Raportti kauppa- ja teollisuusministeriön rahoittamasta tutkimuksesta

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Ydinjätteiden sijoitustutkimukset Tiedonanto YST-54 Ilmo Kukkonen Raportti kauppa- ja teollisuusministeriön rahoittamasta tutkimuksesta Abstract: Temperature loggings in deep drill holes Espoo, joulukuu 1986

Kukkonen, Ilmo, 1986. Temperature loggings in deep drill holes. Geological Survey of Finland, Nuclear Waste Disposal Research, Report YST-54, 24 pages, 1 figure, 31 appendices. ABSTRACT The ground-water flow in drill holes and the surrounding bedrock was studied by temperature measurements in 23 holes with depths of 138-880 m. The holes are situated in Precambrian crystalline bedrock in different parts of Finland. Flow in the drill hole between fracture zones short-cut hydraulically by the hole was detected in 15 cases. Flow was mostly downwards. The mass flow rates calculated from the temperature loggings ranged from 12 l/hour to 976 l/h and the corresponding flow velocities within the drill holes from 1.4 mm/s to 163 mrn/s, respectively. Flow in fracture zones was interpreted to take place in seven holes at depths of 38-380 m based on gradient and heat-flow density changes. The geothermal gradient in the holes was 6.0-16.8 rnk/m. Ilmo Kukkonen Geological Survey of Finland SF-02150 ESP00 Finland ISBN 951-690-X ISSN 0783-3555

Kukkonen, Ilmo, 1986. Lampotilamittauksia syvista kairarei1 ista. Geologian tutkimuskeskus, ydinjatteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-54, 24 sivua, 1 kuva, 3 taulukkoa, 31 liitetta. TI IVISTELMA Kalliopohjaveden virtausta kairareilissa ja reikia ymparbivassa kalliossa tutkittiin lampotilaluotausten avulla eri osissa S~:omea sijaitsevista 23:sta reiasta, joiden syvyys oli 138-880 m. Reikiivirtauksia tavattiin 15:ssa reiassa. Suurin osa virtauksista oli alle 300 m:n syvyydella, ja virtaussuunta oli useimmiten reikaa pitkin alas. Lampotilamittauksista tulkitut virtausmaarat vaihtelivat valilla 12 l/h - 976 l/h ja vastaavat virtausnopeudet valilla 1.4 mm/s - 163 mm/s. Kallion rakovyohykkeissa tapahtuviin virtauksiin viittaavia geoternisen gradientin ja lampovuon tiheyden vaihteluita todettiin 7 reiassa. KO. virtausvyohykkeet havaittiin 38-380 m:n syvyydella. Reilista lasketut geotermisen gradientin arvot ovat valilla 6.0-16,8 mk/m. Ilmo Kukkonen Geologian tutkimuskeskus 02150 Espoo ISBN 951-690-X ISSN 0783-3555

SISALLYSLUETTELO ABSTRACT TIIVISTELMA 1 JOHDANTO 5 2 LAMPUTILAMITTAUKSET POHJAVEDEN VIRTAUSTUTKIMUKSISSA 5 3 MITTAUKSET JA TULOSKASITTELY 7 4 TULOKSET 9 Elimaki, Koskisto 9 Espoo, Otaniemi 12 Kangasniemi, Salmenkyla 13 Keitele, Teerimaki 13 Keminmaa, Sompujarvi 13 Kisko, Aijala 13 Kisko, Iilijarvi 14 Kolari, Hannukainen 14 Leppavirta, Kotalahden kaivos 15 Pori, Marj akoski (Pinomaki) 15 Pyhajiirvi, Pyhasalmi (Kettupera) 16 Pyhaj arvi, Pyhasalmen kaivos 16 Ranua, Vaaralampi (Suhanko) 16 Savukoski, Sokli 17 Sodankyla, Rajala 18 Sotkamo, Taivaljarvi 19 Vammala, Suvitie 19 Vihanti, Lampinsaari (Suksikangas ja Alpua) 19 Vuoli j oki, Honkamaki 20 Ylistaro, kk (Lahdenkyla) 21 5 YHTEENVETO 21 6 LAHDEVI ITTEET 23 KI ITOSMAININNAT LIITTEET

1 JOHDANTO Tam2 tutkimus liittyy Geologian tutkimuskeskuksen ydinjatteiden sijoitustutkimusten osaan "Kalliopohjaveden virtausl' (1.3.3.). Tyo on tehty paaasiassa kauppa- ja teollisuusministerion rahoituksella. Osa rahoituksesta on saatu Teollisuuden Voima 0y:lta. Tutkimuksessa on tehty lampotilamittauksia 23 kairareiasta ja porakaivosta kalliopohjaveden virtauksen selvittamiseksi seka reilissa etta reikia ymparoivassa kallioperassa. Tyo liittyy laheisesti ydinjatteiden sijoitustutkimusten osaan "Kalliopohjaveden geokemia" (1.3.2), jossa on tutkittu kalliopohjaveden koostumusta samoista rei'ista otettujen pohjavesinaytteiden avulla (Blomqvist et el. 1986). Tassa raportissa esitetaan lampotilaluotausten alustavat tulokset. Mittaustulosten tulkintaa rajoittaa toistaiseksi kairasydannaytteiden lammonjohtavuustietojen puuttuminen. Naytteiden mittaukset ovat parhaillaan kaynnissa. Taman vuoksi tarkemmat tulokset pohjaveden virtauksesta kalliossa ja lampovuon tiheydesta raportoidaan erikseen, ja tassa yhteydessa keskitytaan lahinna reikaa pitkin tapahtuvien virtausten tulkintaan. 2 LAMPUTILAMITTAUKSET POHJAVEDEN VIRTAUSTUTKIMUKSISSA Lampotilamittaukset ovat osoittautuneet kayttokelpoiseksi menetelmaksi kalliopohjaveden virtaustutkimuksiin Suomen olosuhteissa (Poikonen 1983, Kukkonen 1985 a, 1985 b, 1986, Saksa 1985). Virtaava vesi siirtaa lampoa ja muuttaa reian lampotilaa virtauksesta karakteristisesti riippuvalla tavalla (kuva 1). Eri virtaustilanteiden tulkintaa ja virtausmaarien laskentaa on kasitelty kirjallisuudessa (Ramey 1962, Drury et al. 1984, Kukkonen 1985 a). Kun kalliopohjaveden virtausta tutkitaan reikamittauksilla,

