Työ raportti 9 8-3 7 Syväkairaus HH-KR5 Loviisan Hästholmenilla vuonna 998 Tauno Rautio Toukokuu 998 POSIVA OY Mikonkatu 5 A, FIN-0000 HELSINKI Puhelin (09) 2280 30 Fax (09) 2280 379
Työ raportti 98-3 7 Syväkairaus HH-KR5 Loviisan Hästholmenilla vuonna 998 Tauno Rautio Toukokuu 998
Työraportti 98-37 Syväkairaus HH-KR5 Loviisan Hästholmenilla vuonna 998 Tauno Rautio Suomen Malmi Oy Toukokuu 998 Pesivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.
TEKIJÄ ORGANISAATIO: SUOMEN MALMI OY PL 0 Juvan teollisuuskatu 6-8 0292 ESPOO TILAAJA: POSIVA OY Mikonkatu 5 A 0000 HELSINKI TILAAJAN YHDYSHENKILÖ : Dl Heikki Hinkkanen Posiva Oy URAKOITSIJAN YHDYSHENKILÖ : FM Tauno Rautio Smoy RAPORTTI: TYÖRAPORTTI-98-37 SYV ÄKAIRAUS HH-KRS LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA VUONNA 998 TEKIJÄ: -' -- Tauno Rautio Geologi, Smoy TARKASTAJA : Pekka Mikkola Toimitusjohtaja, Smoy
SYVÄKAIRAUS HH-KR5 LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA VUONNA 998 2 TIIVISTELMÄ Loviisan Hästholmen on yksi yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin valituista neljästä alueesta. Tutkien avulla selvitetään kallioperäominaisuuksia tähdäten käytetyn polttoaineen loppusijoittamisen Suomen kallioperään. Lopullinen sijoituspaikka valitaan vuonna 2000. Yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (Smoy) kairasi keväällä 998 Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle 00,54 m:n pituisen kairanreiän. Reiän läpimitta on 56 mm. Reiän tunnus on llli-kr5. Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia lisäinformaation saamiseksi kallio-olosuhteista. Mittauksia olivat veden sähkönjohtokyvyn ja huuhteluveden paineen mittaukset ja huuhteluvedenlpalautuvan veden määrän mittaus. Työn aikana käytettiin uraniinilla merkittyä huuhteluvettä noin 380 m 3 Työn aikana vettä palautui reiästä määrämittarin kautta noin 8 m 3 Työn lopuksi reikä huuhdeltiin pumppaamalla noin 3 m 3 vettä reiän po4jalta. Reiän taipuma mitattiin Reflex-Maxibor ja Boremac D2 -mittareilla. Maxibor-mittauksen kaltevuuksia on korjattu Boremac-mittauksen kaltevuustulosten perusteella. Korjatun Maxibor-mittauksen mukaan taipuma on 984 m:n syvyydessä oikealle 3,64 m ja ylöspäin 37,02 m. Kallionäytteistä määritettiin yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus, kimmomoduli ja Poissonin luku. Yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus oli keskimäärin noin 42 :MPa, kimmomoduli oli keskimäärin noin 54 GPa ja Poissonin luku 0,22. Kivilajina on rapakivigraniitti, jolla on useita eri muunnoksia. Raot ovat täytteisiä tai tiiviitä. Syvyyden noin 225 m jälkeen esiintyy näytteen viipaloitumista. Kallion rakoluku on keskimäärin 2,3 kpl/m ja RQD-luku 94,74 %. Rikkonaisia, tiheärakoisia osuuksia lävistettiin 34 kpl. Rikkonaisia osuuksia on yhteensä 40,45 m, joka on 4,2 % näytteiden kokonaismäärästä Avainsanat: kairaus, kairanreikä, rapakivigraniitti, rako, tarkkailumittaukset, muodonmuutosominaisuudet, sivusuuntamittaus
3 CORE DRILLING OF DEEP BOREHOLE HH-KR5 AT HÄSTHOLMEN IN LOVIISA ABSTRACT Hästhohnen in Loviisa is one of the four sites, which were selected for the detailed site investigations. The aim of these investigations is to study the bedrock properties for final disposal of spent nuclear waste. The final disposal site will be ehosen in the year 2000. As a part of the investigation programme Suomen Malmi Oy (Smoy) core drilled a 00,54 m deep borehole with a diameter of 56 mm in spring 998 at Hästhohnen. The identification number ofthe borehole is Illi-KR5. A set of control measurements and the sampling of the :flushing water were carried out during the drilling. Both the volume and the conductivity of the :flushing water and the returning water were recorded as well as the pressure of the :flushing water. The objective of these measurements was to obtain more inforrnation from bedrock and groundwater. Uranine was used as a label agentin the :flushing water. The volume ofthe used :flushing water was about 380 m 3 and the measured volume of the returning water was about 8 m 3 At the end of the work the borehole was :flushed by pumping about 3 m 3 of water from the bottom of the borehole. The deviation of the borehole was measured with the deviation instruments Re:flex - Maxibor and Boremac D2. The inclinations of the Maxibor measurement have been corrected based on the inclinations of the Boremac measurement. The results of the corrected Maxibor measurement indicate that the borehole deviates 3,64 m to the right and 37,02 m up at the depth of984 m. Uniaxial compressive strength, Young' s modulus and the Poisson' s ratio were measured from the core samples. The average uniaxial compressive strength is about 42 :MPa, the average Young's modulus is 54 GPa and the average Poisson's ratio is 0,22. The main rock type is rapakivigranite consisting of various types. Fractures are mostly filled or tight. Core discing is found after the depth of 225 m. The average fracture frequency is 2.3 pcs/m. The borehole penetrated 34 broken zones. The totallength of the broken zones is 40.45 m, which is 4.2% ofthe total core length. Keywords: core drilling, borehole, rapakivigranite, fracture, control measurements, elastic parametres, deviation measurements
SYV ÄKAIRAUS HH-KR5 LOVITSAN HÄSTHOLl\ENILLA VUONNA 998 4 TIIVISTELMÄ 3 ABSTRACT 4 SISÄLLYSLUETTELO 5. JOHDANTO. Työn tavoite 6 6 2. TYÖN KUVAUS 2. Kallionäytekairaus 2.2 Näytteiden suuntaus 2.3 Huuhteluvesi- ja merkkiainejärjestelyt 2.4 Tarkkailumittaukset 2. 5 T aipumamittaukset 2.6 Huuhtelupwnppaus 2. 7 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi 2.8 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys 8 8 9 0 0 2 3 8 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3. Reiän sijainti ja taipuma 3.2 Reiän yläosan rakenne 20 20 2 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4. Kairauksen vaikutus näytteisiin 4.2 Kivilaatu 4.3 Rakoilu 4.4 Näytteen viipaloituminen 4.5 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet 22 22 22 25 26 27 5.TLTTAUSTULOKSET 5. Huuhteluveden sähkönjohtokyky 5.2 Huuhteluveden ja paluuveden määrä 5.3 Huuhteluveden paine 5.4 Pohjaveden pinta reiässä 5.5 Kivijauhon määrä 5.6 Huuhteluveden ja paluuveden merkkiainepitoisuus 29 29 30 3 3 32 32 6. YHTEENVETO 33
5 7. VIITTEET 8. LIITTEET 8. Toteutunut aikataulu 8.2 Kalustoluettelo 8.3 Reiän alkuosan rakenne 8.4 Rapautuneisuusaste 8.5 Rakoluettelo 8.6 Katkossumma, rakoluku ja RQD 8. 7 Näytehukka ja rikkonaisuus 8.8 Nostot 8.9 Suunnatut näytteet 8.0 Laatikkoluettelo 8. Kivilajikuvaus 8.2 Näytteen viipaloituminen 8.3 Huuhteluvesinäytteet 8.4 Paluuvesinäytteet 8.5 T aipumamittaustulokset (Maxibor) 8.6 Taipumamittaustulokset graafisesti (Maxibor) 8.7 Taipumamittaustulokset (Boremac) 8.8 Taipumamittaustulokset graafisesti (Boremac) VALOKUVAT 34 35 36 37 39 40 92 2 3 4 7 9 22 25 28 29 35 39 46
6. JOHDANTO Posiva Oy aloitti käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoitukseen liittyvän yksityiskohtaisten sijoituspaikkatutkien toisen vaiheen vuonna 997 neljällä tutkimusalueelia Kuhmon Romuvaaras Äänekosken Kivetyssä, Eurajoen Olkiluodossa ja Loviisan Hästholmenilla. Yksityiskohtaiset paikkatutkimukset on jaettu kahteen vaiheeseen, joista jälkimmäinen koskee vuosia 997-2000. Tutkimukset ovat osa vuosien 983-2000 monivaiheista sijoituspaikkatutkimusohjelmaa. Niiden avulla selvitetään kallioperäominaisuuksia tähdäten käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoittamiseen syvälle Suomen kallioperään. Lopullinen sijoituspaikka valitaan vuonna 2000. Näihin tutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (Smoy) kairasi Posiva Oy:n tilauksen 9589/98/HH mukaisesti keväällä 998 tutkimusreiän Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle. Kairatun reiän halkaisija on 56 mm, lähtösuunta on 90,0 astetta, lähtökaltevuus 70,0 astetta ja reiän lopullinen pituus 00,54 m. Tutkimusalue on Hästhohnenin saarella Loviisan kaupungin kaakkoispuolella, noin 5 kilometrin päässä kaupungista. Reikä HH-KR5 sijaitsee tutkimusalueen mantereen puoleisella alueella. Reiän sijaintikartta on kuvassa.. Työn tavoite Kairaustyön tarkoituksena oli kairata 000 m syvyinen reikä, jolla selvitetään alueella tavattujen rapakivityyppien ja rikkonaisuusvyöhykkeiden jatkumista. Kairaustyön lisäksi työhön kuului kairausnäytteiden geologinen raportointi, näytteiden kalliomekaaniset lujuusmääritykset, reiän tekniset mittaukset, kairauksessa käytettävän veden tarkkailumittaukset, reiän huuhtelu ja taipumamittaukset työn lopuksi sekä loppuraportointi. Tässä raportissa käsitellään reiän HH-KR5 kairaukseen liittyviä töitä ja näytetulostusta. Raportissa mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Suojaputken suun ja maanpinnan erotus on 0,25 m suojaputken alareunaa pitkin mitattuna. Työn lopussa reiän avoimuus tarkistettiin kairausputkistolla ja reiän todettiin olevan avoin pohjaan saakka.
