Geofysiikan tulkintojen ja pohjatutkimusaineistojen vertailu Östersundomin savikoilla Itä-Helsingissä

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Espoo Arkistotunnus: 17/2018 Geofysiikan tulkintojen ja pohjatutkimusaineistojen vertailu Östersundomin savikoilla Itä-Helsingissä Taija Huotari, Emilia Kosonen, Heikki Säävuori ja Hilkka Kallio

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti Sisällysluettelo 1 Johdanto 1 2 Aineisto 2 2.1 Pohjatutkimusaineisto 2 2.2 Monielektrodivastusluotaus ja in situ -mittaukset 5 2.3 Lentomittausaineisto 6 2.4 Painovoima-aineisto 7 3 Menetelmät 7 3.1 Maalajikerrosrajojen mallinnus pohjatutkimusaineistosta 7 3.2 Maastogeofysiikka 7 4 Tulkinta 8 4.1 Lentosähkömagneettinen tulkinta 8 4.2 Maastotutkimusten tulkinnat 9 4.2.1 Painovoimatulkinta 9 4.2.2 Maaperätulkinnat ja sulfidisavet 10 4.2.3 Geofysiikan vertailu pohjatutkimuksiin 11 5 Johtopäätökset 17 6 Referenssit 18 Liitteet Liite 1 Monielektrodivastusluotauslinjan 3 tulkinta Liite 2 Monielektrodivastusluotauslinjan 3-2 tulkinta Liite 3 Monielektrodivastusluotauslinjan 4 tulkinta Liite 4 Monielektrodivastusluotauslinjan 5 tulkinta

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 1 1 JOHDANTO Geologian tutkimuskeskus on tutkinut Östersundomissa luotauslinjojen L3, L3-2, L4 ja L5 alueelta (kuva 1) hienorakeisten maalajien (savi, siltti) kerrosjärjestyksiä ja fysikaalisia sekä kemiallisia ominaisuuksia (Kosonen et al. 2015). Vuoden 2012 kesällä GTK teki Östersundomissa geofysiikan maastomittauksia liittyen pehmeikkötutkimuksiin. Käytetyt menetelmät olivat sähköiset monielektrodiluotaukset ja in situ -mittaukset ominaisvastus-lämpötilaluotaimella (Puranen et al. 1996) sekä suskeptibiliteettianturilla (Bartington Instruments Ltd). Kyseiset mittaukset liittyivät Tiina Lepistön (2013) gradututkimustyöhön, jossa testattiin mm. luotauslinjoilta L3, L3-2 ja L4 geofysikaalisia in situ mittauksia pehmeikköjen stratigrafiatulkinnan apuna. Lisäksi GTK on laatinut alueelta Helsingin kaupungin toimeksiannosta rakennusgeologisen maaperäkartan (2015) mittakaavaan 1:5 000. Kuva 1. Östersundomin tutkimusalue ja geofysikaalisten vastusluotausmittauslinjojen L3, L3-2, L4 ja L5 sijainnit savialueilla. Punaiset tähdet kuvaavat linjan alku- ja loppupäätä. Pohjakartta ( Maanmittauslaitos). Tässä työssä verrataan geologisia, geoteknisiä sekä geofysiikan mittauksia toisiinsa. Alueella tehdyt vuoden 2012 maastogeofysiikan mittaukset olivat melko suppeat, joten korrelointi tehdään pääosin niillä alueilla, joissa aineistoa on käytettävissä kaikkien menetelmien osalta. Alueelle on lisäksi tehty savikonpaksuustulkinta lentosähkömagneettisesta aineistosta (Säävuori 2008). Tulkintatulosta verrataan muuhun aineistoon.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 2 2 AINEISTO 2.1 Pohjatutkimusaineisto Pohjatutkimusaineisto on Helsingin kaupungin Maa- ja kallioperäyksikön omistamaa. Kairausaineistosta erottiin mahdollisuuksien mukaan saven (Sa) ja siltin (Si) alapintojen sekä kantavan maan (moreeni (Mr) tai kallioon tai kiveen päättynyt kairaus (Ka/Ki)) ja kallion (Ka) yläpintojen tasot. Syvyydet on ilmoitettu metriä merenpinnasta (m mpy). Kairaajien tekemät maalajitulkinnat tarkastettiin vielä valittujen pisteiden kairausdiagrammeista. Saven ja siltin sekä kantavan maan tulkintaan käytettiin (PA) paino- ja (HP) puristin-heijarikairauksia. Kallion pinnan tulkinnassa käytettiin pohjatutkimusaineistosta vain (PO) porakonekairausten 3 metriä kallioon ulottuvia varmennettuja tulkintoja. Poikkileikkauskuvissa on nähtävissä linjaa lähellä olleet kairausdiagrammit. Linjojen sijaintikartat ja vastaavat poikkileikkaukset on esitetty kuvissa 2-7. Taulukko 1. Eri maakerrosten syvyyksien mallintamiseen käytettyjen pohjatutkimusten määrä ja tyyppi tutkimuslinjoittain. Linja PA HP PO NO L2-3 L3 92 (Sa) 71 (Si) 14 (Mr/Ki/Ka) L4 55 (Sa) 20 (Sa) 8 (Sa ja Si) 6 (Mr/Ki/Ka) L5 25 7 (Ka) 3 (Sa)

