Käytetyn polttoaineen loppusijoitus Suomen kallioperään

Transkriptio

1 Ill FI POSIVA Käytetyn polttoaineen loppusijoitus Suomen kallioperään Yksityiskohtaiset sijoituspaikkatutkimukset Posiva Oy Joulukuu 1996 POSIVA OY Annankatu 42 D, FIN-OO1OO HELSINKI, FINLAND Phone (09) (nat), ( ) (int.) Fax (09) (nat), ( ) (int.)

2 POSIVA Käytetyn polttoaineen loppusijoitus Suomen kallioperään Yksityiskohtaiset sijoituspaikkatutkimukset Posiva Oy Joulukuu POSIVA OY A n n a n k a t u 4 2 D. FIN-OO1OO H E L S I N K I. F I N L A N D _ P h o n e (09) ( n a t ). ( ) (int.) U Fax (09) ( nat ). ( ) (int.)

3 ISBN ISSN

4 Posiva-raportti - Posiva report Posiva Oy Annankatu 42 D, FIN HELSINKI, FINLAND Puh. (09) Int. Tel Raportin tunnus - Report code POSIVA Julkaisuaika - Date Joulukuu 1996 Tekijä(t) - Author(s) Toimeksiantaja(t) - Commissioned by Posiva Oy Posiva Oy Nimeke - Title KÄYTETYN POLTTOAINEEN LOPPUSIJOITUS SUOMEN KALLIOPERÄÄN, YKSITYISKOHTAISET SIJOITUSPAIKKATUTKIMUKSET Tiivistelmä - Abstract Teollisuuden Voima Oy:n (TVO) ja Imatran Voima Oy:n (IVO) yhteinen yhtiö Posiva Oy huolehtii käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta ja sitä varten tehtävästä tutkimus- ja kehitystyöstä. Menossa olevat sijoituspaikkatutkimukset tähtäävät paikan valintaan valtioneuvoston v tekemän periaatepäätöksen mukaisesti. Tässä raportissa on esitetty yhteenveto vuosien aikana tehdyistä yksityiskohtaisista paikkatutkimuksista Kuhmon Romuvaarassa, Äänekosken Kivetyssä ja Eurajoen Olkiluodossa. Väliraportointi on kokonaisuudessaan laaja ja koostuu sarjasta tutkimusala- ja -aluekohtaisia raportteja. Vuosien tutkimusohjelma on jaettu kolmeen osa-alueeseen: 1) tutkimusalueiden kallioperän perustilaa kuvaaviin tutkimuksiin, 2) lisätietojen hankkimiseen tähtääviin karakterisointitutkimuksiin, ja 3) tutkimustulosten ja oletusten testaamiseen, jonka tarkoituksena on selvittää aikaisemmin saatujen tulosten paikkansapitävyyttä ja käytettyjen oletusten pätevyyttä. Perustilan tutkimuksilla on karakterisoitu alueiden pohjaveden kemiallinen laatu seikkaperäisesti sekä tehty yhteenveto hydrologisista havaintosarjoista. Olkiluodon kallioperästä tavattiin suolaisia vesiä ja alustavat tiedot viittaavat, että suolaisuus lisääntyisi syvemmälle mentäessä. Kallioperän jännitystila vastaa Suomen kallioperässä yleensä tavattuja arvoja ja vaihtelua. Tutkimustulosten tulkinnan perusteella alueiden kalliomallien rikkonaisuusrakenteisiin tehtiin lisäyksiä ja joitakin muutoksia. Loppusijoitustilojen sijoittamista alueiden kallioperään kalliomallien muutokset eivät estä. Saadut tulokset vahvistavat aikaisempia käsityksiä tutkimusalueiden kallioperän ominaisuuksista ja sitä, että turvallinen loppusijoitus on mitä ilmeisimmin toteutettavissa kaikilla alueilla. Jatkossa pyritään alueita arvioimaan tutkimusaineistoa analysoimalla ja mallintamalla. Lisätietoa hankitaan etupäässä pohjavesikemian aineistojen täydentämiseksi ja pohjaveteen liuenneiden aineiden kulkeutumisen arvioimiseksi. ISBN ISBN ISSN ISSN Sivumäärä - Number of pages liitteet Kieli - Language Suomi

5 Posiva-raportti - Posiva report Posiva Oy Annankatu 42 D, FIN HELSINKI, FINLAND Puh. (09) Int. Tel Raportin tunnus - Report code POSIVA Julkaisuaika - Date December 1996 Tekijä(t) - Author(s) Toimeksiantaja(t) - Commissioned by Posiva Oy Posiva Oy Nimeke - Title FINAL DISPOSAL OF SPENT FUEL IN THE FINNISH BEDROCK, DETAILED SITE INVESTIGATIONS Tiivistelmä - Abstract Posiva Oy, jointly owned company of Imatran Voima Oy (IVO) and Teollisuuden Voima Oy (TVO), studies the Finnish bedrock for the final disposal of the spent nuclear fuel. The study is in accordance with the decision in principle by Finnish government in 1983 and aims at site selection. This report is the summary of the first stage of the detailed site investigations carried out during the years The three sites in question, Romuvaara in Kuhmo, Kivetty in Äänekoski and Olkiluoto in Eurajoki were selected for the detailed characterization on the basis of the preliminary site investigations at five areas. The interim reporting in 1996 is comprehensive and comprises a series of reports covering different disciplines and sites. The programme for was divided into three sub-programs: 1) the baseline investigations describing the present conditions in the bedrock, 2) the additional characterization for the acquisition of complementary data, and 3) the investigations for testing the earlier results and hypotheses to build confidence in existing understanding. The baseline investigations have thoroughly characterized the groundwater chemistry of the sites, as well as, summarized hydrological observations at the sites. Saline groundwaters were found at Olkiluoto and preliminary results indicate that the salinity increases towards the depth. The state of the rock stress measured in deep boreholes correlates with the general knowledge of rock stress in Finnish bedrock. Based on the interpretation of additional characterization some complementary features have been added, and some changes in earlier features have been made to the structural models. The developments in the models do not, however, impede locating the vault at the desired depth in the bedrock. The results obtained confirm the former conclusions on the properties of the bedrock at each site, and indicate that the safe disposal would be possible to achieve at every site. In the second stage, , the programme will concentrate to evaluate the sites by analysing and modelling the information gathered. The further characterization is needed to increase hydrogeochemical information and evaluate the transport of solutes. ISBN ISBN ISSN ISSN Sivumäärä - Number of pages Appendices Kieli - Language Finnish

6 SISÄLLYSLUETTELO sivu Tiivistelmä Abstract ESIPUHE 1 1 JOHDANTO 3 2 TUTKIMUSOHJELMA JA TAVOITTEET VUOSILLE Yleistä Tutkimusohjelmat Tutkimusten tavoitteet 8 3 TEHDYT TUTKIMUKSET Yleistä Maanpintatutkimukset Geologiset kartoitukset Sähkömagneettiset taajuusalueen syväluotaukset Kairaustutkimukset Kairaukset Jännitystilamittaukset Näytetutkimukset Reikätutkimukset Suuntaava reikätutka Latauspotentiaalimittaukset Reikäseismiset heijastusluotaukset Standardigeofysiikan reikämittaukset Kairanreiän seinämää kuvaavat reikäkeilainmittaukset Hydrologiset tutkimukset Virtauseromittaukset Poikkivirtausmittaukset Vakiopainekokeet Pumppauskokeet Vesinäytteenotot Perustilan näytteenotot Sade-ja luminäytteet Ympäristönäytteet Täydentävä karakterisointi/näytteet jatkoreiistä Näytteenotto koepumppausten yhteydessä 34