7 Smedsholmarna.KA :;:, Stor Kolmen Hudöfjärden MERKINTÖJEN SELITYKSET t:(' Kairanreikä (KR) Eritasopietsometri (kairanreikä) Eritasopietsometri (EP, poranreikä) Kuva. Reiän sijainti
8 2. TYÖN KUVAUS 2. KaUionäytekairaus Maaosuudelle porattiin halkaisijaltaan 94/84 mm:n teräsputki 3,60 m syvyyteen. Tästä jatkettiin 40,3 m:n syvyyteen 65 mm:n teräkoolla. Alkureikä porattiin uppoporauskalustolla 2.3.998. Reikä pysyi kuivana koko porauksen ajan. Porauksen jälkeen reikään asennettiin seuraavana päivänä halkaisijaltaan 40/30 mm suojaputki, joka sementoitiin kallioon. Kone pystytettiin reiälle ja suoja-/mammutointiputket asennettiin reikään 8.3.998. Kairaustyö aloitettiin 8.3.998. Reiän lopullinen syvyys, 00,54 m, saavutettiin 23.4.998. Toteutunut aikataulu on esitetty liitteessä 8.. Reiän HH-KR5 kairauksessa käytettiin hydraulitoimista Diamec 000 -kairauskonetta, jossa syöttö-, nosto-, puomi- ja pyöritysyksiköt ovat vahvistettuja. Reikäkalustona olit- 56 kalusto, jolloin reiän halkaisija on 56 mm ja näytteen halkaisija 42 mm. Käytetty kalusto on esitetty liitteessä 8.2. Huuhteluveden ja kivijauhon poistamiseksi kairauksen aikana käytettiin mammutointimenetelmää. Menetelmässä pumpataan ilmakompressorin avulla paineistettua ilmaa letkujen kautta reiän laajempaan yläosaan. Ilmaletkuja laskettiin laajennetun reiän pohjaosaan, syvyyteen noin 39 m, kaksi kappaletta ja hieman ylemmäs, syvyyteen noin 30 m, yksi kappale. Kairaus tapahtui keskeytymättömänä kolmivuorotyönä. Työssä pidettiin tauko pääsiäisen aikana, välillä 9.4.998 klo 4.00-4.4.998 klo 6.00. Työ kesti ilman aloitus IIopetustöitä yhteensä 746 h. Keskimääräinen kairausteho oli täten,29 metriä/terämiestunti. Kairaustehot on esitetty taulukossa tavanomaista metri/terämiestunti (rnltmh) yksikköä käyttäen. Työryhmään kentällä kuului kairaaja ja apumies. Työn vastuuhenkilönä oli projektipäällikkö Tauno Rautio. Kentällä vastaavana työnjohtajana toimi Ville Teivaala. Geologisen raportoinoin työmaalla hoiti geologi Risto Niinimäki ja loppuraportin laati geologi Tauno Rautio. Kairauskaluston kuluminen terien, reikäkaluston ja kairakoneen osalta oli keskimääräistä huomattavasti runsaampaa reiän syvyydestä ja kivilaadusta johtuen. T -56 -terällä kairattiin keskimäärin 9,6 m, kun yleensä T-56 -terällä kairataan keskimäärin 55 m.
9 Taulukko. Kairaustehot Syvyysväli, m 40-00 00-200 200-300 300-400 400-500 500-600 600-700 700-800 800-900 900-000 Teho, m/tmh,7,27,92,56,52,43,4 0,93,39 0,9 Huom! Mammutointi- / suojaputkien asentaminen Ketjun korjaus ja vaihto Syöttömoottorin laakerin vaihto, sivusuuntamittaukset, mammutointi- /suojaputkien poisto, reiän huuhteleminen 2.2 Näytteiden suuntaus Tavoitteena oli suunnata kallionäytettä mahdollisimman paljon erilaisten geologisten tietojen mittaamista varten. Suuntaus suoritettiin kairausputkiston ollessa ylhäällä laskemalla merkintäpiikki vaijerin varassa reikään. Tällöin merkkauspiikki jättää merkin näytteen alaosaan. Kairausta jatkettaessa merkin antama tieto näytteen alapuolesta saatiin ylös ja näyte suunnattiin lähtökaltevuus- ja suunta-asteikkojen avulla tapahtuvaa rakojen ja muiden taso- tai viivamaisten suureiden mittausta varten. Suuntaus suoritettiin 9 kertaa. Suuntausmerkeistä jouduttiin erilaisten syiden takia hylkäämään 43 kpl. Suunnattua näytettä saatiin yhteensä 639,57 m, jolloin kallionäytteestä saatiin 66,5 % suunnattuna. Yhdellä onnistuneella suuntauksella saatiin keskimäärin 8,42 m suunnattua näytettä. Yhtenäisten suunnattujen osuuksien vaihteluväli oli 0,26 m:stä 46,80 m:iin. Tulokset on esitetty liitteessä 8.9. Epäonnistuneet suuntaukset johtuivat useista syistä. Merkittävä syy merkkauksen epäonnistumiseen oli irtokivet, joiden johdosta suuntausmerkki oli epäselvä, virheellinen tai merkkiä ei ollut jäänyt suuntauksesta huolimatta. Joissain tapauksissa näytteen kanta hioutui ajon aikana, kallion murskautui tai halkesi suuntauksessa, jolloin merkki oli epäselvä tai se oli hävinnyt kokonaan. Lisäksi reikään jäänyt näytekanta on ollut joissain tapauksissa irti merkkausta tehtäessä.
