Työraportti 98-2 9 Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR -KR4 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemalli Olli Okko Kai Front Tiina Vaittinen Pertti Hassinen Toukokuu 998 POSIVA OY Mikonkatu 5 A, FIN- HELSINKI Puhelin (9) 228 3 Fax (9) 228 379
Työ raportti 98-2 9 Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR -KR4 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemalli Olli Okko Kai Front Tiina Vaittinen Pertti Hassinen VTT Yhdyskuntatekniikka Toukokuu 998 Pasivan 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.
------------------------ ------ SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT JOHDANTO... 6 2 TUTKIMUSMENETELMÄT... 8 3 REIKÄMITTAUSTULOSTEN TULKINTA... 3. Uusien reikäosuuksien geologinen luonnehdinta... 3.. Hästholmenin geologiset yleispiirteet... 3..2 Reikä HH-KR... 2 3..3 Reikä HH-KR2... 3 3..4 Reikä HH-KR3... 3 3..5 Reikä HH-KR4... 4 3.2 Rakoilu ja rakovyöhykkeet... 8 3.2. Yleistä... 8 3.2.2 Reikä HH-KR... 24 3.2.3 Reikä HH-KR2... 24 3.2.4 Reikä HH-KR3... 25 3.2.5 Reikä HH-KR4... 26 3.3 Vettäjohtava rakoilu... 3 3.3. Yleistä... 3 3.3.2 Reikä HH-KR... 3 3.3.3 Reikä HH-KR2... 44 3.3.4 Reikä HH-KR3... 54 3.3.5 Reikä HH-KR4... 6
4 HÄSTHOLMENIN KALLIOMALLI REIKIEN KR- KR4 PERUSTEELLA... 77 4. Tausta... 77 4.2 Rakoilun suunnatut havainnot... 77 4.3 Rakoilun ja heijastusten suunnatut havainnot rei'issä KR - KR4... 78 4.4 Reikä-TV: n hydrogeologiset havainnot... 86 4.5 Rikkonaisuusrakenteiksi tulkittavat reikälävistykset... 9 4.5. Vanhojen oletusten tarkastelu... 9 4.5.2 Pitkät rikkonaisuuslävitykset KR-KR4:ssä... 92 4.5.3 Muut rikkonaisuusrakenteet.... 3 5 YHTEENVETO... 6 KIRJALLISUUSVIITTEET... LIITELUETTELO... 4
TIIVISTELMÄ Okko,. Front, K., Vaittinen, T. & Hassinen, P. 998. Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR-KR4 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemalli. Posiva, työraportti 98-29, 4 s. + liitettä. Teollisuuden Voima Oy:n ja Imatran Voima Oy:n voimalaitosten ydinjätehuollossa varaudutaan käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen kallioperään. Tähän liittyvien Posiva Oy: n suorittamien yksityiskohtaisten paikkatutkimuksien toimeksiantona käsiteltiin ja tulkittiin Loviisan Hästholmenin tutkimusalueena kairatuissa noin km pitkissä rei'issä KR-KR4 tehtyjä geofysikaalisia reikämittauksia. Mttausarvot piirrettiin tarkoituksenmukaisiin mittakaavoihin profiileiksi ja profiilien yhdistelmäkuviksi. Reikämittauksista tulkittiin kivilajivaihtelu, kallion rakoilu, rakovyöhykkeiden esiintyminen ja luonne. Rakoilun luonnetta analysoitiin myös vedenjohtavuusmittausten sekä reikä-tv:n kuvien perusteella. Näiden tulosten perusteella VLJ-tilojen suunnittelua varten laadittua noin 2 m: n syvyyteen ulottuvaa kallion rakennemallia tarkennettiin ja jatkettiin noin km syvyyteen asti. Merkittävimpien vedenjohtavuusrakenteiden liittymistä alueelliseen kalliomalliin tarkasteltiin käyttämällä hyväksi VSP-mittausten antamaa tietoa rakenteisiin liittyvistä heij astuksista. Uudet kairaukset toivat esille jo aiemmin havaittujen rapakivigraniitteihin liittyvien kivilajien vuorottelun ja jatkumisen 8 - m:n syvyyteen asti. Kairausnäytteissä havaitut raot ovat pääosin tiiviitä ja rapakivelle tyypillisesti hyvin laiva-asentoisia noudattaen kuutiollista rakoilua. Rakotihentymät liittyvät usein lyhyisiin graniittisiin reikäjaksoihin. Rei 'issä KR2-KR4 on kairausnäytteen rakoluku huomattava näytteen viipaloitumisen takia. Reikämittauksissa rikkonaisuusjaksot erottuvat jopa yli m pitkinä anomaliajaksoina, joissa pisimmät anomaliat ovat laajinta kalliotilavuutta kuvaavissa ominaisvastusprofiileissa. V edenjohtavuutta kuvaavat anomaliat lämpötilan ja suolaisuuden sekä erityisesti putkiaallon vaimenemisprofiileissa ja eromittauksissa keskittyvät näiden jaksojen sisällä vain lyhyisiin - 5 m pitkiin reikäjaksoihin, joissa TV -kuvan perusteella on tunnistettavissa yksittäisiä avorakoja, joissa on huomattavan.. suuna avaumta. Reikien KR-KR4 merkittävimmät rikkonaisuuslävistykset erottuvat erityisesti akustisissa reikäprofiileissa hyvin samankaltaisina anomalioina, minkä perusteella rakennemalliin määritettiin kolme paksua rikkonaisuusvyöhykettä, joiden sisällä on pitkiä tiiviitä kalliojaksoja vettäjohtavien rakotihentymien lomassa. Näihin reikäjaksoihin liittyvien VSP-heijastusten asennot ovat myös sopusointuisia akustisen rakennetulkinnan kanssa. Reikämittauksissa todettujen rikkonaisuusjaksojen merkittävyyttä tarkasteltiin myös tilastollisen pääkomponenttianalyysin avulla, minkä perusteella määritettiin rikkonaisuustarkarkastelun kannalta muut huomion arvoiset reikälävistykset, joiden geometriasta ei toistaiseksi ole luotettavaa tietoa. Avainsanat: geofysikaalinen, reikämittaus, rakennemalli, rapakivi, rikkonaisuus, vedenjohtavuus
