!Rih] Liite 2 8) akustisen kokoaaltomuodon rekisteröinti - P-aallon nopeus [km/s] Liite 3 ja 6 - S-aa Ilon nopeus [km/s] Liite 3 ja 6 - P-aallon vaimeneminen [db] Liite 3 - S-aallon vaimeneminen [db] Liite 3 - Putkiaallon vaimeneminen [db] Liite 3 9) reiän halkaisijan mittaus [mm] Liite 4 Tuloskäsittelyssä laskettiin seuraavat johdannaissuureet: - kallion näennäinen rakohuokoisuus (Liite 5), - Poissonin luvut ja kimmokertoimet (Liite 6), - redusoitu lämpötila (Liite 8), - pohjaveden TDS suolaisuus (Liite 8). Tulkintavaiheessa laskettujen johdannaissuureiden profiilit on tulostettu ja raportoitu tilaajalle myös digitaalisessa muodossa. Reikämittausten tulkinnassa hyödynnettiin kairausraportteja (Rautio 998 ja 999), joista ilmenevät kairausnäytteiden kivilajikuvaukset, rakohavainnot ja suunnatut rakohavainnot. Tulkintatyön yhteydessä kairausnäytteitä tarkasteltiin Lopella sijaitsevassa Geologian tutkimuskeskuksen kairasydänarkistossa. Liite

11 REIKÄMITTAUSTULOSTEN TULKINTA Geofysikaalisten reikämittausten tulkinnalla analysoidaan kivilajivaihtelua, kallion rakoilun ja rakovyöhykkeiden luonnetta sekä mahdollisuuksien mukaan myös pohjaveden virtausta. Tulkintamenettely on pääsääntöisesti sama kuin aikaisemmissa paikkatutkimuksissa, mutta aiemmasta hieman poikkeavan mittausaineiston takia tulkintatapoja on muunnettu tarkoituksenmukaisesti. Kallion vedenjohtavuutta arvioidaan uudentyyppisen rakohakumittauksen perusteella (ks. liite 8) ja ns. vesiluotauksesta on luovuttu, joten veden virtauksen tulkinnassa on alustavien paikkatutkimusten vaiheesta poikkeavaa reikämittaustietoa. Kallioperän rakenteen tilastollisessa arvioinnissa on käytetty pääkomponenttianalyysia, jolla voidaan erotella rikkonaisuusvyöhykkeitä keskimääräisesti rakoilleesta kalliosta reikämittausten perusteella (Korkealaakso et al. 994). Analyysissa eroteliaan ns. rakovyöhykeindeksin raja-arvon ylittävät kalliojaksot toisistaan riippumattomien mittaustulosten perusteella. Liitteessä on esitetty pääkomponenttianalyysissä käytetyt reikämittaukset ja niistä laskettu rikkonaisuutta kuvaava rakovyöhykeindeksi. 3. Uusien reikäosuuksien geologinen luonnehdinta Loviisan tutkimusalue on osa suurta (-8 km 2 ) ns. Viipurin rapakivikompleksia. Rapakiviä tunnetaan kaikilta maailman kilpialueilta ja niiden ikä on mesoproterotsooinen. Rapakivigraniittien oletetaan syntyneen kratonisoituneen kuoren tensionaalisissa olosuhteissa, joihin liittyy huomattavan syviä ja laaja-alaisia grabentyypppisiä repeytymiä maankuoressa. Suomessa rapakivien muodostuminen on kallioperän nuorin merkittävä magmaattinen tapahtuma (Viipurin massiivin ikä,65 -,62 Ga) eivätkä orogeeniset liikunnot ole vaikuttaneet enää niihin. Rapakivien kontaktit sivukiviin ovat terävät ja leikkaavat kaikkia aikaisempia kallioperän metamorfisia ja migmatiittisiä piirteitä. Rapakiviassosiaatioon kuuluvat (puoli)pinnalliset jäsenet ja rapakivien mineralogiset piirteet samoin kuin niiden sivukiviin aiheuttama termometamorfinen aureoli viittaavat siihen, että ne ovat syntyneet läpikotaisin sulasta, erittäin kuumasta ja suhteellisen vesiköyhästä magmasta, joka on tunkeutunut hyvin lähelle maankuoren silloista pintaa. Rapakivikompleksit muodostavat lakkoliittisia (sienimäisiä) intruusioita, joissa pinta-ala on huomattavan suuri niiden paksuuteen (- km) nähden. Rapakivien anorogeenisesta luonteesta johtuu se, että kivet ovat metamorfoitumattomia eikä niissä esiinny plastisen deformaation aiheuttamaa heterogeenisyyttä. Sen sijaan magmaattisia virtausrakenteita rapakivistä on kuvattu paikkatutkimustenkin yhteydessä (Kuivamäki et al. 997b). Rakoilu on graniiteille ominaisesti kuutiomaista ja Hästholmeninkin alueella tietyllä tarkkuudella ennustettavissa. Kaikki rakoiluun liittyvät rakennepiirteet erimittakaavaisista ruhjeista rakovyöhykkeisiin ja aina yksittäisten rakojen asentoihin asti näyttävät olevan suunniltaan toistuvia sekä tutkimusalueelia että lähi ympäristössä. Rakoilua vaikeammin ennustettavia, todennäköisesti tutkimusalueen mittakaavassa säännöttömästi esiintyviä piirteitä ovat rapakiviin liittyvät myöhäismagmaattisten vaiheiden ilmiöt kuten miaroliittiset onkalot (läpimitta muutamista senttimetreistä jopa metriin) ja greisen-tyyppiset malmimuodostumat sekä fysikaalis-kemialliseen muuttumiseen liittyvät ilmiöt kuten pinnalla havaittu moroutuminen. Näistä greisenmuodostumat liittyvät rapakivieri voimakkaasti kehittyneisiin ja erilaistuneisiin myöhäi-

12 7 siin intruusiovaiheisiin eikä niitä ole pintatutkimuksissa havaittu Hästholmenilta eikä sen välittömässä läheisyydessä kuten ei myöskään pintakallion moroutumista (Kuivamäki et al. 997a). 3.. Hästholmenin geologiset yleispiirteet Koko Hästholmenin tutkimusalue samoin kuin sen lähi- ja kaukoalue (Suominen 983, Anttila 988, Posiva 996, Kuivamäki et al. 997b) on rapakiveä, jonka tärkeimmät muunnokset ovat pyterliitti, viborgiitti sekä tasarakeinen ja porfyyrinen rapakivi. Pyterliitille ja viborgiitille ovat luonteenomaisia pyöreähköt, jopa useiden senttimetrien läpimittaiset kalimaasälpäovoidit. Pyterliitti ja viborgiitti ovat värisävyltään myös tummempia kuin tasarakeinen rapakivi. Pyterliitin ja viborgiitin välinen ero määritellään Vaipallisten ja vaipattomien ovoidien keskinäisen suhteen perusteella, jonka määrittäminen on paljastumillakin vaikeata ja pienihalkaisijaisesta kairausnäytteestä se on niin hankalaa, ettei reikätutkimusten kivilajipylväisiin näitä rapakivityyppejä ole eroteltu (Gehör et al. 997, 998 ja 999), vaan niistä on käytetty yhteistä yleisnimeä pyterliitti-viborgiitti. Sen sijaan paljastumakartoituksessa on eroteltu ns. tumma pyterliitti. Tasarakeista rapakiveä esiintyy alueella useina muunnoksina, jotka poikkeavat toisistaan tekstuurin ja raekoon osalta. Porfyyristä rapakiveä ei ole tavattu Hästholmenin saaren välittömässä läheisyydessä sijaitsevilla paljastumilla, mutta kairanrei'istä sitä on erotettu muutamia jaksoja, joista pisimmät liittyvät tasarakeisten graniittien lävistyksiin (kuva 2). Aiempien paikkatutkimusten yhteydessä kivilajien tunnistamiseen ja luonnehdintaan syvyyssuunnassa systemaattisesti käytetyt reikägeofysiikan menetelmät ovat olleet magneettinen suskeptibiliteetti, radiometrinen tiheys ja luonnon gammasäteily eli taustasäteily. Näiden mittausten profiilit yhdessä neutronien takaisinsirontamittausten sekä akustisten S-aaltojen ominaisuuksien kanssa luonnehtivat kivilajivyöhykkeitä hyvin. Kivilajiyksikköjen systemaattisessa tilastollisessa kuvaamisessa on käytetty mediaania sekä ylä- ja alakvartiileja. Näiden rajaaman vaihteluvälin on katsottu edustavan parhaiten kutakin kivilajiyksikköä, koska näin kivilajin kannalta sekundääriset anomaaliset arvot (esim. kapeiden rikkonaisuusvyöhykkeiden, juonien, murskaleiden ja sulkeumien vaikutukset) seuloutuvat pois. Reikämittauksissa pyterliitti-viborgiittinen rapaki vi (PYT-VIB) erottuu heikoimmin säteilevänä, suskeptiivisimpana ja tiheimpänä kivilajina, jossa sisäinen tiheysvaihtelu on melko vähäistä. Rei'issä KR7 ja KR8 on lyhyitä jaksoja sarvivälkepitoista ja tummahkoa pyterliittiä, joka on sekä tiheintä että magneettisinta. Kivilajipylväisiin näitä jaksoja ei kuitenkaan ole eroteltu omiksi kivilajijaksoiksi. Tiheysminimit liittyvät lähinnä rapautuneisiin rikkonaisuusjaksoihin. Muut rapakivityypit (tasarakeinen ja porfyyrinen rapakivi) erottuvat myös pienemmän tiheyden perusteella. Lyhyet taustasäteilyn maksirnit liittyvät graniittisiin ja pegmatiittisiin reikäjaksoihin sekä usein samoihin rikkonaisuuspiirteisiin kuin tiheysminimit. Tasarakeinen graniitti (T ARGR) ja sen muunnoksena esiintyvä hienorakeinen graniitti (HGR) erottuvat parhaiten kohonneen taustasäteilyn perusteella. Hienorakeinen graniitti esiintyy tyypillisesti lyhyinä juonimaisina reikäleikkauksina, joista osa on runsaasti rakoilleita samoin kuin osa hienorakeisista juonista paljastumillakin. Tiivis hienorakeinen graniitti erottuu akustisesti suuren kimmokertoimen perusteella, mutta tyypillisesti kivilajiin liittyvät anomaliat akustisissa mittauksissa ja tiheysprofiileissa ovat suuren rakoluvun takia päinvastaisia. Porfyyriseen rapakiveen (PORGR) ei liity selkeästi tyypillistä luonnetta taustasäteilyn, tiheyden eikä suskeptiivisuuden reikäprofiileissa. Pikemminkin porfyyrigraniitti näyttää paikoin olevan pyterliitti-viborgiitin ja paikoin tasarakeisen graniitin kaltainen

