Virtaus- ja diffuusiohuokoset ovat yhteydessa toisiinsa. Jaännöshuokoset

Transkriptio

1 Q16/27/94/1 L. Kivekäs GEOrnIAN TurKIMUsKESKUs Geofysiikan osasto Menetelmäseloste Johdanto Huokoisuusmäaritykset otettiin mukaan petrofysiikan mtiinimittauksiin Otaniemen laboratoriossa vuonna Satunnaisia mäarityksia ja erilaisia kokeiluja oli tehty jo vuosina Nyt huokoisuus on mäaritetty jo yli 5000 näytteestä. Ydinjätteiden sijoitustutkimusten yhteydessa huokoisuusmittausten kysyntä kasvoi merkittävästi. Testialueiden kairasydännäytteistä haluttiin kaikki mahdollinen petrofysikaalinen tieto. Huokoisuuden määrityksiin oli löydettävä menetelmä, joka niveltyi sopivasti muihin mittausmtiineihin. Huokoisuus Kappaleen huokoisuus määritellään siinä olevan tyhjän tilan (huokostilavuuden) suhteena koko kappaleen tilavuuteen ja ilmaistaan tavallisesti prosentteina. Kiven huokoisuus koostuu eri tyyppisista raoista, halkeamista, rakkuloista, onteloista ja kanavista. Kokonaishuokoisuus (P,) on virtaus-, diffuusio- ja jäännöshuokoisuuden summa (Norton et al. 1977) Virtaus- ja diffuusiohuokoset ovat yhteydessa toisiinsa. Jaännöshuokoset ovat umpitiloja. Termien käytössä esiintyy kirjavuutta. Teholliseksi, efektiiviseksi huokoisuudeksi lasketaan joissain tapauksissa vain virtaushuokoisuus, useirraniten virtaus- ja diffuusiohuokoisuus. Emerson (1990) käyttää virtaus- ja dif fuusiohuokoisuuden summasta nimitystä näennäinen huokoisuus. Menetelmä Yleensä mitataan vain tehollista huokoisuutta (P!,= P, + PD). Näillä toisiinsa yhteydessa olevilla huokosilla on moniin kiven fysikaalisiin ominaisuuksiin (rm. lapaisevyys ja sähkönjohtavuus) ratkaisevampi merkitys kuin kokonaishuokoisuudella, jonka mäarittaminenkin on hankalaa ja vaatii näytteen jauhamista. Tehollisen huokoisuuden määrittämiseen käytetään yleisesti imeytysmenetelmää, jossa punnitaan huokosiin imeytynyt vesimäärä ja

2 lasketaan sen tilavuus (V). Kappaleen kokonaist ilavuus (Vb) määritetään Arkimedeen lain avulla ilma- ja vesipunnitusarvoista. Tehollinen huokoisuus saadaan kaavalla jossa & = uunikuivan näytteen massa ilmapunnituksessa & = vedellä kyllästetyn näytteen paino ilmapunnituksessa & = vedellä kyllästetyn näytteen paino vesipunnituksessa v = (& - h> / Dw Vr = (& - MW> / 4, = veden tiheys Laboratoriomittausten standardisointikomitea / International Society for Rock Mechanics (1979) suosittelee näytteiden kuivaamista uunissa 105 OC:n lämpötilassa vähintaän vuorokauden ajan ja alle 800 Pa:n tyhjiön käyttöä vähintaän tunnin ajan vedellä imeytyksessä. Mittaukset Huokoisuusarvioita on pyydetty Otaniemen petrofysiikan laboratoriolta lähinnä vain näytteistä, joista mitataan MYÖS ominaisvastus ja P-aallon nopeus. Näitä mittauksia varten näytteitä pidetään vedessa vähintään kaksi vuorokautta. Näytteet ovat siten imeytyneet vedessa yleensä 3-4 vrk ennen märkapunnitusta. Näytteen pinta kuivataan niin, että kaikki irtovesi on pois pinnasta ja näytteen pinta alkaa kuivua (vaaleta). Hyvin huokoisissa näytteissä on varottava, ettei vettä imetä pois huokosistakin. Kyllastymiskayrien (LIITE 1) avulla on testattu eri tyyppisten ja kokoisten näytteiden kyllästymistä. Useinunille nomalikokoisille ( cm3) näytteille 2-3 mk:n imeytys on riittävä. Märkäpunnituksen jälkeen näytteet laitetaan uuniin kuivumaan. Lampotilana pidettiin alkuvuosina OC, sillä joissain artikkeleissa (esim. Bauer et al. 1979) oli mainintoja lämpölaajenemisen aiheuttamasta kiven rikkoutumisesta jopa 75 OC:ssa. Myös remanentissa magnetoitumassa saattaa tapahtua muutoksia jo 100 OC:n lämpötiloissa. Rutiinimittauksissa kaikki tarvittavat fysikaaliset ominaisuudet mitataan kuitenkin ennen huokoisuusmäärityksiä. Kuivatuksessa on vuoden 1994 alusta lähtien käytetty suosituksen (International Society for Rock Mechanics 1979) Mukaista 105 OC:n lämpötilaa. Mittauslomakkeeseen merkitään aina uunin lämpötila ja kuivatusaika. Kuivumiskayrien (LIITE 1) avulla on testattu eri tyyppisten ja kokoisten näytteiden kuivumista. Useimmille nomalikokoisille ( cm3) näytteille 1-2 mk:n kuivaus 105 OC:n lämpötilassa on riittävä. Mittauslomakkeelle (LIITE 2) kirjatut näytteiden käsittelytiedot ja punnitustulokset sekä jo aikaisemmin näytteistä määritetyt tilavuustiedot syötetään mikrotietokoneelle. Ohjelma (LIITE 3)

