Pehmeikön paksuuskarttojen tuotteistaminen Tuire Valjus Heikki Säävuori Hanna Leväniemi

Transkriptio

1 Etelä-Suomen yksikkö 12/ Espoo Pehmeikön paksuuskarttojen tuotteistaminen Tuire Valjus Heikki Säävuori Hanna Leväniemi

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro Tekijät Tuire Valjus Heikki Säävuori Hanna Leväniemi Raportin laji Arkistoraportti Toimeksiantaja GTK, ESY Raportin nimi Pehmeikön paksuuskarttojen tuotteistaminen Tiivistelmä Pehmeikköjen paksuuskarttojen tuotteistaminen on tutkimusteemana GTK:n Mittaus ja mallinnus tutkimusohjelmassa. Teema toteutettiin vuosien 2009 ja 2010 aikana. Tutkimusteeman painopiste oli pehmeikköjen kartoituksessa sähköistä matalalentoaineistoa (AEM) hyväksikäyttäen.. Tavoitteena oli kehittää ns. tutkimuspaketti, joka sisältää pehmeikköalueen paksuuden määritystä AEM- aineistosta. AEM -aineiston käytettävyyden helpottamiseksi kehitettiin mm. aineistojen yhteensovittamista maaperäaineiston kanssa. Lisäksi kehiteltiin 3D esitysmuotoja, joissa yhdisteltiin pehmeikkötulkintoja maapeitteen paksuustulkinnoista saatujen kallionpintatietojen kanssa. Konsepti on kehitetty yhdyskuntasuunnittelun ja pohjarakentamisen tueksi. Pehmeikön paksuustulkinnalla saadaan kartoitettua edullisesti suuria alueita. Tässä raportissa esitetään tutkimuksen eri vaiheita lähtien suuralueellisesta pehmeikkötulkinnasta ja päätyen detaljialueen pehmeikkö- ja maapeitteen paksuustulkintoihin. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) geofysikaaliset menetelmät, lentomittaukset, elektromagneettiset menetelmät, maaperä, savi Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Nurmijärvi, Klaukkala Karttalehdet Muut tiedot Arkistosarjan nimi Arkistotunnus 12/2011 Kokonaissivumäärä 24 Kieli suomi Hinta Julkisuus julkinen Yksikkö ja vastuualue ESY VA215 Allekirjoitus/nimen selvennys Hanketunnus Allekirjoitus/nimen selvennys Tuire Valjus

3 Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 JOHDANTO Aluevalinta Tutkimusteeman osallistuminen yhteisrahoitteisiin tutkimuksiin 1 2 PEHMEIKKÖJEN PAKSUUSTULKINNASTA Tulkinnan periaate Tulkinnassa käytettävän aineiston tarkastelu 2 3 PEHMEIKKÖJEN LUOKITTELU JOHTAVUUDEN PERUSTEELLA 6 4 ESIMERKKIALUEEN TUTKIMUKSET - ALUEELLISESTA KOHTEELLISEEN TULKINTAAN Alueellinen tulkinta Eri taajuuksilla mitatun datan vertailu pehmeikkötulkinnassa Kairaustiedon ja tulkinnan vertailu 13 5 PEHMEIKKÖTULKINTA-AINEISTON 3D-VISUALISOINTI Aineiston esikäsittelystä Aineiston 3D-esitysmuodot 19 6 YHTEENVETO JA JATKOEHDOTUKSET 22 KIRJALLISUUSLUETTELO 24 KIRJALLISUUSLUETTELO