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 3 Kuva 2. Vastusluotauslinjojen L3 (0-262,5 metriä) ja L3-2 (0-80 metriä) sijainnit ja maalajikerrosrajapintojen mallinnuksessa käytettyjen pohjatutkimuspisteiden sijainnit sekä kairausmenetelmät. Kuvassa tummennettuna on poikkileikkauskuvan 3 kairaukset. Punaiset tähdet ovat ERT-kaapelin vaihtopisteitä. Taustalla Östersundomin rakennusgeologinen maaperäkartta 1:5 000 (2015). LiDAR data 2017 ( Maanmittauslaitos). Kuva 3. L3 (A-A ) ja L3-2 (B-B ) luotauslinjojen läheiset kairausdiagrammit ja saven ja siltin alapinnat ja kantavan maan (Mr/Ki/Ka) yläpinta on mallinnettu kairausten perusteella. Kairauspisteiden etäisyydet (m) ja suunnat luotauslinjoista on merkitty alareunaan OIK tai VAS merkinnällä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 4 Kuva 4. Vastusluotauslinjan L4 (0-160 metriä) ja maalajikerrosrajapintojen mallinnuksessa käytettyjen pohjatutkimuspisteiden sijainnit ja kairausmenetelmät. Kuvassa tummennettuna on poikkileikkauskuvassa 5 esitetyt kairaukset. Punaiset tähdet ovat ERT-kaapelin vaihtopisteitä. Taustalla Östersundomin rakennusgeologinen maaperäkartta 1:5 000 (2015). LiDAR data 2017 ( Maanmittauslaitos). Kuva 5. L4 (C-C ) luotauslinjan lähellä olevat kairausdiagrammit ja saven alapinta kairausten perusteella mallinnettuna. Kairausdiagrammien etäisyydet (m) ja suunnat luotauslinjoista on merkitty alareunaan OIK tai VAS merkinnällä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 5 Kuva 6. Vastusluotauslinjan L5 (0-320 metriä) ja maalajirajojen mallinnuksessa käytetyt pohjatutkimuspisteiden sijainnit ja kairausmenetelmät. Poikkileikkauslinja D-D (L5) ja tummennettuna poikkileikkauslinjakuvassa (kuvat 7 ja 11) nähtävät kairausdiagrammit. Taustalla Östersundomin rakennusgeologinen maaperäkartta 1:5 000 (2015). LiDAR data 2017 ( Maanmittauslaitos). Kuva 7. L5 (D-D ) luotauslinjan lähellä olevien kairausten diagrammit, savi- ja silttikerrosten alapinnat sekä kallion yläpinta kairausten perusteella mallinnettuna. Kairausdiagrammien etäisyydet (m) ja suunnat luotauslinjoista on merkitty alareunaan OIK tai VAS merkinnällä. 2.2 Monielektrodivastusluotaus ja in situ -mittaukset Östersundomin kohteella mitattiin 4 monielektrodivastusluotauslinjaa (ERT Electrical Resistivity Tomography) vuonna 2012 ja niiden sijainti on esitetty kuvassa 1. ERT-linjat sijoitettiin aiemmin 2012 tehtyjen in situ -mittausten sijaintipaikan läheisyyteen, jotta tuloksia voitiin korreloida keskenään ja siten käyttää referenssiaineistona tulkinnassa. In situ -

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 6 mittaukset sisälsivät ominaisvastuksen sekä lämpötilan mittaukset ominaisvastuslämpötilaluotaimella (Puranen et al. 1996) ja suskeptibiliteettianturilla (Bartington Instrument Ltd). Suskeptibiliteettimittauksia ei käsitellä tässä raportissa. In situ -sondauspisteiden (Oster 1 ja Oster 3-5) sekä maaperänäytteiden (kannukaira ja sisäputkinäytteenotin) sijainti on esitetty kuvassa 8. Kaikista sondauspisteistä on otettu myös sisäputkinäytteet pehmeikön stratigrafian kuvaamiseksi ja määrittämiseksi. Kuva 8. ERT-linjat ja sondauspisteet (Oster 1,3-5) sekä muut tutkimuspisteet (K- kannu, PL-sisäputki). Pohjakartta ( Maanmittauslaitos). 