TEMPERATURE Kuva 1. Eri virtaustilanteiden synnyttamat anomaliat syvyyslampotilakayralla. A: veden virtaus reikaan kohdassa a1 ja poistuminen reiasta kohdassa a2, B: rakovyohykkeeseen varastoitunut lammin kairauksen huuhteluvesi, C: virtaus rakovyohykkeessa (Druryn et al. 1984 mukaan). on otettava huomioon, etta kairareika toimii hydraulisena oikosulkuna eri rakovyohykkeiden valilla. Kairareikaa pitkin tapahtuvat virtaukset, joita lampotilaluotauksissa varsin usein todetaan, eivat sinansa edusta normaalia virtaustilannetta kalliossa. Niiden avulla voidaan kuitenkin tehda epasuoria johtopaatbksia kalliossa tapahtuvista virtauksista.

Edelleen on otettava huomioon, etta syvyys-lampolilakayralla oleva gradienttimuutos voi johtua myos pelkasta kallion lammonjohtavuuden muutoksesta eika pohjavesivirtauksesta. Taman vuoksi tyypin C (kuva 1) anomalian osoittaminen virtauksen aiheuttamaksi edellyttaa myos lammonjohtavuuden mittaamista kairasydannaytteista. Mikali kallion vertikaalinen lampovuon tiheys eli ylospain johtuva energia aikayksikkoa ja pinta-alayksikkoa kohden (gradientti x johtavuus) on erilainen pisteen C yla- ja alapuolella, voidaan gradienttimuutos tulkita pohjavesivirtauksen aiheuttamaksi. Vuosittainen maanpinnan lampotilavaihtelu johtuu kalliossa alaspain samalla vaimentuen. Vuosittaisvaihtelu ulottuu noin 20-25 m syvyydelle ja vasta taman syvyyden alapuolelta voidaan mittaustuloksista kaytannossa etsia kuvan 1 anomalioita. Pitkaaikaisten ilmastomuutosten (lo2-106 vuotta) aiheuttamat 12impotilahairiot voivat sensijaan yltaa useiden satojen metrien, jopa kilometrien syvyyteen ja aiheuttaa useiden mk/m:n suuruisia gradienttimuutoksia ylimmalla 500 m:lla. Geotermisiin n~ittaustuloksiin tehtavien ns. paleoklimatologisten korjausten avulla voidaan myos tutkia epasuorasti kalliopohjaveden virtausta (Kukkonen 1986). 3 MITTAUKSET JA TULOSKASITTELY Lampotilamittaukset suoritettiin GTK:n geofysiikan osastolla rakennetulla laitteistolla, joka perustuu lampotilariippuvaan mikropiiriin AD 590 H (Sulkanen 1984). Lampotilamittauksen absoluuttinen tarkkuus on O.lOc ja resoluutio 0.01 OC. Kaytossa on useita eri kaapelipituuksia 200 m:sta 1350 m:iin. Mittaukset tehtiin 2-5 m pistevalilla, yleensa pistevalina kaytettiin 2.5 m:ia. Mittaukset tehtiin toukokuun ja syyskuun 1986 valisena aikana lukuunottamatta eraita kaivosmittauksia, jotka tehtiin jo helmikuussa 1986.

TAULUKKO 1, Luodatut reiat. Kunta, kyla Karttalehti Kairaus- Mittaus- Kiviaika aika lajit Elimaki, Koskisto Porakaivo 3024 05 6723.62 471.98 20 400 159 1958 6.6.86 1 Espoo, Otaniemi M19/52/2034/86/~301 2034 03 6674.60 546.24 7 254 56 2.1986 7.7.86 1,21,7 Kangasniemi, Salmenkyla M19/52/3213/83/~301-.3213 06 6880.43 479.10 100 (264) 46 3.1986 15.5.86 5 Keitele, Teerimski M19/52/3314/85/R494 3314 02 7021.00 468.19 127 600 46 10.1985 22.5.86 5,15 Keminmaa, Sompujarvi Ki-23 2544 04 7317.80 552.14 85 302 46 41983 3.7.86 13,5,6, Kisko, Aijala A-82 2014 03 6675.70 463.38 75 138 7 em.-80 17.6.86 16,9,22,19 ~isko, Iilijarvi IL-61 2023 04 6680.28 473.73 49 333 46 1985 16.6.86 8 Kolari, Hannukainen R162 2714 10 7496.80 497.50 215 548 46 1.1977 8.7.86 4,1,22,3,21 Kolari, Hannukainen R197 2714 10 7496.80 497.20 205 558 46 1980 9.7.86 4,1,22,3,21 Lepplvirta, ~otalahden kaivos Leppavir tar KO talahden kaivos Pori, Marjakoski (Pinomaki) Pyhajarvi, Pyhasalmi (Kettupera) R1088 R1090 PO1 Pys-35 Pyhajarvi, Pyhasalmen kaivos R80 6 Ranua, Vaaralampi (Suhanko) YP128 Savukoski, Sokli R347 4723 04 7524.99 471.92 234 (391) 46 6.1975 1.7.86 14 Savukoski, Sokli R349 4723 04 7524.25 471.33 239 (466) 46 6.1975 2.7.86 14 sodankyla, Rajala K/3714/84/~-1 3714 02 7504.78 468.63 205 381 46 1985 14.8.85 12 Sotkamo, Taivaljarvi KRlO2 4322 12 7093.00 453.66 200 (476) 46 1986 17.5.86 8,10,12,21 Vammala, Suvitie VM/ST-24 2121 07 6801.44 449.93 97 (183) 46 12.1980 24.4.86 18 Vihanti, Lampinsaari (Alpua) Vihanti, Lampinsaari (Suksikangas) Vuolijoki, Honkamaki R1706 R1732 R17 Ylistaro, kk (Lahdenkyla) porakaivo 2311 01 6984.04 425,72 20 414 150 11.1960 21.8.80 16 Selitys X, Y, h Reian koordinaatit. Kaivosten rei'ista on annettu kaivoskoordinaatit. Z lzeian vertikaalinen syvyys maanpinnasta (m). Sulkeissa olevat arvot tarkoittavat suurinta saavutettua luotaussyvyytta. 0 Reikahalkaisija (mm) Kivilajit l=graniitti, 2=rapakivi, 3=dioriitti, 4=monzoniitti, 5=gabro, C=anortosiitti, 7=pegmatiitti, 8=hapan.vulkaniittir 9=intermedikiSrinen vulkaniitti, lo=emaksinen vulkaniitti, ll=ultraemaksinen vulkaniitti, 12=komatiitti, 13=ultraemSksinen kivilaji yleensa, 14=s8viittiI 15=gneissi, 16=kiillegneissi, 17rkiille-sarvivalkegneissi, 18=suonigneissi, 19=kordieriittigneissi, 20=graniittigneissi, 21=amfiboliitti, 22=karsi, 23=serisiitti-kordieriittikivi, 24=leptiitti, 25=sulfidimalmi