2.3 Huuhteluvesi-ja merkkiainejärjestelyt 0 Huuhteluvesi reiän HH-KR.5 kairaukseen saatiin Hästholmenin vesijohtoverkostosta. Kairauksen aikana käytettiin kahta 3 m 3 merkkiainesäiliötä. Vesijohtovesi johdettiin säiliöihin suodattimen läpi mekaanisten epäpuhtauksien suodattamiseksi. Suodattimen läpäisy oli 500 Jlm pienemmille hiukkasille. Reiän kairauksessa käytettiin ainoastaan merkittyä huuhteluvettä. Merkkiaineena käytettiin uraniinia eli natriumfluoresiinia. Uraniini on pulverimainen orgaaninen väriaine, joka hajoaa UV -säteilyn vaikutuksesta. Tämän takia merkkiainesäiliöt olivat peitettyinä pressuilla käytön aikana. Merkkiaineen laatu tarkistettiin ennen käyttöä Imatran Voima Oy:n laboratoriossa Vantaalla. Uraniini annosteltiin apteekissa valmiiksi,500 g annoksiksi pieniin lasipurkkeihin. Kairauspaikalla aineet liuotettiin yhteen litraan vettä. Liuotettu merkkiaine-erä sekoitettiin hitaasti 3 m 3 merkkiainesäiliöön huuhteluveden pumppauksen alkaessa ja pumppauksen aiheuttaman vedenkierron varmistaessa merkkiaineen sekoittumisen. 2.4 Tarkkailumittaukset Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia ja otettiin näytteitä huuhteluvedestä. Näin pyrittiin saamaan lisäinformaatiota kallio-olosuhteista ja ennakoimaan mahdollisia kairausteknisiä ongelmia. Kairauksessa käytettyjen huuhtelu- ja paluuvesimäärien mittaamisella seurattiin kuinka paljon huuhteluvettä jäi kallioperään. Huuhteluvesimäärän mittaamiseksi oli määrämittari asennettu huuhtelupuropuita tulevaan letkustoon. Paluuvesi mitattiin vedenkeräyslaitteistoon kuuluvan saostusaltaan ulostulopäästä. Huuhteluvedestä otettiin näyte jokaisesta vesisäiliöön tehdystä huuhteluvesierästä. Paluuvedestä otettiin näyte kerran vuorokaudessa. Uraniinin valoarkuudesta johtuen näytteet käärittiin välittömästi ottamisen jälkeen alumiinifolioon. Näytteitä säilytettiin jääkaapissa ennen analysointiin toimittamista. Näytteet analysoitiin Imatran Voima Oy:n Loviisan laboratoriossa. Huuhteluvedestä mitattiin sähkönjohtavuus lähes jokaisesta erästä merkkiaineen sekoittamisen jälkeen. Palautuvasta vedestä otettiin näytteitä kairauksen aikana sähkönjohta-
vuuden määrittämistä varten. Palautuva vesi sisälsi kivijauhoa, jonka koostumus riippui kairatusta kivestä Kivijauhon vaikuttaessa veden sähkönjohtokykyyn, otetut vesinäytteet, määrältään 2... 3 dl, suodatettiin 45 J.lm:n suodattimella kivijauhon poistamiseksi. Käsiteltyjen näytteiden johtokyky mitattiin Philipsin johtokykymittarilla PW9529, joka antaa tulokset dimensiona ms/m redusoituna +25 C lämpötilaan. Mittakennon tarkistamiseksi mittari kalibroitiin Imatran Voima Oy:n Loviisan laboratoriossa. Sähkönjohtokyvyn mittaus palautuvasta huuhteluvedestä tehtiin koko kairauksen ajan. Huuhteluveden paine kirjattiin aina ajon alkuvaiheessa tai paineen vaihtuessa. Paineen tarkkailemisella pyrittiin häiriöiden välttämiseen ja anomaalisten vettäjohtavien vyöhykkeiden paikallistamiseen kairauksen aikana. Huuhteluveden paine on suoraan verrannollinen reiästä syrjäytettävän vesipatsaan paineeseen. Ruhjeet aiheuttavat kuitenkin usein vedenvirtausta ja täten muuttavat huuhteluveden painetta. Kairanterän kuluminen ja näyteputken tukkeutuminen aiheuttavat myös virtausvastusta, mikä nostaa putkistossa painetta. 2.5 Taipumamittaukset Todellisen sijainnin selvittämiseksi mitattiin reiän pystysuuntainen taipuma ja sivupoikkeama. Mittaukset tehtiin Reflex Maxibor ja Boremac D2 -taipumamittareilla. Maxibormittarissa on 6 m pitkässä putkessa kaksi heijastinrengasta 3 m:n välein ja putken taipuessa reiän mukaisesti, renkaiden keskinäinen sijainti muuttuu. Mittaus suoritetaan kuvaamalla renkaat Maxibor-putkessa olevalla videokameralla. Mittauksen jälkeen mittaustulokset purettiin ja tietokoneohjelmalla laskettiin jokaisen pisteen sijaintikoordinaatit käyttäen referenssinä aina edellistä tulosta. Lisäksi tulokset piirrettiin graafiseen muotoon. Laitevalmistajan ilmoittama tyypillinen tarkkuus on halkaisijaltaan 46 mm:n ja pituudeltaan 800 m:n reiässä +/- m. Boremac-mittarilla mitattiin pystysuunnan kaltevuusarvo heiluri/vastus-periaatteella sähköisesti ja sivusuunnan suuntakulma sähkökompassilla. Tulokset tulostettiin, kuten Maxibor-tuloksetkin, sekä listauksena että graafisesti. Boremac-mittausten sivusuuntatarkkuus laitevalmistajan mukaan magneettisesti häiriöttömässä halkaisijaltaan 46 mm:n ja pituudeltaan 500 m:n reiässä on+/- aste ja kaltevuuskulman tarkkuus 0, astetta. Koska molemmat mittarit on valmistettu halkaisijaltaan pienemmille kairanrei'ille, oli niihin asennettu keskittäjät mittauksen ajaksi. Lähtöpisteen koordinaatit ja lähtösuunta sidottiin tilaajan osoittamiin kiintopisteisiin.
2 Maxbor-mittari laskettiin reikään kairausputkiston osana. Boremac D2 -mittari laskettiin reikään vaijerin varassa. Mittaukset tehtiin 3 m:n pistevälein. Lähtöpisteen koordinaatit ja lähtösuunta sidottiin tilaajan osoittamiin kiintopisteisiin. Lähtökaltevuus mitattiin erillisellä kaltevuusmittarilla. Maxibor -mittarilla mittaukset ulotettiin reikäsyvyydelle 993,00 m ja Boremac D2 -mittarilla 999,00 m maanpinnasta mitattuna. Eri menetehnillä havaittiin eroja vuoden 997 aikana tehdyissä mittauksissa. Tulostusta varten Maxibor-mittaustulokset korjattiin työraportin-98-05 (Laurila 998) suositusten mukaan. Korjauksessa muunnettiin Maxibor-mittauksen kaltevuutta Boremac-mittauksen kaltevuuden perusteella. Tämän jälkeen laskettiin Maxibor-mittauksen sijaintitiedot. 2.6 Huuhtelupumppaus Loppusyvyyden saavuttamisen jälkeen reikä huuhdeltiin merkityllä vedellä. Reikäseinämät huuhdottiin kallion rikkonaisuuksissa mahdollisesti olevien irtokivien ja kivijauhon tiputtamiseksi reiän pohjalle. Reikäseinämien huuhtelulaitteena oli toisesta päästään tulpattu kaksoisliitin, jonka kehällä oli 90 asteen välein toisistaan halkaisijahaan 5 mm:n reikä. Tällöin vesisuihkut suuntautuivat kohtisuoraan reiän seinämään. Putkistoa laskettiin vesipaineen päällä ollessa hitaasti alaspäin putkistoa samalla pyörittäen. Huuhteluun käytettiin merkittyä vettä noin 0,7 m 3 Reiän huuhtelun jälkeen reikää puhdistettiin pumppaamalla vettä kairausputkiston kautta reiän pohjalta uppopumpun avulla. Pumppaus suoritettiin laskemalla putkisto reikään. Alimmaisena putkistossa oli reikäputki. Putkistoon oli syvyydelle noin 50 m asennettu ns. hetulatulppa estämään veden pääsy reiän yläosasta suoraan pumpulle. Tulpan yläpuolineo putkisto nostettiin pois reiästä. Reikään laskettiin vaijerin varassa uppopumppu noin 30 m:n syvyyteen. Pumppaus keskeytettiin kolme kertaa ja keskeytyksen aikana kairausputkistoa Iiikuteitiin reiässä. Tällä toimenpiteellä pyrittiin seinämille mahdollisesti tarttunut soija saamaan liikkeelle huuhtelupumppauksen aikana, jolloin se poistuisi pumpatun veden mukana. Pumppu nostettiin pois reiästä putkiston liikuttelujen aikana. Putkistan liikuttelun jälkeen pumppu laskettiin takaisin ja pumppausta jatkettiin. Huuhtelupumppausta suoritettiin 24.4.998 klo 6.48 ja 25.4.998 klo2.00 välisenä aikana. Huuhtelu lopetettiin veden ollessa silmämääräisesti kirkasta eli kun vedessä ei ollut enää havaittavissa kivijauhoa. Huuhtelupumppauksen lopetusvaiheessa veden uraniinipitoisuus oli 30 Jlg/. Huuhtelemalla vettä nostettiin reiästä 3, m 3 eli keskimäärin vettä pumpattiin 450 /h.