7 3.7.6 Kallion pintaosan pohjavesinäytteet Analyysiohjelmat Kallioperän pitkäaikaismonitorointi 35 4 TUTKIMUSTULOKSET Perustilan tutkimukset Hydrogeokemiallisten olosuhteiden perustilan tutkimukset Hydrogeologian pitkäaikaishavainnot Jännitystila Täydentävä karakterisointi Kivetyn geologia Kivetyn kalliomain ja hydrogeologiset ominaisuudet Olkiluodon geologia Olkiluodon kalliomalli ja hydrogeologiset ominaisuudet Romuvaaran geologia Romuvaaran kalliomalli ja hydrogeologiset ominaisuudet Tulosten ja oletusten testaus Lähtökohdat ja tavoitteen asettelut Kivetty Olkiluoto Romuvaara YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET JATKOTUTKIMUSTARVE Yleistä Päätehtävät Tutkimustarve LÄHDELUETTELO 167 LIITTEET 1. Kartta: Kivetyn tutkimusalue 2. Kartta: Olkiluodon tutkimusalue 3. Kartta: Romuvaaran tutkimusalue 4. Luettelo: Yksityiskohtaisiin sijoituspaikkatutkimuksiin liittyvät työraportit Luettelo: Yksityiskohtaisiin sijoituspaikkatutkimuksiin liittyvät YJT-ja POSIVA-raportit

8 ESIPUHE Eduskunta muutti vuonna 1994 ydinenergialakia siten, että ydinjätteiden tuonti Suomeen samoin kuin vienti maastamme kiellettiin. Selkeäksi tavoitteeksi on asetettu Suomessa tuotettujen ydinjätteiden loppusijoittaminen peruskallioon. Lain muutos vahvistaa Valtioneuvoston vuonna 1983 tekemää periaatepäätöstä, missä annettiin tavoitteet ja aikataulu ydinjätehuollon toimenpiteille. Tätä aikataulua on noudatettu, toimenpiteitä toteutettu sekä suoritettu tutkimus- ja kehitystyötä. Ratkaisut vähä- ja keskiaktiivisten voimalaitosjätteiden osalta ovat edenneet jo toteutusvaiheeseen. Teollisuuden Voima Oy:n loppusijoitustila Olkiluodossa otettiin käyttöön toukokuussa 1992 ja Imatran Voima Oy:n vastaava laitos Hästholmenilla on parasta aikaa valmistumassa. Teollisuuden Voima Oy (TVO) aloitti valmistautumisen käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoittamiseen 1980-luvun alussa. Valmisteluvaiheiden jälkeen varsinaisiin kenttätutkimuksiin siirryttiin huhtikuussa Sijoituspaikkatutkimusten ohella on kehitetty loppusijoituksen tekniikkaa ja analysoitu loppusijoituksen turvallisuutta. Kaikkeen tutkimus- ja kehitystyöhön on liittynyt jatkuvaa kansainvälistä tiedonvaihtoa joko kansainvälisten järjestöjen kautta tai suoraan kahdenvälisin sopimuksin vastaavaa tutkimus-ja kehitystoimintaa harjoittavien organisaatioiden kanssa. Suomalaista tutkimus- ja kehityspanosta on täydennetty osallistumalla ulkomailla oleviin kalliolaboratoriohankkeisiin. Imatran Voima Oy (IVO) palautti käytetyn uraanipolttoaineen Venäjälle vuoteen 1996 saakka. Lakimuutosten jälkeen TVO ja IVO päättivät perustaa yhteisen yhtiön Posiva Oy:n huolehtimaan käytetyn polttoaineen loppusijoituksesta. Vuoden 1996 alusta lähtien Posiva on jatkanut TVO:n toteuttamaa tutkimus- ja kehitysohjelmaa, johon liitettiin IVOn vuonna 1995 aloittama työ. Käytetyn polttoaineen loppusijoituksen aikajänne on pitkä. Tutkimusten aloittamisesta varsinaisen loppusijoitustoiminnan alkuun vuonna 2020 kuluu suunnitelmineen 40 vuotta. Sijoituspaikan valintaan tähtäävä työ aloitettiin vuonna 1983 ja paikka tulisi valita vuoden 2000 loppuun mennessä. Valintaan liittyvät kallioperätutkimukset suoritetaan vaiheittain ja menossa on prosessin viimeinen vaihe, vuosien yksityiskohtaiset paikkatutkimukset. Vuosien selvitysten kohteena oli koko Suomi ja vuosina viisi tutkimusaluetta. Tutkimusjakson , jota tämä väliraportti kuvaa, kohteena on ollut kolme tutkimusaluetta. Näitä tutkimuksia varten TVO asetti projektin, jota on jatkettu Posivan toimesta. Projektin päätehtävänä on ollut suorittaa sijoituspaikan valinnan perustelemista, turvallisuuden arviointia ja tekniikan kehittämistä varten tarpeellisia kallioperätutkimuksia tutkimusalueilla. Projektin vetäjänä on toiminut Timo Aikäs Posivasta. Projektiryhmän jäseninä ovat olleet Heikki Hinkkanen ja Veli-Matti Ämmälä Posivasta sekä Posivan konsultit Henry Ahokas, Paula Ruotsalainen ja Pauli Saksa Fintact Oy:stä, Antti Ikonen ja Antti Öhberg Saanio & Riekkola Oy:stä sekä Pekka Anttila IVO International Oy:stä. Tämä raportti on tutkimusvaiheen väliraportti ja siinä on tehty yhteenveto nelivuotisen tutkimusjakson työstä. Raportin laatimiseen ovat osallistuneet: Henry Aho-

9 kas, Pekka Anttila, Eero Heikkinen (Fintact Oy), Heikki Hinkkanen, Paula Ruotsalainen, Nina Sacklen (Saanio & Riekkola Oy), Pauli Saksa, Margit Snellman (Posiva Oy), Timo Aikäs ja Antti Öhberg. Raportin valmistamisesta julkaisuksi ovat vastanneet Pirkko Bäckström Posivasta ja Kari Försti Saanio & Riekkola Oy:stä. Raportti on yhteenveto useasta aihekohtaisesta raportista. Vuoden 1996 sijoituspaikkatutkimusten raportoinnin rakenne ja siihen kuuluvat raportit on esitetty oheisessa kuvassa. Raportin liitteinä olevissa luetteloissa on esitetty vuosien yksityiskohtaisiin sijoituspaikkatutkimuksiin liittyvät raportit. POSIVA PATU PATU PATU PATU TEKNIIKKA JA HYDROGEOCHEMISTRY HYDROGEOLOGIA PATU-PROJEKTIN MENETELMÄT YHTEENVETO PATU PATU 'ATU GEOLOGIA JA GEOFYSIIKKA PATU PATU PATU KALLIOMALLI Käytetyn polttoaineen sijoituspaikkatutkimusten väliraportointi vuonna 1996.