13 8 geofysiikan yhdistelmäkuvissa. Kivilajikontaktit on määritetty yksittäisissä geofysikaalisissa reikäprofiileissa todettujen tasonmuutosten, kairausnäytteiden sekä reikä-tv:n kuvan yhteistulkinnan avulla. Pääsääntöisesti alle metrin mittaisia pääkivilajista poikkeavia lävistyksiä ei ole ole eroteltu. s N K 7 PYT-WIB COARSE-GR. EVEN-GR. FINGR. PORHYRITIC NOSAMPLE Kuva 2. Tasoprojektia Hästholmenin kairanreikien sijannista ja kairaussuunnista sekä kivilajien jakaumasta Hästholmenin tutkimus kohteessa Reikä HH-KR7 Reikä KR7 on lävistänyt pääsääntöisesti pyterliitti-viborgiittimaista rapakiveä, jonka kairausnäytteestä on eroteltu lyhyitä graniittisia jaksoja. Syvyysvälillä 3-4 m on ainoa huomattavan pitkä lävistys tasarakeista graniittia. Reiän yläosan pyterliittiviborgiitin tiheysprofiilin sekä S-aallon nopeuden taustatasot ovat huomattavan levottomia noin 3 m:n syvyyteen asti, josta alkaa edellä mainittu tasarakeinen graniitti. Reiän yläosan rapakivi on epähomogeenista ja ilmeisesti siinä on reikämittauksissa korostuvaa pinnallista rapaumaa. Tasarakeinen graniitti erottuu tyypillisesti kohonneen taustasäteilyn sekä matalan tiheyden ja alhaisen magneettisen suskeptibiliteetin perusteella (ks. liite 2 ja kuva 3a). Syvyyden 4 m alapuolella tasaiset S-aallon nopeus- ja tiheysprofiilit viittaavat homogeeniseen ja tiiviiseen rapakiveen. Piikkimäiset taustasäteilymaksimit indikoivat lyhyitä graniittisia lävistyksiä, joihin liittyy myös vähäisiä tiheysminimejä. Reiän loppuosalla 675 m:ssä ja 785 m:n alapuolella tasarakeisiin graniittijaksoihin liittyvät rikkonaisuusjaksot aiheuttavat anomaaliset suuret tiheyden, magneettisen suskeptibiliteetin ja S-aallon nopeuden minimit. Reikäprofiileista erotettujen kivilajien taustasäteilyn, tiheyden ja magneettisen suskeptibiliteetin yhdistelmäkuviot on esitetty kuvassa 3a. Kairausnäytteiden puristuskokeissa todettiin pyterliitti-viborgiitin keskimääräiseksi lujuudeksi noin 4 MPa ja tasarakeisen graniitin lujuudeksi 2 MPa. Vastaavasti kimmokerroin oli pyterliitti-viborgiitissa noin 47 GPa ja tasarakeisessa graniitissa (4 näytettä) noin 6 GPa (Rautio 998). Reikäprofiileista lasketussa kimmokertoimen profiilissa (kuva 4a) reiän yläosa erottuu anomaalisena 3 m:n syvyyteen asti ja

14 9 kimmokerroin kasvaa kairaussyvyyden funktiona lähes 5 m:n syvyyteen asti (kuva 4a). Tasarakeinen graniittijakso erottuu homogeenisempana kuin rapakivi, mutta selkeää kivilajien välistä tasoeroa ei ole. Reikämittauksista laskettu kimmokerroin on selkeitä rikkonaisuusjaksoja lukuun ottamatta huomattavasti yli 6 GPa Reikä HH-KRS Reikä KR8 on pääsääntöisesti lävistänyt pyterliitti-viborgiittia, josta on eroteltu lyhyitä graniittisia jaksoja. Näistä pisimmät lävistykset ovat noin m:n pituisia. Porfyyriset graniittijaksot (2 kpl) ovat rikkanaisia ja ne aiheuttavat selkeät graniittisen luonteen mukaiset taustasäteilymaksimit ja rikkonaisuutta korostavat minimit muihin kivilajia kuvaaviin mittausprofiileihin. Tasa- sekä karkearakeiset graniitit aiheuttavat samantapaiset anomaliat, mutta nämä eivät ole yhtä voimakkaita kuin porfyyristen graniittien anomaliat. Reiän yläosassa mittausprofiilit ovat levottomia noin 25 m:n syvyyteen asti, mutta tämän alapuolella kohinataso rapakivessä on hyvin vähäinen ja selkeät lyhyet tasonmuutokset kuvaavat lyhyitä poikkeavia kivilajeja. Syvyyden 84 m alapuolella tiheys kasvaa hieman ilmeisesti tummien mineraalien, etupäässä sarvivälkkeen määrän lisääntymisen takia. Lyhyitä tiheitä jaksoja ei kuitenkaan ole nimetty tummaksi pyterliitiksi. Muutama rikkonaisuuden aiheuttama tiheysminimi on tunnistettavissa samassa syvyydessä sijaitsevan S-aallon nopeusminimin perusteella. Kairausnäytteiden puristuskokeissa todettiin pyterliitti-viborgiitin keskimääräiseksi lujuudeksi noin 2 MPa ja tasarakeisen graniitin lujuudeksi 2 MPa. Vastaavasti kimmokerroin oli pyterliitti-viborgiitissa noin 42 GPa ja tasarakeisessa graniitissa (3 näytettä) noin 54 GPa. KR8:ssa näytteiden lujuus- ja kimmokerroinarvot olivat huomattavasti aikaisempien reikien koetuloksia pienempiä (Rautio 999). Reikäprofiileista lasketussa kimmokertoimen profiilissa (kuva 4b) reiän yläosa erottuu anomaalisena 25 m:n syvyyteen asti ja kimmokerroin kasvaa kairaussyvyyden funktiona noin 55 m:n syvyyteen asti. Reikämittauksista laskettu kimmokerroin on selkeitä rikkonaisuusjaksoja lukuun ottamatta yli 7 GPa eikä poikkea merkittävästi muista syväkairausrei 'istä lukuunottamatta huomattavan syvälle jatkuvaa tiheyden ja laskennallisen kimmokertoimen vähäistä kasvua.

15 25 Loviisa, Hästholmen MlN MEDIAN MAX KR7 t LOVVER QUARTILE UPPER QUARTILE L. l j t_l. LI tl_jl_jl j_l--'--li LLI wllll!li Ii L L j jl L ll_jll S * -6 2,4 2,5 28 3, c..l_l.l._l._..! L L_L_.L l... L_..J'---'----_LI_LI_.J_L...J... JI g/cm R/h m PYT-VIB mm 2 TAAGA 3 KARGA 5 [:i!j PG 3 D 7 HGA 8 TARGR 2 KARGR-TARGR 4,6,8,,2,4,6 PYT-VIB,3,5,7,9,,3,5 E :C -... w TARGR 8,2,22 PYT-VIB 7,9,2, HGR TARGR 26,28,3, 34,36,38,4,42 PYT-VIB 25,27,29, 3,33,35,37,39,4,43 Kuva 3a. Reiän HH-KR7 kivilajivyöhykkeiden suskeptibiliteetin, taustasäteilyn ja tiheyden tilastolliset jakaumat. Kivilajilyhenteet on selvitetty liitteessä.

16 Loviisa, Hästholmen KR8 -VIS RGR RGR... :tt-n :t :t:t... 3 :t.j... t:t 5 ta R Ilffi 8 25 :.=..---l= 'T +-T II 2 4 2, f ' f MlN MEDIAN MAX t t LOWER QUARTILE UPPER QUARTILE 2,8 2 Sl * -s 2,9 3, 3 g/cm 5 8 R/h PYT-VIB,3,5,8 PYT-VIB 2,4,6 PYT-VIB 7,9.-- PORGR,2, _4_,_6,8,2.,.-rtiC _.. - E,...tt H.J LTt:. 6 ::i 5 l---!"q!)l j Ii: w c H Ti 8!: ttf... fj:t 2 -t- :..+-4 t-r 'l rt..l ;"_.! HJ M r "T..,. 't""t 24 r- r: 26 PORGR 7 TARGR,3,5,9 TARGR2, TARGR 23 KARGR 22,24, Kuva 3b. Reiän HH-KR8 kivilajivyöhykkeiden suskeptibiliteetin, taustasäteilyn ja tiheyden tilastolliset jakaumat. Kivilajilyhenteet on selvitetty liitteessä.

17 2 3.2 Rakoilu ja rakovyöhykkeet 3.2. Yleistä Rapakiven rakoilu on tyypillisesti säännöllistä kuutiollista rakoilua, jossa Hästholmenin alueella esiintyy vaaka- tai laiva-asentoisen rakoilun lisäksi kaksi kulkusuunnaltaan kohtisuoraa 58 (NE-SW) ja 328 (NW-SE) pystyä rakosuuntaa, jotka vastaavat hyvin Loviisan seudun suurrakenteiden suuntausta. Rakomäärältään Hästholmenin alue on pääsääntöisesti harvarakoista (alle rako/m) ja joskus vähärakoista ( - 3 rakoalm). Hyvin paljastuneen alueen runsaan rakotietokannan lähes pystyistä raoista suurin osa (55 %) on ainakin osittain avonaisia. Keskijyrkä( raot ovat harvinaisia tai ne puuttuvat kokonaan. Keskimääräinen rakoluku on,59 rakoalm. Rakoleveyksien keskiarvo on,6 cm ja mediaani,3 cm; ero aiheutuu muutamista yli 5 cm leveistä raoista. Vastaavasti rakojen keskipituus on 8 ja mediaani 6 m; yli 2 m pitkiä rakoja on 6 %ja pisin alueella tavattu rako on m pitkä. Hästholmenin VU-luolan rakotiheydet, -pituudet ja -suunnat vastaavat paljastumista mitattuja rakotietoja. Avoimien rakojen osuus on tosin pienempi ja vastaavasti täytteisten rakojen osuus suurempi kuin paljastumissa Syvällä kalliossa rakoavaumat ovat selvästi pienempiä kuin paljastumissa (Kuivamäki et al. 997b). Rapakivialueella tarkastelluissa rakennuskivilouhoksissa rapakivi on pääsääntöisesti hyvin ehjää, rintaukset ovat pitkiä ja korkeita. Alueen tieleikkauksissa näkyy usein yksi tai useampia kalliopinnan topografiaa noudattelevia vaakarakoja ja paikoin myös mikrorakoilleita vaakarakovyöhykkeitä (Kuivamäki et al. 997b). Topografian mukaista pinnan läheistä vaakarakoilua noin 25 m:n syvyyteen asti erottuu myös Hästholmenin alueella tehdyissä maatutkaluotauksissa (Sutinen 997). Vaaka-asentoisen rikkonaisuuden esiintyminen on varmistettu 2 m:n syvyyteen asti, sillä ns. Y -reikien välisissä sähköisistä (Poikanen & Hassinen 982) ja seismisistä (Rouhiainen 987) mittaoksista on tunnistettu lähes vaaka-asentoisia rakenneyhteyksiä. Samoin vasaraseismiset heijastusluotaukset osoittavat vaaka-asentoisten rakennepiirteiden esiintymisen 2-3 m:n syvyyteen asti (Okko 999). Syvissä rei'issä KR-KR6 on todettu huomiota herättävän runsaasti vaaka-asenteista rakoilua, ja anomalioiden samankaltaisuuden sekä VSP- ja HSP-luotausten perusteella laiva-asentoisen rakoilon voidaan olettaa jatkuvan km:n syvyyteen asti (ks. Okko et al. 998 ja 999). Kairausreikien lähiympäristön kallioperän rakenteen tutkimisessa ovat tärkeimmät reikägeofysikaaliset menetelmät sähköisen maadotusvastuksen mittaus sekä kallioperän ominaisvastuksen mittaus lyhyellä ja pitkällä normaalijärjestelmällä sekä Wenner-järjestelmällä, akustisten P-, S- ja putkiaaltojen nopeuden ja amplitudin mittaus, neutronisäteilyn takaisinsirannan mittaus kahdella eri lähetin-vastaanotin - etäisyydellä (ns. lähi- ja kaukovastaanottimella) ja reiän halkaisijan mittaus. Myös reiässä olevan veden lämpötilan ja sähkönjohtavuuden mittauksella pystytään luonnehtimaan rakoilua. Kallion rikkanaisuotta kuvaava näennäinen rakohuokoisuus on tavallisesti laskettu lyhyellä normaalijärjestelmällä mitatuista ominaisvastusarvoista, gammasäteilyn compton-sirontaan perustuvasta tiheysmittauksesta sekä akustisesta luotauksesta määritetyistä P-aallon nopeusarvoista. Laskentaproseduurissa mittaustuloksista on pyritty poistamaan ehjän kabiomatriisin mineraalivaihtelun vaikutus huokoisuusarvoihin. Koska Hästholmenin kivilajikohtaisen tiheysvaihtelun vaikutusta tiheysprofiilien anomalioihin ei pystytä erottamaan usein kivilajisidonnaisesta rakoilusta ja eri ajankohtina tehtyjen kallion ja kalliopohjaveden ominaisvastusmittausten välillä tapahtuneita veden suolaisuusmuutoksia ei voitu ottaa huomioon, on näennäinen rakohuokoisuus laskettu vain P-aallon nopeusprofiilin

18 3 perusteella. Hästholmenin syvien reikien kairausnäytteen halkaisija ja reiän läpimitta vaihtelevat jatkuvasti koko kairauspituudella (ks. liite 4), mikä saattaa aiheuttaa reikämittauksiin ja niistä laskettuihin johdannaissuureisiin tavallista suurempaa epätarkkuutta. Akustisessa luotauksessa määritetyistä P- ja S-aallon nopeuksista on laskettu kivilajien mekaanisia ominaisuuksia kuvastavat kimmokertoimen ja Poissonin luvun profiilit. Nämä laskennalliset suureet- antavat käsityksen kalliomassan mekaanisten ominaisuuksien vaihtelusta varsinkin niiltä osuuksilta, joista vastaavia parametreja ei pystytä määrittämään näytteenoton ja laboratoriokokeiden avulla. Rikkanaisten reikäosuuksien havaitsemiseksi ja niiden fysikaalisten ominaisuuksien määrittämiseksi on käytetty reikätutkimusten yhteistulkintaa. Vertailemalla eri tutkimussäteen omaavilla mittausmenetelmillä saatuja tuloksia keskenään (ks. liitteet 3 ja 4, kuvat 4 ja 5), saadaan arvioita rikkanaisen rakenteen paksuudesta, ulottuvuudesta reiän ympäristöön, reiän seinämien ehjyydestä sekä vyöhykkeen sisäisestä rakenteesta. Rikkanaisten osuuksien rakoilun luonnetta, rapautundsuutta ja rakotäytteitä on tarkasteltu myös kairausnäytteestä.