3 2. 7 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi Näytteet pakattiin noin metrin pituisiin puisiin laatikoihin välittömästi näyteputken tyhjennyksen jälkeen. Geologi raportoi näytteet kairauspaikalle tuoduissa toimisto tiloissa. Raportointi tapahtui pääasiallisesti rakennusgeologisen kallioluokituksen mukaan (Gardemeister et al. 976 ja Korhonen et al. 974). Näytteistä tehtiin seuraavat kuvaukset: rako luettelo, näytehukka ja rikkonaisuus, suunnatut näytteet, katkossumma, rakoluku ja RQD-luku, petrografia, rapautuneisuusaste ja näytteen viipaloituminen ( core discing). Lisäksi kirjattiin nostot ja laatikko luettelo. Rakoluettelossa esitetään rakojen havainnot juoksevana numeroina. Raon sijaintisyvyys on reikäpituuden mukaisesti cm:n tarkkuudella näytteen keskilinjaan mitattuna. Raon keskikohta voi kuitenkin kaarevalla raolla poiketa paljonkin keskilinjasta, jolloin on käytetty soveltuvaa arvoa. Loppusyvyyttä käytetään kun havainnot esittävät reikäväliä. Rakojen ja muiden geologisten havaintojen sitominen on suoritettu korjattuun reikä- eli näytepituuteen. Tämä tarkoittaa, että esim. näytehukasta ja murtorenkaan luistamisesta aiheutuva virhe on korjattu muuttamalla ns. nostopalikan lukemaa näytelaatikossa. Mikäli näytehukka aiheuttaa, ettei paikkaa ole saatu mitattua varmasti, on se erikseen luettelossa mainittu. Raon laatu kuvataan lyhenteillä: av=avom ti =tiivis tä = täytteinen täha = täytteinen haarniskarako tämu = täytteinen mururako täsa = täytteinen savirako. Rakokulma on esitetty asteina näytteen poikkisuunnan suhteen, jolloin sns näytteen pituusakselia vastaan kohtisuora suunta on 90 ja näytteen pituussuunta 0 o. Korjaamaton rakosuunta ilmoittaa raon kaadesuunnan asteina myötäpäivää pohjoissuunnasta. Korjaamaton kaade on asteina vaakatasosta. Vastaavasti korjattu kaadesuunta ja kaade ovat Boremac-mittauksen saadun kaltevuustuloksen perusteella muutetun Maxibor-taipumamittauksen mukaisesti korjatut kaadesuunta ja kaade asteina. Rakotäytteen paksuus on ilmoitettu millimetreinä.
4 Rakopinnan väri on ilmoitettu ainoastaan raoista, joilla ylipäätään on jokin kivilajin omasta väristä poikkeava väri, ei pelkkä sävy. Merkittävimpiä poikkeavanvärisiä rakoja ovat täytteiset ja avoimet raot. Myös tiiviillä raoilla saattaa olla väri, mutta useimmiten tiiviin raon eli sellaisen, johon ei vesi ole päässyt tunkeutumaan, väri on vain hieman poikkeava kiven perusväristä. Täytteiseksi raoksi on luokiteltu myös raot, joilla on selvä väri ja raot ovat kairausnäytteenä edelleen toisissaan. Tällöin on huomio -sarakkeeseen kirjoitettu "" tai "os" merkiksi, että niiden rakopinnat ovat toisissaan eli ne ovat luonnontilassa vettä johtamattomia. Raot, joissa on omamuotoisia tai osittain omamuotoisia kiteitä, on merkitty kit. -merkinnällä. Rakopinnan väri (mineraalit) on kuvattu nelikirjaimisin lyhentein seuraavasti: rusk, vrus, trus (ruskea, vaaleanruskea, tummanruskea) harm, vhar, thar (harmaa, vaaleanhannaa, tummanharmaa) vihr, tvih (vihreä, vaaleanvihreä, tummanvihreä) puna, vpun, tpun (punainen, vaaleanpunainen, tummanpunainen) Mineraalit on ilmoitettu vain mikäli tunnistaminen on voitu tehdä täysin varmasti. Käytetyt mineraalinimikkeet on ilmoitettu kivilajien petrografisen kuvauksen yhteydessä. Rakopinnan värien sävyt on kuvattu siten, että perusvärin ko lmikirjaimisen lyhenteen eteen on liitetty sävyn tunnus yhdellä kirjaimella, esim.: prus (punaruskea) Rakopinnan muoto kuvataan lyhentein: (inen, tasomainen) (epäinen) kaar (kaareva) Rakopinnan laatu on kuvattu nelikirjaimisin lyhentein. Kolmiportaisella asteikolla on vastaavuus JRC -lukuihin (Barton & Choubey 977). (ea; JRC 5-0) (puoliea; JRC 7-4) (ä; JRC 0-6)
5 Näytehukka voi aiheutua joko geologisista tekijöistä, usein kallion rapautuneisuudesta ja rikkonaisuudesta tai kairausteknisistä tekijöistä. Näytehukan sijainti, määrä ja syy on paikallistettu raportoitaessa. Mikäli paikkaa ei ole saatu selvitettyä, on merkitty reikäväli, jolla hukka on syntynyt. Näytehukan paikan ollessa epäselvä on mitat toisissa kuvauksissa merkitty "noin" -merkillä. Kallion rikkonaisuus on kuvattu näytehukan yhteyteen rakennusgeologisen luokituksen mukaisin termein seuraavasti: Rilll = murrosrakenteinen, tiheärakoinen, rakoluku yli 0 kp/m RilV = ruhjerakenteinen RiV = savirakenteiden Katkossumma, rakoluku ja RQD-luku on esitetty reikäpituuden mukaan metrien väleille laskettuna. Katkossumma on kaikkien havaittujen näytekatkeamien lukumäärä ko. metrivälillä. Rakoluku on luonnonrakojen lukumäärä vastaavalla metrivälillä. Katkossumman ollessa rakolukua suurempi on kyseessä näytteenoton yhteydessä tai myöhemmän näytteenkäsittelyn yhteydessä tapahtunut tahallinen tai tahaton näytteen katkeaminen. Rakoluvun ollessa katkossummaa suurempi on näytteessä tiiviitä rakoja, joiden rakopinnat ovat edelleen lujasti toisissaan. RQD-luku esittää yli 0 cm pituisten, Iuonnonrakojen katkaisemien tai niitä sisältämättömien näytepalojen prosentuaalisen osuuden em. metrivälillä. Luettelo näytteen nostoista esitetään kuten se näytelaatikkoon sijoitettuihin nostopalikoihin on merkitty. Mikäli näytteen mittauksessa on geologin havaitsemana virhe, on nostopalikkaan muutettu oikea syvyys. Näin ollen nosto tarkoittaa nimenomaan näytteen syvyyttä. Reiän syvyys voi olla suurempi esim. murtorenkaan pettäessä, jolloin osa näytteestä voi jäädä reikään ja tulee ylös vasta seuraavan kairauskerran yhteydessä. Nostot on esitetty liitteessä 8.8. Suunnatuista näytteistä kirjataan jokaisen sellaisen noston syvyys, jossa suuntausmerkintä on suoritettu. Samoin merkitään suunnatun näytteen alku- ja loppusyvyydet, sekä suunnatun näyteosuuden pituus. Mikäli merkki on ollut kelvoton tai sitä ei kairaajan tekemästä "SN"-tunnuksella varustetun noston yläpäästä ole löydetty, on tästä tehty merkintä luetteloon.