2.3 Lentomittausaineisto Östersundomin alueen lentomittaukset on suoritettu vuonna 1999 itä-länsi-suuntaisesti. Mittaukset tehtiin käyttäen 200 metrin linjaväliä ja n. 40 m:n lentokorkeutta. Sähkömagneettisissa mittauksissa käytettiin kahta mittaustaajuutta 3125 Hz ja 14368 Hz. Tulokset rekisteröitiin 4 kertaa sekunnissa, jolloin pisteväliksi tuli 10-15 m.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 7 2.4 Painovoima-aineisto Östersundomin alueen painovoimamittaukset on tehty Helsingin kaupungille vuonna 2009 (Lehtimäki, 2009). Alueen painovoimamittausaineisto koostuu 56 hajaprofiilista ja luotausten yhteispituus on 31 km. Linjojen sijainti on esitetty kuvassa 11. Mittausten pisteväli oli 20 m. Alkuperäisissä tulkinnoissa kalliopinnan korkeus oli N60-järjestelmässä. Tässä työssä ne muutettiin N2000-järjestelmään. 3 MENETELMÄT 3.1 Maalajikerrosrajojen mallinnus pohjatutkimusaineistosta Helsingin kaupungin pohjatutkimusaineistosta erotettiin saven ja siltin alapintojen, moreenin sekä Ka/Ki-päättymistapaan päättyneiden kairausten ja kallion yläpintojen tasokorkeudet (m mpy). Kairaajien maalajitulkinnat tarkastettiin Soundings Editor -ohjelmalla kairausdiagrammien kairausvastuksista. Kairausten maalajisyvyystiedot vietiin pistetietona Novapoint Base -ohjelmaan, jossa maalajirajan pintamalli toteutettiin kolmioverkolla (TIN - Triangular Irregular Network). Maalajirajan lisäksi mallinnukseen tuotiin myös maanpinnan taso (2 m) LiDAR aineistosta (Maanmittauslaitos 2017). Luotauslinjojen mukaiset poikkileikkauspinnat (kuvat 3, 5 ja 7) piirrettiin AutoCAD Civil 3D -ohjelman Soundings -työkalulla. 3.2 Maastogeofysiikka ERT-mittaukset tehtiin ABEM Terrameter SAS4000 laitteistolla ja Lund Imaging system kaapelijärjestelmällä. Käytetty elektrodijärjestelmä oli monigradientti, joka on eräänlainen Schlumberger ja pooli-dipoli järjestelmän yhdistelmä (Dahlin & Zhou 2002). Menetelmän periaate on kuvattu kuvassa 9. Kuva 9. Monigradienttielektrodijärjestelmän periaate.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 8 4 TULKINTA 4.1 Lentosähkömagneettinen tulkinta Sähkömagneettisilla lentomittauksilla saadaan selvitettyä maa- ja kallioperän keskimääräinen sähkönjohtavuus useiden kymmenien metrien syvyyteen. Mittaustuloksista saadaan lasketuksi maa- ja kallioperän kerrosten johtavuus-paksuustulo, kun lentokorkeus on tunnettu. Kallioperä on Suomessa useimmiten hyvin resistiivinen, jolloin mittaustuloksiin sisältyvät anomaliat aiheutuvat pääasiassa maaperän johtavuusvaihtelusta. Kun edelleen kulloisenkin maalajin johtavuus tunnetaan, voidaan lasketusta johtavuus-paksuustulosta ratkaista maalajikerroksen paksuus. Sähkömagneettisen menetelmän käytön edellytyksenä savikoiden paksuustulkinnassa on se, että alla oleva kallioperä on resistiivinen ja, että maakerrosten sähkönjohtokyky (ominaisvastus) tunnetaan riittävällä tarkkuudella. Östersundomin alueella nämä ehdot täyttyvät kohtuulisen hyvin. Tutkittavan alueen tulkinta perustuu lentomittausten lisäksi ominaisvastuslämpötilaluotaimella (Puranen et al. 1996) tehtyihin mittauksiin. Savikoiden (pehmeikön) paksuus on tulkittu käyttäen sähkömagneettisia lentomittauksia ja GTK:ssa kehitettyä tulkintaohjelmaa. Tulkinnassa käytettiin mallia, jossa savikon alla oleva kallioperä oletetaan resistiiviseksi (johtokyky <1 ms/m). Kallion päällä voi olla huonosti johtavia mineraalimaakerroksia (esim. moreenia ja hiekkaa). Mallin päällimmäisenä kerroksena on hyvin johtavaa (johtokyky yleensä 5 200 ms/m) savea, jonka paksuutta optimoimalla pyritään tulkitsemaan mittaustulokset. Kuvassa 10 on esitetty lentomittausten tulkinnan ja LiDAR aineiston (Maanmittauslaitos 2017) perusteella laskettu kallion ja sen päällä