19 4 LOVIISA, HÄSTHOLMEN BOAEHOLE KR7 UTHOLOGY FRACT. FREQ., Vm SN-AESIST., ohm-m YOUNG'S MOD., GPa (i!j PYT-VIB mm TAAGR KARGA _U....::: D-ROCK VTT Kuva 4a. Hästholmenin kairanreiän HH-KR7 kivilajipylväs, rakoluku sekä lyhyellä normaalijärjestelmällä mitattu ominaisvastus ja akustisesta luotauksesta ja tiheysmittauksesta laskettu kimmokerroin. Kairaussyvyyteen 3 m asti erottuu useita rikkonaisuuspiirteitä, muttä syväkalliossa on vain muutama lyhyt rikkonaisuusanomalia 675 ja m:ssä.

20 5 LOVIISA, HÄSTHOLMEN BOREHOLE KAS UTHOLOGY PYT-VIB FAACT. FREQ., Vm 2 YOUNG'S MOD., GPa Ii TARGR gj PORGR 25 KARGR E soor » w 3D-ROCK VTT Kuva 4b. Hästholmenin kairanreiän HH-KR8 kivilajipylväs, rakoluku sekä lyhyellä normaalijärjestelmällä mitattu ominaisvastus ja akustisesta luotauksesta ja tiheysmittauksesta laskettu kimmokerroin. Pintaosan rikkonaisuusanomaliat ulottuvat 25 m:n syvyyteen asti. Syväkalliossa on muutama yksittäinen rikkonaisuusanomalia. Näistä huomattavin sijaitsee m:n syvyydessä.

21 Reikä HH-KR7 Kairausraportin (Rautio 998) mukaan kallion keskimääräinen rakoluku on vain,3 -,5 rakoa/m, paitsi syvyysväleillä 79-2 m 5,86 kpl/m ja tämän alapuolella m:ssä, kpl/m sekä m:ssä 4,3 kpl/m. Lisäksi sekä lyhyillä rikkanaisilla syvyysväleillä ja m rakoluku on 7-9 rakoa/m. Koko reiän keskimääräinen rakoluku on,98 rakoa/m. Raot ovat pääosin tiiviitä tai täytteisiä. Kairauksen yhteydessä todettiin 2 tiheärakoista vyöhykettä, jotka ovat pääasiallisesti murrosrakenteisia. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelivat välillä,3... 3,7 m. Useiden peräkkäisten rikkonaisuuslävistysten oletettiin kuuluvan samaan rikkonaisuusvyöhykkeeseen, mutta jos lävistysten välillä on ollut ehjempää kiviainesta, niin ne Iueteitiin omina osuuksina (Rautio 998). Yhteensä rikkanaisia osuuksia on 7,2 m, joka on 2,2 % reiän kokonaisnäytemäärästä. Näytteen viipaloitumista ("core discing") esiintyy reikäpituudelta 32 m alkaen. Viipaloitumista esiintyy yksittäisesti ja satunnaisesti. Voimakkainta viipaloituminen on syvyysvälillä m. Paikoin viipaloituminen on heikosti kehittynyttä, joten sitä on vaikea erottaa mekaanisista katkoksista. Kairauksen aikana huuhteluvettä ei palautunut kairaussyvyyden 87 m alapuolelta. Mammutoimalla saatiin sähkönjohtavuustarkkailuun huuhteluvettä ylös vasta 25 m:n alapuolelta. Paluuveden määrä lisääntyi tasaisesti noin 5 m:iin asti, minkä alapuolella veden palautuminen oli epäsäännöllistä. Kairausraportissa esitetyn kuvaajan selkein muutoskohta (paikallinen minimi) sijaitsee noin 54 m:ssä. Huuhteluveden paine kasvoi tasaisesti 8 m:iin asti, jonka alapuolelta paine hävisi 87 m:ssä. Tämän alapuolella paine alkoi jälleen nousta, kuitenkin syvyyksillä , , ja 73-8 m oli paikallisia huuteluveden paineenvaihteluita. Kivilajikohtaiset keskimääräiset rakoluvut eheän kallion osalta on koottu taulukkoon 2a. Eheän kallion rakoluvut vaihtelevat harvarakoisesta vähärakoiseen. Tyypillistä pintarikkonaisuutta ei taulukossa erotu, vaan rikkonaisuus kohdistuu graniittisiin reikälävistyksiin 9-99, , ja eirtyisesti m:ssä. Näiden lisäksi pyterliitti-viborgiitissa on rikkonaisuutta näiden kontaktien läheisyydessä sekä syvyysvälillä m. Geofysikaalisissa reikämittauksissa merkittävänä rikkonaisuusanomaliajaksona erottuu reiän yläosa 3 m:n syvyyteen asti. Erityisesti syvyysväli 8-3 m korostuu rikkonaisimpana. Pitkällä reikävälillä 3-67 m ei ole merkittäviä rikkonaisuuspiirteitä. Reiän loppuosalla on voimakas paikallinen rikkonaisuus tasarakeisen graniitin kontaktissa m:ssä ja aivan reiän loppuosassa 765 m:n alapuolella sijaitsee kaksihuippuinen anomalia (kuva 4a). Hydrologisesti merkitsevää rakoilua kuvaavissa profiileissa (kuva 5a) erottuvat samat syvyysvälit Vedenjohtavuutta kuvaavat anomaliat ovat kuitenkin suhteellisesti vähäisempiä 3 m:n alapuolella. Näiden lisäksi noin 45 m:n syvyydessä on suolaisuuden ja lämpötilagradientin muutos.

22 Reikä HH-KRB Kairauksen yhteydessä reikää sementmtnn syvyysvälillä 73-8 m, sillä veden palautuminen loppui syvyysvälillä m ja syvyysvälillä 2-3 m todetun rakoilun epäiltiin vaikeuttavan näytteiden suuntaamista. Sementoinnin ansiosta huuhteluvettä palautui tasaisesti maanpinnalle. Huuhteluveden kuvaajassa on todettavissa vähäinen huuhteluveden määrän väheneminen noin 22 m:n kairauksen jälkeen. Huuhteluveden paine nousi kairaussyvyyden mukana tasaisesti 77 m:iin asti, minkä alapuolella paine vaihteli säilyen kuitenkin korkeana. Kairausnäytteen keskimääräinen rakoluku on vain,2 -, rakoalm. Reiän yläosassa 239 m:iin asti on hieman enemmän rakoilua (3,35 kpl/m). Tätä syvemmällä rakoluku on erittäin pieni,2 kpl/m 767 m:iin asti. Tällä syvyysvälillä on erotettu vain yksi tiheärakoinen jakso m:ssä, jossa rakoluku on 5,5 kpllm. Reiän loppuosalla on kaksi tiheärakoista jaksoa. Ne sijaitsevat syvyysväleillä m (,2 rakoa/m) ja m (7,39 kpllm). Koko reiän keskimääräinen rakoluku on, rakoa/m. Kairauksessa rikkanaisia osuuksia lävistettiin yhteensä 6 kpl. Ne luokiteltiin murrosrakenteiseksi, joista yhdessä oli myös ruhjerakenteista kalliota. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelivat välillä,43-3,63 m. Osan lyhyistä rikkanaisista osuuksista oletettiin liittyvän samaan rikkonaisuusrakenteeseen, mutta kairausraportissa ne eriteltiin, mikäli rikkonaisuuksien välissä todettiin ehjää kallionäytettä. Yhteensä rikkanaisia osuuksia oli 9,92 m, joka on 2, % reiän kokonaisnäytemäärästä Näytteen viipaloitumista ("core discing") todettiin reikäpituudelta 39 m alkaen. Kairausnäytteen viipaloitumista esiintyy voimakkaammin reiän loppuosan syvyysväleillä ja 95- m. Muutoin viipaloituminen on satunnaista. Reiän KR8 kivilajikohtaiset keskimääräiset rakoluvut eheän kallion osalta on koottu taulukkoon 2b. Syvyyteen 239 m erottuvan pintarikkonaisuuden alapuolella erottuu ainoastaan syvyysvälin m pyterliitti-viborgiitti rikkanaisena kivilajina. Tässä korostuu 77 m:n syvyydessä oleva voimakkaasti hematiittiutunut rikkonaisuus. Rikkonaisuutta kuvastavissa akustisten profiilien amplitudilogeissa 8 ylintä metriä erottuvat levottomina. Tämän alapuolella käytännössä vain kaksi anomaalista kohtaa 23 ja 77 m:ssä. Akustisten mittausten nopeusprofiileissa yläosan levottomuus tasaantuu vasta 24 m:ssä ja syvemmällä on hieman useampi anomaalinen reikä jakso, jotka erottuvat myös ominaisvastusprofiileissa (ks. kuva 4b ). Reikämittauksista lasketun kimmokertoimen arvo alittaa 5 GPa:n rajan vain lyhyesti 77 m:n syvyydessä. Vettäjohtavaa rakoilua kuvastavat anomaliat (kuva 5b) keskittyvät reiän yläosan pitkään anomaliajaksoon. Syvyyteen 8 m asti virtaama-arvojen pohjataso on kohonnut ja jakson alimmat anomaliat ovat 24 m:n syvyydessä. Tämän alapuolelta ainoastaan m:ssä on sekä rakohaku- että putkiaaltomittauksessa erottuva vedenjohtavuusanomalia. Tästä poikkeavasti lämpötilan ja suolaisuuden maksimi on noin 67 m:n syvyydessä (kuva 5b ).

23 8 LOVIISA, HÄSTHOLMEN BOREHOLE KR7 25 e ii:- 5 w UTHOLOGY FRACT,Vm RED.TEMP., C SAUNITY,g/ FLOW RATE,mVh TUBE WAVE, db/m E- E+O E+l E+ E+3 E : 75 8 PYT-VIf r- ( l::i == TAAGR : ra KAAGR t"!j.,......,..., -r \ PG ' tj \ 5r \ -..._ HGR - > " -r--t- r H - s +!!!.. l \ ) i' r- -. l - - l t f--,.. i..j,... t Kuva Sa. Hästholmenin kairanreiän HH-KR7 kivilajipylväs, rakoluku, reiässä olevan veden redusoitu lämpötila ja suolaisuus, rakohakumittauksilla määritelty virtaama ja akustisesta luotauksesta määritetty putkiaaltojen vaimeneminen. Reiän yläosassa on vedenjohtavuutta 3 m:n syvyyteen asti, mutta syvällä vain lyhyessä jaksossa 675 m:ssä sekä reiän pohjalla 8 m:ssä.

