GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS LÄNSI-SUOMEN YKSIKKÖ TYÖRAPORTTI 28.10.2009 Miikka Paalijärvi Lounais-Suomen ympäristökeskus MAATUTKALUOTAUS JÄMIJÄRVEN LAUTTAKANKAALLA 17.9.2009
SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO 1 1.1. Yleistä 1 1.2. Maatutkaluotauksen perusteet 1 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET 3 2.1. Maastomittaukset 3 2.2. Prosessointi ja tulkinta 3 3. TULOKSET JA JOHTOPÄÄTÖKSET 4 LIITTEET Liite 1 Linjakartta 1:7 500 Liite 2.1 2.8. Tulkitut maatutkaprofiilit Kansi Maatutkalinja (F13) tutkimusalueelta.
1 1. JOHDANTO 1.1. Yleistä Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Länsi-Suomen yksikkö on tehnyt Lounais-Suomen ympäristökeskuksen toimeksiannosta maatutkaluotauksia Jämijärven kunnan Lauttakankaan alueella. Maatutkaluotausten tarkoituksena oli selvittää maaperän laatua ja pohjavesiolosuhteita Lauttakankaan (0218152) I-luokan pohjavesialueella. Luotaukset tehtiin 17.9.2009 tilaajan toimittaman tutkimusaluerajauksen ja alustavan linjakartan pohjalta. GTK:ssa maatutkaluotauksista sekä niiden tulkinnasta ja raportoinnista on vastannut geologi Miikka Paalijärvi. Kuva 1: Tutkimuskohteen sijainti. 1.2. Maatutkaluotauksen perusteet Maatutkaluotaus on sähkömagneettinen tutkimusmenetelmä, joka perustuu maankamaraan lähetettyjen lyhytkestoisten radiotaajuisten (20-1000 MHz) pulssien takaisin heijastuvan osan rekisteröin- Maatutkaluotaus Jämijärven Lauttakankaalla 17.9.2009
2 tiin. Lähetys-vastaanottosykli toistuu kymmeniä kertoja sekunnissa, minkä tuloksena saadaan jatkuvaa profiilikuvaa maankamaran sähköisistä rajapinnoista. Maatutkaluotauksen erotuskyvyn kannalta tärkeää on mittauksessa käytetty taajuus. Maatutkan toimintataajuus valitaan sen mukaan, mikä taajuus antaa parhaimman tuloksen tunkeutumisen ja resoluution suhteen juuri tiettyyn tutkimukseen. Matalataajuisilla antenneilla (20 200 MHz) voidaan saavuttaa hyvissä olosuhteissa jopa kymmenien metrien syvyysulottuvuus, joskin tutkakuvan resoluutio tällöin kärsii. Vastaavasti korkeataajuusantennia käyttäen saavutetaan hyvä resoluutio, mutta huomattavasti matalampi syvyysulottuvuus. Maatutkalaitteistoon kuuluu lähetin-vastaanotinantennin lisäksi keskusyksikkö, kaapelit, paikannusjärjestelmä sekä vetolaitteistot (maastoauto, mönkijä tai moottorikelkka) ja telineet (kuva2). Kuva 2: Geologian tutkimuskeskuksen Länsi-Suomen yksikön maatutkalaitteisto (Kuva: Jari Väätäinen/GTK). Maatutkan lähettämän elektromagneettisen pulssin kulkunopeus ja tunkeutumissyvyys riippuu väliaineen dielektrisyydestä (Er -arvo) ja sähkönjohtavuudesta. Sähkönjohtavuuden kasvu näkyy maatutkasignaalin vaimenemisena. Maankamaran dielektrisyyden määrää lähinnä sen vesipitoisuus, johon puolestaan vaikuttaa aineksen raekoko. Hiekassa ja sitä karkeammissa maalajeissa sähkönjohtavuus ja dielektrisyys ovat yleensä alhaisia ja maatutkauksen syvyysulottuvuus vastaavasti hyvä. Hienoaineksen (savi, moreeni) tai esim. suolapitoisuuden (tiesuolaus) lisääntyminen kasvattaa sähkönjohtavuutta ja dielektrisyyttä, jolloin myös maatutkan syvyysulottuvuus heikkenee. Menetelmä onkin parhaimmillaan harjualueilla, jossa sillä saadaan tietoa jopa yli 30 metrin syvyydeltä kallionpinnan korkokuvasta, pohjavedenpinnan tasosta, irtainten maalajien laadusta ja maaperäkerrosten rakenteesta. Nämä tiedot ovat merkittäviä erityisesti vähän kairaustietoa tai maaperäleikkauksia sisältävillä alueilla. Tutkimusalueen olosuhteista sekä tutkattavien linjojen pituudesta ja lukumäärästä riippuen työpäivän aikana suoritettavan maatutkaluotauksen määrä on keskimäärin 5-15 kilometriä. Yhden mittauspäivän tulosten tulkintaan kuluu 2-3 työpäivää. Maatutkaluotaukselle on tyypillistä, että keskimäärin noin 70 80 % mittauslinjoista on hyviä/tulkintakelpoisia. Maatutkaluotaus Jämijärven Lauttakankaalla 17.9.2009