3 laskee näytteen tehollisen huokoisuuden ja eri tiheysarvot. Tulospaperille (LIITE 4) kirjautuvat otsikko, alue, tutkija, tulostus- päivamaärä, näytteen käsittelytiedot ja varsinaiset tulokset : näytetunnus, massa, tilavuus, huokoisuus, kiviaineksen tiheys (kiintotiheys) sekä näytteen märkä- ja kuivatiheys. Tarkkuuus Huokoisuusarvion oikeellisuus riippuu kyllastymis- ja kuivumisasteen täydellisyydestä sekä märkä- ja kuivapunnituksen tarkkuudesta. Differentioimalla yhtälö (2) saadaan tehollisen huokoisuuden maksimivirheelle kaava (Kivekäs 1993) jossa AM = punnitussuureen arvioitu maksimivaihteluväli Vaa'an lukematarkkuus (0,Olg) antaa mahdollisuuden ilmoittaa tehollinen huokoisuus kahden desimaalin tarkkuudella, jos näytteen koko on vähintään 20 cm3 eli kivinäytteen massa noin 50 g. Uusintamittauksissa tulosten toistuvuus (LIITE 5) on osoittautunut erinomaiseksi, kun kyllastys- ja kuivatusolosuhteet pidetään ennallaan. Joillain näytteillä ilmenee lievää huokoisuusarvojen kohoamista, joka mahdollisesti johtuu kuumentamis- ja jaähtymisvaiheiden lampötilarrniutoksien aiheuttamasta mikrorakoilun lisääntymisestä. Hudoitavia seikkoja Vaaka - Lukematarkkuus: vähintään 0.01 g - Sijainti: tarinätön, vedoton paikka - Lärrunitys: virta päälle noin 10 min ennen mittauksia - Kalibrointi: standardipunnuksilla - Taaraus: vaa'an oltava vakaasti nollilla ennen ja jälkeen punnituksen Näyte - Näytteenotto: varottava rakoilun lisääntymistä - Preparointi: poraamalla tai sahaamalla, ei rosoisia pintoja - Koko: suositus cm3 (ihanne d) Näytteen käsittely - Varottava kolhimista märkä- ja kuivapunnituksen välillä (menetelmä perustuu näiden massojen erotukseen ja rrnirusenkin murtuminen antaa liian suuren huokoisuustuloksen) Vedellä kyllastys - Huokoisuusmäärityksia on pyydetty yleensä näyte-erista, joista mitataan ~ ö ominaisvastustus s ja P-aallon nopeus. Naita mittauksia varten näytteet ovat vedessä vähintään kaksi vuorokautta, mikä on useimmissa tapauksissa riittävä rrryös huokoisuusmäarityksiin.

