KIVILAJ1YMPARISTÖI SSÄ: TUTKIMUSTULOKSET OUTOKUMMUN

Transkriptio

1

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Ydin jättei den si joi tustutkimukset GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND Nuclear Waste Di sposal Research TIEDONANTO YST - 56 REPORT YST - 56 Runar Bl omqvi s t, Si rkku Halonen, Andrzej Pachol ewski ja Antero Lindberg KALLIOPERA-POHJAVESI -VUOROVAIKUTUS HETEROGEENISISSA KIVILAJ1YMPARISTÖI SSÄ: TUTKIMUSTULOKSET OUTOKUMMUN ALUEELTA Sumary: Water-rock interaction in non-granitic crystalline bedrock environments: Results of thc investi gati ons in Outokumpu area Raportti Säteilyturvakeskuksen tilaamasta tutkimuksesta Espoo, toukokuu 1987

3 Blomqvist, R., Halonen, S., Pacholewski, A. ja Lindberg, A., Kall i opera-poh javesi -vuorovai kutus heterogeeni si ssa ki vi - 1 ajiympari stoi ssa: Tutkimustul okset Outokummun a1 ueel ta. Summary: Water-rock interaction i n non-grani ti c crystal 1 i ne bedrock environments: Results of investigations in the Outokumpu area. Geological Survey of Fin1 and, Nuclear Waste Disposal Research, Report YST-56, 34 pages, 5 figures, 3 tables and 26 appendices. ABSTRACT The geochemistry of deep ground water in the Outokumpu research area was investigated in three localities: Sukkul ansalo, Perttilahti and Kylylahti. Four dri 11 holes were studied in the Sukkulansalo, three in the Perttilahti and one in the Kylylahti area. The drill holes penetrate the Proterozoic Outokumpu zone mica gnei sses and schists with i nterbedded 1 ayers of black schists, skarn rocks, carbonate rocks, quartzites and serpentinites. In the Sukkulansalo area, the ground water was found to be compositionally layered. In the uppermost metres, the water is of a fresh Ca-Na-HCO type. The underlying saline water is of a Ca-Na-C1 type with th8 TDS varying between 5 and 27 g/l. In the deeper parts (from m downwards), around a massive serpentinite, the water becomes rich in magnesium. In the Perttilahti area, the water is saline, starting from the top of the drill holes. The water remains a relatively constant Ca-Na-C1 type with the TDS ranging from 4 to 13 g/l throughout the sampled section (down to 530 metres). At Kylylahti, the water is a slightly saline Ca-Na-C1 type (TDS: 1 g/l). In the Sukkulansalo area, the tritium contents in the fresh water range from 2 to 70 TU and in the upper saline layer from <3 to 16 TU. The lower parts around the massive serpentinite give low tritium contents (from 1.3 to 7 TU). The results obtained, especially in the fresh water and upper saline water layers, indicate appreciable amounts of recent meteoric water in the drill holes. In the Perttilahti area, the tritium results are available from only one dri 11 hole and the contents are low ( TU), indicating only small amounts of recent meteoric water. At Kylyl ahti, the tritium contents become higher towards the bottom of the drill hole ( TU). The ground-water stapbe istotope values plot on or near the GMWL line in the 6 D/ 6 0 diagram. Only the most saline waters associated with the lower serpentinite deviate to the left of the GMWL line with increasing depth and salinity. The vein minerals of the OKU-740 and OKU-741 dri 11 cores are chlorite, calcite, analcime and 1 aumonti te. Clay minerals, kaolinite and montmori 1 lonite, were found only occasionally. In neither of the drill cores were the vein minerals dependent on the depth or rock type.

4 The strontium isotope ratios in the water from drill hole OKU-741 at Sukkulansalo reveal the presence of three ground-water layers, one fresh and two saline, with mixed relationships between adjacent layers. Within the layers, the stronti um isotope ratios vary evenly with depth and remain unaffected by local changes in host-rock composition, indicating that the water-rock interaction has resulted in 1 arge homogeneous bodies of water. Runar Bl omqvi st Si rkku Hal onen * Andrze j Pachol ewski Antero Li ndberg Geological Survey of Finland SF ESP00 Fi nl and ISBN ISSN * Present adress : Geological Institute SOSNOWI EC Pol and

5 Blomqvi st Runar, Halonen Si rkku, Pachol ewski Andrze j ja Li ndberg Antero, Kall i opera-poh javesi -vuorovai kutus heterogeeni si s- sa kivi 1 ajiympari stoi ssa: Tutkimustulokset Outokummun alueel ta. Geologi an tutkimuskeskus, Ydinjatteiden si joitustutkimukset, Tiedonanto YST-56, 34 sivua, 5 kuvaa, 3 taulukkoa ja 26 liitetta. Outokummun a1 ueell a tutki tti i n kal 1 i opoh javeden geokemi aa kolmessa eri kohteessa; Sukkulansalossa, Perttilahdessa ja Polvijarven Kylyl ahdessa. Sukkul ansalossa vesi naytteet tutki tti i n nel jasta kai rarei asta, Pertti 1 ahdessa kolmesta ja Kylyl ahdessa yhdesta kai rarei asta. Kai kki tutkimusrei at si jai tsevat Outokumpu-muodostumassa, joka koostuu mustaliuskei stay karsi kivi stay karbonaatti kivista, kvartsiiteista ja serpentiniitei sta kii 1 legnei s- siympari stossa. Sukkulansalon syvi en tutkimusrei kien vesi ssa on havai ttavi ssa selva kerrosrakenne. Ylinna oleva makea Ca-Na-HCO -vesikerros ulottuu m:n syvyydelle. Sen alapuolella o13eva suolainen vesi on Ca-Na-C1 -vetta, jossa 1 i uenneiden ai neiden kokonai smaara (TDS) on 5-27 g/l. Suolavesi kerroksessa m:n a1 apuo- lel 1 a on 1 i saksi runsaasti magnesi umi a. Pertti 1 ahdessa vesi on kauttaaltaan suolaista Ca-Na-C1 -vetta (4-10 g/l TDS). Polvijarven vesi on heikosti suolaista Ca-IVa-C1 -vetta (1 g/l TDS). Tri ti umpi toi suudet vi i ttaavat nuoren meteori sen veden esi i ntymi seen pai koin syvall akin kairarei kien vedessa. Sukkul ansalon makean veden kerroksessa tritiumpitoisuudet ovat 2-70 TU ja ylemmassa suolavesikerroksessa tritiumia on viela < 'U. Massiivisessa serpentiniitissa olevassa alimmassa vesikerroksessa tri ti umpi toi suudet ovat a1 hai set (1 $3-7 TU). Pertti 1 ahdessa tritiumtuloksia on vain yhdesta reiasta. Si ina tritiumpitoi suudet ovat alhaiset (1,3-5,5 TU), mi ka viittaa vain vahaiseen nuoren meteori sen veden maaraan. Polvi jarven Kylyl ahden tutkimusrei an veden tritiumtulokset kasvavat pohjaa kohti (1,9-8,3 TU). Poh javesi en stf$i i 1 i en i sotooppi en arvot si joi ttuvat 1 ahel le tai pi tki n 6 D/ 6 0-di agrammi n GMWL-suoraa. Suol ai simpi en vesi en i sotooppi arvot si joittuvat syvyyden ja suol ai suuden kasvaessa GMWL-suoran vasemmalle puolelle. Sukkulansalon kairasydannayttei sta OKU-740 ja OKU-741 tutki tti in rakomineraalien esiintymista. Kai ki lta syvyyksi lta loytyi raoista kloriittia, kalsiittia ja zeoliittiryhman mineraaleja analsiimia ja laumontiittia. Savimineraaleja, kaoliniittia ja montmori 1 loni i tti a, esi i ntyy vahan. Nayttei ssa ei havai ttu rakomi neraal ien ryhmittymi sta syvyyden tai kivi 1 ajien mukaan. Kairarei an OKU-741 veden stronti umi sotooppitutkimuksien tulokset vahvi stavat kahden eri 1 ai sen suol ai sen veden kerroksen 01 emassaoloa. Kiven ja veden valinen vuorovai kutus ei ole tapahtunut