----------------------------------------------------- ABSTRACT Okko,., Front, K., Vaittinen, T. & Hassinen, P. 998. Interpretation of geophysicallogging of boreholes KR-KR4 at the Hästholmen site at Loviisa and the corresponding bedrock model. Posiva, Work Report 98-29, 4 p. + app. The Finnish poer companies Teollisuuden Voima Oy and Imatran Voima Oy are preparing for final disposal of the high-level nuclear fuel aste deep into the bedrock. The Hästholmen research site at Loviisa is one of the four candidates selected for the detailed site characterization conducted by Posiva Oy. This report describes the processing and interpretation of standard single hole geophysical borehole logging carried out in the 8 - m Iong boreholes KR -KR4. Furthermore, the structural bedrock model of the Hästholmen site, based on the studies for siting rock cavern for radioactive disposal at a depth range of 5-2 m, is revieed and continued to the depth range of km. The hydraulic conductivity measurements, and oriented data based on the reflections obtained by borehole VSP surveys are also involved. Lithological units, different types of rapakivi granite ith associated dykes, are classified by the use of combined natural gamma radiation, density and magnetic susceptibility information. Fracturing is analysed by the interpretation of different types of acoustic, density, resistivity and temperature logs. Most of the fractures are tight and Iaeated in the horizontal plane in concordance ith the typical cubic fracturing system of rapakivi granites. Most of the densely fractured sections are associated ith the granitic intersections. At the core sample, the fracture number is overestimated oing to core discing in the deep bedrock. In the geophysical logs, particularly in resistivity logs and also in acoustic velocity logs, there are over m Iong anomalies that indicate eathered sections in the Rapakivi granite, but ithin these sections the hydraulic anomalies in fluid logs, tube ave attenuation profiles, and in hydraulic tests are only - 5 m Iong. In detail, the individual active and open fractures are Iaeated in the borehole-tv images. In contrast to this, there are large blocks of intact rock ithin these major eathered and fractured sections. According to similarities in the acoustic character in the full aveform acoustic logs, three major eathered sections ere correlated beteen boreholes KR -KR4. The first of these is related to the ell-knon shallo sub-horizontal fracturing at a depth of m, the second combines a dipping contact at least in holes KR2 and KR3, and the third is associated ith sub-horizontal fracturing at a depth of 9 m in holes KR and KR2. In addition, the reflections in the adjoining borehole VSP surveys are rather consistent ith these geometrical interpretations. Furthermore, the anomalies in the geophysical borehole logs ere classified statistically using the principal component analysis. Moreover, the significantly fractured borehole sections that could not be geometrically related to this preliminary bedrock model are also Iisted and characterised. Key ords: Geophysical, Borehole logging, Structural bedrock model, Rapakivi granite, Fracturing, Hydraulic conductivity
6 JOHDANTO Teollisuuden Voima Oy:n Olkiluodon sekä Imatran Voima Oy:n Loviisan voimalaitosten ydinjätehuollossa varaudutaan käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen Suomessa. Tähän liittyviä Posiva Oy:n toimeksiantona tehtäviä yksityiskohtaisia sijoituspaikkatutkimuksia tehdään Kuhmon Romuvaaran, Äänekosken Kivetyn ja Eurajoen Olkiluodon sekä Loviisan Hästholmenin alueilla vuosina 997-2. Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle on kairattu useita 2 m: n syvyyteen ulottuvia reikiä alueen rakennegeologisten tutkimusten yhteydessä 98-luvulla (ks. Anttila 988). Näitä tutkimustuloksia on käytetty hyväksi myös voimalaitosjätteen loppusijoitustilan suunnittelussa ja rakentamisessa kallioon. Käytetyn polttoaineen loppusijoituksen kallioperätutkimuksien yhteydessä Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle (kuva ) kairattiin neljä reikää noin km:n syvyyteen asti (Rautio 997, Niinimäki 997a, 997b ja 997c). Näiden syväkairausten avulla pyritään varmentamaan ja täydentämään aikaisemmin tehtyjä tulkintoja ja hankkimaan uutta geologista tietoa tutkimusalueiden kallioperästä erityisesti käytetyn polttoaineen loppusijoitusyvyydeltä. Tässä raportissa esitetään syvissä rei'issä tehtyjen geofysikaalisten reikämittausten (Julkunen et al. 997 ja 998) tuloskäsittely ja tulkinta sekä tarkastellaan reikien antamaa tietoa Hästholmenin kalliomalliin. Alustavissa sijoituspaikkatutkimuksissa geofysikaaliset yksireikäluotaukset jaettiin kolmeen ryhmään tärkeimmän käyttösovelluksen mukaan kivilajivaihtelua, vesipitoista rakoilua ja rikkonaisuusvyöhykkeitä sekä pohjaveden virtausta kuvaaviin luotauksiin. Tuloskäsittelyssä mittausarvot ja kairausnäytteestä määritetyt kivilaji- ja rakotiedot piirrettiin tulkinnan kannalta mielekkäisiin mittakaavoihin profiileiksi ja profiilien yhdistelmäkuviksi. Yksityiskohtaisten paikkatutkimusten reikämittausten tulkintametodiikka perustuu alustavien paikkatutkimusten reikäkohtaisessa tulkinnassa kehitettyyn menettelyyn (Korkealaakso et al. 988, Okko et al. 993). Tässä työssä kyseisiä menettelytapoja sovelletaan mittausaineiston (taulukko ) sallimissa puitteissa. Geofysikaalisten reikämittausten lisäksi rakennetarkastelussa on hyödynnetty ennakkotietoja (Rouhiainen 997, Keskinen 998a ja 998b) eromittauksilla määritetyistä vedenjohtavuusarvoista sekä HSP- ja VSP-mittauksella havaituista reikiä leikkaavista heijastusrakenteista.