4 1 1 JOHDANTO Pehmeikköjen paksuuskarttojen tuotteistaminen oli tutkimusteemana Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Mittaus ja mallinnus tutkimusohjelmassa, joka toteutettiin vuosien 2009 ja 2010 aikana. Tutkimusteeman painopiste oli pehmeikköjen kartoituksessa sähköistä matalalentoaineistoa (AEM) hyväksikäyttäen. Pehmeiköllä tarkoitetaan tässä yhteydessä sähköä johtavia maankamaran hienorakeisia pintakerroksia, jotka ovat useimmiten savikoita ja liejua, joskus myös hiesua sekä turvekerrostumia. Tavoitteena oli kehittää ns. tutkimuspaketti, joka sisältää pehmeikköalueen paksuuden määritystä AEM- aineistosta. AEM -aineiston käytettävyyden helpottamiseksi kehitettiin mm. aineistojen yhteensovittamista maaperäaineiston kanssa. Konsepti on kehitetty yhdyskuntasuunnittelun ja pohjarakentamisen tueksi. Pehmeikön paksuustulkinnalla saadaan kartoitettua edullisesti suuria alueita. Tarkemmat tutkimukset voidaan pehmeikkötulkinnan avulla kohdentaa sopiviin paikkoihin. Tarvittaessa tutkimuksiin voidaan liittää muuta geofysiikkaa. Esimerkiksi koko irtomaapeitteen paksuuden selvittämiseksi käytetään painovoimamittausta. Tueksi voidaan käyttää myös muita geofysiikan menetelmiä kuten seismistä refraktioluotausta ja monielektrodivastusluotausta, joilla saadaan tietoa myös eri maa- ja kalliolajeista, kallioruhjeista yms. Tässä raportissa esitetään tutkimuksen eri vaiheita lähtien suuralueellisesta pehmeikkötulkinnasta ja päätyen detaljialueen pehmeikkö- ja maapeitteen paksuustulkintoihin. 1.1 Aluevalinta Tutkimuksessa edettiin alueellisesta tulkinnasta kohteelliseen tulkintaan ja tarkasteltiin pehmeikköalueiden tulkintamahdollisuuksia ja -rajoituksia eri mittakaavoissa. Tutkimusteeman esimerkkialueeksi valittiin Etelä-Suomesta runsaasti pehmeikköjä sisältävä Nurmijärven alue, jonka avulla voitiin demonstroida pehmeikkötulkintaa käytännössä. Tutkimuskohteen valintakriteerinä pidettiin alueen merkitystä tulevaisuuden potentiaalisena kasvukeskuksena. Kohteellisempaa tarkastelua varten valittiin Nurmijärven Klaukkalan alue, jolta on KallioInfoprojektin (Kuivamäki, Aimo (toim.) 2006) yhteydessä tehty paljon pohjatutkimuksia ja painovoimamittauksia. Näistä saatiin referenssitietoa pehmeikkötulkintaan ja samalla voitiin kehitellä menetelmien yhteiskäyttöä ja yhteiskäytön esitystapoja. 1.2 Tutkimusteeman osallistuminen yhteisrahoitteisiin tutkimuksiin Pehmeikön paksuustulkintoja tehtiin vuosina toteutetussa yhteisrahoitteisessa projektissa "Selvitys pohjavesialueiden rajaamismenettelystä" (Hanski, Minna (toim.) 2010), jossa tarkasteltiin pohjavesigeologisia olosuhteita erityisesti marjan- ja hedelmäviljelyn kannalta. Tämä pilottihanke toteutettiin yhteistyössä MMM:n, YM:n sekä HAM:n kesken. Työssä oli useita kohdealueita, joissa osassa tehtiin pehmeikkötulkintoja lentosähköisestä aineistosta, osassa tarkasteltiin lentoradiometristä aineistoa ja osassa tehtiin maapeitteen paksuustulkintoja painovoimamittausaineistosta. Joillakin alueilla yhdisteltiin eri geofysiikan menetelmiä. Hankkeeseen osallistuminen palveli Pehmeikköjen paksuuskarttojen tuotteistaminen tutkimusteemaa ja auttoi osaltaan työn edistymistä. Hankkeen aikana kehiteltiin mm. maaperäaineiston yhdistämistä tul-

5 2 kintakarttoihin. Lisäksi hanke edisti yhteistyötä maaperägeologien kanssa ja tuotti ideoita jatkokehittämistä varten. Alkuvuonna 2009 tehtiin Porin seudun GeoSatakunta-hankkeessa (Huhta, Pekka 2006) sähkömagneettisiin lentomittauksiin perustuva pehmeikkötulkinta Porin kaupungin alueelta. Tulkintatulosta käytettiin apuna alueen rakennettavuuskartan teossa. Tuloksia esiteltiin huhtikuussa hankkeen loppuseminaarissa Porissa. Aiempina vuosina tehtyjä töitä ovat vuosina toteutetun Kallioinfo -hankkeen (Kuivamäki, Aimo (toim.) 2004 ja 2006) ja vuosina tehdyn TAATA- hankkeen (Kuivamäki, Aimo (toim.) 2009) yhteydessä tehdyt tulkinnat. Kallioinfo-hankkeessa tehtiin pääkaupunkiseudun ympäristökuntien alueella pehmeikkötulkinta, joka on nähtävissä hankkeen Helsingin seudun GeoTIETO internetsivuilla osoitteessa: TAATAhankkeessa tehtiin pehmeikkötulkinta Tampereen seudun kuntien alueelta. Tulkinta on nähtävissä hankkeen internetsivuilla osoitteessa: 2 PEHMEIKKÖJEN PAKSUUSTULKINNASTA 2.1 Tulkinnan periaate Pehmeikköjen paksuuden arvioinnissa käytetään GTK:ssa tehtyä, Ms-Dos-käyttöjärjestelmässä toimivaa kerrosmallitulkintaohjelmaa. Syöttötietoina ohjelmalle annetaan tutkittavan alueen lentomittauksissa käytettyjen mittauslaitteistojen parametrejä, joita ovat käytetyt mittaustaajuudet ja niiden lukumäärät ja mittauskelojen etäisyys. Ohjelmassa voidaan myös asettaa erilaisia painokertoimia optimoinnissa käytettäville mittaustaajuuksille. Mallina käytetään tavallisesti kolmikerrosmallia, missä alimpana on resistiivinen (ominaisvastus >5000 ohmm) kallioperä, jonka päällä on huonosti johtava (ominaisvastus n. 500 ohmm) moreeni tai hiekkakerrostuma ja päällimmäisenä johtava savi tai turvekerrostuma. Johtavalle kerrostumalle annetaan ominaisvastusarvo tehtyjen luotausten tai muun tiedon perusteella. Ohjelmassa voidaan antaa lähtötietona myös ns. kuivan kerroksen paksuus, millä pyritään ottamaan huomioon pintamaan kuivuuden vaikutus mittaustuloksiin. Lähtötietojen syötön jälkeen ohjelmassa optimoidaan johtavan kerroksen paksuutta. Saatua tulosta verrataan alueelta esim. kairausten perusteella tunnettuihin pehmeikön paksuuksiin ja tarvittaessa korjataan lähtöarvoja ennen uutta optimointia. 2.2 Tulkinnassa käytettävän aineiston tarkastelu Uuden tutkittavan alueen pehmeikköjen paksuuksien arviointi kannattaa aloittaa olemassa olevan tiedon tarkalla selvittämisellä. Seuraavassa esitetään pehmeikkötulkinnassa käytettävä GTK:n aineisto. GTK:n lentomittausaineisto Pehmeikkötulkinoissa käytettävä lentomittausaineisto koostuu vuosina suoritetuista mittauksista. Mittauslaitteistojen kokoonpano on muuttunut vuosien kuluessa lentokorkeus ja linjaväli ovat pääosin pysyneet samoina (korkeus 40 m ja linjaväli 200 m). Tulkinnan kannalta oleellisimpia muutoksia on sähkömagneettisissa mittauksissa käytetty mittausmenetelmä. Vuosi-

