-.* [-RI<!S.*.n -;.: 9 1 i.,,, _..--_.-.-,.-.--..- Q 19/3533/199511 Taivalkoski Saurijarvi Pertti Turunen 3.2.1995 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Pohjois-Suomen aluetoimisto Työraportti VLF-R-JA TASA VIRTAMITTAUKSET TAIVALKOSKEN SAARIJÄRVELLÄ Slingramin reaalikomponentti Taivalkosken Saarijärvelta
Q 19/3533/1995/1 Taivalkoski Saarijärvi Pertti Turunen 3.2.1995 GEOLOGIAN TUTKiMUSKESKUS Pohjois-Suomen aluetoimisto Työraportti VLF-R- JA TASA VIRTAMITTAUKSET TAIVALKOSKEN SAARIJÄRVELLÄ Taivalkosken Saarijärvi sijaitsee 39 kilometrin päässä Taivalkoskelta Naljänkään menevän tien varressa. Suunnilleen kilometrin läpimittaisen järven alla ja osittain pohjoisrannalla on vanhastaan tiedetty sijaitsevan savikiviesiintymän, jonka laajuutta ja laatua tutkittiin 1980-luvun alkupuolella useilla geologisilla ja geofysikaalisilla menetelmillä. Kuvassa 1 esitetään alueen geofysikaalisia matalalentokarttoja. Magneettikenttä on aivan anomaliaton, mutta molemmissa sähköisissä komponenteissa on yli kolmen prosentin anomalia. Lentomittaukset on tehty vuonna 1994 eikä niistä siten ollut apua tutkimuksia tehtäessä. Korkealentokartassa Saarijärven savikivi näkyy johdeanomaliana vain kahdella proilililla. Kuva 1. Saarijärven savikiviesiintymäalueen topografikartta, matalalennon magneettikenttäkartta sekä sahkömagneettinen imaginaari- ja reaalikomponentti. Mittakaava 1:40 000.
Kuva 5. Slingram- ja VLF-R-profiilien vertailuja. sen alla olevia rakenteita. Mittauksen tulkintatulos esitetään kuvassa 6. Tällä alueella on tutkimuskaivannoista löydetty kahdenlaista savea, punaista ja sinistä, joista sinisen pitäisi kemiallisten analyysien nojalla johtaa paremmin sähköä. Mittauksella piti selvittää erottuvatko savet toisis- taan. Saven ulkoreunassa on rapautunutta materiaalia, jonka johtavuus on savia selvästi huonompi. Timän jälkeen tulee moreeni ja kallio topografian samalla noustessa jyrkästi. Pintakerroksen ominaisvastus on arvioitu maaston kosteuden perusteella, mutta sen vaikutus ei tulkinnassa ole ratkaiseva. Kuva 6. VLF-R-mittaus järven koillisrannalla. Toisen kerroksen ominaisvastus.
Moreenialueella ei kerrosmallitulkinta matalan vaihekulman takia onnistu ja rapautuman ja moreenin rajat on määritetty kvalitatiivisesti. Savikiven johtavampi osa sijoittuu alueen länsipäähän, missä sitä myös kaivausten mukaan on enemmän. Savikiven ja rapautuman rajat käyvät yksiin tutkimuskaivausten kanssa. Vaikka mittaus osoittaakin, että vain vähän toisistaan eroavien savien erottaminen toisistaan on mahdollista, on tuloksiin suhtauduttava varauksellisesti. Jos pintamaan epähomogeenisuus olisi suurempi kuin tassa tapauksessa, olisi tilanne oleellisesti hankalampi ja tässäkin tapauksessa mittaukset oli tehtävä erikoisesti vaihekulman osalta erit- täin huolellisesti. Pintamaan ohuuden ja kosteuden takia ominaisvastuslukemat ovat hyvin pienia - muutamia kymmeniä ohmimetrejä - ja vaihekulmalukemat lähellä homogeenisen maan arvoja. Savilaatujen erojen ollessa pienia myös mittaustarkkuuden suhteen ollaan laitteen äärirajoilla. Vaikka mittaus tassa tapauksessa näyttäakin toimivan, ei menetelmää voi kritiikittömästi suositella kaikkien vastaavanlaatuisten ongelmien ratkaisemiseen. Järven keskellä olevan saaren todettiin sen yli mitatuissa profiileissa näkyvän ympäristöään heikommin johtavana alueena. Saaren rakenteen tutkimiseksi sen ympäristössä tehtiin toinen tiheäpisteinen kartoitus. Omi- naisvastustulokset on esitetty kuvan 7 vasemmalla puolella ja tulkittu toisen kerroksen ominaisvastus oikealla. Ominaisvastuskuviossa saari näkyy selvästi ympäristöstään poikkeavana kohoutumana lukemien kasvaessa runsaalla dekadilla. Muuten saaren ympäristö on suhteellisen homogeeninen. Tulkintakartassa saari n&yy alueen keskellä 100 Qm ylittävänä osana. Saaren koillis- ja lounaispuolella on hankalasti tulkittavia lukemia, mitkä todennäköisesti osoittavat, että huonommin johtava rakenne jatkuu järven pohjassa näihin suuntiin. Saaren länsipuolella savikiven ominaisvastus alenee selvästi ja jyrkemmin kuin itapuolella. Tämä taas voidaan tulkita merkiksi siitä, että saaren kaltevuus vertikaalisuunnassa on todennäköisemmin kaakkoon kuin luoteeseen. Joka tapauksessa saaren länsipuolella on johtavampaa materiaalia kuin itapuolella eli tästä menee yksi kuvan 4 eri tavalla johtavien savien rajoista., Vielä tarkasteltiin VLF-R:n tulkitun syvyyden ja mitattujen syvyyksien yhteensopivuutta gravimetrisillä profiileilla. Esimerkkinä esitetään kuvassa 8 profiilin Gl tulokset. Pisteet kuvaavat jaalta mitattuja syvyyksiä ja viiva VLF-R:n tulkintasyvyyksia. Yhteensopivuus tällä profiililla on koh talainen, mutta muilla profiileilla ristiriitoja on enemmän. Syitä tähän on ainakin kaksi. Ensinnäkään VLF-R-profiilit eivät välttamat- Kuva 7. VLF-R-mittaus saaren ympiiristössä. vasemmalla naennäinen ominaisvastus. oikealla tulkittu savikiven ominaisvastus.