10 1 JOHDANTO Ydinenergialain mukaan ydinenergian tuottaja on vastuussa kaikista syntyvistä ydinjätteistä aina siihen saakka, kunnes ne on katsottu pysyvästi loppusijoitetuksi. Nykyisen suunnitelman mukaan käytetty polttoaine suljetaan kestäviin kuparisäiliöihin ja sijoitetaan syvälle peruskallioon. Tällaiselle ratkaisulle laadittu turvallisuusanalyysi on osoittanut, että näin toteutettuna loppusijoituksesta ei pitkälläkään aikavälillä aiheudu vaaraa ympäristössä eläville (Vieno et ai. 1992, Vieno & Nordman 1996). Vuoteen 1995 saakka Teollisuuden Voima Oy (TVO) vastasi käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoitukseen tähtäävästä tutkimus-ja kehitystyöstä mukaanlukien paikanvalintatutkimukset. Ydinenergialakiin tehtyjen muutosten myötä myös Imatran Voima Oy:n (IVO) käytetty uraanipolttoaine tullaan loppusijoittamaan kotimaahan Venäjälle palauttamisen sijasta. Tämän seurauksena TVO ja IVO päättivät perustaa v yhteisen yhtiön, Posiva Oy:n, huolehtimaan loppusijoituksen tutkimuksesta ja myöhemmin loppusijoituslaitoksen rakentamisesta sekä käytöstä. Posiva aloitti toimintansa vuoden 1996 alussa. Posiva jatkaa TVO:n aloittamaa tutkimusohjelmaa, joka tähtää sijoituspaikan valintaan vuonna Ohjelman taustalla ovat Valtioneuvoston vuonna 1983 ja kauppa- ja teollisuusministeriön (KTM) vuonna 1991 tekemät päätökset. Niiden mukaan valmius loppusijoituksen aloittamiseen on oltava vuonna Valmius loppusijoituslaitoksen rakentamislupahakemuksen jättöön tulee ohjelman mukaan olla vuonna Vuonna 1983 käynnistettiin selvitykset, joiden tarkoituksena oli nimetä joukko sopivia alueita alustaviin tutkimuksiin. Selvitykset laadittiin koko Suomesta käytettävissä olleen geologisen ja muun tutkimusaineiston avulla. Työ raportoitiin Valtioneuvoston periaatepäätöksessä esitetyn aikataulun mukaisesti vuoden 1985 lopussa. Tämän työn sekä muiden tekijöiden perusteella valittiin vuonna 1987 viisi tutkimusaluetta alustaviin sijoituspaikkatutkimuksiin. Valituiksi tulivat Hyrynsalmen Veitsivaara, Kuhmon Romuvaara, Konginkankaan Kivetty (v toteutetun kuntaliitoksen jälkeen Äänekosken Kivetty), Sievin Syyry sekä Eurajoen Olkiluoto. Vuosina tehtyjen alustavien sijoituspaikkatutkimusten tulokset on esitetty vuoden 1992 lopulla julkaistussa yhteenvetoraportissa (Teollisuuden Voima Oy 1992a). Tutkimusten perusteella kolme tutkituista paikoista (Romuvaara, Kivettyjä Olkiluoto) valittiin yksityiskohtaisiin sijoituspaikkatutkimuksiin vuosiksi Tutkimuspaikkojen sijainti on esitetty kuvassa 1-1. Yksityiskohtaiset paikkakohtaiset tutkimukset jaettiin kahteen jaksoon. Ensimmäisen jakson päätavoitteena vuosina on ollut varmistaa aiempia tuloksia ja lisätä tietoja keskeisistä kallioperätekijöistä. Tutkimusten toisen vaiheen keskeisenä tavoitteena vuosina on arvioida alueiden ominaisuuksia ja määrittää loppusijoitustilojen rakentamiseen soveltuva alue paikan kallioperässä. Kivetyssä, Olkiluodossa ja Romuvaarassa tehtyjen paikkatutkimusten ohella on laadittu esiselvityksiä, joiden tarkoituksena on ollut selvittää eräiden alueiden soveltuvuutta loppusijoitustutkimuksiin. Vuonna 1993 sovittiin Kannonkosken kunnan ja TVO:n välillä, että Kannonkoskenkin alueen soveltuvuutta loppusijoitukseen selvitettäisiin. Erityisesti tarkastelun kohteena oli Kannonkosken itäosan kallio. Tämän perusteella laadittiin esiselvitys,

11 jossa tarkasteltiin sekä geologisia että muita edellytyksiä loppusijoituksen toteuttamiselle Kannonkoskella. Esiselvityksen tulokset esitettiin vuoden 1994 lopussa julkaistussa yhteenvetoraportissa (Teollisuuden Voima Oy 1994d). IVO alkoi selvittää mahdollisuuksia käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoittamiseksi kotimaahan vuonna 1995 eduskunnan säädettyä ydinenergialakiin muutoksen, joka kieltää ydinjätteen viennin pysyvästi Suomesta. Tutkimus- ja kehitysohjelmaan kuului Hästholmenin kallioperäolosuhteiden selvittäminen. Posivan perustamisen jälkeen IVOn aloittama työ liitettiin osaksi menossa olevaa käytetyn polttoaineen loppusijoituksen tutkimusohjelmaa ja laajennettiin esiselvitykseksi, jossa geologisten tekijöiden lisäksi tarkastellaan myös muita loppusijoitustoiminnan kannalta oleellisia tekijöitä. Hästholmenia koskeva selvitystyö katsottiin tärkeäksi, koska voimalaitosalueena se on Eurajoen Olkiluotoa vastaavassa asemassa. Molemmissa on jo runsaasti hankkeen toteuttamisen kannalta tärkeää ydinvoimateollista infrastruktuuria sekä polttoaineen välivarastot, joissa on jo varastoituna merkittävät määrät käytettyä polttoainetta. Esiselvitys tehtiin vuoden 1996 aikana (Posiva Oy 1996). Tässä raportissa kuvataan vuosina tehdyt yksityiskohtaiset sijoituspaikkatutkimukset sekä esitetään tutkimusten keskeiset tulokset. Tutkimukset on tehty vuoteen 1995 saakka TVO:n ja vuoden 1996 alusta lähtien Posivan toimesta Eurajoen Olkiluodossa, Kuhmon Romuvaarassa ja Äänekosken Kivetyssä. Paikkatutkimusten aluekohtaiset tutkimukset ja tulokset on esitetty tässä raportissa suppeassa muodossa. Raportti on luonteeltaan väliraportti ja tutkimusjaksoa koskevia arvioita ei tule tehdä pelkästään tässä raportissa esitetyn tulosaineiston perusteella, vaan raportin taustana on kattava yhteenvetoraporttiaineisto ja tutkimuskohtainen raportointi. Taustaraportit on luetteloitu raportin liitteissä 4 ja 5. Raportti esittelee nelivuotisen tutkimustyön taustan ja menetelmät yleisesti luvuissa 2-3. Kunkin tutkimusalueen uudet tulokset esitetään luvussa 4. Luvuissa 5-6 on esitetty johtopäätöksiä sekä suuntaviivoja jatkotutkimukselle. Tutkimustyöhön on osallistunut suuri joukko suomalaisia ja ulkomaisia tutkimusorganisaatioita. Merkittävällä tavalla tutkimuksiin ovat osallistuneet asiantuntijat Fintact Oy:stä, Geologian tutkimuskeskuksesta, Geopros Oyistä, Imatran Voima Oy:stä, IVO International Oyistä, Kivitieto Oyistä, Lapela Oy:stä, Maa ja Vesi Oy:stä, PRG-Tec Oyistä, Saanio & Riekkola Oyistä, Suomen Malmi Oyistä, Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen Yhdyskuntatekniikka- sekä Energia-toimintayksiköistä, Vibrometric Oyistä ja Helsingin, Oulun ja Turun yliopistoista sekä Teknillisestä korkeakoulusta. Ulkomaisia tutkimusorganisaatioita ovat olleet Robertson Geologging Ltd sekä SKBin (Svensk Kärnbränslehantering Ab) kautta Geosigma Ab ja Vattenfall Hydropower Ab.

12 m Kuhmo Romuvaara Eurajoki Olkiluoto Kuva 1-1. Tutkimusalueiden sijainti.