mahdollisesti olevan moreenin yläpinnan korkeus. Tulkinnassa käytettiin apuna Östersundomin alueella tehtyjä kahdeksaa ominaisvastuslämpötila in situ -luotausta, joiden perusteella arvioitiin pehmeiden maakerrosten keskimääräinen johtokyky. Luotausten perusteella pehmeikön ominaisvastus vaihteli n. 5:n ja 30 ohmm:n välillä. Tulkinnassa ei pystytä erottamaan erittäin huonosti sähköä johtavaa moreenia kallioperästä. Luotauslinja 5 on 1-3,6 metrin korkeudella mpy ja täällä on kairauksin todettu savikon paksuudeksi yli 20 m. Tämä vastaa hyvin sähkömagneettista tulkintaa, jonka mukaan kallion pinta on alimmillaan n. 19 m merenpintaa alempana. Lentomittausten avulla tehty pehmeikön paksuustulkinta kuvastaa pehmeikön keskimääräistä paksuutta lentolinjojen välisellä alueella. Linjavälin ollessa n. 200 m voivat paikalliset pehmeikön syvänteet ja matalat kohdat jäädä huomiotta tulkinnassa. Tarkimmillaan tulkinta on laajoilla pehmeikköalueilla, joilla paksuusvaihtelut ovat loivia. Näillä alueilla tulkinta yleensä kuvastaa hyvin suhteellisia paksuusvaihteluita, ja kun maaperän ominaisvastus on tunnettu, voidaan päästä jopa metrin tarkkuusluokkaan. Johtavien savikkoaltaiden ja resistiivisten moreeni- tai hiekkakerrostumien reuna-alueilla voivat tulkintavirheet olla huomattavasti suurempia.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 9 Kuva 10. Sähkömagneettisten lentomittausten, johtavuusluotausten ja LiDAR aineiston avulla tulkittu kallionpinnan korkeus. LiDAR data 2017 ( Maanmittauslaitos). 4.2 Maastotutkimusten tulkinnat 4.2.1 Painovoimatulkinta Kuvassa 11 esitetään painovoimalinjojen sijainti ja samalla profiileille tehty painovoimatulkinta. Menetelmä perustuu siihen, että maapeitteen kasvaessa painovoima-arvo pienenee. Tämä johtuu siitä, että kallion tilalla on kevyempää irtomaata (Lehtimäki, 2009). Painovoimamittauksissa tulkitaan maapeitteen paksuutta, jonka kautta päästään kalliopinnan syvyystietoon. Maapeitteen/kallion tiheyserona käytetään yleensä vakioarvoja. Regionaalitaso, joka kuvaa tulkinnassa kallioperän painovoima-arvoa ilman maapeitettä, määritetään sijoittamalla linjojen päät kalliopaljastumille tai kairapisteille, joista kallionpinta tunnetaan. Tulkinnan tarkkuutta voidaan parantaa lisäämällä kairauspisteitä linjoille. Painovoimatulkintaa on tarkemmin kuvannut mm. Lehtimäki (2009) ja Valjus (2017).

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 10 Kuva 11. Östersundomin alueen kalliopinnan syvyydet tulkittuna painovoimamittauksista, ERT-linjat ja sondauspisteet (Oster 1 ja 3-5) sekä muut tutkimuspisteet (K- kannukaira, PL-sisäputkinäyte). LiDAR data 2017 ( Maanmittauslaitos). 4.2.2 Maaperätulkinnat ja sulfidisavet L3 ja L3-2 luotauslinjoilla saven alaraja on tulkittu kohtaan, jossa painokairausdiagrammeissa vapailla painoilla painumisesta siirrytään puolikierroksiin ja puristin-heijarikairauksissa muutos tapahtuu tasaisen ja alhaisen kairausvastuksen kasvaessa ja muuttuessa vaihtelevaksi. Muutos siltin alarajalla hiekaksi näkyy painokairauksessa kierrosten lisäämisellä ja suuremmalla vaihtelulla. Mr/Ki/Ka ylärajaa kuvaa paino- ja puristin-heijarikairausten päättyminen moreeniin, kiveen tai kallioon. Usein nämä kairaukset lopetetaan, kun saavutetaan kantava maa, minkä johdosta maalajia tai kallion pintaa ei voida varmuudella tulkita. L3-2 luotauslinjalta tehdyssä sedimenttitutkimuksessa, Oster-3 savinäytteessä oli nähtävissä sulfidirakeita ja -kerroksia 0-3,5 m syvyydellä maanpinnasta (kuva 14, nuoli osoittaa sulfidikerroksen alasyvyyttä). Näytteessä ei kuitenkaan ollut sulfidin täysin mustaksi värjäämää savea (Kosonen et al. 2015).