Kuva 8. Mitatun ja VLF-R:stä tulkitun syvyyden yhteensopivuus profiililla G 1. ta sijaitse aivan samoilla paikoilla gravimetristen profiilien kanssa. Profiili G1 on tässä suhteessa varmin ja sillä on yhteensopivuuskin paras. Toiseksi sekä slingramettä VLF-R-mittaukset osoittavat, että järven pohjassa on epähomogeenisuuksia. Siten ei tiedetä kuinka hyvin mitattu järven syvyys vastaa savikiven yläpinnan syvyytta. On todennäköistä, että jwen pohjassa on liejua ja savikiven syvyys on mitattua syvyytta suurempi. Heikommin johtavilla paikoilla saattaa VLF-R antaa mm. sivuilla olevien häiriötekijöiden vuoksi virheellisiä tuloksia. On mahdollista, etti VLF-R:n tulkinta antaa systemaattisesti liian matalia tuloksia, jotka heikommin johtavilla alueilla häiriintyvät liian suuriksi. Siten pohjan laadun tuntemattomuuden vuoksi ei syvyyskorrelaatiotarkasteluista voi ehdottoman varmasti päättää syvyystulkinnan luotettavuutta. TASA VIRTAMITTA UKSET Tasavirtamittauksia tehtiin profiileilla G 1 ja G2 kaikkiaan 24 pisteessä. G1:tä pitkin tehtiin AMNB- sekä AMN- ja MNB-proflilit ja G2:ta pitkin AMN- ja MNB-profiilit. Mittauslaitteena oli GTK:n geofysiikan osastossa rakennettu DC-kalusto. Muutamissa mittauksissa oli apuna Oulun yliopiston analoginäyttöinen MINI-volttirnittari. Luotaukset tehtiin keväisin, jolloin lunta jaän päällä oli puolisen metriä. Profiililla G1 mittausasemat sijaitsivat 100 m välein samoissa pisteissä missä gravimetriset havainnot oli tehty. Reiät elektrodeja varten tehtiin jääkairoilla ja kutakin mittauspistettä kohti jouduttiin kairaamaan 30-40 reikää n. 70 cm paksuisen jaän läpi. Suurin virtaelektrodin etäisyys oli 300 metria eika tätä kauemmaksi olisi päastykaa rantojen vastaantulon takia. Rannoillekin koetettiin maadoitusta tehdä, mutta jäiseen maahan ei saatu menemään riittävästi virtaa. Syöttöjännite oli 200 V. Elektrodeina oli tavallisia teräspiikkejä; jännitepiikkeinä myös polaroitumattomia kuparisu!faattielektrodeja. Teraspiikit eivät olleet soveliaita. koska ne hapettuivat eika syöttövirta suuresta maadoituspinta-alasta huolimatta kasvanut juuri 20 ma suuremmaksi. Pienen virran takia myös mitattava jännite oli pieni, muutamia rnilli- voltteja. Veden liikkeiden aiheuttamien omapotentiaalihäiriöiden ja FLUKE-mittarien pienen herkkyyden tähden jännitettä mitattiin myös MINI-volttimittarilla, jolla saatiin yksi desimaali lisäa ja analogiamittarin edut häiriöllisellä alueella. Pienen jännitteen takia passiivisia elektrodeja jouduttiin kuljettamaan jopa sadan metrin päähän. Tämä aiheutti sen, että omapotentiaalihäiriöt olivat suuret ja mittaus oli hidasta. AMN- ja MNB-profiilit tehtiin toisena talvena. Maadoituspiikki vietiin suohon paikkaan (X7242.60, Y566.05) eli 2200-2600 m päähän mittausalueelta. Koska suurin virtaelektrodin etäisyys oli 300 m, katsottiin etäisyys riittäväksi. Nyt saatiin virtaa paremmin maahan kuin koko-schlumbergerluotauksissa ja reikiäkin tarvittiin puolta vähemmän. Näissä luotauksissa oli lähin virtaelektrodin etäisyys 40 m ja tarkoituksena olikin tutkia savikiven pohjaa. Edellisen talven luotauksilla oli pintaosien rakenteesta saatu riittävästi informaatiota. Seuraavassa tarkastellaan pisteen S555 tulkintaa. Piste sijaitsee keskellä järveä kaukana häiriötekijöistä ja edustaa hyvin muita pisteitä. Kuvassa 9 esitetään kaksi tämiin pisteen erilaista tulkintaa. Tulkinta tehtiin Johanssonin kerrosmallimenetelmällä. Ku-