3 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET 2.1. Maastomittaukset Tutkimuskohteessa tehtiin 17.9.2009 kaikkiaan 18 maatutkaluotauslinjaa, yhteispituudeltaan noin 8,6 kilometriä. Mitattujen maatutkalinjojen (F1-F18) sijainti on esitetty liitekartassa 1. Luotauksissa käytettiin GTK:n SIR-3000 maatutkalaitteistoa sekä 100 MHz:n antennia, jota vedettiin maastoautolla ja mönkijällä. Luotauksissa käytettiin mittausaikaa 400 nanosekuntia. Linjojen paikannus maastossa suoritettiin mittauksen yhteydessä tavallisella GPS -paikantimella (XY -tarkkuus noin 5 metriä). 2.2. Prosessointi ja tulkinta Maatutkaprofiilien tulkinta perustuu sähköisten rajapintojen ja yksittäisten heijasteiden visuaaliseen tarkasteluun ja niiden geologiseen selittämiseen. Tulkintavaiheessa luotauksen aikamittakaava muutetaan syvyysmittakaavaksi. Profiileilla havaitut heijasteet pyritään lisäksi korreloimaan muun saatavilla olevan tiedon kanssa. Linjojen prosessoinnissa ja tulkinnassa on käytetty Geo Doctor 2 -ohjelmistoa. Linjoja on prosessoitu (esim. taustanpoisto ja signaalin vahvistaminen) niillä näkyvien piirteiden korostamiseksi ja/tai häiriöiden poistamiseksi. Tulkinnan helpottamiseksi linjoille on lisäksi tehty Maanmittauslaitoksen korkeusaineiston pohjalta laadittuun digitaaliseen maanpinnan korkeusmalliin (korkeustarkkuus noin ±2 metriä) perustuva topografiakorjaus. Digitaaliset maatutkalinjat on tallennettu GTK:n tietokantaan, mistä niitä on tarvittaessa saatavana sekä tiedostoina että paperitulosteina. Prosessoidut ja tulkitut maatutkaprofiilit on esitetty liitteissä 2.1. 2.8. Luotausprofiileihin on tulkittu maaperän aineksen pääpiirteet sekä mahdollisuuksien mukaan myös pohjaveden ja kallion pinta. Maatutkaprofiileissa näkyvää syvyysskaalaa voidaan pitää ainoastaan suuntaa antavana. Esim. pohjavedenpinnan ylä- ja alapuolisen maapeitteen todellista paksuutta ei voida esittää yhtä aikaa samassa profiilissa. Mittausaika 400 nanosekuntia pohjavedenpinnan yläpuolisessa kuivassa hiekassa (Er ~6) vastaa noin 25 30 metrin syvyysulottuvuutta. Täysin veden kyllästämässä maaperässä (Er 16 20) vastaavan mittausajan syvyysulottuvuus on karkeasti vain noin puolet edellisestä (12 15 metriä). Tulkinnoissa onkin käytetty osittain tai lähes kokonaan pohjavedellä kyllästyneelle hiekalle ja moreenille soveltuvia keskimääräisiä Er -arvoja 9 16. Maatutkaluotaus Jämijärven Lauttakankaalla 17.9.2009
4 3. TULOKSET JA JOHTOPÄÄTÖKSET Maatutkaluotausten perusteella tutkimuskohteen maaperän koostumuksesta ja rakenteesta sekä pohjavesiolosuhteista saatiin kohtalaisen hyvä yleiskuva. Maatutkaluotausten tulkintaa kuitenkin vaikeuttaa kairausten ja tarkkojen pohjaveden pinnankorkeustietojen puute. Tulkinnat on tehty kokonaisuudessaan ilman em. referenssitietoja. Pääosalla luodatuista linjoista maatutkan läpäisy- ja erotuskyky on vähintään kohtalainen. Luotauksen syvyysulottuvuus linjoilla vaihtelee maaperän laadusta, pohjavedenpinnan syvyydestä ja