7 Smedsholmarna Hästholmsfjärden <:, Stor Kolmen Hudöfjärden MERKINTÖJEN SELITYKSET Kairanreikä (KR) Ku\'ll /. l'ulktmlf.'if"<!tktell SIJUIIJit H(/.o.;lholmenlll tulktmusalueellu.
8 2 TUTKIMUSMENETELMÄT GeofYsikaalisten reikämittausten kenttätöistä vastannut Astrock Oy toimitti mittaustulokset (Julkunen et al. 997, 998) Fintact Oy:n välityksellä VTT:lle tulkintaa varten. Rei'issä KR, KR2, KR3 ja KR4 tehdyt mittaukset on koottu taulukkoon. Reikämittausten pisteväli oli, m, paitsi akustisessa mittauksessa, jossa se oli,5 m ja reiän halkaisijan mittauksessa, jossa se oli, m. Mittaustuloksille on tehty käynti- ja syvyyskorjaukset sekä tarvittavat kalibroinnit mittaajan toimesta. VTT: llä reikien KR3 ja KR4 magneettisen mittauksen suskeptibiliteettiarvot muunnettiin yhdenmukaisuuden takia OE-6 SI -muotoon. Tulkintavaiheessa mittausten syvyystietoja tarkistettiin vertailemalla kairausraportissa esitettyjä kivilaji- ja rakoilutietoja reikämittausten tuloksiin. Taulukko. Hästholmenin rei 'istä KRI, KR2, KR3 ja KR4 tulkittu reikämittausaineisto sekä liite, jossa mittaustulos on esitetty. Menetelmä ) vksioistevastusmittaus J Ohml 2) lyhyen (6") normaalijärjestelmän vastusmittaus fohm-ml 3) veden läm_pötilan mittaus [ Cl 4) veden ominaisvastuksen mittaus 5) magneettisen suskeptibiliteetin mittaus f OE-6 Sll (KR3 ia KR4) 6) gamma-gamma-tiheysmittaus fg/cm3l 7) taustasäteilyn mittaus r JJ.R/h l 8) akustisen kokoaaltomuodon rekisteröinti - P-aallon nopeus [km/s] - S-aallon nopeus [km/s] - P-aallon vaimeneminen [ db] - S-aallon vaimeneminen [db] - Putkiaallon vaimeneminen [ db] 9) reiän halkaisijan mittaus r mm l Liite Liite 4 Liite 4 Liite 7 Liite 7 Liite 2 Liite 2 Liite 2 Liite 3 ja 6 Liite 3 ja 6 Liite 3 Liite 3 Liite 3 Liite 4 Tuloskäsittelyssä laskettiin seuraavat johdannaissuureet: - kallion näennäinen rakohuokoisuus (Liite 5 ), - Poissonin luvut ja kimmokertoimet (Liite 6 ), - redusoitu lämpötila (Liite 8), - pohjaveden TDS suolaisuus (Liite 8 ).
9 Tulkintavaiheessa laskettujen johdannaissuureiden profiilit on tulostettu ja raportoitu tilaajalle myös digitaalisessa muodossa. Reikämittausten tulkinnassa hyödynnettiin kairausraportteja (Rautio 997, Niinimäki 997 a, 997b ja 997 c ), joista ilmenevät kairausnäytteiden kivilajikuvaukset, rakohavainnot ja suunnatut rakohavainnot sekä reikien osalta KR-KR3 reikä-tv:n kuvia (Stråhle 997), joissa varsinkin avoimet raot ja niiden leikkauskulmat erottuvat myös suuntaamattomilta kairausnäyteosuuksilta. Tulkintatyön yhteydessä kairausnäytteitä tarkasteltiin Lopella sijaitsevassa Geologian tutkimuskeskuksen kairasydänarkistossa.