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 11 Luotauslinjoilla L4 ja L5 (kuvat 15 ja 17) on nähtävissä paksu (5-22 m) sulfidipitoisen saven/suolaisen saven alue, jossa on selvästi korkeampia sähkönjohtavuuksia (alle 25 ohmia). Luotauslinjalla L4 tehdyssä sedimenttitutkimuksessa (Oster-4), sulfidipitoista savea oli 0-4,8 m syvyydellä maanpinnasta (kuva 15). Näytteessä oli sulfidirakeita ja kerroksia, mutta ei sulfidin täysin mustaksi värjäämää savea (Kosonen et al. 2015). Luotauslinja L4 sijaitsee alle 1 m mpy ja linja L5 1-3,6 m mpy, minkä johdosta pohjavedenpinta on lähellä merenpinnantasoa. 4.2.3 Geofysiikan vertailu pohjatutkimuksiin Mallinnettuja maalajikerrospaksuuksia verrattiin monielektrodivastusluotauksiin (kuvat 12, 14, 15 ja 17). Kairausten perusteella mallinnetut maalajipinnat on merkitty katkoviivoilla kuviin. Monielektrodiluotausten (ERT) tulkinnat tehtiin Res2DInv-ohjelmistolla (Loke & Barker, 1996). Tulkinnan tarkkuus riippuu mittausolosuhteista, mittausjärjestelyistä, tulosten laadusta (joka myös riippuu paljon olosuhteista) ja käytettävissä olevasta referenssiaineistosta. Referenssitiedolla tulkittuna voidaan alapinta digitoida tuloksista ja saada tulkinta myös numeerisessa muodossa. Tulkinnan tarkkuus riippuu käytetystä elektrodivälistä ja kohteen syvyydestä. Jos elektrodiväli on pieni, saadaan tuloksista esiin tarkempia yksityiskohtia, mutta samalla menetetään syvyysulottuvuudesta. Toisaalta, yleensä tuloksen epävarmuus kasvaa, mitä syvemmältä tulkintakuvan tieto on erityisesti, kun käytetään suurempia minimielektrodivälejä. ERT-Linja L3 ERT-linja L3 mitattiin 3,5 metrin minimielektrodivälillä, jolloin yhdellä levityksellä saadaan 280 metriä pitkä linja. Linja jätettiin itäpäässä hieman vajaaksi, joten sen kokonaispituus oli 262,5 metriä. Syvyysulottuvuus linjalla oli vähän vajaa 50 metriä. Linjan L3 ERT-tulkinnan (kuva 12) pintaosassa nähdään johtava savikerros ja sen alapuolella resistiivisempi vyöhyke, joka linjan keskiosassa on selkeästi johtavampi kuin linjan päissä. ERT-tulosten perusteella ei suoraan pystytty erottamaan onko saven alla heti kallio vai alkaako kallio vasta maapeitekerroksen jälkeen.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 12 Kuva 12. Monielektrodivastusluotauslinjan 3 tulkinta yhdessä geoteknisten kairausten kanssa. Geoteknisten kairausten perusteella tulkintaa tarkennettiin ja profiililla on todennäköisesti saven alapuolella ensin silttiä ja moreenia ennen kalliota. Kaikki kairaukset eivät sijaitse aivan linjalla, mutta kuitenkin riittävän lähellä otettavaksi mukaan tulkintaan. Vastusluotaustulostulkinnasta saadaan hyvin tarkasti määritettyä savikon alapinta. Siltin alapinta ei erotu aivan yhtä selkeästi kuin saven. Lisäksi kallion erottaminen moreenista on hankalaa pienen johtavuuskontrastieron vuoksi. Kairaustuloksista ei kairaustyypistä riippuen aina pystytä sanomaan onko kairaus päättynyt kiveen vai kallioon. Vastusluotaustulosten perusteella linjan keskikohdilla olisi johtavampi vyöhyke, joka viittaa mahdolliseen ruhjeeseen. Maan topografisista piirteistä voidaan myös saada osviittaa, että kyseisestä kohdasta kulkee läpi heikkousvyöhyke. Jotta asiasta saataisiin varmuus, pitäisi oletetun ruhjevyöhykkeen läpi kairata tai ainakin se pitäisi varmistaa. Nyt kairaukset päättyvät maapeitteisiin. Kuvassa 13 on visualisoitu ERT-tulokset yhdessä painovoimamittauksista tulkittujen kalliosyvyyksien kanssa 3D:nä (painovoimatulkinnat: Jukka Lehtimäki). ERT-tulos ja painovoimatulkinta näyttävät olevan yhteneväiset. Painovoimatulkinnassa kallio sukeltaa syvemmälle vastaavassa kohdassa, jossa ERT-linjalle voidaan tulkita ruhje.