6 Laatikkoluettelossa esitetään kunkin näytelaatikon sisältämän näytteen alku- ja loppupäiden näytepituudet. Laatikkoluettelo on esitetty liitteessä 8. 0. Rapautuneisuusasteesta käytetyt lyhenteet ovat seuraavat: RpO = rapautumaton Rp = vähän rapautunut Rp2 = runsaasti rapautunut Rp3 = täysin rapautunut Mikäli syvyysvälillä on päärapautumisesta poikkeavaa rapautumista, kuten estm. yksittäisten rakojen ympärillä tai yksittäiset ovoidit, on syvyysvälin päärapautumisaste esitetty ensin ja poikkeavan rapautumisen rapautumisaste on suluissa. Petrografinen kuvaus perustuu rakennusgeologiseen kallioluokitukseen (Korhonen et al. 974 ja Gardemeister et al. 976). Kukin kivilaji on yksilöidysti esitetty kertaalleen ja vain muutosten osalta kuvailtu uudelleen. Raekoko on jaoteltu seuraavasti: tiivis, lasitnainen hienorakeinen keskirakeinen earakeinen suurirakeinen << mm <mm... 5mm 5... 50mm >50 mm Rakenne (osasten järjestyneisyysaste) kuvataan termeillä: massamainen, Iiuskeinen, seoksinen, M L S Liuskeisuusaste on nelijakoinen: suuntaukseton 0 heikko kohtalainen 2 voimakas 3
7 Osasten järjestyneisyysasteen ja liuskeisuusasteen kuvauksessa ovat seuraavat muunnokset mahdollisia: MO, Ml, L2, L3, SO, Sl, S2, S3. Mineraalikoostumus on esitetty kvalitatiivisesti, silmämääräisen paljousjärjestyksen mukaan. Mineraaleista käytetään mineraalinimisanaston (Saltikoff 972) nelikirjaimisia lyhenteitä. Samoja lyhenteitä käytetään myös rakoluettelossa. Tärkeimmät käytetyt lyhenteet ovat seuraavassa: K var = kvartsi Maas = maasälvät eli kalimaasälpä ja/tai plagioklaasi Biot = biotiitti Karb = karbonaattimineraalit Talk = talkki Klor = kloriitti Savi= savimineraalit Kiis = kiisumineraalit Ruos = ruoste Fluo = fluoriitti Core discing-ilmiö, eli näytteen viipaloituminen, on esitetty liitteessä 8.2. Viipaloitumisesta on kirjattu reikävälit, joissa sitä on havaittu. Jokaiselle reikävälille on ilmoitettu viipaloituneiden murtumien ja -aihioiden lukumäärä, sekä viipaloitumisien välisten etäisyyksien rninimi- ja maksimiarvot. Jokaisesta murtumasta on kirjattu pinnan muodot seuraavan luokittelun mukaisesti. Näytteen suunta on vasemmalta oikealle. (( = yläpuoli koveraja alapuoli kupera ( = yläpuoli kovera ja alapuoli inen ( = yläpuoli inen ja alapuoli kupera )) = yläpuoli kuperaja alapuoli kovera ) = yläpuoli kupera ja alapuoli inen ) = yläpuoli inen ja alapuoli kovera II= yläpuoli inen ja alapuoli inen )( = yläpuoli kupera ja alapuoli kupera S = satula A =aihio Lisäksi kukin näytelaatikko värivalokuvattiin sekä kuivana että kasteltuna valokuvaajan toimesta. Valokuvat (kastellut) on esitetty raportin lopussa.
2.8 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys 8 Kiven lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet määritettiin Rock Tester -laitteistolla. Näytteet valittiin kolmenkymmenen metrin välein tai aina, kun kivilaji vaihtuu. Kimmokerroin E, Poissonin luku v ja taivutusvetolujuus (Modulus of Rupture) Smax määritettiin nelipistetaivutuskokeella, jossa uloimmat tuet (L) asetettiin 60 mm etäisyydelle toisistaan ja sisemmät tuet (U) 48 mm etäisyydelle toisistaan. Koejärjestely on esitetty kuvassa2. u L > 3,50 D U L/3 L Kuva 2. Nelipistetaivutuskoe Kimmokerroin (E) kuvaa jännityksen suhdetta tapahtuvaan muodonmuutokseen. Tätä kuvataan Hooken lailla (kaava ). () a =jännitys [Pa] Ea = aksiaalinen muodonmuutos Poissonin luku määritetään radiaalisen muodonmuutoksen suhteena aksiaaliseen muodonmuutokseen (kaava 2). (2) Er = radiaalinen muodonmuutos Ea = aksiaalinen muodonmuutos
9 Yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus O'c määritettiin epäsuorasti pistekuormituskokeen avulla. Kokeessa noudatettiin ISRM:n ohjeita (ISRM 98 ja ISRM 985). Kokeesta saatu pistekuormitusindeksi lsso kerrottiin luvulla 24, jolloin se vastaa yksiaksiaalista puristusmurtolujuutta. Kokeessa näyte asetetaan pistemäisten leukojen väliin ja kuormitusta kasvatetaan, kunnes murtuminen tapahtuu (kuva 3). Pistekuormitusindeksi saadaan laskettua murtoon tarvittavan kuormituksen avulla. Testin tulos tulee hyväksyä ainoastaan, jos murtopinta kulkee molempien kuormituspisteiden kautta. Pistekuormitusluku ls lasketaan kaavalla 3. p = s Dl (3) P = murtokuormitus D = näytteen halkaisija Pistekuormitusluku on riippuvainen näytteen halkaisijasta ja se korjataan pistekuormitusindeksiksi lsso kaavojen 4 ja 5 avulla. Tulokseen ei näytteen koolla ei ole vaikutusta. (4) (5) D L > 0,5D ' Kuva 3. Pistekuormituskoe
20 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3. Reiän sijainti ja taipuma Reiän HH-KR5 lähtösuunta on 90 astetta ja lähtökaltevuus 70,0 astetta. Reikä- eli näytepituuden 0-pisteenä käytettiin maanpintaa. Niinpä kaikki mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Reiän koordinaatit ovat taulukossa 2. Eri mittausmenetelmillä tehtyjen mittausten tuloksissa havaittujen erojen vuoksi on lopullista tulostusta varten Maxibor-mittauksen kaltevuus korjattu Boremac-mittauksen kaltevuustulosten perusteella. Tämän jälkeen on laskettu Maxibor-mittauksen mukaiset reiän sijaintitiedot. Lisäksi eroa tuloksissa aiheuttivat laitteistojen asettumistarkkuudet halkaisijaltaan 56 mm:n reikään sekä vähäiset magneettiset häiriöt, jotka vaikuttivat Boremac-tuloksiin. Maxibor-mittaus on esitetty listauksena liitteessä 8.5 ja projektiopiirroksina liitteessä 8.6. Boremac-mittaus on esitetty listauksena liitteessä 8.7 ja projektiopiirroksina liitteessä 8.8. Liitteissä 8.6 aja 8.8 a olevat kuvat esittävät reiän taipumaa metreinä sivusuunnassa maanpintatasoon projisoituna. Liitteessä 8.6 b ja 8.8 b olevat kuvat esittävät vastaavaa taipumaa asteina. T -akseli esittää teoreettista taipumattoman reiän maanpintaprojektiota. Liitteessä 8.6 c ja 8.8 c olevat kuvat esittävät reiän pystysuuntaista taipumaa metreinä, kaltevuuden muutosta niin, että akseli T esittää teoreettista taipumattoman reiän kaltevuutta reiän suuntaiselle leikkaustasolle. Liitteessä 8.6 d ja 8.8 d olevat kuvat esittävät vastaavaa taipumaa asteina. Projektioiden mittakaava vaihtelee niin, että reiän pituus esitetään aina samana riippumatta sen todellisesta pituudesta. Korjattujen Maxibor-mittaustulosten mukaan reikäsyvyydessä 984 m sivusuuntapoikkeamaksi on mitattu 3,64 m oikealle ja pystypoikkeamaksi 37,02 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeamaksi lähtösuunnasta saatiin Maxibor-laitteistolla 4,9 %. Boremac D2 -taipumamittarilla saatiin reikäsyvyydessä 984 m sivusuuntapoikkeamaksi 42,62 m oikealle ja pystypoikkeamaksi 33,24 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeamaksi lähtösuunnasta saatiin Boremac-laitteistolla 5,5 %.