ErSissa kohteissa ei voitu suorittaa mittauksia ja niiden osalta on kaytetty Jarvimaen ja Purasen (1979) materiaalia (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985). Mittausohjelmassa oli kaikkiaan 23 reikaa (taulukko 1). Reikapituudet laskettiin vertikaalisyvyyksiksi joko reikien kaltevuusmittausten tai yhdistettyjen kaltevuus- ja sivutaipumamittausten avulla (Fotobor- tai Eastco-menetelmat), joiden tulokset saatiin kzyttoon reikia kairauttaneilta organisaatioilta. Yhdessakohteessa (Elimaki) tehtiin virtaustulkinnan tueksi galvaaninen reikaluotaus NORMA-maavastusmittarilla kayttaen normaalijarjestelmaa. 4 TULOKSET Seuraavassa esitetaan lamp6tilaluotausten tulokset kohteittain. Virtaustulkinta on tehty kirjallisuudessa (esim. Kukkonen 1985 a) esitetylla tavalla. Virtaustulkinnat on keratty taulukkoon 2 ja reikien geotermiset gradientit taulukkoon 3. Kaikki syvyystiedot on ilmoitettu vertikaalisyvyyksina. 4.1 Elimaki, Koskisto Lampotilamittauksen (liite 1) perusteella porakaivoon virtaa vetta 365 m:n syvyydella, mista vesi virtaa reikaa pitkin alas. Virtausmaara on noin 53 kg/h (1 kg*l 1). Veden ulosvirtausta ei voida lampotilakayralta havaita. Mahdollisesti ulosvirtaus tapahtuu aivan reian pohjasta siten, etta lampotila-anturi ei ole voinut paasta riittavan syvalle.

TAULUKKO 2. Virtaustulkinnan tulokset; virtaukset reikia pitkin. Reika Z1 Z2 AT g D f(t) K s W v Suunta Huom. Elimaki, Koskisto 365 ~400 0.2 11.0 18.2 6.39 3.47 1.0 53.3 0.8 alas 1 Kangasniemi, Sallnenk yla <20 30-60 - - - - - - - - alas? Keitele, Teerimaki 80 265 0.1 16.1 6.2 5.62 2.3 1.0 13.7 2.3 alas 1 Kisko, Iilijarvi 50 20 - - - - - - - - ylas? Kolari, Hannukainen <20 < 20 i: 0.3 13.3 22.6 7.00 2.9 1.0 50.5 8.4 alas R16 2 c2o 150 0.1 13.3 7.5 7.00 2.9 1.0 16.8 2.8 alas 1 R19 7 150 0 - - 160 6.80 2.9 1.0 370.8 61.2 ylbs 2 Pori, Marjakoski 100 0 - - 300 6.91 3.35 1.9 784.8 131.2 yl6s 2,,,, 190 o 0.2 17.0 11.8 6.91 3.35 1.9 46.2 7.7 ylas 1 II II 240 0 0.3 17.0 17.7 6.91 3.35 1.9 30.8 5.1 yl6~ 1 Pyhajarvi, Pyhasalmi 148 294 0.05 10.0 5.0 6.60 3.0 1.0 12.2 1.4 alas 1 Ranua, Suhanko 140 310 - - - - - - - - alas Savukoski, Sokli R349 (-75) 20 210 - - 300 4.65 2.8 1.0 975.6 163.1 alas 2 R349 (-75) 450 210 - - 140 4.65 2.8 1.0 453.6 75.8 y10s 2 R349 (-75) 450 535 0.3 16.1 18.6 4.65 2.8 1.0 60.1 10.0 alas 1 R349 (-86) 0 210 - - 200 7.10 2.8 1.0 425.8 71.2 alas 2 R349 (-86) 0 266 0.2 16.1 12.4 7.10 2.8 1.0 26.4 4.4 alas 1 R349 (-86) 376 >465 - - - - - - - - alas Sodankyla, Rajala 420 90 0.1 1.7 58.8 5.90 2.5 1.0 133.2 22.6 alas 1 Vammala, Suvitie 95 165 0.35 7.0 50.0 7.79 3.3 1.0 113.4 19.0 alas 1 Vihanti, Lampinsaari R1732 20 50 0.15 12.3 12.2 6.87 3.0 1.0 28.8 4.8 alas 1 R1732 100 230 0.6 12.3 49.0 6.87 3.0 1.0 115.2 19.3 alas 1 R1732 365 230 - - - - - - - - yl0s R1706 <20 150 0-6 22.9 26.2 7.00 2.8 1.0 15.3 2.6 alas 1 Vuolijoki, Honkadki <20 45 0.35 7.0 50 7.79 3.3 1.0 113.4 19.0 alas 1,I I, <20? 170 - - - - - - - - alas? 1 Selitys S W v Huom. Veden sislan- ja ulosvirtaussyvyydet reiassa (m) Ulosvirtauskohdassa mi tattu liimpdtilero (OC) Virtaustulkinnassa kaytetty geotermisen gradientin arvo (mk/m). Gradientti on useimmiten arvioitu graafisesti syvyys-lamp8tilaklyrllta. Virtausmaara3n ja virtausnopeuteen verrannollinen parametri (m) Aikariippuva funktio, t on veden virtausaika. Oletus: Virtaus on jatkunut kairauksen pasttymisesta alkaen. Reian kivilajien lammonjohtavuus (W/mSK). K:n arvona on kaytetty joko kairasydannaytteiden mittaustuloksia (P.JSrvimaki, kirj. tied.anto 1985) tai kivilajin kirjallisuustietoja. ReiXn kivilajien terminen diffusiviteetti (10-6 m2/s) Virtausmaara aikayksikossa (kg/h*l/h) Veden virtausnopeus reikaa pitkin (mm/s) 1) VirtausmaIrB ja virtausnopeus on laskettu lampatilaeron AT mukaan (D = at/g) 2) Virtausm3arS ja virtausnopeus on laskettu Z-T -kayrasovituksella varioimalla parametria D.