6 3 na suoritettiin sähkömagneettiset mittaukset käyttäen yhtä mittaustaajuutta ja vuosina pääasiassa kahta taajuutta osin myös neljää taajuutta. Useamman taajuuden käyttö tarkentaa tulkintatulosta ja mahdollistaa tulkinnan myös ilman tietoa maakerrosten johtavuudesta. Myös paikannustarkkuus on parantunut vuosien aikana. Pienestä osasta maata on käytössä tihennetyllä linjavälillä mitattua aineistoa. Kuvassa 2.1 on esitetty lentomittausalueiden eroja pehmeikkötulkinnan kannalta katsoen. Kuva 2.1. Indeksikartta Suomen sähkömagneettisesta matalalentoaineistosta. Karttaan on merkitty eri taajuuksilla mitatut alueet sekä tihennetyllä lentolinjavälillä mitatut alueet.

7 4 Maaperäkairaukset GTK:n geotietokantoihin on koottu kaikkialta Suomesta maaperätutkimusaineistoa, joka on haettavissa helposti esim. ArcGis-ohjelmien avulla. Aineisto koostuu monenlaisista kairausaineistoista, tutkimuskuoppa- ja tutkimusojahavainnoista. Mittaushavainnoissa kerrotaan usein kokonaissyvyyden lisäksi erikseen pehmeikön paksuus. GTK:n suorittamissa turvekartoituksissa on selvitetty turvekerrostumien paksuuksia lukuisilla soilla koko Suomen alueella. Nämä tiedot on koottu tietokantaan, josta voidaan tulostaa esim. turvekerrostumien paksuutta kuvaavia sama - arvokarttoja (kuva2.2). Pehmeikön paksuuksia on tulkittu muutamissa laajemmissa alueellisissa hankkeissa, joiden tulokset on käytettävissä hankkeiden internet-sivujen kautta. Savikkoluotaukset Luotauskohteet ( yhteensä 96 kpl) on alustavasti valittu sähkömagneettisten lentomittausten ja peruskartta-aineiston perusteella. Tarkka luotauskohta määräytyy maastossa vallitsevien olosuhteiden mukaan. Useassa kohteessa luotaus on aloitettu turvekerrostuman päältä, mutta kaikissa kohteissa luotaus lävistää myös savikerroksia. Luotauslukemat (ominaisvastus ja lämpötila) on pääsääntöisesti kirjattu 25 cm välein. Kohteet, joissa päällimmäisen turvekerroksen paksuus ylittää yhden metrin luokittuvat maaperäkartalla turvealueiksi. Näissäkin kohteissa esitetyt keskimääräiset johtavuusarvot edustavat kuitenkin lävistettyä savikerrostumaa. Turveluotaukset Turvealueilla luotauksia on tehty yhteensä 68 kohteessa ja yksittäisten luotausten määrä on 759. Useimmat luotaukset on tehty linjoittain siten että luotausten välinen etäisyys on 100 m ja mittaukset on tehty aloittaen suon pinnasta (10-25 cm:n syvyydeltä) pohjaan asti 25 cm:n välein. Luotausten keskimääräinen syvyys on 377 cm. Kuvassa 2.2 on esitetty soiden johtavuus- lämpötilaluotauspaikat ja turvekartoituksessa määritetyt syvyysalueet. Turveluotaukset alkavat useimmiten turvekerroksesta ja päätyvät kovaan pohjaan, joka voi olla savea, moreenia, hiekkaa tai kalliota. Vetisen suon luotauksen ylin lukema edustaa toisinaan vain sadeveden ominaisvastusta ja toisaalta alin lukema saattaa edustaa pohjan kivennäismaalajin ominaisvastusta. Luotauslukemat (ominaisvastus ja lämpötila) on pääsääntöisesti kirjattu 25 cm välein. Turpeen keskimääräisiä ominaisvastusarvoja laskettaessa on luotaustuloksista poistettu ensimmäinen ja viimeinen lukema siinä tapauksessa että ne poikkeavat seuraavasta tai edellisestä arvosta yli 50 ohmm. Kyseisissä tapauksissa luotaustulosten on katsottu edustavan, joko sadevettä tai pohjan kivennäismaalajia