24 9 LOVIISA, HÄSTHOLMEN BOAEHOLE KA8 25 E 5 w 75 UTHOLOGY FAACT.,Vm RED.TEMP., C SAUNITY,o/ FLOW AATE,mVh TUBE WAVE,dB/m E- E+O E+ E+3 E Jllllm u' (] V... PYT-VIft; lr fr"--- ( - ±±- TAAGA -:i F- -F" '-- j.::! -=;:. fa t- - PORGA j F \ KARGA [i lra; i!-.,.-... F ,.._,. --. i 4. ' ;... E:- - - =- lp- r- --. Kuva Sb. Hästholmenin kairanreiän HH-KRB kivilajipylväs, rakoluku, reiässä olevan veden redusoitu lämpötila ja suolaisuus, rakohakumittauksilla määritelty virtaama ja akustisesta luotauksesta määritelty putkiaaltojen vaimeneminen. Reiän yläosassa on vedenjohtavuutta 25 m:n syvyyteen asti mutta syvällä vain lyhyessä jaksossa m:ssä.

25 2 Taulukko 2a. Reiän HH-KR7 avointen ( av ), täytteisten (tä) ja tiiviiden (ti) rakojen rakoluvut sekä rikkanaisten jaksojen osuudet kivilajivyöhykkeittäin. Kivilajilyhenteet: TARGR = tasarakeinen graniitti, PYT-VIB = pyterliitti-viborgiitti, HGR = hienorakeinen graniitti, KARGR = karkearakeinen graniitti, PG = pegmatiitti. Keskimäärin

26 2 Taulukko 2b. Reiän HH-KR8 avointen ( av ), täytteisten (tä) ja tiiviiden (ti) rakojen rakoluvut sekä rikkanaisten jaksojen osuudet kivilajivyöhykkeittäin. Kivilajilyhenteet: TARGR = tasarakeinen graniitti, KARGR = karkearakeinen graniitti, PYT-VIB = pyterliitti-viborgiitti, PORGR = porfyyrinen graniitti.

27 Vettäjohtava rakoilu 3.3. Yleistä Alustavien paikkatutkimusten yhteydessä vettäjohtavan rakoilun tulkinnassa päähuomio kiinnitettiin pohjaveden virtausta indikoiviin havaintoihin vesiluotaussarjassa sekä omapotentiaalimittauksessa. Nyt tulkittavissa mittauksissa on vain yksi reiässä olevan veden lämpötilan ja resistiivisyyden mittaus. Teollisessa ympäristössä varsin häiriöherkästä omapotentiaalimittauksesta on myös luovuttu, joten veden virtaukseen liittyvän vesipitoisen rikkonaisuuden tulkinta perustuu lämpötilan, veden kokonaissuolaisuuden ja putkiaaltojen vaimenemisprofiilien tarkasteluun (kuvat 5a-5b) sekä havaintoihin rapautuneista ja avoimista raoista yhdessä uusien rakohakumittausten kanssa. Reikämittauksissa todetut anomaliat on luokiteltu ja koottu raportin loppuosan yhteenvetotaulukkoihin 3-6. Seuraavissa luvuissa luonnehditaan anomaalisia reikäsyvyyksiä rei 'ittäin Reikä HH-KR7 Reiän KR 7 alkuosa 8 m:iin asti on suhteellisen ehyttä, vaikka akustisten mittausten amplitudiprofiileista S- ja putkiaalto ovat levottomia 5 m:n syvyyteen asti. Lisäksi lyhyen normaalijärjestelmän ominaisvastusprofiilissa on muutama anomalia heti reiän alkuosuudella 2-5 m:ssä (kuva 6a). Putkiaaltojen vaimeneminen on erityisen voimakasta 4-55 m:n syvyydessä, missä kairausnäyte on varsin yhtenäinen, mutta rakopinnat ovat rapautuneita. Syvyysväli 4,5-46,54 m on kairauksen yhteydessä todettu hieman rapautuneeksi. Rakohakumittauksessa erottuu 43, m:ssä sijaitseva rapautunut rakopinta. Toinen vedenjohtavuusanomalia on 49,5-5,5 m:ssä. Redusoidun lämpötilan profiilissa 63-8 m:ssä on paikallinen maksimi. P-aallon nopeusprofiilissa on pieni minimi 75 m:ssä olevan lyhyen rapauman kohdalla. Rakohakumittauksessa on todettu yksittäisiä virtauskohtia 9-96 m:ssä. Reiän yläosaan ei kuitenkaan ole paikannettu Riill-tyypin rikkonaisuusjaksoja ja P-aallon nopeudesta laskettu rakohuokoisuus on olematonta. Kairaussyvyyden 2 m alapuolella lämpötilaprofiili tasaantuu ja seuraava anomalia on 8 m:ssä, mistä alkaa moniosainen rapautunut rikkonaisuusjakso. Rapautuminen on jaettu kolmeen osaan: syvyysväli 79,38-88, m on heikosti rapautunutta (Rp- Rp), syvyysvälillä 88, - 9,48 m rapautuminen on voimakkainta (osin Rp2) ja alinna (9,48-97,37 m) heikompaa (RpO - Rp). Akustisten mittausten nopeusprofiileissa syvyysvälillä 79-2 m erottuu yhtenäinen voimakas 7-osainen anomalia, joka on tulkinnassajaettu 4 osaan (ks. kuva 6b): Ylin anomalia on syvyysvälillä m, josta syvyysväli 8,3-83,96 m on erotettu Riill-jaksoksi. Syvyysvälillä 82,97-83,9 m on 7 cm näytehukkaa tiheärakoisen kallion jauhautumisen ja murutäytteen huuhtoutumisen takia. Kairausnäytteessä on useita ruosteisia mururakoja. Näistä ylin mururako on 79,4 m:n syvyydessä. Kairauksessa huuhteluveden paine heikkeni 8 m:n alapuolella, eikä huuhteluvettä palautunut syvyyden 87 m alapuolelta kuin mammutoimalla vasta syvyyden 25 m alta. Rakohakumittauksissa syyvyysvälillä m erottuu kolme vedenjohtavuusmaksimia. Suurin virtausarvo on 82,2 m:n syvyydessä. Lämpötilaprofilissa on terävä muutos 8 m:ssä. Voimakkaimmin rapautuneen jakson kohdalla on yhtenäinen vedenjohtavuusanomalia 86-9 m:ssä. Jakson yläreunassa 89 m:ssä alkavan karkearakeisen graniittijakson

28 23 yläkontaktiin liittyvä rakoilu on erotettu Riill-tyypin rikkonaisuudeksi syvyysvälillä 87,58-89,32 m, jossa on myös huomattava rakohuokoisuus. Kolmannen anomalian kohdalla m:ssä kairausnäyte on huokoinen ja voimakkaasti rapautunut varsinkin m:n syvyydessä, mutta rikkonaisuusjaksoksi tulkittavaa rakotihentymää ei ole tässä syvyydessä. Jakson alimmat geofysiikan reikämittausten anomaliat ovat m:n syvyydessä, jossa rapautunut rakotihentymä 97,2-97,5 m:n syvyydessä on tulkittu Riiii-tyypin rikkonaisuusjaksoksi. Rakohakumittauksissa anomaliajaksossa erottuu kaksi erillistä vedenjohtavuuskohtaa 97,35 ja 99,5 m:n syvyyksissä. Reikämittaussyvyydessä 25 m on selkeä reiässä olevan veden suolaisuuden muutos (kuva 6b). Mahdollinen vettäjohtava rakoilu liittynee 22 m:ssä oleviin täytteisiin rakoihin, jotka aiheuttavat vähäiset anomaliat akustisiin profiileihin. Rakohakumittauksissa on vain vähäinen kohinatasoon rinnastettava anomalia. Tämän alapuolella syvyydessä 222 m on selkeästi erottuva m:n pituinen paikallinen akustinen anomalia sekä huomattava vedenjohtavuusanomalia 22, - 222, m:ssä. Punertava kairausnäyte on noin cm:n pituisella matkalla rapautunut voimakkaasti. Ilmeisesti edellä mainittujen mittaustekniikoiden m:n pituinen anturiväli on pidentänyt havaittuja anomalioita. Hieman tätä syvemmällä on kairausongelmien aiheuttamaa näytehukkaa 229,27-229,67 m:ssä 3 cm ja 229,82-23, m:ssä 28 cm. Näihin syvyyksiin ei liity rikkonaisuutta kuvaavia anomalioita. Ainoastaan kalliopohjaveden suolaisuudessa on muutoksia m:ssä, jotka ilmeisesti liittyvät syvyysvälin 238,55-238,94 m Riill-tyypin rikkonaisuusjaksoon, joka aiheuttaa myös muita paikallisia anomalioita. Kairauksessa rikkonaisuusjaksoksi tulkitussa syvyysvälissä ei kuitenkaan ole rikkonaisuudeksi tulkittavaa rakotihentymää, mutta ovoidien kehät ovat rapautuneet. Rikkonaisuus liittyy syvyysvälien ja m graniittiisin reikäjaksoihin, joissa on pystyjä rakoja. Kairauksen aikana todettiin, että huuhteluvettä ei palautunut syvyysväliltä m. P-aallon nopeusprofiili on edelleen levoton pitkällä osuudella m:ssä. Tällä syvyysvälillä ei ole todettu rikkonaisuusjaksoja, mutta kairaussyvyydessä 263,6-263,27 m on 5 cm näytehukkaa reikään jääneen kannan jauhautumisen takia. Syvyyksissä 254, sekä m on kuitenkin havaittu vedenjohtavuutta. Kairausnäytteessä on huokaista rapaumaa 254,2 m:stä 259,4 m:iin. Syvyysvälillä m on 5-osainen akustinen anomalia, jossa P-aallon nopeus alittaa 5 km/s kolmen keskimmäisen anomalian kohdalla. Rakohakumittauksissa on niinikään samat 5 erillistä anomaliakohtaa, joissa kolmen keskimmäisen kohdalla on todettu suurimmat yli E+4 mllh:n virtaama-arvot. Näihin on myös kairauksen yhteydessä tulkittu Riiii-luokan rikkonaisuusjaksot syvyyksille 276,8-277,44, 28,2-282,5 ja 284,7-285, m. Ylin anomalia on 274 m:ssä yksittäisten täytteisten rakojen kohdalla. Syvyysvälin 276,5-277,5 m voimakkaiden akustisten anomalioiden kohdalla myloniittinen kairausnäyte on silminnähtävän huokoinen ja siinä on huomattavaa vedenjohtavuutta. Syvyysvälin 28,5-282,5 m huokoisessa rikkonaisuusjaksossa on mururakoja sekä tiheärakoisen kallion jauhautumisen aiheuttamaa 5 cm näytehukkaa. Syvyysvälin m rakotihentymän raoista suurin osa on kairausnäytteessäkin kiinni. Lisäksi näytteessä on huokoisuutta, joka korostuu tiheysprofiilin voimakkaana miniminä. Alimman anomaliajakson kohdalla m:ssä on myös kiinniolevien rakojen tihentymä. Suolaisuusmuutokset ja putkiaaltojen vaimeneminen viittaavat siihen, että vyöhykkeessä on kolme hydrologisesti merkitsevää rikkonaisuuspiirrettä.