6 pai kal li sel la tasoll a, si 11 a ymparijivan kall i operan 1 i tologi nen vai htel u ei hei jastu veden stronti umi sotooppi suhtei ssa. Tulokset vi ittaavat sii hen, etta vesi kerrokset ovat 1 aaja-alai si a, homogeni soi tunei ta pat jo ja. Runar Bl omqvi s t Si rkku Hal onen Andrzej Pacholewski * Antero Li ndberg Geologian tutkimuskeskus ESP00 ISBN ISSN * Nykyi nen osoi te: Geological Institute SOSNOWIEC Pol and

7 SI SALLY SLUETTELO. CONTENTS ABSTRACT JOHDANTO 7 3. OUTOKUMPU-JAKSON GEOLOGINEN KUVAUS KALLIOPOHJAVEDEN KOOSTllMUS OUTOKUMPU-JAKSOSSA Sukkulansalon tutkimusprofiili Perttilahden tutkimusprofiili Polvi jarven Kylylahden tutkimusreika Yhteenveto pohjaveden koostumuksesta Outokumpu-jaksossa Tritiumtulokset ja stabii lien i sotooppien suhteet Rakomineraalit Strontiumisotooppitutkiniukset KIITOSMAININNAT SUMMARY LAHDEVI ITTEET. REFERENCES LIITTEET

8 1 JOHDANTO Tassa raportissa esitetaan tutkimustulokset Sateilyturvakeskuksen kesakuussa 1986 Geologian tutkimuskeskukselta ti 1 aamasta tutki - muksesta "Kal 1 iopera-poh javesi -vuorovai kutus emaksi si ssa ki vi 1 a- jei ssa". Tutkimuksen tavoi tteena on saada vertai levaa ti etoa kal 1 iopohjaveden koostumuksesta seka kall ioperan ja poh javeden val i sesta vuorovai kutuksesta sell ai si ssa ki vi 1 ajiympari stoi ssa, joi sta ydi n jattei den si joi tuspai kkatutkimusten yhteydessa voi daan odottaa saatavan vain vahan tietoa. Ensimmaiseksi tutkimuskohteeksi valittiin Outokummun alueella si jai tseva ns. Outokumpu-muodostuman ki vi 1 aji seurue, joka kasi t- taa mustal i uskei ta, karsi ki vi a, karbonaatti ki vi a, kvartsi i tteja ja massiivi siivi si a serpentiniitteja ki i 1 legnei ssiympari stossa. Tutkimuksen suunnitteluvaiheessa esilla olleista Ranuan, Parikka- 1 an ja Yl ivieskan gabroi sta luovutti i n, koska paaosa kohteiden tarkeimmi sta kairarei ' i sta 01 i tukkeutunut. Tassa raporti ssa kuvataan saatu jen tul osten perusteell a (1) kalliopohjaveden koostuniusta Outokumpu-muodostuman alueella, (2) tarkastell aan tulosten luotettavuutta, (3) esi tetaan alustavat havai nnot kal 1 i opera-poh javesi -vuorovai kutuksesta seka (4) tarkastel 1 aan hankkeen jatkami sen edel lyttami a toimenpi tei ta. Taman tutkimuksen Sateilyturvakeskuksen nimeamana ohjaajana on toimi nut tarkastaja Kai Jakobsson. Vastuul 1 i sena tutki jana Geo- 1 ogi an tutkimuskeskuksessa on 011 ut TkL Runar Bl omqvi st. 2 TUTKIMUSMENETELMAT Poh javesi naytteet otetti in kai rarei ' i ssa 01 evasta vedesta Geol o- gian tutkimuskeskuksessa kehitetylla letkunaytteenottimella (Nur- mi & Kukkonen 1986). Naytteet nostetti i n kairarei 'i st8 enintaan 500 m pitkana yhtajaksoi sena vesi pi 1 ari nay joka noston yhteydessa jaetti in 50 m pi tki ksi sul jetui ksi yksi koi ksi. Yksi kon vesimaara

9 jaettiin viiteen 10 m:n osaan, joista kukin muodosti ornan naytteensa. Nayttei sta mi tatti in val ittomasti sahkonjohtavuus ja ph. Hapetus-pel ki styspotenti aal i maari tetti i n a1 uksi vain kunki n noston a1 apaasta, rnutta myohemmi n tyomenetelmi en kehi tyttya 50 m: n valein. Maarityksessa kaytettiin argonia suojakaasuna. Sahkonjohtavuus, ph ja hapetus-pel kistyspotenti aali mitatti in WTW- mittareilla. Loppuosa nayttei sta varatti i n 1 aboratori oi ssa tehtavi a kemi a1 1 i - sia analyyseja varten. Tasta 100 ml suodatettiin (0,45 pm), hapo- tettiin ja pullotettiin seka 200 ml pul lotetti in sel lai senaan. Nayttei sta (yhteensa 70 kpl ) analysoi ti i n Geologi an tutkimuskes- kuksen geokemi an ja maaperageol ogi an 1 aboratori oi ssa t aul ukossa 1 esi tetyt kemi a1 1 i set komponenti t pai tsi bromi ja jodi, jotka analysoiti in Imatran Voima Oy: n keskusl aboratoriossa (19 naytetta). Li saksi analysoi ti in 14 naytteesta veden tri ti umin ja stabi i 1 ien i sotooppi en arvot (Laboratori urn voor A1 gemene Natuurkunde, Ri jks- universiteit, Groningen, Hollanti). Taulukko 1. Poh javesi nayttei sta analysoi tujen kemi a1 1 i sten komponenttien maaritysmenetelmat ja -rajat. Table 1. Analytical methods and detection limits of the chemical constituents analyzed from the ground-water samples. Analysi s by Geological Survey of Fi nl and, excepting Br and I, which were analyzed by IVO Consulting Engineers Co. Maaritysraja (mg/l) Menetelma Ca, Na, K 0.5 Atomi absorpti ospektrofotometri a Fe "- /epasuora menetelma S04 1 HC03 5 Ti traus C 1 1 Ioni selektiivi nen elektrodi Br Ioni kromatograf i a I 0.02 Spektrofotometri a