2 Boremac -mittauksen kaltevuuksilla korjatun.maxibor-mittauksen mukaan lasketut koordinaatit valtakunnallisessa XYZ koordinaatistossa syvyydeltä 987 m on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Reiän Iffi-KR5 koordinaatit Pisteen sijainti X y z Lähtöpiste, maanpinta 669 6250,46 346 2878,79 3,7 Lähtöpiste, putken suu 669 6250,37 346 2878,79 3,43 Loppupiste (987 m) 669 628,82 346 3250,02-898,54 3.2 Reiän yläosan rakenne Ennen kallionäytekairauksen aloittamista porattiin uppoporauskalustolla maakerrosten läpi kallioon 94/84 mm:n maaputki. Maaputki porattiin maanpinnasta 3,60 m syvyyteen. Maapaksuudeksi arvioitiin noin 2,80 m. Tämän yläpuolella oli lähinnä lohkareita. Sen jälkeen porattiin kallioon halkaisijaltaan 65 mm:n reikä 40, 3 m:n syvyyteen. Reikään asennettiin halkaisijaltaan 4030 mm suojaputki, joka sementoitiin kallioon. Tämän jälkeen maaputki katkaistiin maanpinnan tasoon. Suojaputken alapäänä on suppilo, jonka tarkoituksena on helpottaa reikämittauslaitteiston laskemista reikään. Suppilon pohjan halkaisija on 64/57 mm ja se on varustettu oikeankätisellä kierteellä, johon kairauksen aikana suojaputket voitiin ttää. Sementin pääsy putken sisään estettiin varustamalla putki umpinaisella levyllä. Kairausta aloitettaessa levy läpäistiin kairaamalla. Syvyydeltä 40,3 m kairaus tapahtui T -56 kalustolla. Liitteessä 8.3 on esitetty reiän yläosan ja suppilon rakenne. Työn lopuksi reiän yläpäähän vaiettiin teräsbetonilaatta, pinta-alaltaan, 0 x, 0 m 2, maapeitteen päälle. Betonilaatta ankkuroitiin raudoituksilla 94/84 mm:n suojaputkeen ja maahan. Putken suu suljettiin lukittavalla tulpalla.
22 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4. Kairauksen vaikutus näytteisiin Näytehukan syntymiseen johtanutta näytteen rikkoutumista tai jauhautumista tapahtui kaikkiaan,54 m. Näytehukkaa syntyi sekä kairausteknisistä syistä että rakoilleen kallion jauhautumisen tuloksena. Kairausteknistä näytehukkaa syntyi kolmella eri syvyydellä yhteensä 0,39 m. Syynä näytehukkaan oli näytteen kannanjauhautuminen osan näytteestä jäätyä reikään edellisessä ajossa. Rak:oilleesta kalliosta aiheutui näytehukkaa kerran,,5 m. Tämä näytehukka johtui lähes reiän suuntaisen raon levittäessä murtorengasta, jolloin murtorengas ei pitänyt ja näyte jäi reikään. Seuraavalla ajalla näyte jauhautui osittain kairattaessa. Näytehukka on esitetty yhdessä kallion rikkonaisuusasteen kanssa taulukossa liitteessä 8. 7. 4.2 Kivilaatu Alueen kallioperä koostuu rapakivigraniitista, jolla on useita muunnoksia. Niistä käytetään nimityksiä rakeinen rapakivigraniitti, pyterliitti, viborgiitti, pegmatiitti ja apliitti. Kairausnäytteistä tavatut pääkivilajit nimettiin viborgiittiseksi pyterliitiksi ja rakeiseksi rapakivigraniitiksi, josta on käytetty nimitystä rakeinen graniitti. Kapeina juonina ja sukeumina lävistettiin pegmatiittia. Pyterliitille ja viborgiitille ominaisia ovat isot usein pyöreähköt kalimaasälpähajarakeet. Niiden erona on kivessä olevien kehättömien ja kehällisten ovoidien prosentuaaliset osuudet. Nämä kehät ovat muodostuneet plagioklaasista. Pyterliitissä kehättömien ja viborgiitissa kehällisten ovoidien osuudet ovat yli 50 prosenttia. Lisäksi vaipattomissakin ovoideissa saattoi havaita kehiä, jotka koostuivat kiilteestä ja kvartsista. Pyterliitissä hajarakeet ovat keskimäärin suurempia Halkaisijaltaan 42 millimetrin näyte on usein liian pieni arvioitaessa kehättömien ja kehällisten ovoidien paljoussuhteita. Pyterliitti, jossa ovoidien määrä vaihtelee hetkellisesti viborgiittiseksi, on reiän vallitseva kivilaji ja rakeista graniittia on vain ohuina välikerroksina. Ovoidien koko vaihtelee, mutta suurimmillaan ne ovat halkaisijaltaan jopa noin 80 mm. Pyterliitin perusmassa on raekooltaan keskirakeista,... 5 mm. Rakenteeltaan se on massamaista ja suuntautumatonta, MO. Perusmassa koostuu maasälvistä, kvartsista, kiilteestä, jonkin verran on myös sarvivälkettä.
23 T asarakeisia graniitteja on lähinnä reiän keskiosissa kaksi paksumpaa muutamien kymmenien metrien jaksoa Lisäksi niitä on vaihtelevan paksuisina jaksoina pyterliitissä. T asarakeisissa muunnoksissa raekoko vaihtelee pääasiassa keskirakeisesta earakeiseen. Paikoin esiintyy myös hienorakeisia osuuksia. Rakenteeltaan kivi on massamaista ja suuntautumatonta MO. Tasarakeisissakin muunnoksissa esiintyy paikoin yksittäisiä pieniä ovoideja, jotka yleensä eivät ole kehällisiä. Päämineraaleina ovat maasälvät, kvarts biotiitti ja jonkin verran on myös sarvivälkettä. Lisäksi esiintyi earakeisia pegmatiittejä pahkuina ja juonina. Pegmatiitti on raekooltaan earakeista. Pegmatiitissa päämineraaleina ovat maasälvät ja kvarts lisäksi on paikoin kiilteitä, jotka muodostavat paikoitellen ofiittista rakennetta. Kivilajien kuvaus syvyyksittäin on esitetty liitteessä 8.. Kuvassa 4 on esitetty kivilajit ja rakotiheysjakauma graafisesti. Näytteet ovat pääosin rapautumattomia tai lievästi rapautuneita. Vyöhykkeitä, joissa näyte on kohtalaisesti rapautunutta on kaksi kappaletta. Sen lisäksi on lukuisia lievästi rapautuneita vyöhykkeitä, jotka ovat osittain kohtalaisesti rapautuneita tai niiden rapautumisaste on lievää voimakkaampaa, muttei niiden rapautumisaste ole vielä kuitenkaan kohtalainen. Lievästi rapautuneita vyöhykkeitä on useita. Yleensä niissä on hematiittiutumista, kloriittiutumista, kiilteiden syöpymistä, ja plagio klaasin samentumista ja muuttumista. Rapautuneisuus liittyy yleensä runsaaseen tai tiheään rakoiluun. Paikoin on rapautumattomissakin osuuksissa nähtävissä plagioklaasikehien ja plagioklaasikiteiden värin samentumista Ja talkkiutumista. Liitteessä 8.4 on esitetty kivilajien rapautuneisuusaste.