29 24 Kairausnäytteen viipaloitumista on havaittu 32 m kairaussyvyyden alapuolella. Kairausnäytteessä viipaloituminen on varsin vähäistä tässä syvyydessä. Reiän yläosan akustiset anomaliat loppuvat 3-3 m:n syvyydessä olevaan lyhyeen selkeään anomaliaan, jonka kohdalla on pystyjä täytteisiä rakoja. Rakohakumittauksissa oli syvyyden 39,9 m rakoilun kohdalla vähäistä virtaamaa. Pitkässä tasarakeisen graniitin jaksossa todettiin kairauksen aikana syvyyksillä m paikallisia huuteluveden paineenvaihteluita. Kairausnäytteessä on yksittäisiä melko pystyjä rakoja, jotka ovat voineet aiheuttaa painevaihtelut Pitkällä syvyysvälillä m P-aallon nopeusprofiilissa ei ole 5 km/s:n alittavia nopeusanomalioita. Nopeusprofiilissa on vain muutamia heikkoja anomalioita, jotka kuvastavat kallion rapautumista. Varsinaisia rikkonaisuusjaksoja ei ole tässä pitkässä syvyysvälissä. Rakohakumittauksissa erottuu muutama geofysiikan mittauksista poikkeava lyhyt reikäjakso hieman kohonneen virtaaman perusteella. Jakson merkittävin heikon P-aallon nopeusanomalian aiheuttava rapauma on m:n kohdalla, jossa on myös silmämääräisesti tulkittu huuhteluveden. määrän ja paineen muutoskohta. Rakohakumittausten mukaan vedenjohtavuus kohdistuu 496,6 m:ssä oleviin rakoihin. Toinen huomion arvoinen nopeusanomalia on m:ssa olevan rapautuneen lyhyen pegmatiitti/myloniittilävistyksen kohdalla. Kairausnäytteessä on vain muutama yksittäinen rako. Niiden kohdalla on todettu vähäinen virtaama. Syvyysvälillä m on yhtenäinen voimakas akustinen anomalia, jonka aiheuttava m:n pituinen rikkonaisuus liittyy rapautuneen pegmatiittijakson yläkontaktiin 673 m:ssä. Putkiaaltoprofiili, suolaisuusmuutos ja rakohakumittaus viittaavat myös lyhyeen vettäjohtavaan jaksoon m:ssä. Myös kairauksen aikana oli syvyyksillä m paikallisia huuteluveden paineenvaihteluita. Reiän loppuosan syvyysvälillä 73-8 m todettiin kairauksen yhteydessä paikallisia huuhteluveden paineenvaihteluita. Pääasiassa nämä kuvastanevat syvyysvälin m voimakkaasti rapautunutta reikäjaksoa, jossa kallion rapautumisaste vaihtelee lähes rapautumattomista reikäjaksoista läpeensä rapautuneeseen huokoiseen korppukiveen. Rakohakumittauksen virtaamaprofiili on levoton reiän loppuosalla, mutta rikkonaisuusjaksot eivät aiheuta anomalioita kuin rakohakumittauksen yksipiste- ja suolaisuusprofiileihin. Akustisiin putkiaaltoprofiileihin ja suolaisuusprofiiliin jakson rikkonaisuusjaksot aiheuttavat yksittäisiä vesipitoisuusanomalioita. Levoton lämpötilaprofiili saattaa liittyä kairauksen aikana todettuihin paineenvaihteluihin ja vähäiseen rapautumisasteeseen. Yhtenäisen anomaliajakson yläpuolella on erillinen rikkonaisuus- ja huokoisuusanomalia m:n syvyydessä, jossa kairausnäyte on muuttunut punertavaksi hematiittiutuneeksi korppukiveksi varsinkin lyhyellä välillä 767,6-767,99 m. Tämän alapuolella on yhtenäisenä anomaliana erottuva reikäjakso m:ssä, josta on erotettu 6 erillistä anomaliaa. Ylimpien rikkonaisuusjaksojen välissä esiintyy näytteen huomattavaa viipaloitumista syvyysvälillä m, jossa näyte on osittain särkynyt palasiksi. Kuitenkin syvyydessä 774 m erottuu useissa geofysiikan profiileissa heikko rikkonaisuusanomalia. Viipaloituneen jakson alaosa on melko tiivis ja se on epidoottiutunut syvyysvälillä m. Voimakkaimman anomaliajakson ylin rikkonaisuusanomalia on m:ssä, jossa on,5 m pitkälti läpeensä rapautunutta huokaista hematiittiutunutta korppukiveä. Rapautuneesta jaksosta on tunnistettu Riiiityypin rikkonaisuusjakso 784,27-786,66 m:ssä. Jakson yläosan kairaamisessa on jäänyt 35 cm näytehukkaa löyhärakenteisen kallion jauhautumisen takia.

30 25 Voimakkaan anomaliajakson alla on heikosti rapautunut edellisistä tiiviimpi ja ehjempi pegmatiittinen väli m. Tämän alapuolella oleva tasarakeiseksi graniitiksi tulkittu kairausnäyte on täysin muuttunut m:ssä. Syvyysvälin m anomalia- ja rikkonaisuujaksossa esiintyy huokaista korppukiveä kahdessa erillisessä lävistyksessä 789,38-79,7 ja 79,83-793,4 m:ssä. Voimakkaimmin muuttunut reikäjakso 793,8-794,3 m:ssä on luokiteltu Rp3:ksi ja rikkonaisuusaste on RiV. Akustisissa reikäprofiileissa tässä pääjaksossa erottuu 3-huippuinen huokoisuusanomalia. Sen alapuolella rapautumisaste on vähäinen, mutta syvyysvälillä m on vielä kolme erillistä anomaliaa. Syvyyden 795,99-797,43 m Riiii-tyypin rikkonaisuusjaksossa on kaoliinipintaisia palasia, syvyydessä 8-8 m on huokoisia täytteisiä rakopintoja ja 84 m:ssä yksittäisiä täytteisiä rako ja.

31 26 Taulukko 4. Reiässä HH-KR7 havaittujen anomalioiden erottuvuus: =ei havaita, = ei kiinnitä huomiota, 2 = havaittava, 3 = huomattavan suuri. Tulkitut profiilit: V p = P-aallon nopeus, SN = lyhyellä normaalijärjestelmällä mitattu ominaisvastus, GD = gamma-gamma -tiheysmittaus, RI = rikkonaisuusluokitus, Ar = akustisen putkiaallon vaimeneminen, T = lämpötila, S = suolaisuus, Rh = virtaama rakohakumittauksessa. Syvyys Rikkonaisuus, huokoisuus Vesipitoisuus, virtaus Näyte Vp SN GD Rl Ar T s Rh 4-5 m Täytteisiä, rapautuneita rakoja 75m 2-2 Täytteisiä, rapautuneita rakoja 88m - 2 Yksittäsiä rapautuneita rakoja m - 3 Yksittäsiä rapautuneita rakoja m Rilll Mururakoja 87-9m Rilll 2 3 Rapautunut (Rp2) rikkanainen kontakti m Rapauma 96-2 m Rilll 2 2 Rikkanainen rapauma 22m 2-2 Täytteisiä, rapautuneita rakoja m Rapauma m Rilll Rapauma m Huokoinen rapauma m Täytteisiä rakoja m Rilll 2 3 Myloniittinen rapauma m 2 2 Rilll Mururakoja, huokoisuutta m Rilll 3 3 Huokoinen rakotihentymä m Huokoisia rakoja 3m Täytteisiä pystyjä rakoja m 2-2 Täytteisiä rakoja m Rilll 3 2 Rapautunut pegmatiittijakso m ? Rapautunutta (Rp2) korppukiveä 774m -? Viipaloitumista, huokoisuutta m Rilll 2 2? Rapautunutta (Rp2) korppukiveä m RiV 2 2? Rapautunutta (Rp3) korppukiveä m 2 2 Rilll? Kaoliinipitoista rapaumaa 8-8 m ? Huokoisia täytteisiä rakoja 84m 2 -? Täytteisiä rakoja

32 al >.o 'C") S a: 3: w CQO ("") i='f N () () a: 2 5io 'o :::t: w e ':;:::. a: d CD w fe :Z w 3 >- (!' g ::I: a: (!'.:;J ::I: N,.._ N,.._ w 'Hld3 Kuva 6a. Reiän HH-KR7 tiiviin yläosan rakoilua kuvaavia reikämittaustuloksia.

33 28 - al "C - ('') w :J: w ajo :;:)U> -- 'ä.o.n en z q eno (.).ao lri w U) lri w -- N M - en a: (.) <o :J: w e a: d en w a: u. :Z w u. >- 9 ::J: 5,_ N,_ N N N ('f) w 'Hld3 Kuva 6b. Reiän HH-KR7 huomattavimpia rikkonaisuusjaksoja kuvaavia reikämittausprofiileja rakoilleessa reikävälissä 8-3 m. - - > a: (Y)

34 29 E ij.o ('l') s w CDO w a: ::::IN i w... ::t ei UJ Q a:m i :J: w a: CD z w -- (/.) a: <o e d w a: u.. t5 > c:j CD 9 ;: :z:: <!' 5... D CO CO ;:: «) CO,_ w 'Hld3 Kuva 6c. Reiän HH-KR7 loppuosan rikkanaisia kivilajikontakteja kuvaavia reikämittaustuloksia. r- r- > (.) :: ("f") a

35 Reikä HH-KR8 Reiän KR8 akustisen profiilien amplitudilogeissa 78 ylintä metriä erottuvat levottomina. Nopeusprofiileissa sekä niistä lasketussa huokoisuusprofiileissa yläosan levottomuus tasaantuu vasta 24 m:n syvyydessä. Kairauksen yhteydessä 239 m on erotettu rakoilleeksi yläosaksi. Tässä osassa rikkonaisuusanomaliat ovat selkeästi yksittäisiä. Lähes välittömästi suojaputkitetun reiän alkuosan jälkeen on ylin huomattava ominaisvastuksen anomalia, johon liittyy lyhyt Rilli-luokan rikkonaisuusjakso 49,2-49,97 m:n syvyydessä, jossa täytteiset raot ovat pystyjä. Rakohakumittauksessa on todettu voimakas virtaama 48,5-5, m:ssä. Reiän yläosassa oleva varsin huomattava P-aallon nopeuskasvu loppuu 58 m:n syvyydessä olevaan nopeusminimiin. Syvyysvälillä m on lyhyitä hienorakeisen graniitin ja pegmatiitin jaksoja, joihin liittyy heikkoa rapaumaa. Suureen osaan reiän amplitudianomalioita, esim. 84 ja 9 m:ssä liittyy heikko rapautuminen, mutta ei rakoilua. Rakohakumittauksessa erottuu 76, m:ssä vettäjohtava rako. Reiän yläosan merkittävin rakoilu ja rikkonaisuus keskittyy syvyysvälille 9-24 m (kuva 7a). Lämpötilaprofiili on levoton koko syvyysvälillä, mutta akustisen luotauksen ja ominaisvastusmittauksen anomaliat ovat yksittäisiä. Syvyysvälien 99,4 -, ja 2,3-2,7 m lyhyet rapaumat aiheuttavat 2 m :n syvyyteen P-aallon nopeusminimin. Tämä alempi rapauma on ruosteinen noin cm:n matkalla. P-aallon nopeus tasaantuu 5 m:ssä olevien täytteisten rakojen alapuolella. Syvyysvälillä 4-24 m on kilajikontaktiin liittyvä kaksiosainen akustinen anomalia. Ylimpänä 4,98-6,29 m:ssä sijaitsevan Rilli-jakson kohdalla kairausraportin mukaan yli puolet raoista on kiinni. Rakotihentymä ei kuitenkaan aiheuta havaittavia anomalioita. Sen sijaan syvyysvälin 7,22-7,8 m Rilli-luokan rikkonaisuusjakson kohdalla P-aallon nopeus on vain 4,3 km/s. Kairausnäyte on hematiittiutunut ja rapautunut. Alimmat anomaliat aiheuttaa syvyysvälin 22,7-25, m heikko rapauma. Syvyysvälillä m P-aallon nopeus on alhainen ja mittausprofiilissa on yksi huomattava 4,3 km/s anomalia 54 m:ssä. Syvyyden 53 m alla kairausnäyte on rapautunut ja hematiittiutunut noin m:n matkalla. Voimakkainta hematiittiutuminen on m:ssä, jossa on myös Rilli-jakso 53,96-54,63 m:n syvyydessä. Toinen Rilll-luokan rakotihentymä on syvyydessä 57,69-58,2 m. Tämän alla 59,5-6, m:ssä on vielä kolmas rakotihentymä. Rakohakumittauksessa on todettu virtaamaa hieman geofysiikan anomalioita alempana m:ssä. Yläosan anomaliajakson voimakkain P-aallon nopeusanomalia sijaitsee m:ssä. Samoin rakohakumittauksessa on erittäin voimakas virtaama 73,5-75, m:ssä, joka liittyy syvyysvälin 73-8 m tasarakeisen graniitin yläkontaktiin. Tasarakeinen graniitti on hematiittiutunut 78 m:iin asti. Yläkontaktissa on Rilli-luokan rikkonaissuusjakso 73,92-75,56 m:ssä, jossa syvyysvälillä 74,64-74,88 m:ssä tiheärakoinen kallio on jauhautunut ja kairauksessa on jäänyt 3 cm näytehukkaa. Hematiittiutuminen päättyy syvyydessä 76,23-77,76 m sijaitsevaan Riill-jaksoon. Akustisen profiilien amplitudilogeissa edellä kuvatut 78 ylintä metriä erottuvat levottomina. Nopeusprofiileissa yläosan levottomuus tasaantuu vasta 24 m:ssä, mutta syvyysvälillä 8-23 m ei ole 5 km/s:ssa alittavia nopeusminimejä. Kairauksen