käytetyistä mittausparametreista riippuen noin 5 15 metrin välillä. Tutkaprofiilien pohjaosissa esiintyy paikoitellen runsaasti kohinaa, jota ei maatutkan mittausasetusten säätämisellä saatu merkittävästi vähenemään. Häiriöiden todennäköinen syy on silttisen maaperän pintaosan ja/tai silttisten välikerrosten aiheuttama tutkasignaalin voimakas vaimeneminen. Tutkimusalueella harjujakso on rantavoimien vaikutuksesta tasoittunut laakeaksi, 5-10 metriä ympäristönsä yläpuolelle kohoavaksi selänteeksi. Maatutkaluotausten perusteella alkuperäisen harjumuodostuman aines on hiekkavaltaista ja harjuaineksen kerrospaksuudet ovat muodostuman keskiosien luonnontilaisilla alueilla 10 15 metrin luokkaa (ks. esim. linjat F5, F8, F16 ja F17). Yhtenäisiä soravaltaisia kerrostumia ei suoritetuissa maatutkaluotauksissa havaittu. Muodostuman keskiosissa esiintyy kuitenkin paikoitellen karkeammaksi (tai vaihtoehtoisesti heikommin lajittuneeksi) tulkittavissa olevaa materiaalia (ks. esim. linjat F14 ja F17). Nämä oletettavasti karkeasta/soraisesta hiekasta koostuvat kerrostumat kuvastavat mahdollisen harjuytimen sijaintia. Tutkimusalueen keski- ja pohjoisosissa harjumuodostuman paksuimpien osien kerrospaksuudet ja pohjaosan aineksen laatu jäävät vielä osittain epäselviksi. Alueen maapeitteen kokonaispaksuus, pohjaosien aineksen laatu ja tarkka pohjavedenpinnan taso on tarvittaessa varmistettava kairauksilla ja havaintoputkiasennuksilla. Luotausten yhteydessä maa-ainesleikkauksista tehtyjen havaintojen perusteella muodostuman pintaosassa esiintyy 1-3 metriä paksuja, kivisestä sorasta koostuvia rantakerrostumia. Karkeat rantakerrostumat eivät ohuutensa/paikallisuutensa vuoksi kuitenkaan erotu maatutkaprofiileissa. Mahdollisia rantakerrostumia edustavat myös esim. linjalla F4 erottuvat, harjuselänteen keskilinjan itäpuolella sijaitsevat, silttivälikerroksen yläpuoliset enimmillään 3-4 metriä paksut viistokerrokselliset hiekat (gps -pisteet 19 21). Pohjavesialueen eteläpään maa-ainesalueilla jäljellä olevan hienohiekkavaltaisen aineksen paksuus vaihtelee noin 3-8 metrin välillä (linjat F1 ja F2). Alueen pohjavedenpinta sijaitsee ilmeisesti lähellä monttujen pohjatasoa, eikä se erotu selkeästi profiileissa. Pohjavesialueen itäreunalla maaperä koostuu hienohiekkaisista ja silttisistä harjun lievekerrostumista sekä niiden yläpuolisista rantakerrostumista, joiden yhteispaksuus on pääosin 5 metrin luokkaa (ks. esim. linjat F4 ja F5). Linjojen F7 ja F17 itäpäässä esiintyy paikoitellen lähes maanpintaan saakka ulottuvia moreeni-/kalliokohoumia. Myös pohjavesialueen etelä- ja länsireunalla moreeni-/kallionpinta sijaitsee paikoitellen hyvin lähellä maanpintaa. Linjojen F11, F12 ja F13 alueella harju- ja rantakerrostumien paksuus on pääosin alle 5 metriä ja enimmillään noin 10 metriä. Kallionpinta on näkyvissä linjojen F13 ja F18 välissä sijaitsevan, noin 3-4 metriä syvän hiekkakuopan pohjalla. Maatutkaluotaus Jämijärven Lauttakankaalla 17.9.2009