4 - Kyllastymiskäyria on mitattu lukuisille eri kivilajeille sekä eri muotoisille ja kokoisille näytteille (LIITE 1). Kiteisillä kivilla ( cm3) kaksi vuorokautta näyttaa riittävän, mutta joillain hohkaisilla kivilla jopa viikon mittainen imeytys on tarpeen. - Tarvittavat imeytysajat riippuvat siis näytteen koosta, muodosta ja ominaisuuksista. - Useiden vuorokausien mittaisessa imeytyksessa joidenkin näytteiden pintaan tahtoo muodostua plakkia, joka on ajoittain pestävä pois. Tyhjiön käyttö - Laboratoriomittausten standardisointikomitea / International Society for Rock Mechanics (1979) suosittelee alle 800 Pa:n tyhjiön käyttöä vähintään tunnin ajan vedellä imeytyksessa. - Otaniemen laboratoriossa on tehty vasta alustavia testejä tyhjiön käytöstä. Kokeissa on käytetty vesihanaan liitettyä vesisuihkupumppua, jolla päästään vain vähän alle 2 kpa:iin. Imeytyminen nopeutui ja parani jonkin verran (LIITE 6). Kokeita jatketaan. Rutiinimittauksissa ja isoissa näyte-erissä voidaan kuitenkin perustellusti jatkaa määrityksia ilman tyhjiön käyttöä. Pintakuivaus - Vedellä kyllästetty näyte punnitaan pintakuivattuna. Kuivaus on suoritettu pehmeällä kankaalla tai paperipyyhkeella niin, että kaikki irtovesi saadaan pois näytteen pinnasta (kiteisillä tiiviillä kivilla pintaan ilmestyy vaaleita kuivumisläikkiä.) - Melnyk ja Skeet (1986) ovat käyttäneet pintakuivumiskäyräa määrittaäkseen vedella kyllästetynpintakuivan näytteen massan. Isoja näytemäaria käsiteltäessä tämä olisi liian hidasta ja vaikutus mittaustuloksiinkin on yleensä mitätön. Punnituksissarrune toistettavuus on ollut 0.01 g:n luokkaa. Uunissa kuivatus - Laboratoriomittausten standardisointikomitea / International Society for Rock Mechanics (1979) suosittelee näytteiden pitämistä 105 OC:n lämpötilassa vähintään vuorokauden ajan. - Joissain artikkeleissa (esim. Bauer et al. 1979) on tuotu esiin mineraalien erilaisen sekä anisotrooppisen lampolaajenemisen aiheuttama kiven rikkoutuminen jopa 75 OC:n lämpötiloissa. Jos vedella imeytys on suoritettu ennen uunissa kuivatusta, niin mahdollinen kuumentamisen aiheuttama näytteen mikrorakoilu ei vaikuta huokoisuustulokseen, mutta toistomittauksia suunniteltaessa tämä on huomioitava. - Lämpötilan nostaminen sadan asteen tuntumaan saattaa joissain tapauksissa tuhota remanenttia magnetoitumaa. Myös tämän vuoksi on hyvä, että näytteistä on mitattu kaikki toivotut petrofysikaaliset ominaisuudet ennen huokoisuus~arityksia. - Lämpölaajenemisesta aiheutuvan mikrorakoilun välttämiseksi näytteet on syytä panna kylmään uuniin ja kytkeä lämpö päälle vasta sen jälkeen. Lämpötilan kohoaminen ei saisi olla nopeampaa kuin 2 OC/min (Richter 1974). - Kuivumiskäyriä on mitattu lukuisille eri kivilajeille sekä eri muotoisille ja kokoisille näytteille (LIITE 1). Kiteisillä kivillä ( cm3) vuorokausi näyttaa riittävän, mutta joillain hohkaisilla kivillä lähes viikon mittainen kuivatus on tarpeen.