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 13 Savi Ruhje? Kallio Kuva 13. Kalliopinnan topografia painovoimamittauksista tulkittuna (punaiset viivat) sekä ERT linjat L3 ja L3_2. ERT-visualisoinnin väriskaala on sama kuin kuvassa 12. ERT-Linja L3_2 Monielektrodiluotauslinjan L3_2 tulkinta on esitetty kuvassa 14 yhdessä in situ -ominaisvastuslämpötilatulosten kanssa havaintopisteestä Oster 3. Kyseinen ERT-profiili tehtiin vain 1 metrin minimielektrodivälillä, joten syvyysulottuvuus tällä linjalla jää alle 15 metrin. Profiilin kokonaispituus on 80 metriä. Tulkinnassa erottuu pintaosan kuivempi savi ja varsinainen savikerros. Lepistön (2013) mukaan savikerrokset ovat seuraavat ylhäältä alas: pinnassa on n. 1 metri liejusavea, sitten siltti/hiekka-kerros, sulfidisavi, homogeeninen ja lopulta laminoitunut savi. Linja sijaitsi ojan suuntaisesti, joten oja vaikuttaa todennäköisesti jonkin verran maaperän vesipitoisuuteen linjan kohdalla. Alueen poikki kulkevan oja oli melko syvä ja vedenpinta oli melko alhaalla ojan pohjalla. Mittaushetkellä vallitsevaa vedenpinnan tasoa ei määritetty tarkemmin. Oster 3 mittauspisteessä lämpötila oli mittaushetkellä 6,3-20,9. Lämpimintä oli pintaosassa ja kylmintä kosteasta savesta alaspäin. Jo heti pinnassa nähdään noin 1 metrin syvyydellä olevan siltti-/hiekkakerroksen vaikutus ominaisvastustulokseen. Karkeammat kerrokset näkyvät selkeästi kohonneena ominaisvastusarvona. Ominaisvastuksessa nähdään selkeä lasku rajapinnassa, jossa kostea savi alkaa. Jo hieman ennen pohjalla olevan silttikerroksen alkua nähdään luotauspisteen pohjalla resistiivisyyden nousua. Tämä voi viitata siihen, että karkeampi maalaji alkaa jo hieman geoteknisten kairausten perusteella tulkittua tasoa korkeammalla. Johtavimmillaan savi on tällä luotausprofiililla 17,5 ohm-m ja korkeimmillaan pintaosan 111,9 ohm-m. Luotauspisteen pohjalla ominaisvastus on noin 50 ohmm. In situ

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 14 mittauksia ei voida tehdä karkeammissa maakerroksissa. Ne päättyvät yleensä savikon pohjaan, joskin ohut karkeampi kerros voidaan läpäistä. Tulkintakuvaan on piirretty myös nuoli, joka kuvaa sulfidisaven alasyvyyttä savinäytteistä. Sulfidisavea ei esiintynyt selkeänä rajana vaan hajanaisesti, joten se ei vaikuta saatuihin ominaisvastuksiin selvästi näkyvänä kerroksena. Kuva 14. ERT-linja L3_2 ja Oster 3 in situ ominaisvastuslämpötilaluotauksen tulos visualisoituna linjalle. Profiilissa on esitetty lisäksi pohjatutkimuksista mallinnetut saven ja siltin alapinnat. ERT-Linja L4 Monielektrodilinjalla L4 mittaukset tehtiin 2 m minimielektrodivälillä, jolloin profiilin pituudeksi tuli 160 metriä (kuva 15). Syvyysulottuvuus mittauksessa oli hieman alle 30 metriä. Tällä profiililla savi on huomattavasti johtavampaa kuin L3-linjan alueella. Sulfidisavea on huomattavasti enemmän ja savikon ominaisvastus menee inversiotulkinnassa alle 10 ohmmetrin. In situ -mittauksessa alin ominaisvastus on 4,4 ohm-m ja korkein noin 44 ohm-m. Alhaisimmat arvot osuvat juuri sulfidisaven kohdalle. Savi on kyseisessä kohdassa todennäköisesti suolaista myös siksi, että alueelle on kerrostunut savia nykyistä suolaisempien Itämeren vaiheiden aikana. Savinäytteistä analysoitu sulfidisaven alapinta esitetään kuvassa 15 vaakanuolella. Lämpötilat ovat Oster 4 luotauksessa suurimmillaan pinnan lähellä 12,5 ja alhaisimmillaan 4,4 noin 1 metrin syvyydellä pinnasta. Saven alapinta voidaan erottaa ERT-luotauksesta erittäin selvästi. Geotekniset kairaukset eivät osu aivan linjan kohdalle, mutta saven alapinta on hahmoteltu kairaustulosten perusteella kuvaan. Saven alapuolella on mahdollisesti moreenia, mutta tulkintaa ei voida varmentaa kairausten päättyessä kantavan pohjan alkaessa.