8 Kuva 2.2. Soiden johtavuus- lämpötilaluotauspaikat ja turvekartoituksessa määritetyt syvyysalueet 5

9 6 3 PEHMEIKKÖJEN LUOKITTELU JOHTAVUUDEN PERUSTEELLA Tehtyjen savikko- ja turveluotausten avulla on laadittu karttaesityksiä, missä erilaiset savikot (kuva 3.1) ja turvealueet (kuva 3.2) on luokiteltu johtavuusluokkiin. Johtavuusluokkien määrittämisessä on käytetty luotaustulosten lisäksi apuna maaperäaineistosta saatuja tietoja. Luokituksen tarkoituksena on antaa mahdollisimman hyvät lähtötiedot tulkintaohjelman käyttöä varten. Tulkintaa tehtäessä tutkittava alue jaetaan pienempiin osiin siten että kullakin osa-alueella voidaan käyttää samoja lähtötietoja sekä maaperän kerrosten ominaisvastusten että lentomittauslaitteistojen parametrien osalta. Valmis tulkintatulos saadaan yhdistämällä osa-aluetulkinnat. 1: mittakaavaisella maaperäkartalla (esitetty GTK:n aineistotietokannassa) on maan pintakerrostumat jaettu 15 luokkaan, jotka ovat: 1. Harju, delta, sanduri, lajittunut reunamuodostuma 2. Harjujen ulkopuolinen sora- ja hiekkakerrostuma 3. Homogeeninen savi- ja silttikerrostuma 4. Jokikerrostuma 5. Kerrallinen savi- ja silttikerrostuma 6. Kumpumoreeni 7. Literaalinen sora- ja hiekkakerrostuma 8. Moreenipeitteinen harju/muu moreenipeitteinen sora- ja hiekkakerrostuma 9. Prekvartäärisen kallioperän paljastumia 10. Rakka, kallioperän fysikaalinen rapauma 11. Saumaharju 12. Silttimoreeni 13. Sora- ja hiekkamoreeni 14. Turvekerrostuma 15. Vesistö Näistä kerrostumista on tässä yhteydessä luokiteltu pehmeiköiksi seuraavat maalajit: Homogeeninen savi- ja silttikerrostuma, kerrallinen savi- ja silttikerrostuma ja turvekerrostuma. Lisäksi johtavuuden perusteella osa vesistöistä luokittuu samaan ryhmään. Pehmeikköalueilla tehtyjen johtavuus-lämpötilaluotausten perusteella parhaiten johtavat savikerrostumat sijoittuvat Litorinameren laajimman alueen sisälle (rajaus: Eronen ja Haila,Suomen Geologian Atlas). Näiden savikoiden ominaisvastus vaihtelee tavallisimmin välillä 5 50 ohmm. Tälle alueelle sijoittuvien turvekerrostumien ominaisvastusarvot ovat tyypillisesti välillä ohmm, ka. 148 ohmm.

10 7 Muut savikerrostumat jakautuvat johtavampiin homogeenisiin savi- ja silttikerrostumiin ( ohmm) ja resistiivisempiin kerrallisiin savi- ja silttikerrostumiin ( ohmm) Turvekerrosten ominaisvastusarvot vaihtelevat välillä ohmm. Turvekerrosten johtavuuteen vaikuttavat niiden ravinne- ja vesipitoisuus. Vesistöjen ominaisvastusarvot vaihtelevat useimmiten ohmm:n välillä, mutta voivat paikallisesti olla selvästi paremminkin johtavia. Lisäksi merivesi on huomattavasti johtavampaa, ominaisvastus vaihtelee suolaisuuden mukaan Suomenlahden ja Pohjanlahden pohjukoiden n. 3 ohmm:stä varsinaisen Itämeren 1 ohmm:in. Nämä arvot ovat kuitenkin epätarkkoja sillä lämpötila vaikuttaa huomattavasti vesistöjen johtavuuteen. Lämpötila vaikuttaa myös savikoiden ja turpeiden johtavuuteen, mutta koska lämpötilan vuotuinen vaihtelu tasaantuu jo noin 2-3 m:n syvyydessä on sen merkitys vähäisempi kuin vesistöalueilla. Kuvien 3.1 ja 3.2 kartoissa on esitetty edellä kuvatulla tavalla määritellyt savi- ja turvealueet. Kukin yksittäinen pehmeikkö on reunaviivalla rajattu alue. 1:1 milj. mittakaavaisen maaperäkartan avulla laskettu pehmeikköjen osuus Suomen pinta-alasta on 22 %. Turvekerrostumien osuus tästä on 15 % -yksikköä ja savikoiden 7 % -yksikköä. Savikot puolestaan jakautuvat siten, että homogeenisten savi- ja silttikerrostumien osuus kokonaispinta-alasta on 5.6 % ja kerrallisten savi ja silttikerrostumien osuus 1.5 %. Vesistöjen osuus Suomen pintaalasta on 11.5 %. Pehmeiköt jakautuvat hyvin erilailla eri osissa Suomea. Pohjois-Suomen pehmeiköt ovat lähes pelkästään turvekerrostumia kun Varsinais-Suomessa ja Uudellamaalla homogeenisten savi- ja silttikerrostumien osuus kokonaispinta-alasta on lähes 14 %, kerrallisten savija silttikerrostumien 1 % ja turvekerrostumien osuus 11 %.