5 - Tarvittavat kuivatusajat riippuvat siis näytteen koosta, muodosta ja ominaisuuksista. Huoneilman kosteuden imeytyminen - Näytteet on punnittava heti uunista oton jälkeen. Tavallisilla kiteisillä kivillä huoneilman kosteuden imeytyminen ei ole merkittävää, mutta huokoisilla näytteillä kosteuden imeytyminen saattaa olla useita sadasosa gramja tunnissa (LIITE 7). Vertailumittauksia Kahden viime vuoden ajan huokoisuusmittausten menetelmävertailua on koordinoitu V'IT:n Energia yksikössä (Rasilainen 1994). Menetelrr&vertailuun ovat osallistuneet Geologian tutkimuskeskus (GTK), Helsingin yliopiston radiokemian laitos (HYRL), Jyväskylän yliopiston fysiikan laitos (JYFL), Säteilyturvakeskus (STUK), VTI' Kemiantekniikka (V'IT/KET) j a V'IT Yhdyskuntat ekniikka (V'IT/YK1). Toisen testisarjan näytteet kiersivät nousevan kuivatuslampötilan mukaisessa järjestyksessä laboratoriosta toiseen: VTI'/YKI (2 0 C) - V'IT/KET (4 0 C) - JYFL (44 C) - GTK (105 C) V'IT/YKI:~ tulokset ovat selvästi muita alhaisempia. Naytteiden kuivatus on ilmeisesti jäänyt vajaavaiseksi. V'IT/KET kyllästää näytteitä kuukauden ja kuivaa 1-6 kuukautta. JYFL kayttaa kaasumenetelmää ja STUK+HYRL, C-14-PWA -menetelmää. GTK:n tulokset vastaavat hyvin muiden laboratorioiden saamia tuloksia (LIITE 8). Menetelmbme etuna on se, että pystyrrune käsittelemään helposti sata näytettä viikossa. Naytteiden käsittelyyn, punnituksiin ja tulostukseen menee alle 3 min/näyte. Työaikaa sadan näytteen huokoisuusmäärityksiin kuluu siten vajaat viisi tuntia, muun osan ajasta näytteet ovat vedesssä ja uunissa. Tutkittavasta alueesta saadaan siten nopeasti edustava kartoitus, jonka perusteella voidaan lähteä tarkentamaan esiintulleita piirteitä. Huokoisuustietojen merkitys Huokoisuustiedot ovat tarpeellisia m. ympäristö- ja pohjavesitutkimuksissa virtausmallien laatimisessa. Huokoisuus on huomioitava kalliorakentamisessa sekä kiviaineksen mekaanisten ominaisuuksien arvioinnissa. Huokoisuus vaikuttaa voimakkaasti moniin kiven fysikaalisiin ominaisuuksiin. Huokoisuuden tunteminen on siten tärkeää useissa geofysikaalisissa tulkinnoissa. Huokoisuuden vaikutus tiheyteen voidaan suoraan laskea (LIITE 9). Kuivatiheydessä huokoset ovat täyttyneet ilmalla, märkätiheydessä vedellä ja kiintotiheydessa on laskettu kiviaineksen tiheys ilman huokosia. Tiheys määritetä5.n useimmiten varastointikuivista näytteistä, jolloin tiheysamt jäävät systemaattisesti liian pieniksi. Suomessa kiteisten kivien huokoisuudet ovat yleensä alle 1%, joten virhe ei ole merkittävä. Rutiinimittauksissa saattaa tapahtua pahoja virheitä hyvin huokoisten (P, > 5 %) näytteiden tilavuuden määrityksessä, kun näyte vesipunnitukseen laskettaessa imaisee

6 sisäänsä runsaasti vettä ennen punnitustuloksen kirjautumista. Tilavuudelle saadaan liian pieni arvo. Tilavuuden virhetulos puolestaan antaa liian isot arvot tiheydelle, tilavuussuskeptibiliteetille ja remanentille magnetoitumalle. Huokoisten näytteiden tilavuus ja tiheys on syytä mitata vedellä kyllästettynä. Markätiheydet vastaavat myös parhaiten luonnon olosuhteita. Huokoisuus ja kiviaineksen rikkonaisuus vaikuttavat voimakkaasti sähköisiin ominaisuuksiin. Huokoisuuden kasvaessa ominaisvastukset pienenevat (LIITE 10). Myös P-aallon nopeus vaimenee voimakkaasti huokoisuuden kasvaessa (LIITE 11). Huokoisuusmittausten imeyttämisprosessi on syytä suorittaa samin kuin ominaisvastusten ja P-aallon nopeuksien mittauksissa, jotta tulosten korrelointi tapahtuisi korrektisti. Bauer, S.J. & Johnson, B., Effects of slow uniform heating on the physical properties of the Westerly and Charcoal granites. In: 20th U.S. Symposium on Rock Mechanics, June 4-6, 1979, U. of Texas at Austin, Bnerson, D.W., Notes on mass properties of rocks - density, porosity, permeability. Exploration Geophysics 21, International Society for Rock Mechanics, Suggested methods for determining water content, porosity, density, absorbtion and related properties / Part 1. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., 16, Kivekäs, L., Density and porosity measurements at the Petrophysical Laboratory of the Geological Survey of Finland. In: Autio, S. (ed.) Current Research , Geol. Surv. Finland, Special Paper 18, Melnyk, T.W. & Skeet A.M.M., An improved technique for the determination of rock porosity. Can. J. Earth Sci. 23, Norton, D. & Knapp, R., Transport phenomena in hydrothermal systems: the nature of porosity. American Jour. Science 277, Rasilainen, K., Palmtun kivinäytteiden huokoisuusmittausten menetelmävertailu. Väliraportti. VTi' Energia, julkaisematon raportti TURKU-9/94, 6 s. Richter, D. & Shmnons, G., Thermal expansion behavior of igneais rocks. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., 11,