------------------------------------------------------------- --- -- 3 REIKÄMITTAUSTULOSTEN TULKINTA Geofysikaalisten reikämittausten tulkinnalla analysoidaan kivilajivaihtelua, kallion rakoilun ja rakovyöhykkeiden luonnetta sekä mahdollisuuksien mukaan myös pohjaveden virtausta. Tulkintamenettely on pääsääntöisesti sama kuin aikaisemmissa paikkatutkimuksissa, mutta aiemmasta hieman poikkeavan mittausaineiston takia tulkintatapoja on muunnettu tarkoituksenmukaisesti. Kallion vedenjohtavuutta arvioidaan eromittausten perusteella ja ns. vesiluotauksesta on luovuttu, joten veden virtauksen tulkinnassa on alustavien paikkatutkimusten vaihetta vähemmän reikämittaustietoa. Kallioperän rakenteen tilastollisessa arvioinnissa on käytetty pääkomponenttianalyysia, jolla voidaan erotella rikkonaisuusvyöhykkeitä keskimääräisesti rakoilleesta kalliosta reikämittausten perusteella (Korkealaakso et al. 994). Analyysissa eroteliaan ns. rakovyöhykeindeksin raja-arvon ylittävät kalliojaksot toisistaan riippumattomien mittaustulosten perusteella. Liitteessä on esitetty pääkomponenttianalyysissä käytetyt reikämittaukset ja niistä laskettu rikkonaisuutta kuvaava rakovyöhykeindeksi. 3. Uusien reikäosuuksien geologinen luonnehdinta Loviisan tutkimusalue on osa suurta ("' 8 km 2 ) ns. Viipurin rapakivikompleksia. Ydinjätteiden loppusijoitustiloja silmällä pitäen huomioon otettavat ominaisuudet rapakivigraniittien tutkimuksessa periytyvät niiden magmatektonisista ominaisuuksista. Rapakivigraniittien oletetaan syntyneen kratonisoituneen kuoren tensionaalisissa olosuhteissa, joihin liittyy huomattavan syviä ja laaja-alaisia graben-tyypppisiä repeytymiä maankuoressa. Rapakiviä tunnetaan kaikilta maailman kilpialueilta ja niiden ikä on mesoproterotsooinen. Suomessa rapakivien muodostuminen on kallioperän nuorin merkittävä magmaattinen tapahtuma (Viipurin massiivin ikä,65 -,62 Ga) eivätkä orogeeniset liikunnot ole vaikuttaneet enää niihin. Rapakivien kontaktit sivukiviin ovat terävät ja leikkaavat kaikkia aikaisempia kallioperän metamorfisia ja migmatiittisiä piirteitä. Rapakiviassosiaatioon kuuluvat (puoli)pinnalliset jäsenet ja rapakivien mineralogiset piirteet samoin kuin niiden sivukiviin aiheuttama termometamorfinen aureoli viittaavat siihen, että ne ovat syntyneet läpikotaisin sulasta, erittäin kuumasta ja suhteellisen vesiköyhästä magmasta, joka on tunkeutunut hyvin lähelle maankuoren silloista pintaa. Rapakivikompleksit muodostavat lakkoliittisia (sienimäisiä) intruusioita, joissa pinta-ala on huomattavan suuri niiden paksuuteen ("' km) nähden. Rapakivien anorogeenisesta luonteesta johtuu se, että kivet ovat metamorfoitumattomia eikä niissä esiinny plastisen deformaation aiheuttamaa heterogeenisyyttä. Sen sijaan magmaattisia virtausrakenteita rapakivistä on kuvattu paikkatutkimustenkin yhteydessä (Kuivamäki et al. 997b ). Rakoilu on graniiteille ominaisesti kuutiomaista ja Hästholmeninkin alueella tietyllä tarkkuudella ennustettavissa. Kaikki rakoiluun liittyvät rakennepiirteet erimittakaavaisista ruhjeista rakovyöhykkeisiin ja aina yksittäisten rakojen asentoihin asti näyttävät olevan suunniltaan toistuvia sekä tutkimusalueelia että lähiympäristössä.