11 Kuva 3.1. Suomen savikerrostumat luokiteltuina johtavuuden mukaan. 8

12 Kuva 3.2. Suomen turvekerrostumat luokiteltuina johtavuuden mukaan. 9

13 10 4 ESIMERKKIALUEEN TUTKIMUKSET - ALUEELLISESTA KOHTEELLI- SEEN TULKINTAAN Pehmeikkötutkimusten esimerkkialueeksi valitun Nurmijärven alueen avulla demonstroitiin käytännössä tulkinnan etenemistä alueellisesta tulkinnasta pienen detaljialueen tutkimuksiin. Suuralueen tulkinta tehtiin lehdet ,03,05 ja 06, sekä sisältävältä alueelta. Kohteellinen tulkinta ja kehitystyö tehtiin Nurmijärven Klaukkalan alueelta, josta oli olemassa runsaasti pohjatutkimustietoa sekä painovoimamittauksia. Näistä saatiin referenssitietoa pehmeikkötulkintaan ja samalla voitiin kehitellä menetelmien yhteiskäyttöä ja yhteiskäytön esitystapoja. 10 km Kuva 4.1. Nurmijärven tutkimusalueen pehmeikkötulkintakartta. 4.1 Alueellinen tulkinta Koko tutkimusalueelta on tehty alueellinen pehmeikön paksuustulkinta. Tulkintaan voidaan yhdistää maaperäkartalta maski, joka rajaa esimerkiksi pois muut maalajit paitsi savikot. Maskia voidaan käyttää myös rajaamaan vain tietyn paksuiset pehmeiköt muusta tulkitusta alueesta. Tulkintakartta on esitetty kuvassa 4.1.

14 Eri taajuuksilla mitatun datan vertailu pehmeikkötulkinnassa Osa tutkimusalueen lentomittauksista on 1-taajuusdataa. Ainoastaan lehti 2043 on mitattu vuonna 1999, jolloin oli käytettävissä 2-taajuus- EM-mittauslaitteisto. Taajuusvertailu tehtiin tulkitsemalla karttalehdeltä ensin yhden taajuuden ja sen jälkeen kahden taajuuden aineisto. Yhden taajuuden tulkintatulos (kuva 4.2) on karttalehden alueella keskimäärin 5% paksumpi kuin kahdella taajuudella suoritettu tulkinta (kuva 4.3). Profiilikuvissa 4.4 ja 4.5 havaitaan huippukohtien tasoittuvan käytettäessä tulkinnassa kahta taajuutta. Kuva 4.2. Karttalehden pehmeikön yhden taajuuden paksuustulkinta. Kuvaan on merkitty kaksi lentolinjaa, joiden tulkinnat on esitetty kuvissa 4.4 ja 4.5.

15 12 Kuva 4.3. Karttalehden pehmeikön kahden taajuuden paksuustulkinta. Kuvaan on merkitty kaksi lentolinjaa, joiden tulkinnat on esitetty kuvissa 4.4 ja 4.5. Line 401 Line taajuustulkinta 1-taajuustulkinta 2-taajuustulkinta taajuustulkinta Tulkittu paksuus [m] Tulkittu paksuus [m] Matka [m] Matka [m] Kuva 4.4. Lentolinjan 401 pehmeikön paksuustulkinnat. Kuva 4.5. Lentolinjan 372 pehmeikön paksuustulkinnat

16 Kairaustiedon ja tulkinnan vertailu Nurmijärven tutkimusalueelta löytyi n maaperäkairauspistettä, joista osaa voitiin käyttää apuna pehmeikkötulkinnassa. Klaukkalan detaljitutkimusalueella tehtiin maastoluotauksia tulkinnan tueksi. Suunnitelluista kairauskohteista tehtiin pehmeikkötulkinta ennen kairauksia. Klaukkalan alueelta (Kuva 4.6) tehtiin vertailua kairattujen ja tulkittujen pehmeikköjen paksuuksien välillä. Kuvassa 4.7 ovat detaljialueen kairauskohteiden ympäristöjen pehmeikkötulkintakartat. Kuvassa 4.8 on vertailtu tulkintatulosta kairaushavaintoihin. Kuva 4.6. Klaukkalan detaljialueen paksuustulkinta. Karttaan on merkitty kairauspaikat ympyröillä havaittu syvyys on merkitty kuvaan. Myös ympyröiden väri kuvastaa havaittua syvyyttä tulkinta-asteikon mukaisesti.