TAULUKKO 3. Luodattujen reikien geotermiset gradientit. Gradientti on laskettu vain niista rei'ista, joissa syvyys-lampotilakayra on rauhallinen. ReikS A Z N 9 Huom. Elimaki, Koskisto 150-360 22 Espoo, Otaniemi 154-254 50 Kangasniemi, Salmenkyla 180-264 46 Keitele, Teerimaki 300-600 133 Keminmaa, Sompujarvi 200-302 53 Kisko, Iilijarvi 124-333 54 Leppavirta, Kotalahden kaivos R1088 R1090 795-880 780-899 52 62 Pori, Marjakoski - - Ranua, Suhanko 140-567 200 Sodankyla, Rajala 300-380 20 Vihanti, Lampinsaari R1732 400-734 149 Vuolijoki, Honkamaki 300-560 141 Ylistaro, kk 200-414 12 Selitys a Z Syvyysvali (m), jolta gradientti on laskettu N Xittauspisteiden lukumaara 9 Geoterminen gradientti ja sen keskivirhe (mk/m) Huom. 1) Gradientti Jarvimaen ja Purasen (1979) mukaan

Galvaanisen reikamittauksen (liite 2) perusteella syvyydella 365-400 m rapakivessa on selva naennaisen ominaisvastuksen minimi, joka voidaan tulkita rakovyohykkeeksi. Koska porakaivo on tehty rapakivigraniittiin, voidaan olettaa lammonjohtavuuden olevan vakio reikaa pitkin. Talloin lampotilakayriin gradienttimuutoksia voidaan tulkita pohjaveden virtauksen kannalta. Syvyydella 150 m lampotilagradientti kasvaa alaspain suhteellisen teravasti. Galvaanisen reikaluotauksen (liite 2) perusteella talla kohdalla on myos ominaisvastuksen minimi ja kyseessa voisi olla kalliopohjaveden virtaus rakovyohykkeessa. Virtaus tapahtuisi rakovyohyketta pitkin alaspain ja olisi suuruudeltaan 0.18 mg/s*m, jos rakovyohykkeen kaateeksi oletetaan 4S0. Toinen epaselvempi gradienttimuutos on 80 m:n syvyydella. Myos porakaivon lampotilojen ilmastokorjauksen (Kukkonen 1986) perusteella kaivon ymparistbssa on tapahtunut kalliopohjaveden virtausta, joka on muutanut kallion lampotiloja. 4.2 Espoo, Otaniemi Lampotilamittauksen (liite 3) perusteella reiassa ei tapahdu havaittavia virtauksia. Negatiivinen lampotilagradientti, joka yltaa aina 100 m:n syvyyteen, johtuu reian vieressa olevan GTK:n paarakennuksen aiheuttamasta kohonneesta pintalampotilasta. Samanlaisia negatiivisia gradientteja on todettu eraissa porakaivoissa, jotka ovat myos suurten rakennusten laheisyydessa. Joissakin tapauksissa negatiiviset gradientit ovat osittain vuosisadan alkupuolella tapahtuneen lampotilan nousun aiheuttamia (Kukkonen 1986). Geoterminen gradientti Otaniemen reiassa valilla 150-250 m on 16.5 mk/m. Mittausaikana kairauksesta oli kulunut vasta 5 kk ja on ilmeista, etta reian lampotila ei ollut viela taysin saavuttanut luonnontilaa.