10

11

12 Sukkulansalon kairausprofii lit (kuvat 3 ja 4, sivuilla 22 ja 23). Nama kairausprofi i 1 it, jotka si jaitsevat 1 km:n etai syydel la toi - si staan, ovat taman tutkimuksen tarkeimmat poh javesi naytteiden ottopai kat. Polvi jarven Kylyl ahdessa on 1 i saksi yksi naytteenot- topaikka, joka nayttaa liittyvan alueelliseen pohjois-etela- suuntai seen ruh jevyohykkeeseen (kuva 2). 4 KALLIOPOHJAVEDEN KOOSTUMUS OUTOKUMPU-JAKSOSSA Poh javesi nayttei ta Outokumpu- jaksossa otetti i n nel jasta kai rareiasta Sukkulansalon tutkimusprofii lissa (OKU-741, OKU-740, OKU- 737 ja OKU-729B, ks. kuva 3), kolmesta kairarei asta Pertti lahden tutkimusprofi i 1 i ssa (OKU-743, OKU-745B ja OKU-753, ks. kuva 4) seka yhdesta kairarei asta (OKU-793) Polvi jarven Kylylahdessa. Seuraavassa kuvataan saadut tulokset tutkimusprofiileittain. 4.1 Sukkul ansalon tutkimusprofii li OKU-741 Kairareian OKU-741 veden paaasiallinen naytteenotto on tehty vuo- den 1985 ai kana ja tulokset on jo raportoitu (Nurmi et al. 1985, 1987). Vuoden 1986 ai kana kai rarei asta otetti i n naytteet uraani - tutkimuksi a varten, jossa yhteydessa tehti i n myos harvakseltaan sahkon johtavuus- ja Eh-mi ttauksi a seka teetetti i n kemi a1 1 i s i a analyyseja. Tulosten keski naisen vertai lun vuoksi esitetaan mo- 1 empien vuosi en tutkimustulokset. Kairareika OKU-741 on Suomen Malmi 0y:n tekema vuonna Se on alunperin 1100 m syva, mutta on nykyisin auki 1080 m. Reika on halkaisijaltaan 647 m:n syvyydelle 56 mm ja taman jalkeen 46 mm. Kairarei ka lavi staa ylaosassaan noi n 300 m:n syvyydel le kii 1 legnei ssi a, jonka al apuol el 1 a on noi n 60 m: n paksui nen mustal i uskekerros. Noin 400 m:n syvyydesta esiintyy Outokumpu-assosiaation kivi a karsi kivea, serpenti ni itti a ja kvartsi itti a vuorokerroksina kiilleliuskeen kanssa runsaan 500 m:n syvyydelle. Taman ja'lkeen 900 m: i n asti esiintyy kii 1 legnei ssi a, jossa on mustaliusketta

13 val i kerroksi na. Rei an 1 oppuosassa on Outokumpu-assosi aation ki - via, joista serpentiniittia on valilla m. Vedesta mi tattujen sahkonjohtav~~usarvojen perusteell a rei ass8 on yl i nna 1 aadul taan tasai nen makean veden kerros, joka ul ottuu 380 m:n syvyydel le (li te 1 1. Voimakkaasti suolai sen veden kerros a1 - kaa 420 m:n syvyydella ja jatkuu runsaan 900 m:n syvyydelle. Ta- man jalkeen sahkonjohtavuuden taso kohoaa entisestaan lahes 4000 ms/m arvoon. Sahkonjohtavuusarvot kesan 1986 niittauksissa (harva nii ttausti heys) ovat hieman pi enempi a kui n kesan ukemat. Pohjaveden ph:n vai htelut ovat vahaisia; ph on makean veden ker- roksessa 7,7-8,3 ja suolaisen veden kerroksessa hieman korkeam- pi (8,O - 8,7, li ite 2). Hapetus-pelki stystulokset ovat toisi s- taan poikkeavia vuoden 1985 ja 1986 mittauksissa (liite 2). Ris- tiri itai suudet edel lyttavat uusintamittausten tekemi sta ja tar- ki stuksi a varten raudan hapetusasteen maari ttami sta. Kai rarei an makea vesi on Ca-Na-HC03-SO4 -vett a. Suol ai nen vesi on Ca-Na-C1 -vetta, jossa vastaavi en i oni en pi toi suudet ovat , ja mg/l (liite 3). Reian pohjalla 960 m: n a1 apuolel 1 a on poh javedessa runsaasti magnesi umi a ( mg/l), kun taman yl apuolell a magnesi umi n pi toi suudet ovat vain 2,2-18 mg/l. Vuosien 1985 ja 1986 tulokset ovat yleensa hyvi n yhdenmukai s i a. Sulfaattipitoisuudet ovat reian makean veden osassa (22-24 mg/ 1, 1985 ja mg/l, 1986) korkeammat kuin suolaisen veden osassa (1,4-2,4 mg/l, 1985 ja 2,5-4,2 mg/l, 1986). Bikarbo- naatin pitoisuudet kayttaytyvat samal la taval la (li ite 4, 1986 tul okset 1, joski n a1 em~ilan suol ai sen veden kerroksessa pi toi suudet kasvavat uudel leen (45-47 mg/l, yl aosa, suolaisen veden kerros ja mg/l, mg/l, ylempi alempi suolai sen veden kerros). Kal i umpi t oi suudet ovat tasai sen a1 hai set makean ja ylemman suolaisen veden kerroksissa (3,O - 6,5 mg/l, 1985 ja 2,8-7,2 mg/l, , mutta kohoavat a1 emman suol ai sen veden kerrok- sessa (25-32 mg/l, 1985 ja 21 mg/l, 1986).

14 Fl uori -, bromi - ja jodi analyysi t on tehty vuoden 1985 nayttei sta (liite 4). Fluoripitoisuudet laskevat syvyyden mukana, kun taas jodi- ja bromipitoisuudet kasvavat ollen 0,024-0,032 ja 0,001 mg/l makean veden kerroksessa ja 140 ja 0,65 mg/l reian pohjal la. Rautapitoisuudet ovat alhaisia (0,12-0,5 mg/l) ja reian alaosassa alle maaritysrajan. OKU-740 Kairarei ka OKU-740 on Outokumpu Oy: n kai raama syksyl 1 a Se on alunperin 980 m syva, mutta on tukkeutunut 890 m:n syvyydessa. Reiassa on kaytetty sementtia m:n valilla. Reian halkai si ja on kauttaal taan 46 mm. Kairerei ka 1 avi staa yl aosassaan 100 m: n syvyydel le ki i 1 legnei s- si a, m: n val i 11 a ki i 1 legnei ssi vuorottelee mustal i uskeen kanssa. Noi n 250 m:n syvyydelta esi intyy karsi kivi a yhdessa dolomi i ti n ja serpentinii tin kanssa noin 50 m. Taalta edel leen 750 m: n syvyydel 1 e asti esi i ntyy paaasi assa ki i 11 egnei ssi a, jossa pai koi n on kapei ta mustal i uskeval i kerroksi a. Rei an a1 aosa koostuu serpentiniitista, kvartsiitista, karsi kivista ja mustaliuskeesta. Vesinaytteista tehdyt sahkonjohtavuusmittaukset osoittavat veden olevan niakeaa 350 m:n syvyydel le (1 ii te 5). Ensimmai nen voimak- kaasti suolaisen veden kerros alkaa noin 450 m:n syvyydella ja alempi suolaisen veden kerros noin 750 m:n syvyydella. Veden suu- rin sahkonjohtavuuden arvo on 2060 ms/m. aluksi hitaasti (7,2-7,4) Veden ph-arvot nousevat 250 m:n syvyydelle, mutta taman jal- keen on suuri hyppays arvoon 8,6, joka sailyy (8,5-8,7) noin 700 m: i i n saakka ja laskee nopeasti minimiarvoonsa (6,5) 1 ahel 1 a rei an poh jaa. Mi tatut Eh-arvot vi i ttaavat hapettavaan ympari stoon ( mv, liite 6). Makea pohjavesi on Na-Ca-HC03-SO4-C1 -vetta, vastaavien pitoi- suuksien ollessa 20-23, 22, 56-61, ja 27 mg/l (liite 7). Suolainen vesi, joka alkaa noin 450 m:n syvyydessa, on Ca-Na- C1 -vetta pitoisuuksien ollessa , ja mg/l. Sulfaatti pi toi suus on a1 hainen ja laskee rei an poh jaa kohti (1,5-30 mg/l). Magnesium- ja kaliumpitoisuudet (2,3-190