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 15 Kuva 15. ERT-linja L4 ja Oster 4 in situ ominaisvastus-lämpötilaluotauksen tulos visualisoituna linjalle. Lisäksi kuvassa on näkyvissä geologisen tulkinnan perusteella linjalle interpoloitu saven alapinnan taso. Kuvassa 16 on esitetty ERT-linja L4 yhdessä painovoimamittauksista tulkitun kalliopinnan kanssa. Linjan lounaispäässä on tulkittu kallio lähelle savikon alapintaa, mutta kyseisessä kohtaa ei ERT-mittauksen syvyysulottuvuus riitä tavoittamaan kalliopintaa. Myöskään linjan koillispään läheisyydessä ERT-linjaa leikkaavan painovoimalinjan kohdalla ei vastusluotauksen syvyysulottuvuus riitä tavoittamaan savikon alapuolista maankamaraa. Samassa kuvassa nähdään myös kairaustiedoista saadut savikon alapintatasot lilan värisinä symboleina. Savi Moreeni Kuva 16. ERT-linja L4 ja painovoimamittauksista tulkitut kalliopinnan syvyydet (punainen viiva). Lisäksi lilat pallot esittävät kairauksista saatua savikon alapinnan tasoa.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 16 ERT-Linja 5 Östersundomin ERT-linja 5 sijaitsee lähellä Kehä III:sta alkaen läheltä tien itälaitaa (kuva 17). Saven paksuus ohenee kohti koillista eli linjan loppupäätä. Loppupäässä näkyy porakonekairauksillakin todennettu huonosti sähköä johtava kallio lähellä maanpintaa. Linjan lounaispäässä savikon paksuus on yli 20 metriä ja linjan loppupäässäkin vielä noin 5 metriä. Alueen savikko on sulfidipitoista/suolaista savea. Saven alapuolella on koko linjan matkalla todennäköisesti moreenikerros, joka tulkittiin linjan koillispäähän sijoittuvista kairauksista. Kuva 17. ERT-linja L5. Kuvassa on lähikairaukset ja niiden perusteella interpoloitu saven alapinnan taso. Pinnassa oleva erittäin johtava savi nostaa myös savikon alapuolisia ominaisvastusarvoja. On haasteellista sanoa, onko savikon alapuolella tavoitettu vielä kalliota vai nähdäänkö esimerkiksi linjan keskellä pelkästään moreenin aiheuttama vaste. Lähellä ERT-linjaa L5 sijaitseva OSTER 5 in situ -luotauspiste ei uponnut kuivaa pintakerrosta syvemmälle, joten tuloksia ei esitetä tässä yhteydessä. Kuvassa 18 on visualisoitu ERT L5 linja sekä painovoimatulkinta linjalta 46. Geoteknisistä kairauksista saatua saven alapintaa kuvataan lilalla pallolla ja kalliopinnan tasoa harmaalla pallolla. 3D-kuvasta nähdään, että painovoimamittauksista tulkittu kalliopinnan taso on lähempänä maanpintaa kuin mitä kairauksilla varmennettu kalliopinta. Toisaalta on myös mahdollista, että ERT-linjan ja painovoimalinjan leikkauskohdassa kallio nouseekin lähemmäksi pintaa ja lähtee taas laskemaan länttä kohti (kuva 18, linjan alkupää vasemmalla). Kalliovarmenteiden kohdassa ERT-linjan L5 loppupäässä ei monielektrodiluotauksen syvyysulottuvuus riitä, joten referenssinä olevien kairausten tuloksia ei voida verrata kyseisissä pisteissä. On siis mahdollista, että vihreällä värillä näkyvät ominaisvastusarvot ovat jo kalliota.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 17 Savi Kallio Moreeni Kuva 18. ERT-linja L5 ja painovoimamittauksista tulkitut kalliopinnan syvyydet (punainen viiva). Lisäksi lilat pallot esittävät kairauksista saatua savikon alapinnan tasoa ja harmaa pallo kallion yläpinnan tasoa. 