Rakoilua vaikeammin ennustettavia, todennäköisesti tutkimusalueen mittakaavassa säännöttömästi esiintyviä piirteitä ovat rapakiviin liittyvät nyöhäisnagmaattisten vaiheiden ilmiöt kuten miaroliittiset onkalot (läpimitta muutamista senttimetreistä jopa metriin) ja greisen-tyyppiset malmimuodostumat sekä fysikaalis-kemialliseen muuttumiseen liittyvät ilmiöt kuten pinnalla havaittu moroutuminen. Näistä kuitenkin greisen-muodostumat liittyvät rapakivien voimakkaasti evoloituneisiin myöhäisiin intruusiovaiheisiin eikä niitä ole pintatutkimuksissa Hästholmenilta eikä välittömässä läheisyydessä havaittu (Kuivamäki et al. 997a). Sen sijaan pinnalla havaittavaan moroutuminen saattaa olla yhteydessä syvemmällä kairausrei'issä esiintyvään kairasydännäytteen "viipaloitumiseen" (core discing), jota on raportoitu rei'istä KR2, KR3 ja KR4. 3.. Hästholmenin geologiset yleispiirteet Koko Hästholmenin tutkimusalue samoin kuin sen lähi- ja kaukoalue (Anttila 988, Posiva 996, Kuivamäki et al. 997b) on rapakiveä, jonka tärkeimmät muunnokset ovat pyterliitti, viborgiitti sekä tasarakeinen ja porfyyrinen rapakivi. Pyterliitille ja viborgiitille ovat luonteenomaisia pyöreähköt, jopa useiden senttimetrien läpimittaiset kalimaasälpäovoidit. Pyterliitti ja viborgiitti ovat värisävyltään myös tummempia kuin tasarakeinen rapakivi. Pyterliitin ja viborgiitin välinen ero määritellään vaipallisten ja vaipattomien ovoidien keskinäisen suhteen perusteella, jonka määrittäminen on paljastumillakin vaikeata ja pienihalkaisijaisesta kairausnäytteestä se on niin hankalaa, ettei reikätutkimusten kivilajipylväisiin näitä rapakivityyppejä ole eroteltu (ks. Gehör et al. 997), vaan niistä on käytetty yhteistä yleisnimeä pyterliitti-viborgiitti. Sen sijaan paljastumakartoituksessa on eroteltu ns. tumma pyterliitti. Tasarakeista rapakiveä esiintyy alueella useina muunnoksina, jotka poikkeavat toisistaan tekstuurin ja raekoen osalta. Porfyyristä rapakiveä ei ole tavattu Hästholmenin saaren välittömässä läheisyydessä paljastumilla, mutta kairanrei'istä sitä on erotettu muutamia jaksoja, joista pisimmät liittyvät tasarakeisten graniittien yksikköön (taulukot 2a-d, kuvat 2, 3b-c). Aiempien paikkatutkimusten yhteydessä kivilajien tunnistamiseen ja luonnehdintaan syvyyssuunnassa systemaattisesti käytetyt reikägeofysiikan menetelmät ovat olleet magneettinen suskeptibiliteetti, radiometrinen tiheys ja luonnon gammasäteily eli taustasäteily. Näiden mittausten profiilit yhdessä neutronien takaisinsirontamittausten sekä akustisten S-aaltojen ominaisuuksien kanssa luonnehtivat kivilajivyöhykkeitä hyvin. Kivilajiyksikköjen systemaattisessa tilastollisessa kuvaamisessa on käytetty mediaania sekä ylä- ja alakvartiileja. Näiden rajaaman vaihteluvälin on katsottu edustavan parhaiten kutakin kivilajiyksikköä, koska näin kivilajin kannalta sekundääriset anomaaliset arvot ( esim. kapeiden rikkonaisuusvyöhykkeiden, juonien, murskaleiden ja sulkeumien vaikutukset) seuloutuvat pois. Hästholmenin reikämittauksissa on taustasäteily- ja tiheysmittaus toteutettu systemaattisesti. Magneettinen suskeptibiliteetti on mitattu ainoastaan rei'issä KR3 ja KR4 (kuvat 3b-c). Reikämittauksissa pyterliitti-viborgiittinen rapakivi (PYT-VIB) erottuu heikoimmin säteilevänä, suskeptiivisimpana ja tiheimpänä kivilajina, jossa sisäinen tiheysvaihtelu on melko vähäistä. Selkeät lyhyet tiheysminimit liittyvät lähinnä rapautuneisiin rikkonaisuusjaksoihin. Muut rapakivityypit (tasarakeinen ja porfyyrinen rapakivi) erottuvat myös pienemmän tiheyden perusteella. Lyhyet taustasäteilyn maksimit liittyvät graniittisiin ja pegmatiittisiin reikäjaksoibio sekä usem samoihin
2 rikkonaisuuspiirteisiin kuin tiheysminimit. Tasarakeinen graniitti (T ARGR) ja sen muunnoksena esiintyvä hienorakeinen graniitti (HGR) erottuvat parhaiten kohonneen taustasäteilyn perusteella. Hienorakeinen graniitti esiintyy tyypillisesti lyhyinä juodirnaisina reikäleikkauksina, joista osa on runsaasti rakoilleita samoin kuin osa hienorakeisista juonista paljastumillakin. Tiivis hienorakeinen graniitti erottuu akustisesti suuren kimmokertoimen perusteella, mutta tyypillisesti kivilajiin liittyvät anomaliat akustisissa mittauksissa ja tiheysprofiileissa ovat suuren rakoluvun takia päinvastaisia. Porfyyriseen rapakiveen (PORGR) ei liity selkeästi tyypillistä luonnetta taustasäteilyn, tiheyden eikä suskeptiivisuuden reikäprofiileissa. Pikemminkin porfyyrigraniitti näyttää paikoin olevan pyterliitti-viborgiitin ja paikoin tasarakeisen graniitin kaltainen geofysiikan yhdistelmäkuvissa (kuvat 3b-c ). Alueen pinta- ja kairausnäytteistä kerätystä petrafysikaalisista mittauksista laaditussa suskeptibiliteetti-tiheys -diagrammissa (Paananen 997) tasarakeiset ja porfyyriset rapakivet (keskiarvot 285 ja 56 E-6 SI) ovat selvästi paramagneettisia, mutta pyterliitit (77 E-6 SI) ja viborgiitit (2 E-6 SI) ovat heikosti ferrimagneettisia. Tummat pyterliitit ovat sekä tiheimpiä että magneettisimpia. Samoin reikien KR3 ja KR4 suskeptibiliteettiprofiilissa pyterliitti-viborgiiteissa on korkeampi taso kuin muissa rapakivimuunnoksissa (kuvat 3b-c ). Kairausreikien KR-KR4 kivilajikontaktit on määritetty yksittäisissä geofysikaalisissa reikäprofiileissa todettujen tasonmuutosten, kairannäytesydänten sekä reikä-tv: n kuvan yhteistulkinnan avulla. Kuva 2. neiskuva Hästholmenin kairanreikien sijannista ja kairaussuunnista sekä kivilajien jakaumasta Hästholmenin tutkimuskohteessa.