13 2 TUTKIMUSOHJELMA JA TAVOITTEET VUOSILLE Yleistä Paikkatutkimusohjelman mukainen tiedonhankinta kallioperätekijöistä tähtää kokonaisuutena tutkimuskohteiden karakterisointiin paikanvalintaa varten. Paikanvalinnassa on kyse vuonna 1983 aloitetun valintaprosessin loppuunsaattamisesta, sen eri vaiheissa tehdyissä valinnoissa pohjana käytettyjen kallioperäoletusten tarkastelusta ja niiden kattavuuden arvioinnista. Paikan valinnan perustelemisessa eräs keskeinen osa on paikkakohtainen turvallisuuden arviointi. Paikkakohtaisen turvallisuusarvion perustana on luonnollisesti paikkakohtainen loppusijoitussuunnitelma. Näiden avulla voidaan tarkastella valinnan kohteena olevan paikkakandidaatin kallioperän toimintakykyä loppusijoitusjärjestelmän osana. Turvallisuusarviossa ja loppusijoitussuunnitelmassa tarvittavien parametriarvojen saamiseksi ja niiden edustavuuden varmistamiseksi joudutaan parametreja suoraan mittaavien ja/tai monitoroivien kokeiden ohella suorittamaan tulosten tulkinnan ja mallintamisen perustaksi runsaasti muita tutkimuspaikan kallioperää karakterisoivia tutkimuksia. Tyypillisiä, paljon taustatietoja vaativia määrityksiä ovat pohjavesikemian tutkimukset ja kulkeutumisen tarkasteluun liittyvien hydraulisten parametrien mittaukset. Eräitä pohjavesivirtaus-ja kulkeutumisanalyysissä käytettyjen parametrien arvoja on erittäin vaikeaa mitata suoraan kalliosta. Tällaisia parametreja ovat erityisesti rakoiluparametrit kuten rakoavauma, rakopituus ja muoto. Näitä parametreja voidaan kuitenkin mitata epäsuorasti geofysikaalisten menetelmien ja hydraulisten kokeiden avulla. Tuloksia voidaan käsitellä tilastollisesti mallinnusta varten. Kallioperätutkimusohjelman tavoitteena on myös myöhemmässä vaiheessa karakterisoida mahdollisen sijoitustilan rakennuspaikan kallioperä riittävän yksityiskohtaisesti tilojen suunnittelua varten. Paikkakohtaisen turvallisuusanalyysin tulee myös ottaa alustavasti huomioon tilojen rakentamisen ja käytönaikaiset vaikutukset kallioperään. 2.2 Tutkimusohjelmat Vuonna 1982 laadittiin ohjelma sijoituspaikkatutkimuksille (Äikäs ja Laine 1982), jossa esitetyt aikataulut ja tutkimusten tavoitteet ovat pääpiirteissään samat valtioneuvoston periaatepäätöksen kanssa (Valtioneuvosto 1983). Tutkimusohjelmassa esitettiin vuosina tehtävien sijoituspaikkatutkimusten jako neljään eri vaiheeseen, jossa yksityiskohtaiset paikkatutkimukset edustavat kolmatta vaihetta. Tutkimusohjelmassa tuotiin esiin koereiän kairaaminen ja siinä toteutettava tutkimusohjelma, joilla tavoiteltiin kokemusten kartuttamista eri tutkimusmenetelmien käytöstä syvissä kairanrei'issä. Tavoitteena oli käyttää koereiästä saatavaa tulosaineistoa tutkimustulosten käsittely-, tulkinta- ja tallennusmuotojen kehittämisessä. Vuonna 1985 laadittiin tarkistettu sijoituspaikkatutkimusohjelma vuosiksi (Äikäs 1985). Tutkimusohjelman lähtökohtina olivat em. periaatepäätös, Teollisuuden

14 Voima Oy:n käytetyn polttoaineen huollon toimintaohjelma, aikaisempi tutkimusohjelma (Äikäs ja Laine 1982), kansainväliset suositukset tutkimuksista sekä vuosina saadut kokemukset Lavian koereiässä tehdyistä menetelmätesteistä. Yksityiskohtaisten paikkatutkimusten ensimmäiselle vaiheelle, , laadittiin periaatteellinen tutkimusohjelma vuonna 1993 (Teollisuuden Voima Oy 1993). Tutkimusohjelmassa otettiin huomioon eri tutkimusalueiden erityispiirteet, mikä tarkoitti eri alueiden välillä sisällöltään osittain toisistaan poikkeavia tutkimustoimenpiteitä. Tutkimusohjelmassa tutkimusten sisältö jaettiin kolmeen osa-alueeseen: perustilan tutkimukseen, jonka tarkoituksena oli määrittää olosuhteet riittävän kattavasti ja mahdollistaa mm. pitkäaikaisen monitoroinnin tarvitsemat vertailutiedot tutkimuspaikan karakterisointitutkimuksiin, jotka tähtäsivät lisätietojen hankkimiseen kohteen kallioperästä - tutkimustulosten ja oletusten testaamiseen, jonka tarkoituksena oli selvittää aikaisemmin saatujen tulosten paikkansapitävyyttä ja käytettyjen oletusten pätevyyttä. Tutkimuspaikan karakterisointitutkimuksille laadittiin vuosille paikkaspesifiset tutkimusohjelmat (Teollisuuden Voima Oy 1994a, 1994b ja 1994c). Tutkimusohjelmissa esitettiin ko. tutkimusvaiheessa tehtävät tutkimukset aihepiireittäin ja tutkimussuunnitelma aikatauluineen. Tutkimusohjelmien ulkopuolelle jätettiin mm. menetelmäkehitys, laitekehitys ja -hankinnat, kallioperän yleisselvitykset sekä kansainväliset yhteydet, joiden aikataulut eivät suoraan kytkeydy tutkimusohjelmaan. Loppusijoituksen kallioperätutkimukset ovat edenneet alusta lähtien läheisessä kanssakäymisessä turvallisuuden arvioinnin ja loppusijoituksen teknisen suunnittelun kanssa. Tätä toimintalinjaa on pyritty entisestään vahvistamaan vuoteen 2010 ulottuvassa käytetyn polttoaineen tutkimus- ja kehitysohjelmassa (Teollisuuden Voima Oy 1992b). Tutkimusohjelmien ohella tutkimustoimenpiteiden ohjauksessa on otettu käyttöön tutkimusprojektin sisäiset suunnittelumuistiot, joissa on esitetty mm. yksityiskohtaiset menettelytapa-ja työohjeet tutkimuksille. Aiempien tulosten ja oletusten testausvaiheen ohjelma on käsitelty kokonaisuudessaan suunnittelumuistiotasolla. Lista sisäisistä muistioista on esitetty raportissa (Öhberg 1997). tetoimikunta 1992,1993,1994,1995) on käsitelty mm. paikkatutkimusten tutkimusohjelmaa, geologisia yleisselvityksiä, laite- ja menetelmäkehitystä sekä paikkatutkimuksiin läheisesti liittyneitä esiselvityksiä (Kannonkoski, Loviisa) ja ns. emäksisten kivilajien tutkimusohjelmaa. YJT:n tutkimusohjelman laadinnan lähtökohtina ovat KTM:n tekemän päätöksen (kauppa-ja teollisuusministeriö 1991) edellyttämiin ydinjätehuollon toimenpiteisiin liittyvä tutkimustarve ja edellisten vuosien tutkimustulokset. Tutkimusten keskeisenä tavoitteena on turvallisuusvaatimukset täyttävien perusratkaisujen teknistaloudellinen edelleenkehittäminen uusimman tutkimustiedon ja yleisen teknisen kehityksen