7 1. Kyllastymis- ja kuivumiskäyria A. Breksiasueviitti / Saaksjarvi SJ2 B. Sueviitti / Saaksjarvi SJ2 3. Tulostusohj elma 4. Tulostusesimerkki 5. Mittausten toistettavuus 6. Tuloksia tyhjiön käytön vaikutuksista A. Hiekkakivi B. Rapautunut graniitti C. Terve graniitti 7. Huoneilman kosteuden imeytyminen 8. Menetelmävertailuja 9. Tiheys / huokoisuus 10. Ominaisvastus / huokoisuus 11. P-aallon nopeus / huokoisuus

8 LIITE 1A Sääksjärven kairareikä SJ2 x = y = Srvyys m, näytteen halkaisija 56 mm 1 /! Kyllastyminen / vesi Näyte Korkeus Tilavuus (cm) SJ SJ Saturation time (h) II Kuivuminen / uuni 90 "C Näyte Korkeus Tilavuus (cm) (cm3) SJ SJ Drying time (h) Näytteiden vedellä kyllästyminen on jonkin verran hitaampaa kuin uunissa (90 OC) kuidnen. Näytteen koko ja muoto vaikuttavat huamttavasti kyllastymis- ja kuidsnupeuksiin.

9 LIITE 1B Saäksjarven kairareikä SJ2 x = y = Syvyys m, näytteen halkaisija 56 nan ' SJ s 5 Kyllastyminen / vesi Korkeus Tilavuus (cm) (cm3) C, SJ SJ C, m UI 0 I I 1 I I 1 I 1 I I I Saturation time (h) r SJ ' SJ Kuivuminen / uuni 90 "C Korkeus Tilavuus (cm) ( cm3 SJ SJ Drying time (h) Näytteiden vedellä kyllästyminen- on jonkin verran hitaanpaa kuin uunissa (90 "C) kuivdnen. Näytteen koko ja muoto vaikuttavat huomattavasti kyllästymis- ja kuivlmiisnopeuksiin.

10 LIITE 2 HUOKOISUUSMÄÄRINKSET Alue 37Y2 M0flfl-A- Tutkija Mittaaja, &"AgS,L, &>d&-s Veteen pvrn 5 '2 93 klo 2? fld Uuniin pvm 9, 2 93 klo /o.w Lämpötila 9~ OL