24 -lom 00m ::c ;;w;: ('0, : ::»: F: - tll. ' - :;:o ::» 7::".... ::::::::. -. SELITYS KIVILAJIT D PYTERLllTTI VIBORGIITTI MYLONIITINEN VYÖHYKE 300m OOm 500m ",..., '\ /,,,", -......-........ : -:-:... ; ; ; ;_; : : : RAKOll.U D Harvarakoinen < EJ. Vähärakoinen ( - 3 ) - Tiheärakoinen Runsasrakoinen (3-0) ( > 0 ) 600m ioom : : : :...!! - : : :... 800m Ie....... :::::::::... 900m.... IOOOm Kuva 4. Kivilajit ja rakoilu
25 4.3 Rakoilu Rakoilu on pääosin täytteistä tai tiivistä. Selvästi avoimia, täytteettömiä rakoja on havainnoitu vain muutamia. Täytteisissä raoissa täytemateriaali on yleensä aa, harmaata, barmaanvihre tummanharmaata tai valkoista. Täytteisissä raoisa on rakotäytettä usein vain ohuelti silauksen rakojen pinnoilla ja rakojen vastakkaiset pinnat ovat hyvin yhtenäiset. Osassa raoista oli rakotäytettä jopa useita millimetrejä. Jcissain raoissa on omamuotoisia kiteitä, mm. fluoriittia. Osa täytteisistä raoista on näyt:eessä edelleen -iskostuneena. Myös tiiviillä raolla saattaa olla selvä väri, joten tiiviin ja täytteisen raon välille ei ole ollut helppo asettaa selkeää rajaa. Suurimmaksi osaksi värin omaavat raot on niiden hyvinkin ohuen rakotäytteen vuoksi luokiteltu täytteisiksi. Savitäytteisiä rakoja bavainnoitiin II kpl ja murutäytteisiä 75 kpl. Haarniskaptaisia rakoja lävistettiin I38 kpl Muru- ja savitäytteiset raot ovat lähes kaikki rikkoisissa, tiheärakoisissa vyöhykkeissä. Haarniskapintaiset raot esiintyivät isemmin, mutta kuitenkin noin puolet niistäkin oli rikk:onaisissa, tiheärakoisissa vyöhyldteissä. Yksityiskohtaiset tiedot raoista ovat liitteessä 8.5. Rakosuunnista voimakkaimmin tulevat esille vaalea-asentoisesta loivaan vaihtelevat raot kaikissa suunnissa. Jyrkkäkaateisista rakosuunnista on eniten luode- kaakkoissuui!ltaista rakoilua. Kuvassa 5 on esitetty alapalloprojektiona Boremac-mittauksen kaltevuudella muunnetun Maxibor-taipumamittauksen mukaan korjatut rakojen kaadesuunnatlkaateet. \ \ \ / / " "" -Avc;-, ::::: 3% a:::: 2% 20% Kuva 5. Rakojen kaadesuunnatlkaateet alapalloprojektiona
26 Rakopintojen muoto vaihtelee suuresti. Yleisimmät rakopinnanmuodot ovat inen ja epäinen, rakopinnan ollessa puoliea, mutta kaikenlaiset muunnokset ovat yleisiä. Kallion rakoluku on keskimäärin 2,3 kpl/mja RQD -luku on 94,74 %. Keskimääräinen rako- ja RQD-luku vaihtelee runsaasti. Taulukossa 3 on esitetty keskimääräisen rako- ja RQD-luvun vaihtelu syvyysväleittäin. Kuvassa 4 kallion rakoluku ja kivilajit on esitetty graafisesti. Liitteessä 8.6 esitetään rakoluku, katkossumma ja RQD-luku. Taulukko 3. Kallion keskimääräinen rako- ja RQD-luku syvyysväleittäin. Syvyysväli Keskimääräinen rakoluku Syvyysväli Keskimääräinen rakoluku m-m jarqd-luku m-m jarqd-luku kpl/m/% kpl/m/% 40,3-54 3,5990,3 390-76 2,3093,9 54-209 0,83 99,3 76-760 8,7976,9 209-220 9,8 77,7 760-799 2,33 94,5 220-333 0,55 99,7 799-893 0,22 00 333-390,6797,9 893-00,54 0,97 99,9 Rikkanaisia osuuksia lävistettiin 34 kpl. Monet osuudet kuuluvat ilmeisesti samaan rikkonaisuusvyöhykkeeseen, mutta jos niiden välillä on ehjempää kiviainesta, on ne luettu omiin osuuksiinsa. Osuudet ovat kaikki murrosrakenteisia. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelevat välillä 0,2... 4,72 m. Yhteensä rikkanaisia osuuksia on 40,45 m, joka on 4,2 % reiän kokonaisnäytemäärästä. Liitteessä 8. 7 on esitetty kallion rikkonaisuusvyöhykkeet. 4.4 Näytteen viipaloitomineo Näytteen viipaloitumista, core discing -ilmiötä, on havaittu ensimmäisen kerran reikäpituudessa 225,50 m. Kuitenkin tuolloin se on ollut yksittäinen ilmiö ja varsinaisesti se alkaa noin 342 m reikäpituudesta. Eniten sitä oli väleillä 375...49 m, 55... 533 m, 88... 899 mja 97... 988 m. Paikoin viipaloituminen on harvaa, yli näytteen halkaisijan mitan päässä toisistaan. Varsin usein kyseisessä tapauksessa viipaloituminen on lisäksi usein muodoltaan heikosti kehittynyt ja se voi olla vaikeasti erotettavissa mekaanisesta katkoksesta näytteessä. Osa viipaloitumismurtumien pinnoista sisältää pinnanmuodossaan elementtejä useammastakin tyypistä. Liitteessä 8.2 on esitetty näytteen viipaloituminen.
, 27 4.5 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet Näytteistä määritettiin lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet vähintään 30 m:n välein ja kivilajin vaihtuessa. Määrityksiä tehtiin 36 kpl. Näytteistä on pyterliittiä 34 kpl ja rakeista graniittia 2 kpl. Hajontaa aiheuttaa pyterliitin suuri raekoko, rakeisen graniitin raekoon vaihtelu ja pyterliitillä paikoin runsas mikrorakoilu. Kivilajien lujuuksissa on vähäinen ero, pyterliitin keskilujuuden ollessa noin 40 MPa ja rakeisella graniitin noin 70 MPa. Kimmokertoimen osalta rakeinen graniitti on noin 20% jäykempää kuin pyterliitti. Kuitenkin reikäpituusvälillä 550... 800 m pyterliitti on huomattavan jäykkää (n. 70 GPa), n. 55 % jäykempää kuin muissa syvyyksissä. Samalla välillä myös puristuslujuus on hieman keskimääräistä suurempaa. Laboratoriokokeiden tulokset on esitetty taulukossa 4, jossa on myös laskettu lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien keskiarvot kivilajeittain. Tasarakeisen graniitin mittaustulosten hajontoja ei ole laskettu näytteiden vähäisen määrän vuoksi. Puristuslujuus, kimmokerroin ja taivutuslujuus syvyyden funktiona on esitetty kuvassa 6. 250,00. KimmokeiToin [GPa) --.-Puistusll.fws [MPa) ' - - Taivutusl'-'ws [MPa) 00,00 90,00 200,00 +-------tt-------:---+------------+---!-----+--.00 70,00 30,00 Kuva 6. Puristuslujuus ja kimmokerroin syvyyden funktiona.