15 ja 2,2-55 mg/l ) kohoavat rei an a1 aosassa. Bi karbonaatti pi toi - suus (16-64 mg/l) pienenee pohjaa kohti. Bromin pitoisuus (0,4-44 mg/l) kasvaa syvyyden mukana. Jodipitoisuus on reian yla- osassa a1 l e maaritysrajan kasvaen reian alaosissa (0,17-0,46 mg/l). Raudan pitoi suus on alhainen (0,07-0,42 mg/l). OKU-737 Kairarei ka OKU-737 on Outokumpu Oy: n kairaama vuonna Se on alunperi n tehty 890 m syvaksi, mutta naytteenoton ai kana se 01 i auki vain 650 m. Taman jalkeen (helmikuussa 1987) kairareika on avattu pohjalle asti. Reian halkaisija on kauttaaltaan 46 mm. Kairarei ka 1 avi staa yl aosassaan vajaat 200 m keskenaan vuorotte- levia mustaliuske-, kii llegnei ssi - ja karsi kivi kerroksia. Taman jal keen 650 m:n syvyydel le asti on kii 1 legneissia, jossa on sa- tunnai sesti mustal i uskeval i kerroksi a. Nai t a seuraa 300 m Outokumpu-assosi aatiol le tyypi 11 i s i a kivi 1 ajeja (mustal i usketta, karsi - kivia ja serpentini ittia) ja reian loppuosa on kii 1 legnei ssia. Vesinaytteista tehdyt sahkonjohtavuusmittaukset osoittavat veden olevan pi nnasta 1 ahti en suol ai sta (1 i i te 8). Rei an yl aosassa sah- konjohtavuuden arvot ovat kahta yl i nta naytetta 1 ukuunottamatta tasaiset ( ms/m aina 250 m:n syvyydelle asti). Taman jal keen sahkonjohtavuuden arvoi ssa on pienehko tason nousu ( ms/m), joka sai lyy 600 m:n syvyydel le asti. Reian pohjal la sahkonjohtavuus kasvaa nopeasti suurimpaan arvoonsa (1600 ms/m). Veden ph-arvot (7,5-8,8) kasvavat hyppayksi ttai n rei an poh jaa kohti pai tsi ai van rei an 1 opussa, jossa ph 1 askee nopeasti arvoon 7,8 (liite 9). Eh-maaritys rei an pohjalta osoittaa pel kistavi a olosuhteita (-65 mv), mutta 530 m:n syvyydelta tehty maaritys an- taa tulokseksi selvasti hapettavat olosuhteet (1 iite 9). Kai rarei an vesi on kauttaal taan Ca-Na-C1 -vetta pi toi suuksi en 01 - lessa , ja mg/l (liite 10). Magnesium- ja kaliumpitoisuudet ovat a'lhaiset (4,9-10 ja 7,9-15 mg/l). Sulfaatin ja bi karbonaatin pitoisuudet ovat samoin al- haiset (3,9-23 ja 4,9-12 mg/l). Bromin ja jodin pitoisuudet

16 (20-55 ja 0,19-0,42 mg/l ) kasvavat nopeasti rei an poh jaosis- sa. Raudan pi toi suudet ovat a1 hai set (0,15-0,33 mg/l). OKU-729B Kairareika OKU-729B on Outokumpu 0y:n kairaama vuonna Se on alunperin 620 m syva, mutta on tukkeutunut 311 m:n syvyydessa. Reian ha1 kai si ja on 46 mm. Kairarei ka 1 avi staa ki i 11 egnei ssi a, jossa 200 ja 300 m: n syvyyksilla on kapeita mustaliuskevalikerroksia ja m:n valil- 1 a li saksi ohuita karsi kivi - ja kvartsi itti kerroksia. Sahkon johtavuuden perusteell a kai rarei an vesi on makeaa (20-30 ms/m) paitsi aivan reian pohjalla, jossa se on lievasti suolaista (140 ms/m, liite 11). Veden ph on pohjaa lukuunottamatta tasainen (8,9-9,1, liite 12). Reian pohjalla ph laskee nopeasti arvoon 7,6. Eh-mittaukset osoittavat hapettavi a olosuhtei ta rei an yl a- osassa (t210 ja t240mv) ja pelkistavia olosuhteita reian pohjalla (-65 mv, liite 12). Kairareian vesi on Na-Ca-HC03 -vetta, jossa pitoisuudet ovat 32-39, 8-12 ja mg/l (liite 13). Reian pohjalla vesi on Na-Ca-HC03-C1 -vetta (48, 19, 110 ja 60 mg/l ). Magnesi umi n, kalsi umin ja sulfaati n pitoi suudet ovat kauttaal taan a1 haiset (0,88-0,96, 2,3-2,6 ja mg/l). Raudan pitoisuus on alhainen (0,05-0,53 mg/l). 4.2 Perttilahden tutkimusprofiili Pertti lahden kairausprofi i lista tutkittiin kolmen kairareian, OKU-743, OKU-745B ja OKU-753, veden koostumukset. OKU-743 Kairareika OKU-743 on Suomen Malmi 0y:n tekema vuonna Se on alunperin 930 m syva, mutta vesinaytteenoton ai kana se oli auki 535 m: n syvyydel le asti. Tall a kohdi n rei an ha1 kai si ja pi enenee 56 mm:sta 46 mm:iin. Valittomasti 535 m:n jalkeen on reika

17 kiilattu, jossa yhteydessa on myos kaytetty sementtia. Reiassa on suojaputki jaljella m:n syvyydella. Kairarei ka 1 avi staa yl aosassaan 150 m:n liusketta ja kii 1 legneissi a. syvyydel le asti musta- Taman jal keen esi intyy vuorottele- vasti karsi kivia, kvartsiittia, kiil legnei ssia ja serpentiniitti a runsaan 60 m:n matkalla ja edelleen mustaliusketta ja kiille- gnei ssi a vuorokerroksi ttai n 260 m: n syvyydel 1 e. Tata seuraa en- siksi kiillegneissi 630 m:n syvyydelle ja taman jal keen musta- 1 iuske, serpentiniitti, karsi kivet ja kvartsi itti kerroksittain rei an loppuun asti. Kairareian vesi on kauttaaltaan suolaista sahkonjohtavuuden ol- lessa rei an ylaosassa 680 ms/m ja noin 150 m:n syvyydelta alkaen reian poh j al le asti runsaat 1000 ms/m (1 ii te 14). Veden ph-arvot kasvavat alun 7,3: sta nopeasti 9,5:een 300 m:n syvyydessa ja py- syvat taman jal keen me1 ko tasaisina (lii te 15). Reian ylaosassa 150 m: n syvyydel 1 e asti val 1 i tsevat hapettavat olosuhteet. Taman jal keen Eh-mittaukset osoi ttavat lievasti peel k i stavi a olosuhteita ( mv) runsaan 400 m:n syvyydelle ja reian pohjalla voimakkaasti pel ki stavi a 01 osuhtei ta (-490 mv, 1 i i t e 15). Kai rarei an vesi on Ca-Na-C1 -vetta, jossa kal si umi n, natri umi n ja klori di n pi toi suudet kasvavat nopeasti 150 m: n syvyydel 1 e ja py- syvat taman jal keen tasai sina rei an pohjal le asti 01 len samassa jarjestyksessa 2200, 1300 ja 6000 mg/l (liite 16). Kaliumin ja magnesi umi n pitoi suudet ovat kauttaal taan a'l hai set ja tasai set (7,5-8,O ja 8,O - 9,O mg/l). Sulfaatin ja bikarbonaatin pitoi- suudet (1,4-16 ja mg/l) ovat a1 hai set ja korkeimmi 11 aan rei an yl aosassa. Raudan pi toi suudet ovat a1 1 e maari tysra jan (0,05 mg/l. OKU-7450 Kai rarei ka OKU-745B on Suomen Malmi Oy: n kai raama vuonna Kairarei ka on alun perin ollut 720 m syva, mutta naytteenoton ai kana se oli auki 527 m: n syvyydel le. Rei an ha1 kai si ja on 409 m:n syvyydelle asti 56 mni ja taman jalkeen 46 mm. Reiassa on suojaputki jaljella m:n valilla.