5 JOHTOPÄÄTÖKSET Monielektodiluotausten ja geoteknisten kairausten yhdistelmätulos antaa tarkennettua ja laajennettua tietoa savikkojen paksuuksista, kalliopinnan syvyydestä sekä muista Östersundomin alueella esiintyvistä maalajeista. Kaikkein ohuimpia kerroksia ei havaittu monielektrodiluotauksissa, mutta kairaustuloksia pystytään jatkamaan luotausten avulla laajemmalle. Sondimittaukset antavat yksityiskohtaisempaa tietoa saven sisäisestä vaihtelusta kuin monieletrodiluotaus. Lentomittaustulkinnat näyttävät sopivan suhteellisen hyvin yhteen sekä referenssiaineiston että vastusluotausten kanssa (kuva 19). Painovoimatulkinta antaa paikoitellen suurempia tai pienempiä syvyyksiä kalliopinnalle kuin lentotulkinta. Tämä johtuu menetelmien erosta. Toisessa tulkitaan tiheyseroja ja toisessa sähkönjohtavuuseroja. Nämä eivät välttämättä mene 1:1 eri maa- ja kivilajeilla. Lisäksi erot johtuvat mm. siitä, että lentotulkinnalla ei voida erottaa kalliopintaa esimerkiksi moreenista, toisaalta taas painovoimatulkinnassa oletetaan kalliopinnan yläpuolinen osa samaksi maalajiksi ja alapuolinen samaksi kivilajiksi eli tiheysarvo on sama riippumatta maaperän tai kallioperän tiheysvaihtelusta.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 18 Kuva 19. Lentomittausaineistosta (gridi) sekä painovoimamittauksista tulkittu kalliopinnan syvyys (punainen käyrä, kirkas punainen sijaitsee lentotulkinnan yläpuolella ja tumma punainen alapuolella) sekä ERT-tulkinnat. Geofysiikan aineistosta saadaan tulkittua tietoa maaperäkairauksia syvemmältä ja eri mittausten tulkinnoista voidaan suotuisissa olosuhteissa saada viitteitä myös heikkousvyöhykkeistä, jotka sijaitsevat savikon alla. 6 REFERENSSIT Bartington Instruments Ltd. Operation manual for MS2 Magnetic Susceptibility System. OM0408 Issue 48. Oxford, Englanti. 71 s. Dahlin, T. & Zhou, B. 2002. Gradient and mid-point-referred measurements for multichannel 2D resistivity imaging. Proceedings of the 8 th meeting of the Environmental and Engineering Geophysics, Aveiro, Portugal, 8-12 September 2002, 157-160. Kosonen, E., Saresma, M., Ojala, A.E.K., Åberg, A., Åberg, S. ja Ikävalko, O. 2015. Hienorakeisten maalajien kerrosjärjestys ja ominaisuudet Helsingin Östersundomissa. Geologian tutkimuskeskus, Raportti 104/2015. 28 s. Lehtimäki J. 2009. Sipoon liitosalueen maapeitteen paksuustutkimus painovoimamenetelmällä, v. 2009. Geologian tutkimuskeskus, raportti. 2 s + 3 liitettä. Lepistö, T. 2013. Pehmeikköjen geofysikaaliset in situ -mittaukset stratigrafisen tulkinnan apuna. Pro Gradu tutkielma, Helsingin yliopisto. 53 s + liitteet.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti 19 Loke, M.H and Barker, R.D, 1996. Rapid least squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-newton method. Geophysical Prospecting Vol. 44, pp. 131-152. Puranen, R., Sulkanen, K., Mäkilä, M. ja Grundström, A., 1996. Pehmeiden maalajien ominais-vastus-lämpötilaluotain. Geologian tutkimuskeskus, raportti Q16.1/27/96/1, 28 s. Säävuori, H. 2008. Geofysikaalisiin matalalentomittauksiin perustuva pehmeikköjen paksuustulkinta Sipoon Itäsalmen alueella. Geologian tutkimuskeskus, raportti. 3 s Valjus, T. 2017. Painovoimamenetelmä. Julkaisussa: Huotari, T. & Wennerström, M. (toim) Integroitujen geofysikaalisten ja kallioperägeologisten tutkimusmenetelmien kehittäminen yhdyskuntarakentamisen tarpeisiin. Summary: Development of integrated geophysical and bedrock geological research methods for civil engineering. Geological Survey of Finland, Report of Investigation 231, s. 37. Östersundomin rakennusgeologinen maaperäkartta 1:5 000 2015. [Elektroninen aineisto]. [Viitattu 22.3.2018]. Saatavissa: http://yhteinenostersundom.fi/yleiskaava/aineistot/ tai http://www.gtk.fi/export/sites/fi/_system/pressreleases/kuvat/2015/ostersundom_rakennusg eologinen_kartta_2015.jpg.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GTK:n työraportti Liite 1 11.6.2018