11 LIITE 3 10 EEM ++r++++rru+r++ ' 213 REM * PCIRCISI TY * 20 EEM *rw++rwrr+w*++ 40 BQ=CHR!3(7> : CQ=CHR!3( 12) : FC!=CHROCF) : G#=CHRC!(27) : JQ="," 50 OPEN "PR:" ASFILE 1 : ; CC! 60 FOR X=l TO 5 : ; #1 : NEXT X 70 PRINT #l,"kiven HUOKOISUUS Pi%> JA KIUIAINEKSEN LASKETTU TIHEYS DG(Kg/m3>" 80 PRINT #1 : ; #1 90 PRINT "ALUE " ;BO ; 100 INPUTME : ; : ; 110 PHINT "TUTKIJA ";BO; 120 INPLIT SC! : ; : ; 130 PRINT uparvamaara ';En; 140 INPUT De : ; : ; 150 PRINT "VEDESSA " ;En ; 160 INPUT Wk : ; : ; 170 PRINT "UUNISSa ";BB; 180 INPUT OO : ; : ; 190 PRINT "LZSMPOTILA ";BQ; 200 INPUT TB : ; CE 210 PRINT #1,GE;"(";"049";" PRINT #1,"ALUE: ";MII;FC!; 230 PRINT #1,"VEDESSh: ";WC! : ; # PRINT #1,"TUTKIJA: " ;SII;FQ; 250 PRINT #I, " ~ ~ ;oa ~ : ; #1 ~ ~ ~ ~ : : u ;DIZ;FQ; 2611 PRINT #I, fl ~ arva~aa~a 270 PRINT #l,"l&impstila: ";Ta : ; #1 280 PRINT #1,G~;"~";"016";J~;"O27w;J~;u038";JC!;"049";J~;"05Y"; 290 PRINT #1,JO;"06PU;"." : ; #1, 300 PHINT #1,"NZSYTETUNNUS M( g) U( cm3i P(%> DG(Kglrn3) " ; 310 PRINT #liudbiwet) DB(dry)" : ; #1 320 PRINT : ; "VEDEN TIHEYS (g/cm3> " ; BC! ; 330 INPLIT D 340 PRINT CO : ; "NAYTETUNNUS " ; Bn; 350 INPUT NE : ; 360 PRINT "KUIVa NiäYTE (g) ";En; 370 INPUT Ml : ; 350 PRINT "MaRKiä NaYTE (g) ";BO; 370 INPUT M2 : : 400 PRINT "TILAVUUS (cms> " ; BG ; 410 INPUT V : ; 420 W(M2-Ml >/D 430 Vl=V-W 440 Dl=INT( 10lIil*Ml/Vl+.5> 450 D2=INT( 1000rM2/.U+. 5) 460 D3=INT( 1000*Ml/U+.5> 470 IF D2>D1 THEN IF D3>D3 THEN P=.I]~ wint( 10000*W/U+.5> 500 PRINT : ; NO : ; 510 PRINT "PC%> = ";P : ; : ; 52i1 PRI NT " H)'LKi?iYiS=0, LiIiPETLIS=5, JATKO=JOKII.I HUI-l Pl&PPAIN" 530 GET Aa 540 IF AQ="O" THEN 540 ce,i.-@u PRINT #1,!4!2 ;FD;Ml ;Fk;V;FD ;P;Fi3 ;Dl ;Fti ;D2;FC!;D3 c,:,o. 1 F AQ=" 5" THEN 580 5f[l ~1~1TlIl 34Cl 58l:l EN[)

12 LIITE 4 K IvEPI HUCiKCiI SCiUS P(%> JA KIVI AINEKSEN LASKET'TLI TIHEYS DG( kq.,/m3> ALUE: 3742 VEDECSd: 3ur k TUTKIJA: L.KIUEl<&S UUNISSA: 2urk NÄYTETUNNUS fl( g) U( cm3> Nattasen graniittiin kairatun reiän (134 m) näytteitä Rapau tunu t ta graniittia vähän yli saakka Tervettä graniittia loppuosa reiän pohjaan saakka Näytteitä on käytetty testi~ytteinä huokoisuusmittauksissa, ja ne on kuurnennettu useaan otteeseen 100 OC:een tuntumaan. Varsinkin rapautuneinrmissa ~ytteissä on havaittavissa läxpölaajenemisen aiheuttamaa huokoisuuden kasvua (vertaa LIITE 5, jonka mittaukset on suoritettu aikaisemmin).

13 LIITE 5 Nattasen graniittiin kairatun reiän (134 m) näytteitä Rapautunutta graniittia vähän yli 50 m:iin saakka Tervettä graniittia loppuosa reiän pohjaan saakka P, efektiivinen huokoisuus/vedella kyllastys, 3 vrk P, efektiivinen huokoisuus/uudelleen kyllastys, 3 vrk P,, ef ektiivinen huokoisuus/ j atkettu kyllas tys, 6 vrk Table 2. Porosity values of core samples (V, = 22.5 cm3) from the Natanen granite in northern Finland. The topmost 50 metres are weathered granite and the deeper sections fresh granite. The repeatability of porosity measurements has been tested. Depth m - - Mean St Dev Mean St Dev (Kivekäs )