18 Kairarei ka 1 avi staa pinnasta 1 ahtien ki i 1 legnei ssi a (20 m), sikivia (70 m) kar- ja mustaliusketta (10 m). Naiden alapuolella on 530 m:n syvyydelle asti kiillegneissia, jota seuraavat mustalius- ke (30 m) seka vuorottelevat serpentiniitti-, kvartsiitti- ja karsikivikerrokset 700 m:n syvyydelle. Kairarei asta otettii n poh javesinaytteet kaksi kertaa, hei na- kuussa ja lokakuussa Sahkonjohtavuuden perusteella reian vesi on kauttaaltaan suolaista. Sahkonjohtavuusarvot olivat ke- salla otetuissa naytteissa ms/m arvojen kasvaessa ta- sai sesti rei an alaosaa kohti. Syksyll a otetut naytteet 01 ivat sahkonjohtavuuksi ltaan hieman a1 hai serr~mat ( ms/m, 1 iite 17). Veden ph:n nitt taus tehtiin vain syksyn naytteista. Tasaisen alun jal keen (noin 7,2) ph-arvot kasvavat nopeasti noi n 9,5:een 270 m: n syvyydel la. Taman jal keen ph-arvot vai htelevat 9,2-9,9: n val i 11 a ja 1 askevat rei an avonai sen osan 1 opussa nopeasti arvoon 8,l ( 1ii te 18). Eh-mittaukset osoittavat olosuhteiden olevan hapettavien rei an yl imman 100 m: n matkal la ja yleensa pel kistavien reian syvemmi 1 la osi 1 la. Kesan ja syksyn mittaukset ovat paaosi n keskenaan hyvi n yhteensopi vi a ( 1 i i te 18). Kairarei an vesi on Ca-Na-C1 -vetta kal si umin, natriumin ja klo- ridin pitoisuuksien kasvaessa lievasti syvyyden mukana. Suurimmat pi toi suudet ovat samassa jarjestyksessa 1300, 890 ja 3400 mg/l (liite 19). Kaliumin pitoisuudet pysyvat kauttaaltaan tasaisina (7,3-8,9 mgil) ja magnesiumin pitoisuudet kasvavat lievasti syvyyden mukana (7,8-15,O mg/l kesalla ja 9-12 mg/l syksyl- la). Sulfaatin pitoisuudet ovat yleensa pienia (1-14 mg/l) 01 len suurimmi 11 aan rei an yl aosassa. Myos bi karbonaati n pi toi suu- det ovat alhaiset (10-20 mg/l kesal la ja 5-47 mg/l syksylla (liite 20). Bromin ja jodin pitoisuudet ovat a'lhaiset ja tasaiset (18-20 ja 0,16-0,18 mg/l; maaritykset ovat kesan nayttei sta). Raudan pi toi suudet ovat a'l hai set 01 len 0,15-0,17 mg/l kesal 1 a ja alle maaritysrajan syksyn naytteissa. Kesan ja syksyn nayttei sta tehdyt kemi a1 1 i set tul okset ovat yleensa keskenaan hyvin samar~laiset (ks. liitteet 19 ja 20).

19 OKU-753 Kairareika OKU-753 on Suomen Malmi 0y:n kairaama vuonna Se on alun perin 640 m syva, mutta vesinaytteenoton aikana se oli auki 436 m: n syvyydel le. Rei an ha1 kai si ja on yl i nta osaa (13 m) lukuunottamatta 46 mm. Kai rarei ka 1 avi staa paaasi assa ki i 11 egnei ssi a. Vajaan 200 m: n syvyydel ta a1 kaa 50 m paksu kvartsii ti sta, karsi ki vesta ja musta- 1 i uskeesta koostuva 1 avi stys. Runsaan 400 m: n syvyydel ta a1 kaa 100 m pi tui nen 1 avi stys, jossa ki i 11 egnei ssi ssa on vuorottelevi a ohuita mustaliuske-, karsi kivi - ja serpenti ni itti vali kerroksi a. Kairareian veden sahkonjohtavuus on kauttaaltaan verraten tasai- nen 01 len ms/m.- (li ite Veden ph-arvot kasvavat paaosi n tasaisesti pintaosan 6,9: sta pohjaosan 8,1 :een (liite 22). Eh-maari tysten perusteell a veden hapetus-pel ki stysti 1 a muuttuu hyppayksittai n. Muutoksen ylei ssuunta on kuitenki n selvasti 1 askeva (hapettavasta pel ki stavaan). Kairarei an vesi on kauttaaltaan Ca-Na-C1 -vetta, jossa kal siumi n, natriumin ja kloridin pitoisuudet ovat tasaiset ( , ja mg/l, liite 24). Myos kaliumin ja magnesiumin pitoisuudet (6,8-9,O ja mg/l) ovat tasaiset. Sulfaatin pitoisuudet ovat alhaiset ,O mg/l) ja suurimmillaan rei an poh jaosi ssa. Bi karbonaati n pi toi suudet ( mg/l ) pienenevat rei an poh jaa kohti. Raudan pi toi suudet ovat a1 1 e maari - tysrajan (0,05 mg/l). 4.3 Pol vi jarven Kylyl ahden tutkimusrei ka (CIKU-793) Kairareika OKU-793 on Suomen Malmi 0y:n tekema to~~kokuussa Rei ka on alunperin 843 m pitka, mutta naytteenoton ai kana se oli auki 627 m:n syvyydelle. Kairarei ka 1 avi staa yl aosassaan 50 m: n syvyydel le mustal i usketta ja taman jal keen tal kki- ja tremoliittiri kkaita kivia noin 140 m:n syvyydelle asti. Tata seuraa mustaliuske 200 m:n syvyydelle ja edel leen tal kki- ja tremoliittiri kkaita kivi a seka

20 vi hreal i uskei ta 375 m: n syvyydel le. Tata seuraava mustal i uskel a- vi stys ul ottuu 450 m: n syvyydel 1 e, 1 i t jonka jal keen a1 kava tremo- - tal kki -, karbonaatti- ja serpentini i ttiri kas 1 avistys ulottuu lahes 800 m:n syvyyteen. Sahkon johtavuuden perusteell a kai rarei an vesi on hei kosti suo- 1 ai sta. Rei an ylaosassa sahkonjohtavuus kasvaa tasai sesti noi n 110 ms/m:sta 220 ms/m:iin (230 m:ssa) ja pysyy taman jalkeen muuttumattomana rei an poh jal le asti (1 i i te 24). Veden muodostavat polveilevan kayran, ph-arvot jonka yleissuuntaus on kasvava (yleensa 7,O - 7,9, liite 25). Eh-maaritysten perusteell a veden hapetus-pel ki stysti 1 a on neutraal i 400 m: n syvyydel 1 a ja sel vasti pel ki stava rei an pohjal 1 a. Kairarei an vesi on koostumuksel taan Ca-Na-C1 -vetta. Natri umi n, kalsiumin ja kloridin pitoisuudet ovat , ja mg/l (li i t e 26). Veden magnesiumin pi toi suus on kor- keahko (29-53 mg/l) ja se on suurimmillaan reian pohjaosissa. Kaliumin pitoisuus pysyy kauttaaltaan tasaisena (3,7-4,3 mg/l), sulfaatin pitoisuus on kauttaaltaan alhainen (1,O - 4,O mg/l) ja bi karbonaatin pi toisuus on tasainen ja korkeahko (50-70 mg/l). Bromin ja jodin pitoisuudet ovat 4,5-6 ja 0,048-0,06 mg/l. Raudan pi toi suus on a1 1 e maari tysrajan (0,05 mg/l). 4.4 Yhteenveto pohjaveden koostumuksesta Outokumpu-jaksossa Kalliopohjavesitutkimukset Outokumpu-jaksossa on tehty kahdeksasta kairarei asta, joista nel ja si jaitsee Sukkul ansalon tutkimusprofii lissa, kolme Pertti lahden tutkimusprofii lissa ja yksi Polvi jarven Kylyl ahdessa. Kemi a1 listen analyysien ja veden sahkonjohtavuuksien perusteell a tutkitut kai rarei at si saltavat taulukossa 2 esi tettyja poh javesi - tyyppe j a. Tutki tui sta kohtei sta makeaa poh javetta (sahkonjohtavuus a1 le 100 ms/m) esii ntyy Sukkul ansalon profi i 1 i ssa kairarei kien OKU-74.1, OKU-740 ja OKU-729 B ylaosissa m:n syvyydelle. Makea