15 perusteella. Ohjelman laadinnassa on otettu huomioon viranomaisten lausunnot aikaisempien vuosien tutkimusohjelmista ja selvityksistä. 2.3 Tutkimusten tavoitteet Vuosina tehtyjen alustavien sijoituspaikkatutkimusten tavoitteena oli selvittää, vastasivatko tutkimusalueiden kallioperän ominaisuudet niitä oletuksia, joita kallioperälle oli asetettu alueiden valintavaiheessa. Tärkeällä sijalla oli varmistua, oliko tutkimuksiin valittujen kallioalueiden ominaisuuksissa joitain ennestään tuntemattomia piirteitä, jotka olisivat voineet jopa kyseenalaistaa loppusijoituksen teknisen toteutettavuuden ja turvallisuuden. Tällaisia olisivat voineet olla esimerkiksi erittäin laajat, vettäjohtavat, vaakaasentoiset ruhjevyöhykkeet, malmiesiintymät, poikkeuksellinen pohjavesikemia tai alueen kivilajin vaihtuminen syvyyden myötä aivan toisenlaiseksi kuin on otaksuttu. Mitään näistä ei tutkimuksissa havaittu, vaan alueiden kallioperän ominaisuudet olivat pääasiassa odotetun kaltaiset. Saadut tulokset vahvistivat aikaisempia käsityksiä kallioperän ominaisuuksista. Pohjaveden virtaamaan vaikuttavat kallion vedenjohtavuus ja hydraulinen gradientti olivat pieniä. Merkittävät vettäjohtavat rikkonaisuusrakenteet hallitsivat pohjaveden määrääjä liikkeitä kallioperässä. Pohjaveden kemialliset ominaisuudet olivat loppusijoituksen kannalta suotuisia ja olosuhteet kemiallisesti stabiilit. Lisäksi eräät pohjaveteen liittyvät tekijät kuten suolaisuus ja pitkiin viipymäaikoihin viittaavat tulokset tukevat oletusta veden hitaasta vaihtuvuudesta tutkimusalueiden kallioperässä. Jatkotutkimuksille asetetut tavoitteet loppusijoituspaikan valinnan ja kallioperän karakterisoinnin kannalta olivat: - aikaisempien kallioperästä saatujen tutkimustulosten varmentaminen tietojen kattava kokoaminen alueen nykyisen perustilan olosuhteista tulevaisuuden vertailupohjaksi. Tutkimusalueiden valinnassa on noudatettu periaatteita, joiden tavoitteena on ollut paikantaa loppusijoituspaikka suurempien ruhjevyöhykkeiden ympäröimään "kalliolohkoon". Kalliolohkossa on kallion ominaisuuksien oletettu olevan loppusijoitukselle suotuisat. Alustavissa paikkatutkimuksissa selvitettiin lohkojen olemassaoloa sekä kallion ominaisuuksia ja voitiin todeta ne loppusijoituksen kannalta riittävän hyviksi kaikilla viidellä alueella. Jatkotutkimusten tavoitteena aluevalintaprosessin kannalta on ollut varmistaa saatujen tietojen paikkansapitävyys ja sen avulla tarkastella vuonna 1983 aloitettua aluevalintaprosessia kokonaisuutena. Tarkoituksena on aikanaan arvioida käytettyjen valintakriteerien merkitystä alueiden tutkittavuuden, loppusijoitusturvallisuuden, teknisen toteutuksen sekä valittavalle paikalle jäävien kallioperän epävarmuuksien kannalta. Tutkimuskohteiden kallioperäominaisuuksiin liittyy tiedollisia ja konseptuaalisia epävarmuuksia, joiden merkitystä tulee arvioida ja tarvittaessa vähentää silmälläpitäen loppusijoituksen paikkakohtaista suunnittelua ja turvallisuuden arviointia. Tiedolliset epävarmuu-

16 det aiheutuvat ensisijaisesti tutkimusten menetelmistä ja määrästä; miten paljon tutkimustietoja on olemassa tutkimuskohteesta. Nämä epävarmuudet ovat jakaantuneet alueelle epätasaisesti, jossakin on tehty enemmän mittauksia kuin toisaalla, tai mittausten kattavuuteen jää "katvealueita", joilta ei ole kertynyt mittausten geometriasyistä informaatiota. Tiedon keruun hankaluuden sekä mitattavien parametrien joko suuren tai pienen vaihteluvälin vuoksi on tiedollisten epävarmuuksien runsas määrä geotutkimuksille yleensä tyypillistä. Vähäisen tutkimusmateriaalin perusteella hankitut mittausarvot tai parametrit joudutaan yleistämään suurta kalliotilavuutta koskeviksi. Mittausarvojen kytkemisessä kallion ominaisuuksia kuvaaviin tekijöihin joudutaan turvautumaan oletuksiin, joita useimmiten kutsutaan konseptualisoinneiksi tai laajemmin konseptuaalisiksi malleiksi. Konseptuaaliset epävarmuudet liittyvät tapaan, miten tietoja käsitellään, tulkitaan ja mallinnetaan. Konseptuaalisilla oletuksilla katetaan mm. kallioperän ominaisuuksien dimensionaalisuus, esimerkkinä pohjaveden virtaus ruhjeissa ja rakoverkostossa. Paikkatutkimuksissa on käytetty geotieteissä "yleisesti hyväksyttyjä" konseptualisointeja kallioperän ominaisuuksista. Esimerkiksi rikkonaisuusvyöhykkeet on oletettu tasomaisesti jatkuviksi ja tasalaatuisiksi. Todellisuudessa rikkonaisuuden aste voi vaihdella merkittävästi ja todellinen, vettäjohtava rikkonaisuus voi olla "läiskikkäistä" tai "putkimaista". Ongelman muodostaa, ettei tietoja pystytä hankkimaan niin runsaasti, että "realistiset" kallioperäominaisuudet käytännössä pystyttäisiin kuvaamaan malliennusteiden tai -laskujen pohjaksi ilman konseptuaalisia epävarmuuksia. Näitä epävarmuuksia joudutaan kaikissa tapauksissa kattamaan vaihtoehtoisien konseptuaalisten mallien tai konseptualisointien avulla. Paikkatutkimusten konseptuaaliset mallit liittyvät pääasiassa kallioperää kuvaaviin geometrisiin rakennemalleihin ja niihin kytkeytyviin tarkasteluihin. Merkittävimmät tulkinnat ja mallitarkastelut ovat pohjaveden virtauksen ja veden kemiallisen laadun nykytilan ja evoluution arviointi. Jatkotutkimusten yhtenä keskeisenä tavoitteena on ollut tarkastella jo laadittujen kallioperämallien pätevyyttä ja varmentaa tätä kautta tietoja pohjaveden virtauksesta ja kemiallisesta laadusta. Käytännössä tavoite on tarkoittanut aikaisemmassa vaiheessa käytettyjen oletusten testaamista. Tavoitteena on ollut myös selvittää kykyä ennustaa kallioperän ominaisuudet rajallisen tutkimusaineiston perusteella. Eräs karakterisointitutkimusten tehtävistä on ollut paikantaa kallioperän epäjatkuvuudet, jotka olisi syytä ottaa huomioon loppusijoituksen suunnittelussa ja turvallisuuden arvioinnissa. Tutkimusalueilla on osa-alueita, joilla olevien rakenteiden tulkinta ja mallinnus on perustunut muutamasta tutkimusmenetelmästä saatuun tietoon. Menetelmistä olemassa oleva kokemus ja asiantuntija-arvion kokeneisuus ovat puoltaneet valittua mallitulkintaa. Tehtävien tarkastelujen tavoitteena on ollut siis selvittää konseptuaalisten oletusten hyvyyttä suhteessa tutkimustiedon määrään. Mikäli konseptuaaliset käsitykset alueen merkittävistä rakenneominaisuuksista ovat hyvät, voidaan tällaiset rakenteet tunnistaa ja niiden ominaisuudet karakterisoida vähäisenkin tutkimustiedon perusteella riittävän hyvin mallitarkastelujen pohjaksi. Kyseessä on ollut siis tutkimuksiin olennaisesti liittyvän "oppimis- ja omaksumisprosessin" tutkiminen ja sen takaisinkytkentä saatuihin tuloksiin eli - oltiinko tulosten suhteen oikeassa.