4.3 Kangasniemi, Salmenkyla Reian lampotilat (liite 4) ovat voimakkaasti hairiytyneita 30-60 m syvyydella. Kyseessa on ilmeisesti virtaus reikaa pitkin, mutta virtauksen yksityiskohtia ei ole mahdollista selvittaa. Syvyydella 90 m geoterminen gradientti laskee 21,7 mk/m:sta 11,4 mk/m: iin. Kairasydanraportin mukaan gradienttimuutokseen ei liity olennaista kivilajimuutosta, mutta kivilajivaihtelu on yleensa kuitenkin vilkasta. Jos gradienttimuutos tulkitaan virtausanomaliaksi, ja oletetaan veden virtaavan ruhjeessa, jonka kaltevuus on 4s0, virtausmaara. olisi 0.22 mg/s*rn. 4.4 Keitele, Teerimaki Reian lampotilakayra (liite 5) on varsin rauhallinen, mutta vahainen virtaus reikaa pitkin alas ja pois reiasta voidaan todeta 80 m ja 260 m valilla. Geoterminen gradientti 300-600 m:n valilla on 15.9 mk/m. 4.5 Keminmaa, Sompuj arvi Reian lampotilakayra (liite 6) ei viittaa virtausten olemassaoloon. Vahittainen gradientin kasvu alaspain johtunee menneisyyden ilmastomuutosten vaikutuksesta (vrt. Kukkonen 1986). Geoterminen gradientti valilla 200-302 m on 8.0 mk/m. 4.6 Kisko, Aijala Lampotilamittauksen (liite 7) perusteella reikaa pitkin tapahtuvia virtauksia ei ole. Gradientti on hyvin alhainen (3'8 mk/m)aina38 m syvyyteen, minka alapuolella se nopeasti

kasvaa normaaliksi. Reian kivilaji on 5-70 m:n syvyydella intermediaarista vulkaniittia. Gradienttimuutos voisi olla kalliossa alaspain virtaavan pohjaveden aiheuttama, koska siihen ei geologisten tietojen perusteella liity johtavuuden muutosta. Reika sijaitsee korkealla maella, josta korkeusero viereiseen laaksoon on noin 45 m. Myos epatavallisen alhainen pohjaveden pinnan korkeus (9.4 m) on ymmarrettavissa siten, etta reian ymparistossa pohjavetta painuu kalliossa alaspain. 4.7 Kisko, Iilijarvi Reiassa ei ole havaittavissa virtausanomalioita (liite 8) lukuunottamatta reian ylinta osaa 50 m:n ylapuolella, missa voi tapahtua heikkoa virtausta reikaa pitkin ylos. Mittausaikana kairattiin samassa profiilissa uutta reikaa vain 30 m:n paassa, ja on mahdollista, etta kairauksen huuhteluveden pumppaus on muuttanut virtausoloja kallion pintaosissa. Geoterminen gradientti on syvyysvalilla 124-333 m 16.8 mk/m. 4.8 Kolari, Hannukainen Tassa kohteessa luodattiin kaksi reikaa (R162 ja R197), jotka ovat vain 300 m:n etaisyydella toisistaan. Kummassakin reiassa on vilkasta lampotilan vaihtelua (liitteet 9 ja 10). Reikien alaosissa mitatut gradienttivaihtelut johtuvat mita ilmeisimmin vain kivilajien johtavuusvaihtelusta, sen sijaan reikien pintaosissa on havaittavissa selvia reikavirtausta indikoivia anomalioita. Reiassa R162 virtaus tapahtuu reian pintaosasta alaspain n. 58 m:n ja 86 m:n syvyydella oleviin rakovyohykkeisiin. Yhteenlaskettu virtausmaara on 50.5 l/h. Reiassa R197 vesi virtaa n. 150 m:n syvyydella reikaan ja virtaa reikaa pitkin ylos maanpinnalle. Lampotilamittausten kayrasovitustulkinnalla saadaan virtausmaaralle arvo 371 1-/h.

Kairareian suulta mitattiin virtausmaaraksi 15-20 l/min (vastaa 900-1200 1 Reika R197 on noin 10 m alempana kuin reika R162 Kivimopionvaaran lansirinteessa. Tulokset voidaan tulkita myos siten, etta reikien virtausvyohykkeet edustaisivat samaa, loiva-asentoista (10 - IS0) rakovy3hyketta tai rakovyohykkeiden sarjaa, jossa pohjavesi virtaa alaspain. KO. vyohyke noudattaisi myos kairareilista todettua geologiaa. 4.9 Leppavirta, Kotalahden kaivos Kummassakaan luodatussa reiassa (R1088 ja R1090) ei ole reikavirtausta indikoivia lampotila-anomalioita (liitteet 1 1 ja 12). Reiassa R1090 ensimmaisilla 20 m:lla oleva minimi johtuu kaivostunnelin lampotilasta, joka on noin 0.5'~ vastaavan syvyyden kalliolampotilaa korkeampi. Reikien geoterminen gradientti on 11..4-11.8 mk/m, mika on sopusoinnussa Jarvimaen ja Purasen (1979) aikaisemman Kotalahden kaivoksesta mitatun arvon kanssa (11.3 mk/m). 4.1 0 Por i, Mar j akoski (Pinomaki), Lampotilakayralla vuodelta 1964 (liite 13, P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985) voidaan havaita ainakin kolme reikavirtausanomaliaa, 100 m:n, 190 m:n ja 240 m:n syvyydella. Virtaus tapahtuu reikaa pitkin ylos. Virtausmaarat ovat ko. virtauskohdissa ylhaalta alaspain lukien 785, 46 ja 31 l/h. Yhteensa maanpinnalle virtaisi n. 860 l/h. Vuonna 1962 (kaksi vuotta aikaisemmin) reian suulta mitattu virtausnopeus oli 1440 l/h (P. Jarvimaki, henkiliikohtainen tiedonanto 1987). Kairasydannaytteista mitattujen l~mm~njohtavuusarvojen_ (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985) perusteella