36 3 yhteydessä on 239 ylintä metriä erotettu rakoilleeksi yläosaksi ja syvyysvälille 84-2 m on erotettu neljä Riill-luokan rikkonaisuusjaksoiksi tulkittua rakotihentymää, joista on kuitenkin todettu, että suurin osa raoista on kiinni. Näistä alimman kohdalla rakohakumittauksessa on todettu virtaamahuiput 2,3 ja 22,85 m:ssä, jotka liittyvät porfyyrisen graniitin yläkontaktin hematiittiutuneisiin rakoihin. Syvyysvälillä m on hematiittiutunut jakso, jossa on kaksiosainen rikkonaisuusanomalia. Ylemmän rakotihentymän kohdalla 23,6-232,59 m:ssä olevan Rilll-jakson kohdalla kairausraportissa on todettu suurimman osan raoista olevan kiinni. Kuitenkin rakohakumittauksessa voimakas virtaama m:ssä ja putkiaallot ovat vaimentuneet tämän rakovyöhykkeen kohdalla. Alemman Rilll-luokan rikkonaisuusvyöhykkeen kohdalla 236,7-237,8 m:ssä on rakohakumittauksessa todettu vähäistä virtaamaa m:ssä. Syvyysvälillä m (kuva 7b) on muutama rakohuokoisuusanomalia. Koko syvyysvälin lämpötilaprofiili on varsin levoton, suolaisuusprofiili hyvin tasainen ja putkiaaltoprofiili erottaa samat reikäsyvyydet kuin P-aallon nopeusmittaus (kuva 7b). Syvyyden 392 m lyhyen P-aallon nopeusminimin aiheuttavat pegmatiittisessä kohdassa olevat särmikkäät yksittäiset raot. Kairaussyvyydessä 43 m on huokoisuutta ja kiinniolevia rakoja ja 4 m:n syvyydessä näkyy lievää rapautumista sekä huokoisia ja täytteisiä rakopintoja. Erityiesti 4,5 m:ssä on 5 mm paksu huokoinen rakotäyte. Rakohakumittauksessa on vähäiset virtaamahuiput 49,5 ja 4,5 m:ssä. Kairaussyvyyden 529,5 m alapuolella näyte on viipaloitunut ja lyhyen viipaloituman alla m:ssä näyte on voimakkaasti hematiittiutunut ja huomattavan punertava m:ssä. Syvyysvälillä m on myös tiheys- ja suskeptibiliteettiminimit, jotka viittaavat kivilajivaihteluun. Kairausnäyte on pegmatiittinen ja osin myloniittinen. Syvyysvälillä m on selkeä P-aallon nopeusminimi, mutta rakohakumittauksessa virtaaman anomalia alkaa jo 528,5 m:ssä. Kairauksen yhteydessä läpikotaisin hematiittiuneesta ja rapautuneesta jaksosta 53,2-533,5 on rikkonaisuusjaksoksi luokiteltu vain syvyysväli 53,55-532,77 m (kuva 7b). Reiän merkittävin akustisten mittausten anomalia sijaitsee syvyysvälillä m. Anomaalisen reikäjakson yläosassa 762 m:ssä punertava näyte on kvartsiittiutunut, mutta varsin yhtenäinen ja tiiviinoloinen 766 m:iin asti. Syvyysväli 766,82-769,38 m on voimakkaasti rapautunut (Rp2) ja 77 m:ssä sijaitsevan kivilajikontaktin lähiympäristö on erittäin rikkonainen. Syvyysväli 767,8-77,44 m on määritelty Rilll RiiV -luokkaan, jossa RiiV:ksi on eroteltu syvyysväli 769,5-77,38 m. Tämän alimmassa osassa 77,3-77,38 m:ssä on näytehukkaa 38 cm. Kairausnäyte on huokaista ja murenevaå korppukiveä. Näyte on punertavaaja heikosti rapautunutta 777 m:iin asti, minkä alapuolella kairausnäyte on voimakkaasti viipaloitunut m:ssä seuraavan rikkonaisuusjakson yläpuolella (kuva 7c). Rakohakumittauksessa on yhtenäiset suuruusluokan E+3 ml/h virtaama-anomaliat m:ssä sekä viipaloituneessa reikäjaksossa m:ssä, joka ei erotu geofysiikan reikäprofiileissa, vaikka reiän läpimitta laajentunut tässä syvyysvälissä. Ominaisvastusmittauksessa erottuu heikko anomalia 784 m:ssä, jossa viipaloituminen päättyy ja kairausnäytteessä erottuu mikrorakoilua, kvartsiittiutumista ja heikkoa rapautumista m:ssä. Jakson selkeä P-aallon nopeusminimi ja ominaisvastusanomalia sijaitsevat m:ssä, jossa kairausnäyte on todettu rapaununeeksi (Rp-Rp2), mutta ei rikkonaiseksi. Anomalioiden kohdalla on onkaloita,

37 32 voimakasta mikrorakoilua ja hematiittiutumista. Putkiaaltoprofiilissa ei erotu vedenjohtavuutta kuvastavaa anomaliaa (kuva 7c). Syvyyden 823 m vähäisen mutta terävän P-aallon nopeusmnmn aiheuttaa myloniittisen hematiittiutuneen näytteen särkyminen. Syvyysvälillä m on rapaumaa sekä kaksiosainen selkeä P-aallon nopeusmnm. Hematiittiutunut kairausnäyte on särkynyt palasiksi syvyysvälin 843,63-844,92 m myloniittisen Rillljakson kohdalla. Kairausnäytteen punerrus loppuu 846,6 m:ssä, mutta anomaliat vasta 85 m:ssä kuten heikko rapautuminen Rp (844,82-849,6 m Rp-Rp). Syvyysvälin m P-aallon nopeusprofiili on levoton samoin kuin ominaisvastusprofiilit, joissa erottuu pienet minimit , 875 ja 88 m:n syvyyksissä (kuva 7c). Näihin syvyyksiin liittyy myös rakohakumittauksessa vähäiset virtaaman anomaliat. Kairausnäytteessä on tunnistettavissa mikrorakoilun ja viipaloitumisen aihioita sekä vähäistä huokoisuutta. Reiän loppuosalla on selkeät P-aallon ja tiheyden nopeusminimit m:ssä. Voimakas taustasäteily ja magneettisuus viittaavat myös kivilajivaihteluun, mutta kairausnäyte vaikuttaa pyterliittis-viborgiittiselta rapaki veltä, joka on punertavaa, epidoottiutunutta ja hematiittiutunutta. Näyte on viipaloitunut syvyysvälillä m, mutta varsinaista rakotihentymää siinä ei ole. Syvyyväli 972, ,9 m on erottu rapautuneisuusluokkaan Rpl. Rakohakumittauksessa on vähäinen virtaama-anomalia 978 m:ssä ja alin anomalia sijaitsee reiän loppuosalla m:ssä.

38 33 w ;( 3= w a:: w a.. ::::i w a:: II) CO :z: N w e a: -;::::. do dl... u.. z w tj 3 :r: > (!7 g a:: 9 C! 5 en..,. en N """ w 'Hld3 Kuva 7a. Reiän HH-KR8 yläosan syvyysvälin 9-24 m yksittäisiä rikkonaisuusjaksoja kuvaavia reikäprofiileja. - - > ::X:: a::: C"')

39 CQ " ='o s w CQ z,._ N CO :r: w a: $ d cc w a:: z u.. w :r: <!' >- g :r 5 C'") w 'H!d3 U) Kuva 7b. Reiän HH-KRB keskiosan rapautuneet reikäjaksot aiheuttavat vahäiset akustiset anomaliat. - - > CI: ("t') a

40 35... ""'-..., ,..._ ,., ,., or , r - S't-----'\T ,.. _-... "_, ,...,.""""'"",r._ '-\ r--r (!, z 2o "<t,_ +>ewh; ======---+--==--=l!h r\/ '\vr-'- V 'f N ::l w a.. ::E ei LI) ui Jl. A LI),..._ «) w 'Hld3 LI) «) ) Kuva 7c. Reiän HH-KRB syvyysvälin 75-9 m hematiitiutuneet rapaumat aiheuttavat näkyviä anomalioita. Ainoastaan syvyysvälin m korppukivi vaimentaa merkittävästi putkiaalto ja. a: ("f)

41 36 Taulukko 4. Reiässä HH-KR8 havaittujen anomalioiden erottuvuus: = ei havaita, = ei kiinnitä huomiota, 2 = havaittava, 3 = huomattavan suuri. Tulkitut profiilit: Vp = P-aallon nopeus, SN = lyhyellä normaalijärjestelmällä mitattu ominaisvastus, GD = gamma-gamma -tiheysmittaus, RI = rikkonaisuusluokitus, Ar = akustisen putkiaallon vaimeneminen, T = lämpötila, S = suolaisuus, Rh = rakohakumittauksen virtaama. Syvyys Rikkonaisuus, huokoisuus Vesipitoisuus, virtaus Näyte Vp SN GD Rl Ar T s Rh 49-5 m 2 2 Rilll Pystyjä täytteisiä rakoja m Lyhyt rapauma m Yksittäisiä rakoja 2m Ruosteinen rapauma 5m - 2 Täytteisiä rakoja 4-24m X Rilll 2 3 Hematiittiutunut rapauma 52-64m X Rilll Hematiittiutunut rapauma m X Rilll Hematiittiutunut rapauma 2-23 m 2 Rilll 2 2 Hematiittiutuneita rakoja m X Rilll 2 3 Hematiittiutunut rapauma m Yksittäisiä rakoja 49-4 m 2 2 2? - 2 Huokoisia rakoja m 2 3 2? Rilll 2 2 Hematiittiutunut rapauma m RiiV Korppukiveä, Rp m Hematiittiutunut rapauma m 2-2 Hematiittiutuneita rakoja m 2 2 Rilll Hematiittiutunut rapauma m Hematiittiutunut rapauma