28 Taulukko 4. Laboratoriokoetulosten yhteenveto Syvyys E V lsso lsso <rc <rc2 Smu Kivilaji m GPa MPa MPa MPa MPa MPa 40,3 77,09 0,33 5,9 6,33 42 52 0,64 PYT-VIB 69,7 59,66 0,26 4,85 4,74 6 4 5,65 PYT-VIB 99,7 64,3 0,26 5,6 5,58 35 34 8,72 PYT-VIB 26,5 44,94 0,2 7,24 7,36 74 77 2,84 PYT-VIB 55,9 28,86 0,8 6,06 5,37 45 29 8,66 PYT-VIB 84,8 28,80 0,2 3,52 3,0 85 74 6,07 PYT-VIB 24,4 36,37 0,20 3,3 4,3 79 03 7,88 PYT-VIB 228,7 59,24 0,24 8,89 8,54 23 205 4,25 TASRAKGRAN 258,6 46,55 0,9 6,9 7,03 48 69 '4 PYT-VIB 287,4 3,65 0,20 4,29 6,5 03 48 5,04 PYT-VIB 37,2 43,43 0,22 5,00 3,82 20 92 7,83 PYT-VIB 320,2 69,58 0,7 6,8 5,8 48 24 8,86 TASRAKGRAN 350,0 46,94 0,23 4,28 3,96 03 95 8,59 PYT-VIB 379,7 57,20 0,5 6,73 7,00 62 68 6,90 PYT-VIB 409,5 47,20 0,22 3,89 3,74 93 90 7,76 PYT-VIB 438,5 54,88 0,9 5,9 4,3 42 03 3,20 PYT-VIB 466,5 40,07 0,22 6,24 6,96 50 67 3,46 PYT-VIB 496, 50,78 0,25 5,89 5,42 4 30,26 PYT-VIB 523,9 42,40 0,8 5,86 4,93 4 8 0,26 PYT-VIB 552,5 69,93 0,27 5,07 5,97 22 43 7,54 PYT-VIB 582,3 82,2 0,27 6,63 6,99 59 68 3,8 PYT-VIB 608,2 74,7 0,9 6,74 7,59 62 82 0,42 PYT-VIB 638, 79,33 0,3 7,78 5,8 87 39 8,29 PYT-VIB 667,9 62,79 0,29 5,04 7,36 2 77 9,45 PYT-VIB 696,5 73,55 0,22 7,39 8,5 77 95 3,80 PYT-VIB 696,8 66,84 0,2 6,67 7,56 60 82 2,92 PYT-VIB 725,7 6,80 0,35 5,82 6,7 40 48,75 PYT-VIB 753,9 77,87 0,25 7,28 6,66 75 60 8,54 PYT-VIB 783,6 68,79 0,7 7,57 6,67 82 60 0,09 PYT-VIB 82,2 42,77 0,7 6,67 7,83 60 88 5,03 PYT-VIB 842, 32,44 0,9 5,44 4,75 30 4 5, PYT-VIB 870,9 40,2 0,9 3,74 5,32 90 28 2,36 PYT-VIB 899,9 4,86 0,2 6,52 7,76 56 86,97 PYT-VIB 929,7 48,80 0,2 5,82 5,33 40 28,6 PYT-VIB 959, 44,6 0,23 6,27 6,9 50 48 3,27 PYT-VIB 985,8 37,56 0,2 4,56 5,68 09 36 9,4 PYT-VIB keskiarvo 53,76 0,22 5,92 42 0,68 keskihaj. 5,67 0,05,32 32 3,58 kaikki keskihaj.% 29% 22% 22% 22% 33% keskiarvo 53,3 0,22 5,85 40 0,63 keskihaj. 5,86 0,05,34 32 3,62 pyterliitti-viborgiitti keskihaj.% 30% 22% 23% 23% 34% keskiarvo 64,4 0,2 7,20 73,56 rakeinen graniitti lujuuksiiie on laskettu yhdistetty keskiarvo
5. TARKKAILUMITTAUSTULOKSET 29 5. Huuhteluveden sähkönjohtokyky Kairauksen aikana seurattiin sekä huuhteluveden että reiästä palautuvan veden sähkönjohtavuutta. Huuhteluveden sähkönjohtavuus mitattiin jokaisesta merkkiaine-erästä merkkiaineen sekoittamisen jälkeen. Sähkönjohtavuus oli välillä 6,... 23,2 ms/m. Tulokset on esitetty liitteessä 8.3. Reiän alkuosalla, reikäsyvyydelle noin 226 m, palautuneen veden sähkönjohtokyky vaihteli välillä 3,3... 45,3 ms/m. Tämän jälkeen, reikäsyvyysvälillä noin 226... 295 m, sähkönjohtavuus kohosi välille 54,0... 3,4 ms/m laskien reikäsyvyysvälillä noin 295... 54 m välille 24,3... 66,5 ms/m. Reiän loppuosina sähkönjohtavuus vaihteli runsaasti, kuitenkin sähkönjohtavuustaso oli korkeammalla kuin reiän alkuosissa. Reiän loppuosalla sähkönjohtavuus vaihteli välillä 46,3... 6,7 ms/m. Mittaustulokset palautuvasta huuhteluvedestä on esitetty graafisesti kuvassa 7. 80 60 40 20 E 00 u; E 80 60 40 20 Sähkönjohtavuus 0 0 'oe:t 0 0 0 <0...... 0 N N 0 CX) N 0 0 'oe:t 0 0 N CX) 0 0 Syvyys m 0 0... 0 N CX) 0 CX) CX) 0 0... Kuva 7. Palautuneen veden sähkönjohto kyky.
5.2 Huuhteluveden ja paluuveden määrä 30 Kairauksen aikana käytettiin huuhteluvettä 369, m 3 Kairauksen lopuksi reiän huuhteluun käytettiin vettä 0, 7 m 3 Kairauksen aikana vettä palautui reiästä määrämittarin kautta 8,4 m 3 Määrämittarin ohi vettä palautui putkien noston ja varsinkin mammutoinnin yhteydessä huomattavia määriä. Arviolta vettä virtasi paluuvesimittarin ohi saman verran kuin mittarin kautta eli noin 80 m 3 Huuhtelupumppauksen aikana vettä palautui 3, m 3 Kairauksen aikana vedentulo ylös loppui syvyydellä 2,99 m. Tämän syvyyden jälkeen mitatut paluuvesimäärät ovat mammutoimalla ylös saatua vettä. Aluksi vesi palautui mammutoimalla vain putkien ollessa ylhäällä. Syyyydeltä 322,65 m todettiin veden tulevan hyvin ylös mammutoimalla myös putkien ollessa alhaalla. Tällöin vettä saatiin enemmän ylös kuin määrämittarin läpi mahtui virtaamaan. Kuvassa 8 on esitetty huuhteluveden ja määrämittarin kautta palautuneen paluuveden määrät kumulatiivisesti. 400 350 300 :ca 'i:... 250 CD E 0 200 ;; ::::: ::::: 50 00 50 Huuhtelu- ja paluuvedet 0 0 0 V 0..- 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 N 00 V 0 N 00 V 0 N 00 V 0 N N V V 00 00 m 0..- Syvyys m Kuva 8. Käytetyn huuhteluveden ja paluuveden määrät kumulatiivisesti
3 5.3 Huuhteluveden paine Koko reiällä huuhteluveden paine vaihteli kallio-olosuhteiden mukaan välillä 0,8-4,2 MPa. Paine kohosi isesti putkistovastuksen lisääntyessä, kuitenkin muutamassa tiheärakoisissa ja runsasrakoisissa vyöhykkeissä paine vaihteli nopeasti. Merkittävimmät tälläiset vyöhykkeet olivat reikäväleillä noin 00... 30m, 440... 470 m ja 655... 755 m. Huuhteluveden paineen käyttäytyminen on esitetty kuvassa 9. Huuhteluveden paine 4.5 -,---"- - "" "- - -- --" "- ------"- --- - - - - ------- - " -- "-" "... ----- --"--... ".. - - " -"-.. - - -------" -----" - "--- -- " --"- " -"- - - " -" - --- 4.0 3.5 3.0 ta 2.5 Q. :& 2.0.5.0 0.5 0.0 0 0 0 V 0 <0...... 0 N N 0 CO N 0 0 V 0 <0 V 0 N Lt) 0 CO Lt) Syvyys m 0,... 0 <0,... 0 N CO 0 CO CO 0 0... Kuva 9. Huuhteluveden paineen vaihtelu. 5.4 Pohjavedenpinta reiässä Pohjavedenpinta kairanreiässä oli kairauksen alussa syvyydellä 4... 5 m. Noin 00 m:n reikäsyvyyden jälkeen pohjavedenpinta laski ja oli kairauksen loppuaikana syvyydellä... 4 m. Useimmat mittaukset ovat kuitenkin epäluotettavia, koska vedenpinta ei ole ehtinyt stabiloitua riittävää aikaa. Noin 4,5 vuorokauden pituisen pääsiäistauon jälkeen pohjaveden pinnankorkeudeksi mitattiin 2,70 m.
32 5.5 Kivijauhon määrä Reiästä poistunut kivijauho kerättiin altaaseen ja sen määrä mitattiin. Reiästä poistui noin 384 märkää kivijauhoa. Koska reikä on kairattu 56 mm ulkoläpimittaisilla terällä, terän työstämän alueen tilavuus eli reiästä kivijauhona irronneen kiven kuntotilavuus on, 2 /m. Kokonaisuudessaan reiästä irtosi noin 077 kivijauhoa. Jos märän kivijauhon löystymiskerroin on, 7 saadaan sen tilavuudeksi jauheena noin 830. Tällöin noin 2 % kairauksen aikana syntyneestä kivijauhostapoistui reiästä kairauksen ja sitä seuranneen huuhtelupumppauksen aikana. 5.6 Huuhteluveden ja paluuveden merkkiainepitoisuus Huuhteluveden merkkiaineen pitoisuutta käytetään määritettäessä vesinäytteiden edustavuutta. Huuhteluveden suunniteltu merkkiainepitoisuus oli 0,500 g/m 3 Yleensä merkkiainepitoisuus oli lähellä haluttua tasoa, mutta muutamassa huuhteluvesierässä uranunipitoisuus oli hieman matalampi tai korkeampi, ilmeisesti merkkiainetta oli liuotettaessa jäänyt lasipulloon vähäinen määrä tai edellisen erän merkkiainetta oli joutunut seuraavan erän mukaan. Erissä n:o 77 ja 30 olivat pitoisuudet 694 J..lg/ ja 622 J.Lg/. Näytteiden korkeat pitoisuudet ovat todennäköisesti aiheutuneet siitä, että apukairaaja on ottanut näytteen hieman ennen säiliön täyttymistä, jolloin pitoisuus on näytteessä todellista korkeampi. Liitteessä 8.3 on esitetty merkkiainelisäykset, huuhteluvedestä otetut näytteet, huuhteluveden sähkönjohtavuus ja uraniinipitoisuus. Paluuvedestä otettiin näytteet kerran vuorokaudessa. UranUnipitoisuudet vaihtelivat suuresti. Pitoisuus vaihteli välillä 95... 560 J.Lg/. Lopussa huuhtelupumppauksen jälkeen pitoisuus oli 30 J.lg/. Paluuvesinäytteistä määritetyt uranunipitoisuudet ovat liitteessä 8.4.