17 10 Yksi tutkimusalueista tullaan aikanaan valitsemaan loppusijoituspaikaksi. Tulevat tutkimustoimenpiteet ja viimekädessä tutkimuskuilun rakentaminen vaikuttavat kallioperän pohjavesiolosuhteisiin. Oletettavia muutoksia tulee aikanaan tapahtumaan myös kallioperän jännitystilassa tilojen rakentamisen johdosta. Tästä syystä on jatkokarakterisoinnin tavoitteena ollut määrittää kattavasti alueen perustilan ominaisuudet. Näitä tutkimusarvoja käytetään aikanaan vertailuperustana tulevaisuudessa. Perustilan kartoitus on tarkoittanut etupäässä pohjavesinäytteiden ottoa ja pohjaveden painekorkeustiedoston muodostamista. Perustilan mittauksista ja näytteenotosta saatua tietoa on käytetty osana konseptuaalisten mallien hyvyyden tarkastelua ja hypoteesien testausta. Loppusijoituspaikan valintaa ja aikanaan loppusijoituksen toteuttamista valitulla paikalla tullaan perustelemaan paikkakohtaiseen turvallisuusarvion avulla. Paikkatutkimusten tavoitteena on tuottaa tietoja, joiden avulla voidaan varmistaa, että: loppusijoituksen turvallisuusperusteet ovat voimassa juuri valitulla paikalla loppusijoituspaikan kallioperä pystyy tarvittaessa hidastamaan ja rajoittamaan radionuklidien pääsyä luontoon siten, että niiden määrät ovat kaikissa tilanteissa haitattomia. Tavoitteena on ollut hankkia kallioperää ja sen pohjavesiolosuhteita vastaavia lähtötietoja turvallisuuden arviointia varten. Tämän lisäksi tavoitteena on kehittää ja soveltaa menetelmiä, joilla voidaan varmentua turvallisuusarviossa käytettyjen lähtötietojen ja konseptuaalisten mallien pätevyydestä. Paikkakohtaisten lähtötietojen määrittäminen käsittää mm. pohjavesikemian olosuhteiden kuvaamisen loppusijoitussäiliöiden ja polttoaineen käyttäytymisen tarkastelemiseksi sen kaltaisessa kallioperässä, johon loppusijoitus aiotaan toteuttaa. Kallioperästä on hankittu vertailutietoja, joiden avulla voidaan arvioida kykyä mallintaa olosuhteiden muutoksia (maankohoaminen, suolaisuus). Paikkakohtaista kokeellista tietoa on pyritty hankkimaan pohjaveden virtausreiteistäja testaamaan pohjaveden virtauksen ja aineiden kulkeutumisen konseptuaalisia oletuksia. Tavoitteena on ollut kehittää menetelmiä kulkeutumiseen ja pidättymiseen liittyvien parametrien hankkimiseksi ja niiden oikeellisuuden varmentamiseksi. Turvallisuuden arviointi perustetaan paikkakohtaiseen loppusijoitussuunnitelmaan, jossa on otettu huomioon loppusijoituspaikan kallioperän ominaisuudet. Paikkatutkimusten tavoitteena on ollut tuottaa tietoja, joiden avulla voidaan: valita kriteerit tunneleiden ja kapseleiden sijoittamiseksi suhteessa paikan kallioperän ominaisuuksiin selvittää maanalaisten loppusijoitustilojen mahdollisia sijoitusvaihtoehtoja loppusijoituspaikalla selvittää tutkimuskuilun sijainti hydrogeologisten jatkoarvioiden pohjaksi - laatia aikaisempaa yksityiskohtaisemmat toteutussuunnitelmat selvittää kallioperän tekniset ominaisuudet. Tavoitteena on ollut varmentaa tietoja toteutuksen kannalta tärkeistä kallioperän rikkonaisuusrakenteista ja niiden ominaisuuksista sijoituskriteereiden jatkokehityksen pohjaksi.

18 11 3 TEHDYT TUTKIMUKSET 3.1 Yleistä Kenttätutkimukset toteutettiin aluekohtaisten tutkimusohjelmien mukaan. Ohjelmissa on otettu huomioon alueiden erilaisuus ja tutkimusten sisältö on poikennut toisistaan jossakin määrin. Yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin siirryttäessä laitetekniikassa, tulosten tulkinnassa ja mallintamisessa on tapahtunut kehitystä. Myös uusia menetelmiä on otettu käyttöön. Tässä raportissa ne läpikäydään lyhyesti. Esitetyt menetelmät on kuvattu yksityiskohtaisesti viitteessä (Hinkkanen et ai. 1996). Yksityiskohtaisissa paikkatutkimuksissa maanpintatutkimusten määrä on ollut oleellisesti pienempi kuin edellisessä tutkimusvaiheessa. Geologisia kartoituksia on tehty kullakin alueella kahdesta tutkimuskaivannosta, jotka on maisemoitu kartoitustyön päätyttyä. Kahden tutkimuskaivannon lisäksi Olkiluodon alueella on kartoitettu uusien talousveden käsittelylaitoksen lietealtaiden pohjat. Geofysikaaliset maanpintatutkimukset ovat rajoittuneet sähkömagneettisiin taajuusalueen dipoliluotauksiin. Kullekin alueelle on kairattu uusia syviä kairanreikiä 4-5 kpl ja vanhoista kairanrei'ista 1-2 kpl on jatkettu syvemmiksi. Kullakin alueella on nykyisin kpl syviä kairanreikiä. Merkittävimpänä kairaustekniikkaan liittyvänä uutena menetelmänä on otettu käyttöön mammutointihuuhtelu kairauksen aikana. Alueiden KRlO-reiät kairattiin muista poikkeavasti, koska niissä tehtiin jännitystilamittauksia irtikairausmenetelmällä, jota paikkatutkimuksissa ei ole aiemmin käytetty. Geofysikaalisista reikämittauksista on käytetty laajaa kalliotilavuutta kuvaavia mittausmenetelmiä kuten seisminen VSP-mittaus, reikätutkamittaus (suuntaava ja suuntaamaton antenni) ja latauspotentiaalimittaus, sekä reiän lähitilavuutta kuvaavia menetelmiä ns. standardimittauksia. Uusina menetelminä on otettu käyttöön reiän seinämää kuvaavat keilainmittaukset: dipmeter, televiewer ja reikä-tv. Geofysikaalisten menetelmien tuloksia on hyödynnetty erityisesti kallio- ja rakennemallien päivityksessä. Pohjavesikemian selvityksissä on keskitytty alueellisiin ns. perustilan kartoituksiin. Pohjavesinäytteet on otettu pääasiassamonitulppalaitteistoilla varustetuista m syvyisistä kairanrei'ista. Näytteenotto-ohjelma on ollut erittäin kattava. Kallioperän vedenjohtavuutta on tutkittu runsaasti vuosina Käyttöön on otettu uudet menetelmät: virtausero-ja poikkivirtausmittaukset, joilla on saatu yksityiskohtaista tietoa useimpien kairanreikien vedenjohtavuuksista. Uutena menetelmänä on myös otettu käyttöön vuorovaikutuskokeiden yhteydessä tehdyt virtausmittaukset. Vedenjohtavuutta on mitattu uudistetulla vedenjohtavuuden mittauslaitteistolla. Tutkimusalueiden kallioperän pitkäaikaisstabiliteetin havainnointia varten on alueille rakennettu GPS-satelliittimittaukseen perustuvat kallioperän liikkeiden havaintojärjestelmät.

19 12 Kuvat 3-1,3-2 ja 3-3 antavat yleiskuvan eri tutkimusalueiden maastonpiirteistä ja joidenkin tutkimuspisteiden keskinäisestä sijoittumisesta alueella. Kuva 3-1. Kivetyn tutkimusalue lounaasta nähtynä. Kuvassa näkyvät molemmat tutkimuskaivannot. TKl sijaitsee Kumpuvuorella ja TK2 kairanreiän KR 10 eteläpuolella. -2. Olkiluodon saaren länsiosa. Etualalla Korvensuon allas ja lietealtaat. Tutkimusalue sijoittuu saaren keskiosaan. Taustalla erottuvat TVO.n voimalaitokset Olkiluoto 1 ja II.

20 14 Kuva 3-4. Kivetyn tutkimuskaivanto TKl sijaitsee Kumpuvuorella, jossa maapeitte isyys on vähäistä.