laaditusta ns. Bullard-diagrammista (lampotila termisen resistanssin funktiona, liite 14) voidaan havaita, etta kallion lampotilat ovat hairiytyneita aina noin 12OC:n lampotilaan asti (vastaa 380 m syvyytta). Tulos voitaisiin tulkita siten, etta kalliossa virtaa vetta rakovyohykkeissa alaspain ainakin 250-380 m:n syvyydella. 4.11 Pyhajarvi, Pyhasalmi (Kettupera) Kairaustietojen mukaan reika on putkitettu aina 480 m syvyydelle, mutta putkisto eiliene aivan tiivis, koska lampotilakayralta (liite 15) voidaan erottaa heikko reikavirtausanomalia 148 m:n ja 294 m:n valilla. Virtausmaaraksi saadaan 12 l/h reikaa alas. Syvyydella 674 ja 736 m olevat lampotilakayran epasaannollisyydet liittyvat todennakoisesti kivilajivaihteluun, eivatka siten olisi virtausten aiheuttamia. Lampotilaluotaus paattyi syvyydelle 763 m teknisten ongelmien vuoksi. Geoterminen gradientti on normaali (12.3 mk/m, 300-670 m). 4.12 PyhajLirvi, Pyhasalmen kaivos Kaivoksen 660-tasolta luodatussa reiassa R806 ei voida todeta selvia virtauksia (liite 16). Lampotilakayralla on kuitenkin tulkinnanvarainen piirre, joka voisi johtua heikosta virtauksesta reian pintaosasta alaspain 695 m:n syvyydelle. 4.13 Ranua, Vaaralampi (Suhanko) Reian lampotilavaihtelu on vilkasta (liite 17) samoin kivilajivaihtelu, vaikka reika lavistaakin aivan alimpia syvyyksia lukuunottamatta vain emaksisia ja ultraemaksisia

kivilajeja. Lampotilakayralta voidaan kuitenkin tulkita reikavirtaus reikaa alas 140 m:n ja noin 310 m valilla. Tarkempaa virtaustulkintaa ei ole mahdollista tehda ennen kuin johtavuustiedot ovat kaytettavissa. 4.14 Savukoski, Sokli Tassa kohteessa luodattiin kaksi reikaa, R347 ja R349, joista on kaytettavissa myos vuonna 1975 tehdyt lampotilaluotaukset ja lammonjohtavuusmittaukset (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985). Reikien ensimrnaiset lampotilaluotaukset (liitteet 18 ja 21) tehtiin vain noin kuukausi kairauksen paattymisen jalkeen. Reiassa R347 ei ole lampotilamittausten mukaan reikavirtauksia, vaikka lampotilavaihtelua onkin havaittavissa. Noin O,SO korkeammat lampotilat vuoden 1975 mittauksissa johtuvat kairauksen aiheuttamasta lampohairiosta. Myos Bullard-diagrammi (liite 20) on varsin rauhallinen, vaikkakaan sen kulmakerroin ei ole taysin vakio. Saman reiiin l~~p~vuaa:mojer~ ilmastokorjauksen tulokset viittasivat siihen, etta konduktiivinen tila vallitsisi, eika pohjavesivirtauksia esiintyisi (Kukkonen 1986). Johtopaatosten tekoa rajoittaa kuitenkin suhteellisen vahainen johtavuusnaytteiden lukumaara (yksi nayte/30 m). Reian R349 lampotilakayrassa vuodelta 1975 (liite 21) on selvia virtausanomalioita. Noin 200 m:n syvyydella reika on lavistanyt rakovyohykkeen, johon virtaa vetta reikaa pitkin seka ylhaalta etta alhaalta. Reian pintaosista tapahtuneen virtauksen maaraksi voidaan tulkita 976 l/h ja 450 m:n syvyydelta ylospain suuntautuvan virtauksen maaraksi vastaavasti 454 l/h. Syvyydelta 450 m vetta virtasi myos reikaa pitkin alas ja poistui rakovyohykkeeseen noin 535 m:n syvyydella. Virtausmaaraksi saadaan 60 l/h. Reian R349 lampotilakayra vuodelta 1986 (liite 22) poikkeaa selvasti vuoden 1975 kayrasta (liite 21). Lampotilavaihtelu

18 on tasaisempaa, ilmeisesti reian virtaustilanteen rauhoit- tumisen takia. Virtauksia on kuitenkin edelleen havaittavissa. Vetta virtaa reian pintaosasta 210 m:n syvyydella olevaan rakovyohykkeeseen ja myos 266 m:n syvyydelle. Virtausmaarat ovat 426 l/h ja 26 l/h. Vuoden 1975 mittauksessa 266 m:n syvyydella ei todettu virtauksia. Toisaalta vuonna 1975 ylospain tapahtunutta virtausta ei ole havaittavissa 1986 mittauksissa, mutta 376 m:n syvyydelta vetta virtaa alaspain. Tarkempaa tulkintaa ei ole mahdollista tehda, koska lampotilamittaus paattyi tukokseen 465 m:n syvyydella, ja ilmeisesti virtaus jatkui ohi tukospaikan. On varsin todennakoista, etta reiassa R349 210 m:n syvyydella olevassa rakovyohykkeessa tapahtuu pohjaveden virtausta myos kalliossa, silla vuoden 1986 lampotilamittauksessa talla syvyydella gradientti kasvaa reiassa alaspain. Virtauksen suunta olisi rakovyohykkeessa alaspain. 4.15 Sodankyla, Rajala Reian lampotilakayra (liite 24), joka on mitattu v. 1985 (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985), on varsin poikkeuksellinen. Geoterminen gradientti on kauttaaltaan hyvin alhainen, ja viela 300-380 m:n syvyydellakin vain 6.0 mk/m. Gradientti kasvaa alaspain. On mahdollista, etta alhainen gradientti johtuu pohjavesivirtauksesta, joka on jaahdyttanyt reikaa ymparoivan kalliolohkon. Menneisyyden ilmastomuutosten vaikutukset (Kukkonen 1986) eivat riita selittamaan alhaista gradienttia. Reika sijaitsee Sattasjoen laaksossa, joka peruskartan mukaan on selva SE-NW suuntainen lineamentti. Lampotilakayralla on reikavirtausanomalia, jonka mukaan vetta virtaa reian pintaosasta alaspain noin 130 l/h ja vesi poistuu n. 90 m syvyydella rakovyohykkeeseen.