3 3..2 Reikä HH-KR Reiän KRI yläosassa on 3 m:n syvyyteen asti tasarakeista graniittia (kuva 3a). Tämän alapuolella viborgiittinen rapakivi on reiän pääkivilaji. Kivilajiominaisuuksia kuvaavat takaisinsäteily ja tiheysprofiilit ovat tasaisia, selkeät tasonmuutokset tiheyden ja taustasäteilyn profiileissa kuvastavat viborgiittiä hieman keveämpiä ja säteilevämpiä tasarakeisen ja porfyyrisen graniitin jaksoja, jotka esiintyvät lyhyinä (metristä muutamaan metriin pituisina) lävistyksinä. Reiässä KRl esiintyy kuten muissakin rei'issä useita lyhyitä (muutamista senttimetreistä alle metrin mittaisiin) kivilajijaksoja, joita ei ole kivilajipylväissä eroteltu. Ne näyttävät usein tasarakeisilta tai porfyyrisilta graniiteilta, apliittisilta juonilta tai myloniittisilta hiertosaumoilta. 3..3 Reikä HH-KR2 Reiän KR2 alkuosa on lävistänyt pyterliitti-viborgiittia noin 46 metrin syvyyteen. Pyterliitti-viborgiitissa esiintyy jälleen lyhyinä korkeintaan muutaman metrin pituisina jaksoina Ieikkaavia keski- ja tasarakeisia sekä porfyyrisiä graniitteja (kuva 3a). Syvyysvälillä 376-389 metriä on leikkaava hienorakeinen graniitti ja noin 46 metrin kairauspituudelta lähes reiän loppuun esiintyy pitkä tasarakeisten graniittien jakso, jossa on porfyyristä graniittia ja kaksi lyhyttä jaksoa pyterliitti-viborgiittia. Erityisesti taustasäteilyn taso ja selväpiirteiset tasonmuutokset kuvaavat reiän kivilajeja ja osoittavat kivilajikontaktit hyvin. 3..4 Reikä HH-KR3 Reikä KR3 on kairattu jatkamaan aikaisempaa reikää Y7 (Suominen 983 ). Reiän alkuosa lävistää jälleen pyterliitti-viborgiittia noin 27 metrin syvyyteen. Pyterliittiviborgiitin alakontaktissa on pitkä hienorakeisen graniitin lävistys noin 36 metrin syvyyteen asti. Sen jälkeen kivi muuttuu keskirakeiseksi ja tasarakeiseksi graniitiksi, joka jatkuu kairaussyvyyteen 734 metriä. Tasarakeisessa graniitissa on erotettu lyhyitä porfyyrisen graniitin, hienorakeisen graniitin ja pyterliitti-viborgiitin jaksoja. Tasarakeiseksi nimetty graniittiyksikkö on raekooltaan ja tekstuuriltaan paikoin runsaasti vaihteleva, mutta kaikkien muunnosten erottelua ja nimeämistä ei ole pidetty mielekkäänä. Pääkivilajeista pyterliitti-viborgiitti erottuu tiheimpänä ja suskeptiivisimpana sekä tasarakeisista graniiteista hienorakeiset versiot korkean taustasäteilynsä perusteella (kuva 3b ). Reikä päättyy porfyyrigraniittiseen jaksoon, joka alkaa syvyydeltä 73 5 metriä ja loppuu noin 83 metriin. 3..5 Reikä HH-KR4 Reikä KR4 alkuosa lävistää pyterliitti-viborgiittia noin 24 metrin kairaussyvyyteen. Tätä seuraa tasarakeisten graniitti en jakso aina noin 756 metrin syvyyteen. Tasarakeisessa graniittijaksossa on useita pitkiä pyterliitti-viborgiittijaksoja sekä yksi karkearakeiseksi graniitiksi nimetty kivilajijakso ( 543-624 m). Tasarakeisen graniitin alakentaktista alkaa porfyyrigraniittijakso 867 metrin syvyyteen asti. Reiän loppuosa on pyterliitti-viborgiittia metrin kairaussyvyyteen saakka. Tässäkin reiässä pyterliitti-viborgiitti erottuu tiheimpänä ja suskeptiivisimpana sekä vähiten säteilevänä (kuva 3c). Tasarakeisen graniitin eri versiot eivät ole yhtä tiheitä eivätkä suskeptiivisia, mutta niiden taustasäteily on jonkin verran korkeampi kuin pyterliitti-viborgiitin. Reiän loppuosan porfyyrigraniitti
4 muistuttaa geofysiikan yhdistelmäkuvioitaan pyterliitti-viborgiittia ja saattaa olla siten sen muunnos.