21 Taulukko 2. Tutkittu jen kai rarei kien veden sahkon johtavuusarvot, 1 iuenneiden suol ojen maarat (TDS) ja veden 1 aatu. Table 2. Electric conductivity, TDS and types of ground water in the dri 11 holes investigated.... Drill hole Sampling Ground- TDS Electric Ground-water depth water conducti - type 1 ayer s vi ty m m 911 ms/m... Sukkul ansal o 13,5-15 Ca-Na-HC03-SO Ca-Na-C Ca-Na- (Mg) -C1 Pertti 1 ahti Pol vi.jarvi I ) Sampled in 1985 (Nurmi & a ) 2) -18- July ) -1,- October 1986

22 vesi on kal si um- ja natri umval tai sta bi karbonaatti vetta, jossa 1 i saksi voi 01 la tuntuvia sulfaatti- tai kloridipitoisuuksia. Makean veden sahkonjohtavuuden arvot ovat 13,5-35 ms/m ja liuenneiden suolojen maara (TDS) on selvasti alle 1 g/l. Lievasti suolai sta vetta (sahkonjohtavuus a1 le 500 ms/m) tavataan Pol vi jarven Kylyl ahden tutkimusrei ass8 kauttaal taan. Vesi on kalsi um- ja natri umval tai sta kloridivetta, jossa magnesi umi n osuus kati onei sta on poi kkeuksel 1 i sen suuri. Lievasti suol ai sta vetta tavataan myos kai rarei an OKU-729B poh jaosi ssa, joski n se on laadul taan bi karbonaatti vetta. Suol ai sta vetta ( sahkon johtavuus yl i 500 ms/m) tavataan mui ssa tutkimuskohtei ssa. Suol ainen vesi on kal si um- ja natri umval taista kloridi vetta. Sukkul ansal on tutkimusrei ' i ssa OKU-741 ja OKU-740 voidaan erottaa kaksi suolai sen veden tyyppi a, joi sta alemmassa on kohonneet magnesi umi n pi toi suudet. A1 emmassa suol ai sen veden tyypissa liuenneiden suolojen maara (14-27 g/l) on yleensa suurempi kuin ylemmassa suolaisen veden tyypissa (5,5-15 g/l). Sukkul ansalon tutkimusrei an OKU-737 vesi on pi nnasta 1 ahti en suo- 1 ai sta vastaten koostumuksel taan kai rarei ki en OKU-741 ja OKU-740 ylempaa suol ai sta vesi tyyppi a (ks. kuvan 3 pei tepi i rrosta). Pertti 1 ahden tutkimusrei kien vedet ovat kauttaaltaan suol ai si a (ks. kuvan 4 peitepiirrosta). Liuenneiden suolojen maara (3,6-9,6 g/l ) on selvasti pienempi kuin Sukkulansalon tutkimusrei 'issa. 4.5 Tri ti umtulokset ja stabi i 1 ien i sotooppien suhteet Triti umpi toisuudet Sukkul ansalon kairarei kien yl aosien vesi ssa ovat yleensa korkeat (taulukko 3). Esimerkiksi kairarei kien OKU- 741 ja OKU-740 makean veden kerroksessa ovat tritiumpitoisuudet 70 ja 51 TU seka naiden reikien ylemmassa suolaisen veden kerrok- sessa viela TU (jopa 770 m:n syvyydessa). Sukkulansalon tutkimusprofi i li n kairarei 'ista saadaan alhaiset triti umpitoi suu- det vasta aivan rei kien poh jaosi ssa. Sukkul ansalon kairarei 'i sta saadut triti umtul okset osoittavat, etta nuorta meteori sta vetta esi i ntyy huomattavasti syval 1 a maan pi nnan a1 apuolel 1 a kai rarei ki en vedessa.

23

24

25 0 o o INTERBEDS OF BLACK SCHIST x x x INTERBEDS OF QUARTZITE, DOLOMITE AND SKARN Kuva 4. Pertti lahden tutkimusal ueen geologi nen poi kki lei kkaus (Outokumpu 0y:n julkaisemattoman aineiston perusteella) ja pohjaveden laatu. Fig. 4. Geological cross section of Perttilahti research area and the type of ground water. Lithology after the unpublished material of Outokumpu Co.

26

27 Pertti lahden alueell a on triti umtuloksia olernassa vain rei asta OKU-745B. Tulokset (5,5-1,3 TU, taulukko 3) viittaavat vain va- haiseen nuoren meteorisen veden maaraan. Taulukko 3. Tutkittujen kairarei kien veden i sotooppituloksi a. Kairarei an OKU-741 tulokset Nurmen et a1. ( 1987) rnukaan. Table 3. Tritium and stable isotopes of the waters of the drill holes investigated. Results of drill hole OKU-741, after Nurmi et a1. (1987). Depth (m) D 3~ (TU) Sukkul ansal o OKU-729B ,71-99,4 4,5 t 1,I ,75-99,7 <2,2 Pertti 1 ahti OKU-745B ,16-111,l 4,6 t 1,O ,02-110,l 5,5 t 1,O ,95-109,5 1,3 t 0,9 Pol vi jarvi Pol vi jarven Kylyl ahden tutkimusrei an (OKU-793) tri ti umpi t oi suudet (1,9-8,3 TU) kasvavat reian pohjaa kohti. Tulos saattaa viitata