17 Kuva 4.7. Klaukkalan detaljialueen kairauskohteiden ympäristöjen pehmeikkötulkintakartat. Karttoihin on merkitty kairauspaikat ja lentolinjat ja tutkimusalueen raja. 14

18 15 Klaukkalan detaljialueen kairaukset ohmm Klauk 1 Kairaus 50 ohmm Klauk 1 Tulk inta 55 ohmm ohmm Klauk 2 Kairaus 50 ohmm Klauk 2 Tulk inta 30 ohmm Klauk 3 Kairaus 25 ohmm Klauk 3 Tulk inta ohmm Klauk 4 Kairaus 25 ohmm Klauk 4 Tulk inta 35 ohmm Klauk 5 Kairaus 25 ohmm Klauk 5 Tulk inta Syvyys [m] Rapakallio Moreeni Hiekka Hieta Savi Lieju Turve 50 Kuva 4.8. Kuvan pylväspareista vasemmanpuoleiset esittävät kairauksilla havaittuja maalajeja, niiden kerrospaksuuksia ja kairasydämistä laboratoriossa tehtyjä ominaisvastusmäärityksiä. Oikeanpuoleiset pylväät kuvaavat tulkittua pehmeikön paksuutta. Näihin pylväisiin merkityt ominaisvastusarvot ovat tulkinnassa käytettyjä, maastossa luodattuja ominaisvastusarvoja. Maastoluotaukset ja pehmeikkötulkinta tehtiin suunnitelluista kairauskohteista ennen kairauksia.

19 16 Tulkintaa on mahdollista jatkaa vielä pienempään osa-alueeseen. Tällöin siirrytään koko lentomittausaineiston tulkinnasta lentolinjakohtaiseen tulkintaan ja tästäkin tarkennettuun maastomittausaineiston tulkintaan. Tästä esimerkkinä mainittakoon Espoon Suurpellon tutkimukset (Ojala ja muut, 2007), joissa laskettiin 3D-sähkönjohtavuusmalli 4-Taajuus-lentosähköisestä datasta ( kuva 4.9). Kuva 4.9. (Ojala ja muut, 2007). Lentomittaukseen perustuva 3D-sähkönjohtavuusmalli Suurpellon alueelta. Huonosti sähköä johtava kallio erottuu sinisenä, hienorakeiset ja hyvin sähköä johtavat sedimentit kuvautuvat puna-keltasävyisenä kerroksena kallion päällä. Korkea sähkönjohtavuus (=matala ominaisvastus, l. resistivity), liittyy sulfisaviin. (Twin Otterin 4-taajuus-EMtulosten tulkinta. Tulkinnassa on käytetty alku- ja referenssimalleissa maaperäkartoitus- ja maakairaustietoja sekä gravimetrisen mittauksen tulkintaa).

20 Kuva 5.1. Painovoimalinjojen sijainti Klaukkalan alueella. 17

21 18 5 PEHMEIKKÖTULKINTA-AINEISTON 3D-VISUALISOINTI Kohteilla, joista on painovoimatulkinnan avulla saatu selville kalliopinnan syvyys, pehmeikkötulkinta-aineisto voidaan yhdistää painovoimatulkintaan ja esittää tulokset 3D-mallina. Tässä kappaleessa kuvataan aineiston 3D-visualisointia Klaukkalan alueella. Visualisointi tehtiin Geosoft Oasis Montaj ohjelmistolla, joka on 3D-visualisointiominaisuuksiltaan hieman kömpelö, mutta aineisto on Oasikseen helposti importoitavassa muodossa ja ohjelmisto on helposti saatavilla Painovoimalinjat mitattiin kuvan 5.1 mukaisina profiileina osana KallioINFO-projektia (Kuivamäki, Aimo (toim.) 2006). 3D-visualisoinnin lähtöaineistona oli AEM-aineistosta tulkittu interpoloitu pehmeikön syvyys, painovoimalinjoille tulkittu kalliopinnan syvyys sekä maanpinnan topografia. Aineistosta pyrittiin muodostamaan erilaisia 3D-esitystapoja lähinnä pystysektioina painovoimalinjoilla, mutta myös erilaisina vaakaleikkauksina 5.1 Aineiston esikäsittelystä Ennen 3D-visualisointia oli tarkistettava, että aineisto ei ole keskenään ristiriidassa, ts. maanpinta on aina ylimpänä, kallion yläpinta alimpana ja pehmeikön alapinta näiden kahden pinnan välissä. Odotettavissa oli, että aineisto saattaa olla osittain ristiriitaista, ja nämä ristiriidat oli korjattava ennen jatkokäsittelyä. Painovoimamittausten pisteväli linjalla on noin 20 metriä. AEM-tulkinta on interpoloitu myös 20 metrin solukoolla. AEM-tulkinta on kuitenkin siinä mielessä laadullisesti painovoima-aineistoa heikompaa, että se perustuu näennäisiin ominaisvastuksiin, jotka jo itsessään ovat tulkittuja tuloksia, ja toisaalta käytössä oli vain interpoloitu aineisto, mikä osaltaan tuo lisää epätarkkuutta tulokseen. Aineiston tarkastelussa lähdettiin siis siitä, että painovoima-aineistosta tulkittu kallionpinta on todennäköisesti enemmän oikein kuin AEM-pehmeikkötulkinta, mikäli näiden kahden välillä on ristiriitaa. Vertailua ja korjausta varten aineistoja vertailtiin yhdistämällä ne samaan tietokantaan ja piirtämällä profiilit linjoittain (kuva 5.2). Epätarkemmaksi oletettua pehmeikkötulkintaa jouduttiin useassa kohdassa muokkaamaan siten, että se ei olisi maanpintaa ylempänä tai kalliopintaa alempana. Myös kallionpintatulkintaa jouduttiin muutamissa pisteissä korjaamaan maanpintaa alemmalle tasolle.