21 13 Kuva 3-3. Romuvaara pohjoisesta nähtynä. Reikien KR4ja KR8 keskinäinen etäisyys on m, minkä johdosta niiden välillä on voitu tehdä erilaisia reiästä reikään mittauksia. Kuvan keskellä erottuu nosturiauto, jonka nostokorista otettiin valokuvia maastosta. Tutkimus kaivannon TK2 pituus on 332 m. 3.2 Maanpintatutkimukset Geologiset kartoitukset Geologisia tutkimuksia jatkettiin kahden tutkimuskaivannon (TKl ja TK2) kartoituksella jokaisella tutkimusalueella (Paulamäki 1994,1995a,b,c, 1996, Kärki 1995).Tutkimuskaivannot olivat paljastetulta osaltaan muutaman metrin levyisiä ja pituuksiltaan; KI-TK1 n. 319 m (kuva 3-4), KI-TK2 n. 320 m, OL-TK1 n. 406 m (kuva 3-5), OL-TK2 n. 405 m, RO- TK1 n. 150 m (kuva 3-6) ja RO-TK2 n. 332 m. Olkiluodossa kartoitettiin myös Korvensuon alueelle rakennettujen raakaveden lietealtaiden pohjassa näkyvät kalliokumpareet. Altaat sijaitsevat rinnakkain ja kooltaan molemmat (kuva 3-2) ovat noin 30 x 85 m (Äikäs 1995). VLJ-luolan ympäristössä tehdyn rakokartoituksen (Sacklen 1994) tulokset on niinikään hyödynnetty paikkatutkimuksissa. Kartoitusten tarkoituksena oli hankkia lisätietoa kallioperän litologiasta ja rakenteista peitteisillä alueilla sekä tarkentaa aikaisempia havaintoja tai oletuksia kivilajikontaktien ja rikkonaisuusvyöhykkeiden sijainnista ja asennosta.

22 15 Kuva 3-5. Olkiluodon tutkimuskaivanto TK2 sijoittuu kairanreikien KR7 ja KRl väliseen maastoon.

23 16 Kuva 3-6. Romuvaaran tutkimuskaivanto TKl sijaitsee kairanreiän KR2 lounaispuolella. Kuvassa KR2:n jatkokairaus on meneillään. Etualalla olevassa painanteessa puhkeaa pintaan aiemmin tulkittu raovyöhyke Rll.

24 Sähkömagneettiset taajuusalueen syväluotaukset Sähkömagneettisin taajuusalueen dipoliluotauksin on selvitetty rikkonaisuusvyöhykkeistä, mineraalisten sähkönjohteiden esiintymisestä ja pohjaveden suolaisuuden vaihtelusta aiheutuvaa laajan kalliotilavuuden sähkönjohtavuuden vaihtelua. Tutkimuksia tehtiin jo vuonna 1990 Olkiluodossa (Heikkinen et ai. 1992b), minkä jälkeen menetelmän sovellusja tulkintatapoja on kehitetty ja mittauksia on laajennettu kaikille tutkimusalueille. Luotaukset on tehty laajakaistaisella taajuusalueen Gefinex 400 S (nk. SAMPO) -laitteistolla. Käytetty laitteisto on esitetty kuvassa 3-7. Kullakin alueella on mitattu eri suuntaisia ja eri lähetin-vastaanotin -etäisyyksien luotauksia Romuvaarassa 310, Kivetyssä 177 ja Olkiluodossa 291 kappaletta. Mittaukset on tehty pintaosien selvitykseen tarkoitettuina tiheän pistevälin, lyhyen lähetin-vastaanotinvälin linjamittauksina sekä syvien osien selvitykseen suunnattuina harvahkon pistevälin, keskipitkien ja pitkien lähetin-vastaanotinvälien pisteluotauksina (Suomen Malmi Oy 1994a, 1994b, Jokinen & Jokinen 1994). Etenkin sähköä johtavia piirteitä on paikannettu jopa yli kilometrin syvyydeltä. Luotettavimmin on voitu tulkita sekä maanpinnan lähellä sijaitsevien kerrosten ominaisvastus ja paksuus että syvällä sijaitsevien johdekerrosten sähkönjohtokyky ja yläpinnan sijainti. LÄHETIN ^t 05-5Om VASTAANOTIN B z L = m xä< By OR b y -7. Yläkuvassa laajakaistaisen taajuusalueen SAMPO-mittauksen periaate. Alakuvissa esitetty lähetin (v.)ja vastaanotin (o.) (Jokinen 1993).

25 18 Mittausta on voitu käyttää Kivetyn ja Romuvaaran erittäin resistiivisen kallion heikohkojen johtavuuskontrastien tulkintaan, ja alueilta on voitu saada lisäviitteitä paikallisista rikkonaisuusrakenteista. Luotausten tavoitteena on ollut selvittää myös suolaisten pohjavesien esiintymisen mahdollisuutta, josta näiltä alueilta ei ole saatu mitään viitteitä mutta ei myöskään ole voitu sulkea kokonaan pois. Olkiluodon alueella on mittauksin täydennetty aiempia suolaisten pohjavesien tutkimukseen tehtyjä luotauksia. Lisätietoa on saatu sekä suolaisen pohjaveden rajapintojen sijainnista, suolaisuusvaihtelusta että rikkonaisuusvyöhykkeiden ja mineraalisten sähkönjohteiden esiintymisestä. 3.3 Kairaustutkimukset Kairaukset Syvien reikien kairauksissa käytetty tekniikka on suurelta osin samaa, jota käytettiin alustavissa sijoituspaikkatutkimuksissa ja mikä on kuvattu raportissa (Teollisuuden Voima Oy 1992). Yksityiskohtaisten sijoituspaikkatutkimusten aikana Kivetyn tutkimusalueelle on kairattu uusia reikiä KR8-KR11 sekä jatkettu vanhoja kairanreikiä KR3 ja KR5 (Rautio 1994a, 1994b, 1994c, 1994d, 1996b, Jokinen 1995a). Olkiluodon tutkimusalueelle on kairattu myös neljä uutta tutkimusreikää KR7-KR10 sekä jatkettu vanhoja kairanreikiä KR2 ja KR4 (Jokinen 1994e, Rautio 1995a, 1995b, 1995c, 1996a, 1996c). Romuvaaran tutkimusalueelle on kairattu uudet reiät KR7-KR11 sekä jatkettu vanhaa kairanreikää KR2 (Jokinen 1994a, 1994b, 1994c, 1994d, 1995b, Niinimäki 1996). Kairanreikien pituudet vaihtelevat välillä m. Kairausten tavoitteena on ollut tarkentaa kallioperämallin rakenteiden sijaintia, jatkuvuutta ja ominaisuuksia. Erityinen tavoite on ollut selvittää mahdollisten loiva- ja vaaka-asentoisten rikkonaisuusvyöhykkeiden esiintymistä alueella. Aikaisempien oletusten testaamiseen ovat liittyneet kairaukset RO-KR10 ja -KR11 Romuvaarassa, KI-KR1 Oja -KR 11 Kivetyssä sekä OL-K9 ja -KR 10 Olkiluodossa. KR 10-reiät on kairattu suuremmalla teräkoolla (T-76) niissä tehtävien jännitystilamittausten vuoksi. KR 10 reiät on kairattu hyvin tunnetulle alueelle. KR11-reiät Kivetyssä ja Romuvaarassa sekä reikä KR9 Olkiluodossa on kairattu kauemmaksi kairanreikien kattamalta alueelta vähemmän tunnetulle alueelle. Kaikkien em. reikien pituudet ovat noin 600 m. Kairaustekniikassa on otettu käyttöön aiemmassa tutkimusvaiheessa käytettyjen (Teollisuuden Voima Oy 1992) tekniikoiden lisäksi mammutointitekniikka, reiän huuhtelu kairauksen päätyttyä pumppaamalla vettä kairausputkiston läpi reiän pohjalta sekä eri kairausparametrien rekisteröinti kairauskoneeseen liitetyllä MWD-laitteistolla (Measurements While Drilling).

26 19 Mammutointitekniikan (air-lift pumping) periaate on esitetty kuvassa 3-8. Menetelmässä paineistettua kaasua, tässä tapauksessa paineilmaa, johdetaan reiän laajemman yläosan pohjalle n. 40 m syvyyteen. Menetelmän avulla veden virtausta saadaan kasvatettua, minkä ansiosta pohjaveden virtaus reiässä saadaan muutettua kalliosta reikään päin. Veden mukana reiästä poistuu kairauksessa syntyvää kivijauhetta eli soijaa. Mammutoinnilla Reiästä palautuvan / huuhteluveden mittaus ja tutkimukset Kuva 3-8. Mammutointitekniikkaa käytetään huuhteluveden ja kivijauhon poistamiseksi reiästä kairauksen aikana. Menetelmässä paineilmaa johdetaan reikään. Veteen sekoittuva paineilma nostaa vettä reiästä ja saa aikaan virtauksen kalliosta reikään päin.