28

29 suuntauksesta sel vasti poi kkeavan trendi n (kuva 5). Tama vastaa Kanadan ki lven bri ne-vesi sta (Frape et a ) ja mei 11 a voi - makkasti suol ai si sta vesi sta aiemmi n havai ttua pi irretta (Nurmi et al. 1985, 1987, Blomqvist et al. 1986). Pertti 1 ahden (OKU-745B) ja Pol vi jarven Kylyl ahden (OKU-793) tut- kimusrei ' i sta otetut naytteet asettuvat GMWL-suoral l ey sen a1 a- osaan, mika viittaa kylmaan pohjaveden muodostumisvaiheeseen. 5 KALLIOPERA-POHJAVESI -VUOROVAI KUTUS 5.1 Rakomi neraal it Kai rarei kien OKU-740 ja OKU-741 rakoi 1 u seka rakomi neraal i en 1 aatu ja maara tutkittiin yksityiskohtaisesti. Osa mineraaleista tunnistettiin rontgendiffraktiometrisin menetelmin. Rakoi 1 un merki ttavi n pi i rre on haarni skapi nto jen runsaus. Ni i ta esiintyy ka-i kissa kiv-i lajei ssa karsi kivia lukuunottamatta. Klori i tti ja pai koi n grafi i tti ovat haarni skapi ntojen tavall i simmat mineraalit. Toinen rakoilutyyppi on tensiorakoilu, joka muodostuu yhdensuuntai si sta yleensa val koi sen rakotaytteen tayttami sta ki i - 1 amai si sta raoista. Muu rakoi 1 u i lmenee usei n 1 i uskei suuden suuntaisina katkoksina. Osa naista raoista on ollut avonaisina jo kal 1 i operassa, mi ta osoi ttavat poh javedesta ki teytyneet rakotaytteet. Rakotaytteet ovat joko primaari si a tai sekundaari si a. Primaari si a ovat ki ven a1 kuperai set paami neraal it. Paami neraal it 1 oytyvat ai - na sekundaari sen rakotaytteen a1 t a ja joi ssaki n tapauksi ssa se- kundaari nen rakotayte, taval l i sesti savi, on muodostunut in si tu primaarimineraalei sta (maasal vi sta). Kloriitti on tavallisin sekundaarinen rakomineraali. Kloriitti on kui tenki n metamorf i nen mi neraal i, joka ei 01 e poh javeden geokemi an kannal ta mi el enki i ntoi nen.

30 IYolemmi sta kairarei 'i sta loytyi raoi sta kal si ittia kai ki lta sy- vyyksi 1 ta. Kal si i tti pei ttaa val keana tai harmaana kerroksena ra- kopi ntoja taval 1 i sesti a1 l e mi 11 imetri n paksui sena kerroksena. Kalsiitin tavoin esiintyvat zeoliittiryhman mineraalit analsiimi ja 1 aumonti itti. Edel 1 inen on IVa- ja jal kimmai nen Ca-si 1 i kaatti, jotka taval 1 i sesti ki teytyvat rakoi hi n ja onteloi hi n hydroter- misista liuoksista jopa a1 le ~ lampotiloissa. ~ Zeoliittien osaksi selva kiderakenne osoittaa kiteytymisen sujuneen rauhalli- sesti. Anal si imi n yhteydessa olevien vettajohtavien avoimien ra- kojen ja ontelojen olemassaolo viittaa zeoliittien olevan stabii- leja nykyisessa pohjavesiymparistossa. Savimi neraaleja esi i ntyy vahan. Muutamasta raosta loytyi kaol i - niittia ja montmori 1 loni itista tehtiin kaksi havaintoa OKU-740 -naytteesta syvyysval i 1 la m. Kummassakaan tutkimus- rei assa ei havai ttu rakomi neraal ien ryhmittymi sta syvyyden tai kivi lajien mukaan. Esimerki ksi zeol i i tti a on kairasydamessa OKU- 740 valilla m ja kalsiittia syvyysvalilla m. 5.2 Stronti umisotooppi tutkimukset Kai rarei an OKU-741 veden stronti umi sotooppi tutkimukset (Smal ley et a ) osoi ttavat stronti umi sotooppi suhtei den suuri ssa pi irtei ssa noudattavan veden kerrosrakenteen muutoksi a. Eri kerrosten val i 11 a voi daan 87~r/86~r - 1 /Sr -di agrammi 11 a todeta esi i ntyvan 1 i neaari sta sekoi ttumi sta. Tul os vahvi staa kahden eri - 1 ai sen suolai sen veden kerroksen olemassaoloa tutki tussa kairarei assa. Eri kerrokset ovat koostumukseltaan homogeenisia, mika viittaa siihen, etta kiven ja veden valinen vuorovaikutus ei ole tapah- tunut pai kal li sell a tasol 1 a, si 11 a ymparoi van kal li operan 1 i tolo- ginen vai htel u ei hei jastu veden i sotooppi suhtei ssa. Tulokset vi i ttaavat si i hen, etta vesi kerrokset ovat 1 aa ja-a1 ai si a, homoge- ni soitunei ta patjoja. Mahdol 1 isen poi kkeuksen muodostavat magnesi umri kkaat serpenti ni i ti t.

31 86 Rb-Sr -i sokrooni di agrammi 11 a veden 87~b/ Sr -suhteet ovat varsi n al hai si a verrattuna ymparoivien kivi lajien mi neraal ien vastaavi in suhtei si in. Veden suol api toi suuden syntymi nen ki vi 1 aji -poh javesi -vuorovai kutuksesta edel lyttai si mahdol 1 i simman kal i um- (ja rubi - di um-) koyhaa 1 ahtomi neraal i a ja samanai kai sesti tapahtuvaa ka- liumpi toi sen kii 1 le- tai savimineraalin saostumista. Esimerki ksi pl agiogl aasi n seri si i ttiytymi nen tai kaol i ni soi tumi nen ovat stronti umi sotooppi suhteiden perusteell a varsi n mahdoll i s i a ja jo- pa todennakoisia veden suolapitoisuuden luovuttajia. Alemmassa magnesiumrikkaassa suolaisen veden kerroksessa saattavat magnesi umri kkaat mi neraal i t 1 i saksi myotavai kuttaa veden suol api toi - suuden kasvuun.

32 6 JOHTOPAATOKSET Outokumpu-jaksossa tutkittiin kalliopohjaveden koostumusta malminetsi ntaa varten kairatui sta rei 'i sta Sukkul ansalossa, Pertti - 1 ahdessa ja Kylyl ahdessa. Vesi naytteet otetti in Geol ogi an tutkimuskeskuksessa kehitetylla letkunaytteenottomenetelmalla (Nurmi ja Kukkonen 1986). Saadut tul okset osoi ttavat, etta Outokumpu- jakson a1 ueel 1 a esi i n- tyy koostumuksel taan ja i sotooppi suhtei 1 taan kolme toi si staan poi kkeavaa poh javesi tyyppi a: makea Ca-Na-HC03 -vesi, suol ai nen Ca-Na-C1 -vesi ja edel 1 i sta suol ai sempi runsaasti magnesi umi a si - saltava Ca-Na-C1 -vesi. Sukkulansalon alueel 1 a edell a kuvatut pohjavesi tyypi t esi i ntyvat kerroksi ttai n si ten, etta yl i nna m:iin asti on makea ja alinna m:sta alaspain suo- 1 ai si n poh javesi kerros. Tul os vahvi staa ai emmi n kai rarei asta OKU-741 saatua havaintoa veden kerrosrakenteesta (Nurmi et al. 1985, 1987) ja osoi ttaa kerrosten 1 aaja-a1 aisuutta. Pertti lahden a1 ueel la esi i ntyy ai noastaan suol ai sta Ca-Na-C1 -vetta. Taal 1 a kairarei kien tukkeutumi sen vuoksi vesi nayttei ta saati i n vain noi n 500 m:n syvyydelle asti. Tritiumanalyysien tulokset osoittavat, etta pinnal lisen meteori - sen veden maara vahenee syvyyden mukaan. Sukkul ansalon a1 im~nassa suolai sen veden kerroksessa on vain vahan resenttia vetta (1,3-7 TU). Y 1 empana suol ai sen veden a1 ueel 1 a on sel vasti korkeammat triti umpi toi suudet (12-16 TU), mi ka veden vi rtauksen 1 isaksi saattaa osoittaa kai rarei ass8 olevan veden kontami naatiota. Veden stabi i 1 i en i sotooppi en suhtei den perusteell a on paatel tavi ssa, etta tutkimusalueen vesi kerrokset ovat a'l kuperaltaan meteori sta vetta. A1 in suol ai sen veden kerros on i sotooppi suhtei 1 - taan muita selvasti raskaampaa, mika viittaa veden ja kallioperan valiseen voimakkaaseen vuorovaikutukseen. Vuorovaikutusta tukevat myos strontiumisotooppitutkimusten tulokset.