22 19 Kuva 5.2. Esimerkki aineistojen vertailusta eräällä painovoimalinjalla. Alkuperäinen pehmeikön syvyys (PEHM_Z) on noin vaaka-koordinaatista x=27 eteenpäin tulkittu alemmaksi kuin kalliopinnan syvyys (KP_Z_CORR), joten pehmeikön syvyys on nostettu vastaamaan kalliopinnan syvyyttä (PEHM_Z_CORR). 5.2 Aineiston 3D-esitysmuodot Luonteva tapa esittää linjoittain mitattua syvyysinformaatiota 3D-muodossa Oasis Montaj ohjelmistossa ovat pystyleikkaukset painovoimalinjoilta. Esimerkki pystyleikkauksista on esitetty kuvassa 5.3. Kuva 5.3. Esimerkki pystysektioista (Klaukkala, linjat 3, 5 ja 9). Violetti = kallio, sininen = pehmeikkö, keltainen = muu maaperä.

23 20 Pystysektioiden lisäksi näkymiin voidaan liittää vaakagridejä, joko tasossa tai toisen pinnan päällä aaltoilevana. Näistä on esimerkkejä kuvissa Gridien lisäksi sektioihin voitaisiin yhdistää kairareikiä, 3D-geometrisia kappaleita sekä perinteisiä 2D-karttaelementtejä kuten linjaviivat tms. Sektioiden ja gridien lisäksi kolmas tapa esittää 3D-aineistoa Oasis Montaj- ohjelmalla ovat vokselit eli 3D-gridit. Linjamuotoista aineistoa on kuitenkin vaikea saada muunnettua vokseleiksi riittävällä tarkkuudella (solukokoa ei saada riittävän pieneksi laskentatehojen puitteissa, jolloin tarkkuus kärsii), mutta siihen ei ole välttämättä tarvettakaan: pystysektiot ovat linjamuotoiselle aineistolle luonteva tapa esittää ja yhdistää aineistoja. Lisäämällä pystysektioihin referenssitietoa saadaan 3D-visualisoinnista entistä informatiivisempaa. Kuva 5.4. Gridejä ja/tai kuvia voidaan liittää pystysektioihin halutulle syvyydelle joko tasokuvana (kuten tässä) tai aaltoilevan pinnan päälle kiinnitettynä (seuraava kuva).

24 21 Kuva 5.5. Pohjakartta piirrettynä DTM-aaltopinnan päälle yhdistää syvän pehmeikkökerroksen jokilaaksoon. Kuva 5.6. Pohjakartta piirrettynä DTM-aaltopinnan päälle ja mittauksista tulkittu kallionpinnan syvyys väripintana. Tuloksia vertailemalla nähdään, että kallionpinta on jokilaaksossa huomattavan syvällä.

25 22 Kuva 5.7. Pystysektiot yhdistettyna kallion yläpintaa kuvaavaan gridiin. 6 YHTEENVETO JA JATKOEHDOTUKSET GTK:n Mittaus ja mallinnus tutkimusohjelmaan kuuluvan tutkimusteeman 'Pehmeikköjen paksuuskarttojen tuotteistaminen' tarkoituksena oli kehittää konseptia, jossa kartoitetaan pehmeikköalueita (esim. savikkoja) sähköistä matalalentoaineistoa hyväksi käyttäen. Työssä tutkittiin AEM -tulkinnan soveltuvuutta pehmeikköjen paksuuden määritykseen eri mittakaavaisissa aineistoissa lähtien suuralueellisesta tulkinnasta ja päätyen detaljimaiseen tulkintaan sekä tulkintojen ja kairaustietojen vertailuun. Tulkinnan esitystapoja ja yhdistämistä maaperä- ym. aineistoon kehitettiin. Detaljialueella tutkittiin pehmeikkö- ja maapeitteen paksuustulkintojen yhteiskäyttöä mm. kehittämällä aineistojen 3D-visualisointia. Pehmeikkötulkinnan tarkkuus riippuu AEM -aineiston laadusta. Tulkinta onnistuu parhaiten neljän- tai kahden taajuuden mittausaineistosta. Useampi taajuus tarkentaa tulkintatulosta ja mahdollistaa tulkinnan myös ilman tietoa maakerrosten johtavuudesta. Valitettavasti Suomen AEM - aineistosta suurin osa on yhden taajuuden dataa, mikä rajoittaa aineiston käyttömahdollisuutta pehmeikkötulkinnassa. Toisaalta tulkinnan tueksi on käytettävissä GTK:n maaperäkairaustieto sekä savikko- ja turveluotauksista saatava pehmeikön paksuustieto, joita voidaan käyttää mittaustaajuuksien lukumäärästä riippumatta.