42 37 4 HÄSTHOLMENIN ALUEEN KALLIOMALLI REIKIEN KR7-KR8 PERUSTEELLA 4. Tausta Matala- ja keskiaktiivisen voimalaitosjätteen loppusijoitustilojen suunnitelua varten pääosin 98-luvulla Loviisan Hästholmenin saarella tehtyjen kalliotutkimusten perusteella laadittiin 3D-kalliomalli (Anttila 988), johon loppusijoitustilojen alustava sijoitussuunnittelu perustui. VU-luolan rakentamisen yhteydessä tehtyjen tutkimusten jälkeen mallia täydennettiin (Anttila & Viljanen 994). Tämä malli käsitti kahdeksan rakennetta (Rl... R8). Turvallisuusanalyysin pohjavesilaskentoja varten rakennemalli täydennettiin käsittämään koko Hästholmenin saari ja sen lähialue, jolloin rakenteiden määräksi tuli 6, jotka on kuvattu yksityiskohtaisesti (Anttila & Viljanen 995). Rakenteista 8 on todettu joko tutkimusrei 'issä ja louhituissa tiloissa, näistä rakenteet R - R4 ovat loivasti itään viettäviä useista rikkonaisuusjaksoista muodostuvia rikkonaisuusvyöhykkeitä ja rakenteet R5 - R8 ovat melko jyrkkäasentoisia rakokeskittymiä. Kahdeksasta muusta rakenteesta (R9- R6) on indikaatioita seismisistä luotauksista, minkä perusteella rakenteet on oletettu pystyasentoisiksi ja niitä on luokiteltu seismisen nopeuden ja anomalian leveyden perusteella. Vuonna 997 tehtyjen geofysiikan lentomittausten, syväkairausten ja lento- (Paananen & Paulamäki 998) ja reikägeofysiikan (Okko et al. 998) tulkintojen perusteella rakennemallia on tarkennettu ja tällä hetkellä mallin versio 2. (Lindh et al. 998) käsittää yhteensä 25 rakenne yksikköä. Reiät KR7 ja KR8 on kairattu Hästholmenin saaren lähialueen pohjoispuolelle selkeästi tutkimusalueen kairauksia harvempaan, joten uudet reiät antavat lähinnä alueellista tietoa rapakiven ominaisuuksista. Seuraavassa tarkaskellaan reikien KR7 ja KR8 kivilaji- ja rikkonaisuuslävistyksien sekä suunnattujen rako- ja rikkonaisuushavaintojen antamaa lisätietoa alueelliseen kalliomalliin. 4.2 Rakoilun suunnatut havainnot Hästholmenin lähialueen rakennetulkinnassa (Kuivamäki et al. 997b) on tulkittu II- ja ill-luokan ruhjevyöhykkeitä saaren välittömään läheisyyteen sekä IV -luokan rakovyöhykkeitä itse saaren alueelle. Näiden rikkonaisuusvyöhykkeiden suunnissa esiintyy kaksi voimakasta suuntamaksimia, jotka ovat likimain kohtisuorassa toisiaan vastaan. Rikkonaisuusvyöhykkeiden pääkulkusuunnat ovat 3-33 (I pääruhjesuunta) ja 3-5 (II pääruhjesuunta) sekä pieni ill-luokan ruhjevyöhykkeiden maksimi kulkusuunnassa Paljastumakartoituksen päärakosuunnat Hästholmenin alueella vastaavat muualta Viipurin rapakivialueelta eri karttalehdiltä julkaistuja suuntia (Kuivamäki et al. 997b). Hästholmenin alueen I päärakosuunta on 58 (kulkusuunta) ja kaateet ovat jyrkkiä useammin luoteeseen kuin kaakkoon. Alueen II päärakosuunta (kulkusuunta 328 ) kaatuu jyrkästi useammin kohti lounasta kuin koillista. Eri tyyppisten rakojen jakauma osoittaa, että avoimia ja pitkiä rakoja on eniten NE-SW -suunnassa. Rakoluvut paljastumilla tehdyillä tutkimuslinjoilla jäävät harvarakoiseen luokkaan ( < rako/m).

43 Rakoilun ja heijastusten suunnatut havainnot rei'issä KR7 ja KR8 Kairanreikien suunnatut rako-, kontakti- ja juonikivihavainnot on selvitetty syvyyden ja kivilajien suhteen. Rakosuuntia on saatu vain kairasydännäytteistä (Rautio 998 ja 999). Valtaosa rakoilusta on lähes vaaka-asenteista tai hyvin laiva-asentoista (kuva 8). Ainoastaan reiässä KR7 erottuu satunnaisesti pystyä koillis-kaakkoissuuntaista rakoilua. Taulukkoihin 5 ja 6 on merkitty rikkonaisuusjaksojen kohdilta tunnistetut rakoi usuunnat. Taulukko 5. Reiän HH-KR7 rikkanaisiin reikälävistyksiin liittyvät suunnatut rakohavainnot ja rakohakumittauksista luokiteltu vedenjohtavuus (? = ei luotettavaa mittausta, - =ei havaittavaa indikaatiota) Syvyys RaoUnäyte Rl Rh Näyte 4-5 m Lähes vaaka 3 Täytteisiä, rapautuneita rakoja 75 m Lähes vaaka Täytteisiä, rapautuneita rakoja 88 m Lähes vaaka Yksittäisiä rapautuneita rakoja m Lähes vaaka Yksittäisiä rapautuneita rakoja 22m Ei suunnattuja Täytteisiä, rapautuneita rakoja m Loiva 3 Rapauma m Ei suunnattuja Rilll 3 Rapauma m Ei suunnattuja 2 Huokoinen rapauma

44 39 Taulukko 6. Reiän HH-KR8 rikkanaisiin reikälävistyksiin liittyvät suunnatut havainnot ja rakohakumittauksista arvioitu vedenjohtavuus. Syvyys RaoUnäyte Rl Rh Näyte 49-5 m Suunnatut Ioivia Rilll 3 Pystyjä täytteisiä rakoja m Ioivia - Lyhyt rapauma m Ei suunnattuja - 3 Yksittäisiä rakoja 2m Ei suunnattuja - Ruosteinen rapauma 5m Suunnatut Ioivia - 2 Täytteisiä rakoja 4-24m Vaihtelee, vähän 2 X Rilll 3 Hematiittiutunut rapauma suunnattu m Vaihtelee, vähän 2 X Rilll 3 Hematiittiutunut rapauma suunnattu m Ei suunnattuja 2 X Rilll 3 Hematiittiutunut rapauma 2-23m Suunnatut Ioivia Rilll 2 Hematiittiutuneita rakoja m Ei suunnattuja 2 X Rilll 3 Hematiittiutunut rapauma m Pystyjä - Yksittäisiä rakoja 49-4 m Pysty - 2 Huokoisia rakoja m Ei suunnattuja Rilll 2 Hematiittiutunut rapauma m Ei suunnattuja RiiV 2 Korppukiveä, Rp m Jyrkkä W - Hematiittiutunut rapauma m Ei suunnattuja - 2 Hematiittiutuneita rakoja m Suunatut jyrkkiä Rilll Hematiittiutunut rapauma m Ei suunnattuja - Hematiittiutunut rapauma N N a) b) Kuva 8. Reikien KR7 ( a) ja KR8 (b) kaikkien suunnattujen rakojen pintanormaalien suuntajakaumat, Schmidtin pinta-alatarkka alapalloprojektio.

45 4 4.4 Reikien KR7:n ja KR8 havaintojen sovittaminen kalliomalliin Uudet reiät sijoittuvat Hästholmenin saaren pohjoispuolelle siten, että reikä KR8 sijaitsee lähempänä reikiä KR - KR6. Näin ollen KR8:ssä voidaan tarkastella Hästholmenille tyypillisten piirteiden esiintymistä luotettavimmin kuin KR7:ssä. Kivilajikoostumukseltaan reiän KR8 kairausnäyte edustaa pääsääntöisesti pyterliittisviborgiittistä rapakiveä, joten Hästholmenin saaren eteläosan rei 'issä todetun paksuun tasarakeiseen graniittijaksoon liittyvän rikkonaisuusrakenteen R8 jatkumista saaren pohjoispuolelle ei reikä KR8 vahvista, vaan osoittaa osaltaan, että kyseessä on alueellisesti rajallinen piirre. Reiässä KR 7 on Hästholmenin saarelle tyypillisesti muutama lähekkäin en rikkonaisuusanomalia yhdistetty kuuluvaksi samaan anomaliavyöhykkeeseen, jotka eivät ole yhtä pitkiä, kuin Hästholmilla tulkitut rikkonaisuusvyöhykkeet. Sen sijaan reiässä KR8 rikkonaisuus on eriytynyt erillisiksi rikkonaisuuksiksi. Huomattava osa reikien KR7 ja KR8 rikkonaisuusanomalioista liittyy kairasydämen rapautumiseen eikä varsinaisesti rikkonaisuusjaksoiksi tulkittaviin rakotihentymiin-. Hästholmenin saarella todetut laiva-asentoiset rikkonaisuusvyöhykkeet saattavat jatkua reikiin KR8 ja KR7 asti. Rei 'issä KR - KR6 esiintyy viisiosainen rikkonaisuusanomalia noin m:n kairaussyvyydessä. Rei 'issä KR7 ja KR8 on myös merkittävää rikkonaisuutta - 2 m':n syvyyksissä, mutta näiden rikkonaisuuksien luonne poikkeaa huomattavasti aikaisemmista rei 'istä. Molemmissa uusissa rei 'issä pintaosan rikkonaisuus korostuu kivilajikontaktien läheisyydessä. Reiässä KR8 syvyysvälillä 9-8 m on viisi erillistä, terävää, yksittäistä rakohuokoisuusmaksimia, mutta kaksi näistä liittyy yksiselitteisesti lyhyisiin tasarakeisiin graniitteihin, joten näitä rikkonaisuuksia on syytä pitää yksittäisinä ki vilajisidonnaisina piirteinä ennen kuin niiden alueellinen jatkuminen voidaan osoittaa. Samoin retan KR7 yläosan merkittävimmät rikkonaisuusvyöhykkeeet liittyvät kivilajikontakteihin 8-2 ja 275 :_ 3 m:n syvyyksissä. Näistä alempi liittyy pitkään tasarakeisen graniitin lävistykseen ja ylemmässä jaksossa on karkearakeista graniittia. Molemmis.sa rei 'issä KR7 ja KR8 on noin 76-8 m:n syvyydessä reiän merkittävin moniosainen rikkonaisuuslävistys, johon liittyy voimakasta hematiittiutumista. Reiässä KR7 jakson ylin rikkonaisuusanomalia on lyhyt. Kairausnäyte on muuttunut korppukiveksi 4 cm:n matkalla m:ssä. Tämän alapuolella kairausnäyte on viipaloitunut 7 m:n matkalla m:ssä ja lyhyen tiiviin näytejakson alla on 2 m pitkä jakso ( m) erittäin voimakkaasti rapautunutta korppukiveä. Reiässä KR8 jakson yläosa on voimakkaasti kvartsiittiutunut ja muuttunut huokoiseksi vettäjohtavaksi korppukiveksi 77 m:ssä olevan karkearakeisen graniitin kontaktissa. Ylimmän 5 m pitkän rapauman alla kairausnäyte on voimakkaasti viipaloitunut 7 m:n matkalla m:ssä. Alempi hematiittiutunut ja rapautunut jakso m:ssä ei putkiaaltoprofiilin mukaan ole yhtä vettäjohtava kuin ylempi. Molemmissa rei'issä rikkonaisuus esiintyy kahdessa jaksossa, joiden välillä kairausnäyte viipaloituu (ks. kuva 9). Vaikka KR7:ssä voimakkaampi alempi rikkonaisuus (tumman vihreällä merkitty huokoisuusanomalia kuvassa ) liittyy tasarakeisen graniitin kontaktiin ja KR8:ssä voimakkaampi ylempi rikkonaisuus (vaalean vihreä) liittyy karkearakeisen graniitin kontaktiin, saattavat nämä rikkonaisuuspiirteet olla kalliomekaanisesti ja hydrologisesti yhteydessä toisiinsa. Lähimmissä rei'issä KR5, KR ja KR2 on tulkittu laiva-asentoinen

46 4 rikkonaisuusvyöhyke R9, johon on yhdistetty voimakkaan hematiittiutumisen aiheuttamia anomalioita ja näitä yhdistäviä VSP-heijastuksia, joiden viettosuunta on jossain määrin sopusointuinen reikien KR7 ja KR8 havaintojen kanssa. Kuvassa on akustisiajohdannaissuureita rei'istä KR7 ja KR8. Kuva 9. Kairausnäytteen viipaloilumista ( core discing) kahden lähekkäisen rikkonaisuusjakson välissä reiän KR7 kairaussyvyydeessä 77 5, 8 m. LOVIISA, H STHOLMEN BOREHOLE KR7 LITHOLOGY FRACT. FREQ. /m AC.POROSITY, % YOUNG'S., GPa TUBEWAVE, db BOREHOLE KRS LITHOLOGY FRACT. FREQ. /m AC.f'OROSITY, % YaJNG'S. GPa TUBEWAVE, db JO -2 E t Kuva. Akustisten mittausten johdainnaissuureiden profiileja reikien KR7 ja KR8 voimaakkaasti hemattiitituneista jaksoista 76-8 m:n syvyyksissä.