33 KIITOSMAININNAT Ki i tosmai ni nnan joustavasta yhtei styosta seka jul kai semattomien kai rarei katietojen 1 uovuttami sesta kayttoomme ansai tsevat Eero Rauhamaki, Pertti Hakanen ja Martti Liimatainen Outokumpu 0y:sta. Edelleen kiitamme Maija Ilmastia ja Tuula Lakomaata kemiallisten analyysi en tuottami sesta seka Pekka Rahkol aa, Vei kko Hakkarai sta, Sol vei g Gronroosi a ja Kai sa Pirtti sal oa avustami sesta naytteen- otossa. Eri tyi sen ki i toksen yhtei styosta ansai tsevat 1 i saksi Kai Jakobsson Satei lyturvakeskuksesta seka Rei jo Salmi nen ja Pertti Lahermo Geologian tutkimuskeskuksesta.

34 SUMMARY The aim of the present study was to obtain information about both the ground water deep in crystalline bedrock and the interaction of the water with the rock. The investigation was focused on nongranitic bedrock that had not been previously taken into account as potential sites for the nuclear waste disposal in the bedrock. The water samples were taken using a tube technique (Nurmi and Kukkonen 1986) which makes it possible to obtain continuous water columns from small prospecting dri 11 holes. The water column obtained was measured in the field at 10-metre intervals for ph and electric conductivity. Chemical analyses were usually made every 50 metres. A1 1 the chemical components (Table 1) other than bromide and jodide were analyzed in the departments of Geochemistry and Quaternary Geology of the Geological Survey of Finland. The bromide and jodide were analyzed by IVO Consulting Engineers Co. The tritium contents and stable isotope values were analyzed i n the Laboratori um voor Algemene Natuurkunde, Ri jksuni versi tei t, Groni ngen, the Nether1 ands. In the Outokumpu research area, water samples were taken from eight drill holes, four of then1 at Sukkulansalo, three at Perttilahti and one at Kylylahti. The dri 11 holes are situated in the Outokumpu zone, which consists of black schists, skarn rocks, carbonate rocks, quartzites and serpentinites interbedded with Precambri an mica schists (Fig. 11. At Sukkulansalo, the ground water of the deepest drill holes in this study, OKU-741 (down to 1080 meters) and OKU-740 (down to 888 meters), is compositionally stratified (Table 2, Fig. 3). From the top down to meters, the water is fresh. The water is of a Ca-Na-HC03 type. The electric conductivity ranges from 13.5 to 35 ms/m and the amount of total dissolved solids (TDS) is below 1 g/l. The underlying saline Ca-Na-C1 water is divided into two layers. The upper saline layer goes down to meters. The electric conductivity ranges from 950 to 2500 ms/m, and the TDS is from 5.5 to 15 g/l.

35 In the layer underneath, the saline water becomes rich in magnesi um. The electric conductivity is higher than in the upper saline layer and ranges from 1700 to 3900 ms/m and the TDS is g/l. In the dri 11 hole OKU-729B (31 1 metres), the water is fresh throughout. In the drill hole OKU-737, the water is of a saline Ca-Na-C1 type throughout the sampled section (down to 650 metres 1. At Perttilahti, in all three drill holes the water is of the saline Ca-Na-C1 type throughout (Table 2, Fig. 4). The electric conductivity ranges from 480 to 1040 ms/m and the TDS from 3.6 to 9.6 g/l. At Kylylahti, the water is of a slightly saline Ca-Na-C1 type. The electric conductivity varies between 110 and 210 ms/m and the TDS i s about 1 g/l (Table 2). At Sukkulansalo, the tritium contents range in the fresh water from 2 to 70 TU, and in the upper saline layer the content is still from <3 to 18 TU (Table 3). The results indicate that recent meteoric water also occurs deep in the water of the dri 11 holes. Only at the bottom part of the drill hole the tritium contents are low (<I.5-7 TU). At Perttilahti, the tritium has been analyzed from only one drill hole and the contents are also low ( TU). At Kylylahti, the tritium contents increase towards the bottom of the drill hole ( TU). The ground-water stable isotope values plot near or along the 18 GMWL line in the 6 D/B 0 diagram (Fig. 5). The most saline water in drill holes OKU-741 and OKU-740 deviates to the left of the GMWL line with increasing depth and salinity. The vein minerals of the OKU-740 and OKU-741 drill cores are chlorite, calcite, analcime and laumontite. Clay minerals, kaoli ni te and montmori 1 lonite, were found only occasional ly. In neither of the drill cores were the vein minerals found to be dependent on the depth or rock type.

36 The strontium isotope ratios in the water from drill hole OKU-741 at Sukkulansalo reveal the presence of three ground-water layers, one fresh and two saline, with mi xed re1 ati onshi ps between adjacent layers. Within the layers, the strontium isotope ratios vary evenly with depth and remain unaffected by local changes in host-rock composition, indicating that the water-rock interaction has resulted in large homogeneous bodies of water.

37 LAHDEVI ITTEET - REFERENCES Blomqvi st, Runar, Lahti nen, Raimo, Lahermo, Pertti, Hakkarai nen, Vei kko ja Halonen, Sirkku, Kall iopohjavesien geokemi a: Tutkimustulokset syvi sta kairarei ' i sta vuonna Abstract : Geochemi stry of deep groundwater i n bedrock i n Finland: Results of the investigations in Geological Survey of Fin1 and, Nuclear Waste Di sposal Research, Report YST p. Frape, S.K., Fritz, P. & McNutt, R.H., Water-rock interaction and chemistry of groundwaters from the Canadian Schield. Geochim. Cosmochim. Acta 48, Huhma, Aarto and Huhma, Mai jay Contribution to the geology and geochemistry of the Outokumpu region. Geol. Soc. Finland, Bull. 42, Koistinen, T.J., Structural evolution of an early Proterozoic strata-bound Cu-Co-Zn deposit, Outokumpu, Finland. Transactions of the Royal Society of Edi ngburgh: Earth sciences 72, Makela, Markku, Outokumpu-jakso ennen ja nyt. Vuoriteollisuus-Bergshanteringen 41, Nurmi, Pekka, Kukkonen, Ilmo, Lahermo, Pertti, Salmi, Martti & Rahkol a, Pekka, Kall iopohjavesien geokemi a: Alustavat tul okset syvi sta kairarei 'ista Outokummun, Kerimaen, Parai sten ja Limi ngan a1 ueel ta. Abstract : Geochemistry of groundwater in bedrock: Preliminary results of groundwater sampl i ng i n deep dri 11 holes at Outokumpu, Kerimaki, Parai - nen and Liminka. Geological Survey of Finland, Nuclear Waste Disposal Research, Report YST p. Nurmi, P.A. & Kukkonen, I.T., A new technique for sampling water and gas from deep drill holes. Can. J. Earth Sci. 23, Nurmi, Pekka A., Kukkonen, Ilmo T. & Lahermo, Pertti W., Geochemistry and origin of saline groundwaters in the Baltic Shield. Manuscript, Submitted to Applied Geochemi stry. Rekola, T. & Ahokas, T., Findings from geophysical surveys in the Outokumpu zone, Finland. In "Prospecting in areas of glaciated terrain 1986". The Institution of Mining and Metal 1 urgy ( IMM), London, Smal ley, P.C., Blomqvist, R. & Rzheim, A., Strontium i sotopic studies of fresh-sal i ne groundwaters Outokumpu, Finland. Intern. Symp. on the Use of Isotope Techniques in Water Resources Development. Extended Synopsi s, IAEA-SM-299/96.

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64