26 23 Eri maalajit on myös jaettu luotausten perusteella johtavuusluokkiin, joita käytetään osaalueittain pehmeikkötulkinnan lähtötietona. Pehmeikkötulkintaa tarkasteltaessa on aina huomioitava lähtöaineiston laatu ja lentolinjojen väli joka on muutamia tihennettyjä mittausalueita lukuun ottamatta n. 200 metriä. Lentoaineiston tulkinnan luotettavuus heikkenee suhteessa tarkasteltavan paikan etäisyyteen mittauslinjasta. Tulkinnalla saadaan hyvä yleiskatsaus alueen pehmeikköjen paksuuksista, mutta tarkempaan tarkasteluun on syytä käyttää lisäksi muuta geofysiikkaa ja kairauksia. Muita menetelmiä ovat mm. seismiset refraktioluotaukset ja monielektrodivastusluotaukset. Maapeitteen koko paksuuden määrittämiseen voidaan käyttää painovoimamittausta, mutta sillä ei voida erottaa pehmeikön paksuutta koko maapeitteestä. Tulkittaessa laajempia alueita joudutaan tulkinta useimmiten suorittamaan useissa osissa mittausaineistojen erojen ja eri alueille soveltuvien mallien erilaisuuden vuoksi. Tulkinnan jälkeen osa-alueiden tulkinnat yhdistetään. Tulkinnan onnistumista voidaan tarkastella vertaamalla tulosta maaperäkartan maalajiyksiköihin ja tarvittaessa rajata tulkintatulos esittämään vain maaperäkartalla pehmeiköiksi kuvattuja alueita. Tarkkuutta voidaan arvioida myös vertaamalla tulkittuja syvyyksiä alueelta tehtyihin maaperäkairauksiin. Tulkintatyön nopeuttamiseksi voitaisiin ohjelmaa kehittää siten että optimoinnissa hyödynnettäisiin alueen kairauksilla tunnettuja pehmeikön paksuuksia. Ohjelma voitaisiin myös siirtää geofysiikan aineistojen käsittelyssä yleisesti käytettyyn Oasis-ympäristöön. GTK:n yhteisiin tietokantoihin siirrettyjen maaperätutkimusaineistojen määrä kasvaa jatkuvasti. Aineistoa löytyy nykyään jo lähes kaikkialta Suomesta. Tätä aineistoa voitaisiin käyttää nykyistä tehokkaammin pehmeikköjen paksuuden arvioinnissa. Aineiston avulla voitaisiin laatia koko Suomen kattava pehmeikköjen paksuuskartta, jota täydennettäisiin geofysiikan mittauksiin perustuvan pehmeikkötulkinnan avulla.

27 24 KIRJALLISUUSLUETTELO Hanski, Minna (toim.) 2010 Selvitys pohjavesialueiden rajaamismenettelystä. Loppuraportti. The Finnish Environment 7/2010 Huhta, Pekka GeoSatakunta s. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, P Kuivamäki, Aimo (toim.) KallioINFO-informaatiojärjestelmän kehittäminen yhdyskuntasuunnittelua ja kalliorakentamista varten. Vaihe 1:KallioINFO-käyttöliittymän prototyypin ja 1: rakennettavuusmallin luonnoksen valmistaminen. Loppuraportti. KallioINFO-projekti. Vaihe I s.,40 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, K 21.42/2004/3. Kuivamäki, Aimo (toim.) GeoTIETO-informaatiojärjestelmän kehittäminen yhdyskuntaja ympäristösuunnittelua sekä rakentamista varten. Vaihe II: Geo TIETO-käyttöliittymän ja 1: rekennettavuusmallien viimeistely sekä 1: rakennettavuusmallien kehittäminen. 166 s., 29 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, K 21.42/2006/2 Kuivamäki, Aimo (toim.) Tampereen seudun taajamageologinen kartoitus- ja kehittämishanke (TAATA). Vaihe I: Tampereen seudun taajamageologinen kartoittaminen ja GeoTIETO-käyttöliittymän kehittäminen s liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, K21.42/2009/15 Ojala, Antti E. K.; Ikävalko, Ossi; Palmu, Jukka-Pekka; Vanhala, Heikki; Valjus, Tuire; Suppala, Ilkka; Salminen, Reijo; Lintinen, Petri; Huotari, Taija Espoon Suurpellon alueen maaperän ominaispiirteet. 50 s. + 1 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, P22.4/2007