4.16 Sotkamo, Taivaljarvi 19 Reika kairattiin talvella 1985-86 ja lampotilat eivat todennakoisesti olleet mittausaikana (kesak. -86) viela asettuneet luonnontilaan. Lampotilakayralla (liite 25) on mahdollisia virtausanomalioita esim. 70-100 m:n ja 440-470 m:n syvyydella. Lisaksi gradientti vaihtelee varsin paljon. Reian luotaus paattyi tukokseen 476 m:n syvyydella. Lampotilakayran kayttokelpoisuutta rajoittaa myos se, etta reika on malminetsintakohteesta, jossa on kymmenia reikia pienella alueella. Huuhteluveden pumppauksen aiheuttamien hairioiden osuutta on vaikea arvioida. 4.17 Vammala, Suvitie Lampotilakayralla (liite 26) on reikavirtausanomalia 95-165 m:n valilla. Vesi virtaa reikaa pitkin alas ja poistuu rakovyohykkeeseen (1 13 1 ) Reika luodattiin 200 m:n pituisella kaapelilla, joten reian pohjaosan virtauksista ei ole tietoa. 4.18 Vihanti, Lampinsaari (Suksikangas ja Alpua) Tassa kohteessa luodattiin kaksi reikaa, R1732 ja R1706 (liitteet 27 ja 28). Reiassa R1732 on varsin erikoinen lampotila-anomalia: 230-365 m:n valilla lampotila on noin 0.6 OC yla- ja alapuolta korkeamrnalla. Tama anomalia voidaan tulkita kahden reikavirtauksen aiheuttamaksi. Toisaalta vetta virtaa reikaan 100 m:n syvyydelta noin 29 l/h ja vesi poistuu rakovyohykkeeseen 230 m:n syvyydella. Toisaalta vetta virtaa reikaan myas 365 m:n syvyydelta, virtaus tapahtuu ylospain ja poistuu samaan rakovyohykkeeseen 230 m:n syvyydella. Tamankaltaista tulkintaa tukevat reian tuloksista ekstrapoloitu normaaliaalhaisempi maanpinnan lampotila ja lampotilan tasoero 0-230 m:n ja 365-730 m:n syvyysvalien kesken.

Syvyydella 50 m on 0.15' lampotilaporras, joka aiheutuu reikavirtauksesta (29 l/h) reian pintaosasta rakovyohykkeeseen. Kairaustietojen mukaan reiassa olisi putkitusta aina 140 m:n syvyyteen, joten virtaustulkinta on ymmarrettava siten, etta putket vuotavat. Geotermiselle gradientille saadaan arvo 11.8 mk/m syvyysvalilta 400-734 m. Reiassa R1706 (liite 28) mitattiin yllattaen samantyyppinen anomalia kuin R1732:ssa. Syvyydella 150 m lampijtila nousee iikillisesti noin 0.6OC. Virtausmaaraksi reikaa pitkin alas saadaan 15 l/h. R1732:sta poiketen myos gradientissa on muutoksia. Liimpotilahypyn ylapuolella gradientti on perati 22.9 mk/m ja sen alapuolella vain 8.6 mk/m. Jos gradienttimuutos oletetaan kalliossa tapahtuvan virtauksen aiheuttamaksi, saadaan virtausnopeudeksi 0.23 mg/s-rn (rakovyijhykkeen kaadeoletus 450). 4.19 Vuolijoki, Honkamaki Reian lampotilakayra (liite 29) on rauhallinen, lukuunottamatta ylinta 190 m:iii. Lampotilan hyppayksenomainen kasvu 0.35 ~:lla indikoi reikavirtausta pintaosasta alas 45-60 m:n syvyydelle, jossa on kairaustietojen mukaan ruhjevy8hyke. Virtausmaara on noin 113 l/h. Lampbtilakayran kaarevuus 60-170 m:n valilla viittaa ilmeisesti myos virtaukseen. Sen tarkempi tulkitseminen ei kuitenkaan ole mahdollista nailla tiedoilla. Yllamainittua reikavirtausta 45 m:n ylapuolella ei voida todeta vuonna 1970 tehdysta lampotilamittauksesta (liite 30). Geoterminen gradientti on 300-560 m valilla 13.6 mk/m, mika poikkeaa Jarvimaen ja Purasen (1979) vuonna 1970 mittaamasta arvosta (12.7 mk/m). Reian pohjalla mitatuissa lampotiloissa on noin O.S~C ero vuosina 1970 ja 1986 tehdyissa mittauksissa. Tama johtunee mittaustekniikan eroista. Toistaiseksi ei ole selvilla, kumpi mittauksista on luotettavampi.

4.20 Ylistaro, kk (Lahdenkyla) Lampotilamittauksen (P. Jarvimaki, kirjallinen tiedonanto 1985) mukaan porakaivossa ei ole reikaa pitkin tapahtuvia virtauksia. Syvyydelle 60-70 m ulottuva negatiivinen lampotilagradientti on tulkittu toisaalta vuosisadan vaihteessa tapahtuneen ilmastomuutoksen ja toisaalta porakaivon valittomassa laheisyydessa olevien rakennusten ja maanmuokkauksen aiheuttaman pintalampotilan muutoksen aiheuttamaksi (Kukkonen 1986). 5 YHTEENVETO Reikavirtauksia havaittiin kaikkiaan 15:ssa kairareiassa luodatuista 23:sta. Suurin osa virtausanomalioista oli syvyysalueella 0-300 m ja vain kahdessa reiassa todettiin virtauksia 400 m:n syvyydessa tai sen alapuolella. Virtaussuunta oli useimmiten alas ja vain kolmessa reiassa todettiin virtausta reikaa pitkin ylos. Lampatilamittaukslsta tulkitut virtausmaarat vaihtelivat valilla 12 l/h - 976 l/h ja virtausnopeudet vastaavasti valilla 1.4 mm/s - 163 mm/s. Kaikki reikavirtaukset tapahtuivat makean pohjaveden kerroksessa, ja vain kahdessa tapauksessa (Elimaki ja Pori) reikaan virtaava vesi on suolaista pohjavetta (Blomqvist et el., 1986). Tulos on sinansa luonnollinen, koska erityisesti kallion pintaosassa maanpinnan korkeuserot, rakoilun nopea vaihtelu pystysuunnassa ja pintavesien suotautuminen kallioon synnyttavat virtaukselle otollisia hydraulisen potentiaalin ja permeabiliteetin vaihteluita. Kallion rakovyohykkeita pitkin tapahtuviin virtauksiin viittaavia geotermisen gradientin ja lampovuon tiheyden vaihteluita todettiin 7 reiassa. Kc. virtausvyohykkeet havaittiin 38-380 m:n syvyydella, ja virtaus tapahtuisi viidessa tapauksessa alaspain ja kahdessa tapauksessa ylospain kallion rakovyohykkeissa. Kun kairasydannaytteiden lammonjohtavuustulokset saadaan kayttoon, voidaan kalliossa