14 TULOKSIA TYIIJION KkY'Tbi VXKVPURSISTA HUOKOISUUSKi~AUKCISSA Porin hiekkakivi Naytteet reiästä x = y = syvyyksiltä 220 m ja 320 m LIITE 6A KIL'EN HLIOKQI SULIS P<%) JA KIVIAINEKSEN LASKETTU TIHEYS DG( kq/m3) ALUE: UEDESSa : 1 h -3u r k TUTKIJA: L. KIVEKiiiS UUNISSA: lurk h/2kpa h/2k Pa h/2k Pa urk Mittaukset iirnan tyhj iötä Näytetwinuksessa syyyden jälkeen vedellä imeytysaika tunteina (h) tai vuorokausina (vrk). Merkintä 2 kpa ilmaisee tyhjiön käytön ko. mittaussarjassa. Naytteet wat näissä sarjoissa olleet ensin tunnin kuivina tyhjiössä, jonne sitten on laskettu vettä ja jatkettu tyhjiön käyttöä. Mittaussarjoista voi havaita, että tyhjiön käyttö nopeutti huaaattavasti ja paransi jonkin verran imeytymistä.

15 TULOKSIA!JXWIÖN KÄ" VXKUTUKSISTA HUOKOISUUSMITT~ISSA Rapautunut graniitti Nattasen kairareiästä x = y = syvyyksiltä 16.9 m ja 21.9 m LIITE 6B KIVEN HUOKOISUUS P(%> JA KIVIAINEKSEN LASKETTU TIHEYS DGtkg/m3) ALUE: 3742 VEDESSa: 4h-3vrk TUTKIJA: L.KIVEKiSS UUNISSA: 2vrk PiSIViSMiSiSRiS: LaMPöTILA: 105C Mittaukset ilman tyhjiötä h vrk Y-2vrk urk Näytetunnuksessa syvyyden jälkeen vedellä imeytysaika tunteina (h) tai vuorokausina (vrk). Merkintä 2 kpa ilaaisee tyhjiön käytön ko. mittaussarjassa. Näytteet ovat näissä sarjoissa olleet ensin tunnin kuivina tyhjiössä, jonne sitten on laskettu vettä ja jatkettu tyhj iön käyttöä. Mittaussarj oista voi havaita, että tyhj iön käyttö nopeutti hucunattavasti ja paransi jonkin verran imeytymis ta.

16 TULOKSIA TYHJION KÄ'YTÖN VAIKUTUKSISTA Terve graniitti Nattasen kairareiasta x = y = syvyyksilta 54.4 m ja m LIITE 6C KIVEN HLIOKOI SLIUS P(%> JA KIVI AINEKSEN LASKETTU TI HEYS DGt lcg/m3> ALUE: 3742 VEDESSh: 4h-3vr k TUTKI JA : L. KIiJEKaS UUNISSA: 2vrk NaYT ET LINN LI S M<g) V(cm3) P<%) DG<Kg/m3) DB(wet) DH<drr> Mittaukset ilman tyhj iöta Näytetunnuksessa syvyyden jälkeen vedellä imeytysaika tunteina (h) tai vuorokausina (vrk). Merkintä 2 kpa ilmaisee tyhjiön käytön ko. mittaussarjassa. Näytteet wat näissä sarjoissa olleet ensin tunnin kuivina tyhjiössä, jonne sitten on laskettu vettä ja jatkettu tyhjiön käyttöä. Mittaussarjoista voi havaita, että tyhjiön käyttö nopeutti hucmattavasti ja paransi jonkin verran imsytymis ta.