47 Muut pääkomponenttianalyysin mukaiset rikkonaisuusrakenteet Kallioperän rikkonaisuusvyöhykkeiden erottelemiseksi ja luokittelemiseksi keskimääräisesti rakoilleesta kalliosta käytetään geofysikaalisiin yksireikämittauksiin sovellettua pääkomponenttianalyysia. Tilastollisessa analyysissa ensin reikämittaustulokset standardoidaan siten, että kunkin mittauksen havaintojen keskiarvo on nolla ja hajonta on yksi, minkä jälkeen näiden standardoitujen muuttujien avulla lasketaan uudet, toisiinsa nähden korreloimattomattomat, muuttujat eli pääkomponentit Pääkomponenttien järjestys määräytyy niiden varianssien suuruuden mukaan siten, että ensimmäisellä pääkomponentilla on suurin varianssi. Tällä tavoin laskettu ensimmäinen pääkomponentti edustaa parasta yhteenvetoa havaintojoukossa esiintyvistä lineaarisista riippuvuuksista ja sitä on käytetty rakovyöhykeindeksinä, ns. FZI:nä (ks. Korkealaakso 99 ja Korkealaakso et al. 994). Reikien KR - KR8 pääkomponenttianalyysiin käytetyt lähtöarvot olivat lyhyellä normaalijärjestelmällä mitattu kallion ominaisvastus, P-aallon nopeus, radiometrinen tiheys ja rakoluku. Mittaustuloksille laskettiin analyysia varten keskiarvot kahden metrin välein. Ominaisvastus- ja vedenjohtavuusarvoista otettiin kymmenkantainen logaritmi ja geofysiikan tulokset käännettiin niin, että kaikissa analyysiin käytettävissä parametreissa kallion rikkonaisuuden vaikutus tuloksiin on samansuuntainen eli anomaliat erottuvat maksimeina (ks. liite ). Tarkastelu tehtiin alueellisena eli laskennassa käytettiin kaikkien reikien aineistoja. Samalla vertailtiin uusien reikien mittausarvojen vaikutusta aikaisempien reikien rikkonaisuusluokitukseen. Liitteessä on esitetty myös aiempien pääkomponenttianalyysien (ks. Okko et al. 999) mukaiset rikkonaisuusluokitukset. Huomionarvoista on että reikien KR - KR6 tulkinnassa käytetty virtauseromittauksien mukainen vedenjohtavuus on reikien KR - KR8 laskennassa korvattu rakoluvulla. Kuvassa on esitetty edellä mainitun aineiston pohjalta lasketut pääkomponenttien ominaisarvot eli varianssit ja kunkin komponentin selitysosuus kokonaisvarianssista (kuva a), analyysissa käytettyjen parametrien lataukset ja osuus ensimmäisen pääkomponentin varianssista (kuva b) ja ensimmäisen pääkomponentin jakauma histogrammina (kuva c). Kuvan a mukaan ensimmäinen pääkomponentti selittää 47 % kokonaisvarianssista. Ensimmäisen pääkomponentin eli rakovyöhykeindeksin parametrikohtaiset latausarvot ovat varsin lähellä toisiaan. Pienin lataus on edelleen ominaisvastusarvoilla ja merkittävin lataus on vedenjohtavuusarvojen sijaan rakoluvulla. Ensimmäisen pääkomponentin tiheysjakauman perusteella on asetettu rajat erottamaan rikkonaisuusvyöhykkeet keskimääräisesti rakoilleesta kalliosta. Tulkinnan lähtöoletus on, että keskimääräisesti rakoillut kallio kuvautuu tasaisena jakaumana ja tästä poikkeavien maksimiarvojen muodostama häntä kuvaa rikkonaisuutta. Korkealaakso et al. (994) selvityksessä määritettiin selvästi rikkanaiseksi sellaiset reikäosuudet, joissa FZI on suurempi kuin 2,4. Lisäksi otettiin mukaan välivyöhyke, jossa FZI vaihtelee välillä,6-2,4, jonka avulla kuvattiin rikkanaisen ja keskimääräisesti rakoilleen kallion vaihettumista. Näitä raja-arvoja käyttäen rikkonaisuusvyöhykkeisiin sijoittui noin 6,3 % ja välivyöhykkeisiin noin 3,5 % Hästholmenin reikien KR-KR8 kokonaisreikäpituudesta (liite ). Yhteenvetokuvaan 2 on 2,4:n ylittävät rikkanaiset reikäjaksot värjätty punaisella ja rakoilleeseen välivyöhykkeeseen liittyvät arvot keltaisella. Välivyöhykkeen alarajaksi määrättiin histogrammin (kuva c) perusteella,3, jolloin välivyöhykkeeseen kuuluu noin 5,7 % reikien kokonaispituudesta, mikä vastaa aikaisempaa suhteellista jaottelua Hästholmenilla. Keskimääräisesti rakoillut kallio on esitetty sinisellä.

48 43 Reikäkohtaiset pääkomponentit on esitetty liitteessä. Reikien KRl - KR6 osalta on esitetty myös reikien KR - KR4 aineistojen osalta aiemmin m:n ja reikien KR - KR6 osalta 2 m:n välein lasketut pääkomponentit (ks. Okko et al. 998 ja 999). Uusittu pääkomponenttianalyysi erottelee reikien KR - KR6 rikkanaiset jaksot lähes kuten edellisetkin laskennat. Rikkonaisuusrakenteiksi R, R8 ja R9 tulkitut anomaliat erottuvat suhteellisesti entistä voimakkaammin. Reiässä KR3 rakenteeseen R8 on tulkittava 8-huippuinen anomalia entistä pitempänä leikkauksena jopa m:ssä. Toisaalta vähäisemmät anomaliat eivät ylitä rikkonaisuuden raja-arvoa selkeästi. Esimerkiksi rakenne R2 jää reiässä KR2 välivyöhykkeeseen ja reiässä KR sen voimakkuus yltää juuri rikkonaisuuden kynnysarvoon. Samoin reiän KR vettäjohtava kontakti (R9B) ei erotu nyt ilman vedenjohtavuusmittauksia tehdyssä laskennassa ja reiässä KR4 anomaliavyöhykkeistä 4 ja 5 korostuvat vain lyhyet reikäjaksot Reikien KR7 ja KR8 rikkanaisista yläosista reiästä KR7 erottuu terävästi kaksi merkittävintä rikkonaisuuslävistystä 79-2 ja m:ssä. Sen sijaan reiän KR8 koko ylin 24 m sisältäitää useita rikkonaisuusanomalioita. Näitä syvemmältä tilastollisesti merkittävinä erottuvat edellisissä kappaleissa kuvatut syvyysvälit ja m KR7:ssä ja , , (ei virtaamaa rakomittauksessa) ja m KR8:ssa. Suhteellisesti rei 'issä KR7 ja KR8 on varsin vähän rikkonaisuutta. Taulukkoihin 7 ja 8 on päivitetty raportin (Okko et al. 999) taulukot ja 2, joissa tarkastellaan reikien KR - KR6 rikkonaisuusjaksoja. Taulukaista on jätetty pois aiemmin rakenteisiin R, R2, R3 ja R8 sovitetut rikkonaisuudet. Viimeisin pääkomponenttianalyysi on rajannut muutamia rikkonaisuusjaksoja pois merkittävän rikkonaisuuden piiristä. Toisaalta varsinkin reiässä KR5 on useita rikkonaisuusjaksoja, joita ei ole korreloitu rakennemalliin. Samoin reikien KR7 ja KR8 rikkonaisuuksia ei ole pyritty yhdistämään reiän KR5 kautta muihin reikähavaintohin. Suurin osa rikkonaisuuspiirteistä liittyy kivilajikontakteihin ja niissä rakoilu on pääosin loivaasenteista, rakokaateet ovat alle 2. Reikien KR7 ja KR8 rikkonaisuusjaksojen kohdilta on muita reikiä vähemmän suunnattua rakotietoa, mutta loivien piirteiden voidaan olettaa toistuvan myös näiden reikien alueella. Taulukko 7. Reikien KRJ - KR4 rikkanaisia ja vettäjohtavia reikälävistyksiä, joihin liittyvien (Lindh et al. 998 mukaan nimetyistä) rikkonaisuusrakenteiden asennosta ja jatkuvuudesta ei ole luotettavana pidettävää tietoa (pääkomponenttianalyysin perusteella päivitelty Okko et al. 999:sta). Rakenne KR KR2 KR3 KR4 Huom, R m PYT-VIB vaakarakoilua R m PYT-VIB vaakarakoilu & VSP R m PYT-VIB vaakarakoilua m TARGR anomaliavyöhyke 4 R m TARGR anomaliavyöhyke m TARGR anomaliavyöhyke 5

49 44 9% 8% 47% P P2 D P3 D P4 a) Pääkomponenttien ominaisarvot ja kunkin komponentin osuus kokonaisvarianssista, Om inaisvastus P-aallon nopeus D Tiheys D Rakoluku 23% b) Ensimmäisen pääkomponentin ominaisvektorin lataukset parametreittain, f II II. II Pääkomponentti c) Ensimmäisen pääkomponentin eli FZI:n jakauma. Kuva. Loviisan tutkimusreikien KRJ- KR8 pääkomponenttien ominaisarvot, ensimmäisen komponentin ominaisvektorin lataukset ja ensimmäisen komponentin jakauma.

50 45 Taulukko 8. Pääkomponenttianalyysin mukaisia reikien KR5 - KRB rikkanaisia ja vettäjohtavia reikälävistyksiä, joihin mahdollisesti liittyvien rikkonaisuusrakenteiden asennosta ja jatkuvuudesta ei ole luotettavana pidettävää tietoa (päivitetty Okko et al. 999:sta). Rakenne KR5 KR6 KR7 KR8 Huom, 5-57 m PYT-VIB: hematiittiutunut rapauma 8-87 m TARGR: Iäpikatainen rapauma R? 5-2m PYT-VIB: Iäpikatainen rapauma, vaakoja rako ja ja VSP m PYT-VIB: rapautuneita kaoliinitäytteisiä vaakoja rakoja m TARGR: täytteisiä Ioivia rakoja 343m TARGR: kaoliinitäytteisiä vaakoja rakoja m PYT-VIB: rapautunut loivaasentoinen rakotihentymä m TARGR: useita rakotihentymiä, rakokaateet alle 2 R m MYL: hematiittiutunut rapauma, osin jyrkkäasentoista R m TARGR: rapautunut hematiitttibreksia, vaakoja rakoja R9A? m PYT-VIB: rapautunut hematiitttibreksia, ei suunnattu R98? m PYT-VIB: hematiittiutunut läpikotainen rapauma, loiva VSP m PYT-VIB: huokoisia loivaasentoisia rakoja m TARGR: Loivia vettäjohtavia rakoja, jyrkkä VSP Vyöhyke m PYT-VIB: Osa pitkää 4? epidoottiutunutta jaksoa 79-2 m GR: rapautunut kontakti m PYT-VIB: myloniittinen rapauma m PGM: rapauma m TARGR: korppukiveä m PYT-VIB: hematiittutunut rapauma m KARGR: korppukiveä m PYT-VIB: hematiittutunut rapauma, jyrkkiä rakoja m PYT-VI 8: hematiittutunut rapauma, jyrkkiä rakoja

51 46 4 KR4 KR3 KR6 KR2 KR7 Kuva 2. Pääkomponenttianalyysin mukaiset rikkonaisuuslävistykset Hästholmenin rei'issä HH-KRJ - HH-KR8. Rikkonaisimmat reikäjaksot on esitetty punaisella, keltainen edustaa merkittävää rikkonaisuutta ja keskimääräisesti rakoillut kallio on värjätty sinisellä.