5 Pohjavedenpinnan syvyyden/tason tarkka määrittäminen luodatuilla linjoilla ilman referenssitietoja on vaikeaa. Erityisesti harjumuodostuman reunoilla ja maa-aineksen ottoalueilla pohjavesipintaheijasteet sekoittuvat usein kapillaarisen siltin voimakkaisiin vaakaheijasteisiin, tai pohjavedenpinta sijaitsee liian lähellä maanpintaa, jotta sitä kyettäisiin tulkitsemaan. Maanpinnan korkeustason määritykseen ja luotausten tulkintaan liittyvien epätarkkuuksien vuoksi alueen pohjavesien tarkkaa varastoitumis- ja virtauskuvaa ei siten voida varmuudella määrittää pelkkien maatutkaluotausten perusteella. Maatutkaluotauksista voidaan kuitenkin havaita, että pohjavedenpinta sijaitsee muodostuman keskiosien luonnontilaisilla alueilla keskimäärin 5-10 metrin syvyydessä maanpinnasta. Linjojen F4 ja F6 välisellä alueella sijaitsee ilmeisesti vedenjakaja-alue, missä pohjavedenpinta on 3-5 metriä tutkimusalueen pohjois- ja eteläpäätä ylempänä. Pohjavedenpinta on ylimmillään noin +126-128 m mpy tasolla linjoilla F4, F6 ja F12. Alimmillaan pohjavedenpinta on noin +123-124 m mpy tasolla tutkimusalueen lounaisreunalla linjan F12 alkupäässä, sekä tutkimusalueen pohjoispäässä linjojen F14-F16 alueella. Alueen pohjoispäässä pohjavesiä purkautuu harjujaksoa ympäröiville suoalueille (Pehkuneva, Lauttaneva ja Luomanneva). Tutkimusalueen eteläpuoliskolla pohjavedenpinnan gradientti on lounaaseen kohti hautausmaata laskeva, mikä on todennäköisesti myös alueen pohjaveden päävirtaussuunta. Linjan F11 alueella on osittain pohjavedenpinnan yläpuolelle kohoava moreeni- /kallioalue, joka ilmeisesti katkaisee pohjaveden virtausyhteyden etelään/kaakkoon. Mahdollisesti alueelta purkautuu pohjavesiä myös jossain määrin itään Salavansoiden alueelle. Vaikka pohjavesivyöhykkeen paksuus muodostuman keskiosissakin on paikoitellen alle 5 metriä, ei tutkimusalueella ilmeisesti esiinny pohjaveden virtausyhteyttä kokonaan katkaisevia kalliokynnyksiä harjujakson pituussuunnassa. Alueella esiintyvien silttisten välikerrosten vuoksi osa muodostuman reuna-alueiden pohjavesistä saattaa olla myös orsivesityyppisiä. Myös harjuselänteen sisäosissa pohjavesipinta näyttää paikoitellen noudattelevan rantakerrostumien hienorakeisempaa pohjatasoa. Näiden mahdollisten orsivesikerrosten alapuolista varsinaista pohjavedenpintaa ei maatutkaluotauksella pystytä enää havaitsemaan. Kokkolassa 28.10.2009 Miikka Paalijärvi geologi Maatutkaluotaus Jämijärven Lauttakankaalla 17.9.2009
Moisio 120 Luomanneva 122 121 F14 120 Perämäki 123 125 124 F15 118 117 126 119 116 115 F15 130 129 128 127 F16 136 132 131 135 134 133 Turvetuotantoalue Lauttaneva Kalliomäki Pehkuneva 114 138 F14 106 105 104 113 112 65 111 64 63 110 109 62 103 137 108 107 56 102 55 F13 101 100 F9 99 F10 58 57 54 53 F8 139 98 F17 140 97 59 46 38 37 F9 60 31 47 48 39 32 61 52 144 51 145 143 50 142 49 141 F8 40 F6 F17 33 F7 41 146 34 148 147 43 42 35 36 44 45 Rajalahti Mäkynen Metsäranta Jämijärvi, Lauttakangas - Maatutkaluotaus 17.9.2009 112 GPS-piste ja numero 120 Lauttakangas 96 149 95 151 150 F12 94 152 F18 F13 93 92 F18 F5 91 24 90 89 88 86 85 84 153 154 87 18 F4 155 25 156 157 19 26 F1 4 20 27 5 F5 28 21 6 7 F4 29 22 30 23 Salavansuot F8 Maatutkalinja ja tunnus Pohjavesialue, 1. luokka Maatutkaluotauksen perusteella arvioitu pohjaveden virtaussuunta Mittaukset suoritettu linjojen loppupäässä sijaitsevien nuolenkärkien suuntaisesti. Linjat F1-F18 mitattu 17.9.2009 Järvelä ja tulkittu 10/2009. 0 100 200 400 m 80 13 79 78 77 81 F12 82 F3 83 14 15 16 76 75 F2 74 17 8 11 10 F11 12 9 F1 0 1 3 2 72 71 70 73 F11 69 67/68 66 1:7 500 100.9 Karttatuloste Geologian tutkimuskeskus 10/2009 Pohjakartta Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/09 ja Logica Suomi Oy Liite 1
Liite 2.1.
Liite 2.2.
Liite 2.3.
Liite 2.4.
Liite 2.5.
Liite 2.6.
Liite 2.7.
Liite 2.8.