17 LIITE 7 HUONEILMAN KOSTEUDEN Näytteet on punnittava välittöunasti uunista oton jalkeen. Varsinkin huokoiset naytteet imevät nopeasti kosteutta ilmasta. Toisaalta tiivillä pienikokoisilla näytteillä jo 0.01 g:n virhe aiheuttaa huomattavan prosentuaalisen virheen. Taulukoista näkee selvästi näytekoon vaikutuksen tulosten tarkkuuteen. Taulukko 1. Lappajärven meteoriittikraatterin kairareiän LJ4 sueviitit (näytteet ja m:n syvyydeltä) ovat hyvin huokoisia. Myös meteoriittitö~ksessä voimakkaasti muuttuneet pegmatiittigraniitit (36-00 ja ) ja kiillegneissit (230.30) uvat tavallista huokoisenpia. Huokoisuudet (P%) on mitattu 7 wk:n kyllastyksella ja 6 mk:n uunissa / 105 "C kuivatuksella. Huoneilman kosteuden imeytymista on seurattu 70 min ajan uunista oton jalkeen. irneytynyt kosteus ~m(70-0) antaisi huokoisuudelle liian pienen arvon, virhe ~P(70-0). Alimmalle riville on laskettu minkälaisen prosentuaalisen virheen kuivapunnituksen 70 min viive aiheuttaisi. Taulukko 2. Porin hiekkakiveen (x= ja y= ) kairatun m:n reiän näytteitä syvyyksiltä 33, 110, 320, 430 ja 600 m. Huokoisuudet (P%) on mitattu 4 vrk:n kyllastyksella ja 4 mk:n uunissa / 90 "C kuivatuksella. Huoneilman kosteuden imeytymista on seurattu 90 min ajan uunista oton jälkeen. imeytynyt kosteus Am (90-0) antaisi huokoisuudelle liian pienen arvon, virhe ~P(90-0). Alimmalle riville on laskettu minkälaisen prosentuaalisen virheen kuivapunnituksen 90 min viive aiheuttaisi.

18 LIITE 8 Taulukko 1. Huokoisuusmittausten menetelmävertailun mittaussarja 1. Reikä 357, syvyys 170 m. Mitatut huokoisuudet (%). Näyte GTK VTT/KET punn. VTT/KET eluutio JYFL STUK (+HyRL) 1 (65 0,33 0,27 0,3~ 0,38~ 0,3g3 2 (49 0,32 0,25 0,3~ 0,42 3 (59 0,32 0,30 0,26~ 0,loS 0,25~ 0,24 4 (3l) 0,28 0,25 Ruskeeniemen numerointi K41 K42 H-3; kapasiteettitekijä asp + Kdp, De = 1, m /s C1-36; kapasiteettitekijä a 5 + Kdp, anioniekskluusio, De = m /s De = m 21s (konversiokerroin vesifaasiin ) De = m 21s (- " -) De=8, m 2 h (-" -) Taulukko 2. Huokoisuusmittausten menetelmävertailun mittaussarja 2 (kuivatuslämpötilan vaikutus). Reikä 357, syvyys 170 m. Mitatut huokoisuudet (96). Näyte VTT1YK.I 20 "C VTT/KET 40 "C JYFL 44 OC GTK 105 "C STUK (+ml 120 "C K1 (170,17) 0,19 0,30 0,25 0,28 0,26 K2 (170,19) 0,19 0,28 0,25 0,26 0,26

19 LIITE 9 TIHEYS / HUOKOICWS Eri kiintotiheyden arvoille (Dg = kg/m3) lasketut kuiva- ja märkatiheydet huokoisuuden kasvaessa Dg = kiintotiheys POROSITY 1%) = kuivatiheys Q, = märkätiheys = veden tiheys p = huokoisuus (mrto-osana) POROSITY 1%) - n E \ ADb = Dbw - Dbd = p*dw 0) M'ärka- j a kuivatiheyden > ZOO k - UI W D ero (AR) saadaan kertomlalla huokosnesteen tiheys huokoisuudella POROSITY (X) Fig. 1. Calculated dry bulk densities (DM, dry sample) and wet bulk densities (D,,, water saturated sample) for different grain densities (Dg = 3000, 2800 and 2600 kg/m') with increasing porosity (p = porosity as a fraction). The difference (AD,) between dry and wet bulk densities does not depend on grain densities. (Kivekäs 1993)

20 LIITE 10 Lappaj ärven kairareikä W1 Näytteitä 155 Korrelaatiokerroin - 0,945 LAPPAJARVI DRILL HOLE LJI CORE SAMPLES N = 155 POROSITY (%) Fig. 3. Relationship between resistivity (R) and effective porosity (P,). A least-squares fit is included. Rw = resistivity of rap water = 50 Qm and r = coefficient of correlation. (Kivekäs 1993)

21 LIITE 11 P-AALLON NOPEXJS / HUOKOISWS Porin hiekkakivi Pehkuranta, Yläne Kairareikä x = y = Näytteitä N = 46 Korrelaatiokerroin r = PORI SANDSTONE CORE SAMPLES N = I I I I o" 10' POROSITY (%) 1 ' 1 I 1