27 20 pyritään vähentämään huuhteluveden virtaamista kallioon, mikä on tärkeää pohjavesikemian näytteiden edustavuuden kannalta. Saadun kokemuksen mukaan mammutointi on toiminut hyvin niissä reiissä, joissa reiän antoisuus on riittävän suuri. Mammutointitekniikka on esitelty tarkemmin viitteessä (Hinkkanen et ai. 1996). Kairanreiän huuhtelussa, jossa vettä pumpataan reiän pohjalta kairausputkiston ja uppopumpun avulla, tavoitteena on kuten mammutoinnissakin vähentää pintaveden sekoittumista kalliopohjaveden kanssa (Hinkkanen et ai. 1996). MWD-laitteistolla on rekisteröity kairaustekniikan kannalta keskeiset parametrit: terän tunkeumanopeus, terän pyörimisnopeus, huuhteluveden määrä, huuhteluveden paine, reiästä palautuvan huuhteluveden määrä ja terän syöttövoima. Em. parametrit riippuvat suurelta osin kallion ominaisuuksista ja kertovat näin ollen kairaussyvyydellä vallitsevista olosuhteista. Laitteistossa on ilmennyt teknisiä vikoja runsaasti mitta-antureiden ollessa varsin herkkiä rikkoutumaan vaativissa olosuhteissa. Tärkeimmät kairausparametrit on mitattu myös manuaalisesti Jännitystilamittaukset Kaikilla kolmella tutkimusalueella on tehty jännitystilamittaukset irtikairausmenetelmällä kairanrei'issa KR 10 kolmella syvyystasolla: 300 m, 450 m ja 600 m. Kullakin tasolla on tehty vähintään viisi onnistunutta mittausta. Jännitystilan mittaaminen irtikairaamalla perustuu jännityksen vapautumiseen. Menetelmässä mitataan muodonmuutoksia kairansydämessä, joka vapautetaan sitä ympäröivästä jännityskentästä irtikairaamalla. Irtikairausmenetelmällä saadaan mitattua jännityskentän 3D-komponentit. Irtikairaustekniikka on kuvattu tarkemmin raportissa Ljunggren & Klasson (1996). Jännitystilamittauksia on tehty myös hydrauliseen murtamiseen perustuvalla menetelmällä, jota on käytetty aiemmin jo alustavissa paikkatutkimuksissa (Teollisuuden Voima Oy 1992). Mittaukset on tehty tällä menetelmällä kaikilla alueilla kahdessa <j) 56 mm kairanreiässä syvyysvälillä m ja kairanreiässä KR 10. Menetelmä on kuvattu tarkemmin raportissa Ljunggren & Klasson (1996). 3.4 Näytetutkimukset Kairannäytteistä on tutkittu kivilajien petrologisia ja litogeokemiallisia ominaisuuksia sekä rakoilu (Gehör et ai. 1995, 1996a, 1996b, 1996c, 1996d, Kuusela-Lahtinen et ai. 1995, Okko et ai. 1995a, 1995b, 1996). Kivetyssä kairannäytteistä KR8-KR10 sekä kairanreikien KR3 ja KR5jatkokairatuista näytteistä on selvitetty kivilajien petrografiset ja mineralogiset ominaispiirteet, niiden litogeokemialliset koostumukset, päämineraalien kemialliset koostumukset sekä rakojen ominaisuudet (rakotiheys, rakosuunnat, rakomineraalit). Olkiluodossa on vastaavasti tutkittu reikien KR7, KR8 ja KR 10 sekä reikien KR2 ja KR4 jatkokairatut näytteet. Romuvaarassa on tutkittu reikien KR7-KR10 sekä KR2 (jatkokairattu osuus) näytteet. Aiemmassa tutkimusvaiheessa kairatuista reikien KI-KR1-KR5, OL- KR2-KR5 ja RO-KR1-KR5 näytteistä on tehty myös tarkentavia rakomineraalitutkimuk-

28 21 sia. Romuvaaran ja Kivetyn rei 'istä RO-KR11 sekä KI-KR11 on tehty alustavia kivilaji- ja rakoiluhavaintoja (Niinimäki 1996, Rautio 1996b). 3.5 Reikätutkimukset Suuntaava reikätutka Suuntaavalla reikätutkalla on tehty heijastusmittauksia systemaattisesti kaikissa avoimena olleissa kairanrei'issa KI-KR1-KR3, KR5, KR8-KR10, OL-KR1-KR4, KR6-KR8, KR10 ja RO-KR 1-KR4, KR7-KR10. Lisäksi kaikki uudet reikäosuudet on mitattu suuntaamattomalla kalustolla kallion rakoilutiedon kartoittamiseksi laajemmasta kalliotilavuudesta (Carlsten 1995a, 1995b, 1996a, 1996b, 1996c, 1996d). Reikätutkaluotauksissa käytetyn RAMAC-laitteiston sähkömagneettisten dipoliantennien nimellistaajuudet ovat olleet 22 MHz (suuntaamaton) ja 60 MHz (suuntaava). Tutkimussäde reiän ympärillä on ollut suuntaamattomalla n metriä ja suuntaavalla antennilla m Olkiluodossa, jossa suolainen pohjavesi ja sähköä johtavat mineraalit ovat rajoittaneet aallon tunkeutumista. Kivetyn ja Romuvaaran erittäin resistiivisessä kallioperässä tutkimussäteet ovat olleet vastaavasti m ja m. Tuloksina on tulkittu heijastuskartoista rakojen ja rikkonaisuusvyöhykkeiden leikkaussyvyyksiä ja suuntauksia kairanreikien ympärillä. Romuvaarassa on testattu reikien KR4 ja KR8 välistä mittausta (Carlsten 1996b). Lähetinasemat sijaitsivat reiässä KR8 ja maanpinnalla reikien välillä vastaanotinasemien sijaitessa reiässä KR4. Mittausten tutkintatyö on vielä kesken, mutta alustavasti tomografisesta kartasta on voitu paikantaa ja rajata reikien välistä tasoa leikkaavia rikkonaisuusrakenteita ja rakenneyhteyksiä Latauspotentiaalimittaukset Latauspotentiaalimittausta on käytetty rikkonaisuusrakenteiden asennon ja sähköisten yhteyksien varmistamiseen kohteissa, joissa kairanreikä lävistää maanpintaan puhkeavan rakenteen riittävän lähellä maanpintaa (alle 300 m). Rakenteet ovat korkeamman vesipitoisuutensa ja joskus suuremman johdemineraalimääränsä vuoksi sähköä johtavampia kuin ehyt kallio. Tutkimusalueiden heikosti sähköä johtavan kallion kontrastit ovat pieniä, minkä vuoksi myös itse rakenteeseen syntyy sähköisen potentiaalin eroja. Siksi on selvitetty käytettävät mittausjärjestelyt etukäteismallinnuksen avulla (Heikkinen & Paananen 1995). Sähköisen potentiaalin gradientti (Olkiluodossa ja RO-KR 1 myös potentiaali) on mitattu kaikkia lähdeasemia käyttäen kairanrei'issa KI-KR1, KR5, KR7, OL-KR1, KR3, KR4, RO-KR3, KR4, KR6 ja niiden ympäristön maanpintalinjoilla sekä joissakin kohteissa lähekkäisten kairanreikien välillä (Kivetyssä kairanreiät KR1 ja KR8 sekä Romuvaarassa kairanreiät KR4 ja KR8). Virta on syötetty kiinteän 2-3 km päässä olleen kaukomaadoituk-