tapahtuvien virtausten tulkintaa edelleen laajentaa. Rei'ista lasketut geotermisen gradientin arvot ovat valilla 6.0-16.8 mk/m.

6 LXHDEVI ITTEET Blomqvist, R., Lahtinen, R., Lahermo, P., Hakkarainen, V., ja Halonen, S., 1986. Kalliopohjavesien geokemia: tutkimustulokset syvista kairarei'ista vuonna 1986. Geologian tutkimuskeskus, ydinjatteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-53 (painossa). Drury, M.J., Jessop, A.M. and Lewis, T.J., 1984. The detection of groundwater flow by precise temperature measurements in boreholes. Geothermics 13, 163-174. Jarvimaki, P. and Puranen, M., 1979. Terrestrial heat flow in Finland. In: Terrestrial heat flow in Europe, ed. V. Cermak and L. Rybach, Springer Verlag, Berlin, 172-178. Kukkonen, I., 1985 a. Larnpotilamittauksia kallioporakaivoista Etela- ja Keski-Suomesta: Pohjaveden virtaushavainnot ja geotermiset tulokset. Geologian tutkimuskeskus, ydinjatteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-44, 24 s. Kukkonen, I., 1985 b. Lampotilamittaukset pohjaveden virtaustutkimuksissa. Teoksessa: XI1 Geofysiikan paivat Helsingissa 14.-15.5.1985, toim. P. Alenius ja H. Nevanlinna, Geofysiikan seura, Helsinki, 176-181. Kukkonen, I., 1986. Menneisyyden ilmastomuutosten vaikutus kallion lampotilaan ja lampotilagradienttiin Suomessa. Geologian tutkimuskeskus, ydinjatteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-51, 70 s. Poikonen, A., 1983. Application of electrical and thermal borehole logging to structural and hydrogeological investigations of crystalline bedrock. Tech. Res. Cent. Finland, Res. Rep. 212, 80 p. Ramey, H.J., 1962. Wellbore heat transmission. J. Pet. Technol. 14, 427-435. Saksa, P., 1985. Borehole geophysical investigations of Lavia deep testhole, Finland. Nucl. Waste Comm. Finn. Power Comp., Rep. YJT-85-06, 82 p. Sulkanen, K., 1984. Lampamittari GTL-83, kayttoohje. Geologian tutkimuskeskus, geofysiikan osasto, 2 s.

KIITOSMAININNAT Taman tutkimuksen aikana olen saanut apua useilta eri henkiloilta: M. Ekberg, 0-P. Isomaki, U. Kuronen, J. Lahtinen, T. Maki ja K. Pelkonen (Outokumpu Oy); 0. Kerkkonen ja 0. Lindholm (Rautaruukki Oy); I. Tuokko (Kajaani Oy); T. Vuotovesi (Kemira Oy); P. Jarvimaki, T. Manninen ja J. Nikander (Geologian tutkimuskeskus).

L I ITTEET Elimaki, Koski.sto; lampotila Elimaki, Koskisto; galvaaninen reikaluotaus Espoo, Otaniemi; lampotila Kangasniemi, Salmenkyla; lampotila Keitele, Teerimaki; lampotila Keminmaa, Sompujarvi; lampotila Kisko, Ai jala; lampotila Kisko,Iilijarvi; lampotila Kolari, Hannukainen, R162; lampotila Kolari, Hannukainen, R197; 15mpEtila Leppavirta, Kotalahden kaivos, R1088; lampotila Leppavirta, Kotalahden kaivos, R1090; lampotila Pori, Marjakoski (Pinomaki); lampotila 1964 Pori, Marjakoski (Pinomaki); Bullard-diagrammi Pyhaj arvi, Pyhasalmi (Kettupera); lampotila Pyhajarvi, Pyhasalmen kaivos; lampotila Ranua, Suhanko (Vaaralampi); lampotila Savukoski, Sokli, R347; lampotila 1975 Savukoski, Sokli, R347; lampotila 1986 Savukoski, Sokli, R347; Bullard-diagrammi 1975 Savukoski, Sokli, R349; lampotila 1975 Savukoski, Sokli, R349; lampotila 1986 Savukoski, Sokli, R349; Bullard-diagrammi 1975 Sodankyla, Rajala; lampotila Sotkamo, Taivaljarvi; lampotila Vammala, Suvitie; lampotila

27. Vihanti, Lampinsaari, R1732; lampotila 28. Vihanti, Lampinsaari, R1706; lampotila 29. Vuolijoki, Honkamaki; lampotila 1986 30. Vuolijoki, Honkamaki; lampotila 1970 31. Ylistaro, kk (Lahdenkyla); lampotila 1980

27. Vihanti, Lampinsaari, R1732; lampotila 28. Vihanti, Lampinsaari, R1706; lampotila 29. Vuolijoki, Honkamaki; lampotila 1986 30. Vuolijoki, Honkamaki; lampotila 1970 31. Ylistaro, kk (Lahdenkyla); lampotila 1980