5 Loviisa, Hästholmen Kivilajit KROl Uthology KR2 Uthology CJ HGR PORGR E - 5 f------ - ---- ---H=t--t+-R++FF+-Hl----+-------- CL +':rrtf!: +4-4-t:::: -t+==t+j Lt L X Kuva 3a. Reikien HH -KRJ ja HH-KR2 kivilajien jakauma.yvyyden Kivilcjilyhenteet on selvitetty liitteessä. funktiona.
6 Loviisa, Hästholmen KR3 MlN MEDIAN MAX --- -f LOWER QUARTILE t--- UPPER QUARTILE 2,4 2,5 II 2,6 2,7 2,8 2,9 Sl * -6 D OOR 3 6 9 2, ---- -------------- 5 TARGR 2,4,6 3, g/cm3 8 J.LR/h 25 HGR8 E I I a.. 5 ------- GR,-_- -_-- ------- -TA-RG_R_- 9,,3. --- -- ------------ 75 \ ---------------. HGR 2,4 ----- --- -------------- -- TARGR 5,8 PYT-VIB 6 ------- --------- ------------ - _ PORGR 7,9 - --- - --- ------ - - Kuva 3b. Reiän HH -KR3 kivilajivyöhykkeiden suskeptibiliteetin, taustasäteilyn ja tiheyden tilastolliset jakauma/. Kivilajilyhenteet on.";e/vitetty liitteessä
7 25 Loviisa, Hästholmen KR4 2,4 2,5 3 2,6 2,7 6 9 MlN MEDIAN MAX --- -f t--- LOWER QUARTILE UPPER QUARTILE Sl * -6 2,8 2,9 3, g/cm3 2 5 8 -tr/h _ -_ -_ -_ -_ -_ -_ --- -_ -_ -_ -_ _ _-- -_ -_ - -_ -_ -_ - PYT-VIB,3,5 - - - -------- - ------------ < TARGR 4 E I- b= 5 PYT -VIB 7,9,,3,5,7 -------------- - TARGR - - -- - - - - - - - - - _2,23,25 75 :: - -- KARGR2 PYT-VIB 9,22,24,26 - -. - - - - - - - - - - - - - -- -. TARGR 27,29,3 ----- - PORGR 3 PYT-VIB 28,32 Kuva 3c. Reiän HH -KR- kivilajivyöhykkeiden s.;keplihilileetin, laustasäteilyn ja liheyden lifa..., tolliseljakaumal. Kil'illjiyhenleel on sell'ilelv liillel!ssä.
8 3.2 Rakoilu ja rakovyöhykkeet 3.2. Yleistä Rapakiven rakoilu on tyypillisesti säännöllistä kuutiollista rakoilua, jossa Hästholmenin alueella esiintyy vaaka- tai laiva-asentoisen rakoilun lisäksi kaksi kulkusuunnaltaan kohtisuoraa 58 (NE-SW) ja 328 (NW-SE) pystyä rakosuuntaa, jotka vastaavat hyvin Loviisan seudun suurrakenteiden suuntausta. Rakomäärältään Hästholmenin alue on pääsääntöisesti harvarakoista (alle rako/m) ja joskus vähärakoista ( - 3 rakoa/m). Hyvin paljastuneen alueen runsaan rakotietokannan lähes pystyistä raoista suurin osa (55 %) on ainakin osittain avonaisia. Keskijyrkät raot ovat harvinaisia tai ne puuttuvat kokonaan. Keskimääräinen rakoluku on,59 rakoa/m. Rakoleveyksien keskiarvo on,6 cm ja mediaani,3 cm; ero aiheutuu muutamista yli 5 cm leveistä raoista. Vastaavasti rakojen keskipituus on 8 ja mediaani 6 m; yli 2 m pitkiä rakoja on 6 % ja pisin alueella tavattu rako on m pitkä. Hästholmenin VLJ-luolan rakotiheydet, -pituudet ja - suunnat vastaavat paljastumista mitattuja rakotietoja. Avoimien rakojen osuus on tosin pienempi ja vastaavasti täytteisten rakojen osuus suurempi kuin paljastumissa. Syvemmällä kalliossa rakoavaumat ovat selvästi pienempiä kuin paljastumissa (Kuivamäki et al. 997b ). Hästholmenin saaren rakokartoituksissa ei ole todettu rikkonaisuusvyöhykkeiksi luokiteltavia rakotihentymiä, joissa rakoluku olisi yli rakoa/m. Seismisten Iuetausten mukaan saaren itä- ja eteläosien peitteisillä alueilla kuitenkin sijaitsee muutama rikkonaisuusvyöhyke, mutta niiden merkitys lienee hyvin paikallinen. Pysty pintarakoilu on merkittävää lähinnä sadeveden suotautumisreittinä, mutta kalliotilojen suunnittelun kannalta ei pintarakoilusta pidä tehdä yli m:n syyteen asti ulottuvia johtopäätöksiä (Anttila 988). Rapakivialueella tarkastelluissa rakennuskivilouhoksissa rapakivi on pääsääntöisesti hyvin ehjää, rintaukset ovat pitkiä ja korkeita. Alueen tieleikkauksissa näkyy usein yksi tai useampia kalliopinnan topografiaa noudattelevia vaakarakoja ja paikoin myös mikrorakoilleita vaakarakovyöhykkeitä (Kuivamäki et al. 997b ). Topografian mukaista pinnan läheistä vaakarakoilua noin 25 m:n syvyyteen asti erottuu myös Hästholmenin alueella tehdyissä maatutkaluotauksissa (Sutinen 997). Vaaka-asentoista rikkonaisuutta ulottuu ainakin 2 m: n syvyyteen asti, sillä ns. Y -reikien välisissä sähköisistä (Poikonen & Hassinen 982) ja seismisistä (Rouhiainen 987) mittauksista on tunnistettu lähes vaakaasentoisia rakenneyhteyksiä. Kallion pinnalta tehdyssä seismisessä luotauksessa ( Okko 989, 994) vaaka-asentoisia heijastajia on havaittu myös yli 2 m:n syvyydestä. Pystyissä rei'issä korostuvat paljastumilla heikosti erottuvat loiva-asentoiset piirteet. Esimerkiksi reiän Y sekä kairausnäytteen rakoilussa että dipmeterillä määritetyissä rakosuunoissa suurin osa vaakarakoilusta viettää alle 25 kaateella itäkaakkoon koko 2 m syvän reiän matkalla (Rouhiainen 987). Voimalaitosalueelle kairatuissa Y -rei 'issä todettujen loivasti itään kaatuvien rakojen keskimääräinen rakoluku on l,3 rakoalm, mikä on huomattavasti suurempi kuin paljastumitta kartoitettu rakoluku,6 rakoa/m, joten VLJ-luolan suunnittelun kannalta alueen merkittävimpien rikkonaisuuspiirteiden on arvioitu liittyvän tähän lähes vaakaan rakoiluun (Anttila 988). Myös uusissa syvissä rei 'issä KR l-kr4 on huomiota herättävän runsaasti vaaka-asenteista rakoilua.
9 Kairausreikien lähiympäristön kallioperän rakenteen tutkimisessa ovat tärkeimmät reikägeofysikaaliset menetelmät sähköisen maadotusvastuksen mittaus sekä kallioperän ominaisvastuksen mittaus lyhyellä ja pitkällä normaalijärjestelmällä sekä Wenner-järjestelmällä, akustisten P-, S- ja putkiaaltojen nopeuden ja amplitudin mittaus, neutronisäteilyn takaisinsirannan mittaus kahdella eri lähetin-vastaanotin - etäisyydellä (ns. lähija kaukovastaanottimella) ja reiän halkaisijan mittaus. Myös reiässä olevan veden lämpötilan ja sähkönjohtavuuden mittauksella pystytään luonnehtimaan rakoilua. Näennäinen rakohuokoisuus on tavallisesti laskettu lyhyellä normaalijärjestelmällä mitatuista ominaisvastusarvoista, gammasäteilyn compton-sirontaan perustuvasta tiheysmittauksesta sekä akustisesta luotauksesta määritetyistä P-aallon nopeusarvoista. Laskettaessa näennäisen rakohuokoisuuden arvoja on mittaustuloksista pyritty poistamaan ehjän kalliomatriisin mineraalivaihtelun vaikutus huokoisuusarvoihin. Koska Hästholmenin kivilajikohtaisen tiheysvaihtelun vaikutusta tiheysprofiilien anomalioihin ei pystytä erottamaan usein kivilajisidonnaisesta rakoilusta ja eri ajankohtina tehtyjen kallion ja kalliopohjaveden ominaisvastusmittausten välillä tapahtuneita veden suolaisuusmuutoksia ei voitu ottaa huomioon, on näennäinen rakohuokoisuus laskettu vain P-aallon nopeusprofiilin perusteella. Reikämittauksista silmämääräisesti määritetyn ehjän kiven perustason takia reikämittauksissa ei erotu Hästholmenin YT7 reiän näytteiden petrafysikaalisissa laboratoriomäärityksissä (Kuivamäki et al. 997b) todettu korkea,53 -,69 o/o:n huokoisuustaso, joka on merkittävästi suurempi kuin muilla tutkimusalueilla todettu perustaso,2 -,3 %. Tosin Hästholmenin aikaisemmat,23 -,26 o/o:n huokoisuusmääritykset (Anttila 988) ovat hyvin sopusointuisia muiden paikkatutkimusten kanssa. Uutena piirteenä syvien reikien kairausnäytteen ja reiän halkaisija vaihtelee kairaussyvyyden funktiona jatkuvasti, mikä saattaa aiheuttaa reikämittauksiin ja niistä laskettuihin johdannaissuureisiin tavallista suurempaa epätarkkuutta. Akustisessa luotauksessa määritetyistä P- ja S-aallon nopeuksista on laskettu kivilajien mekaanisia ominaisuuksia kuvastavat kimmokertoimen ja Poissonin luvun profiilit. Nämä laskennalliset suuret antavat käsityksen kalliomassan mekaanisten ominaisuuksien vaihtelusta varsinkin niiltä osuuksilta, joista vastaavia parametreja ei pystytä määrittämään näytteenoton ja laboratoriokokeiden avulla. Rikkanaisten reikäosuuksien havaitsemiseksi ja niiden fysikaalisten ominaisuuksien määrittämiseksi on käytetty reikätutkimusten yhteistulkintaa. V ertailemalla eri tutkimussäteen omaavilla mittausmenetelmillä saatuja tuloksia keskenään (ks. liitteet 3 ja 4, kuvat 4 ja 5), saadaan arvioita rikkanaisen rakenteen paksuudesta, ulottuvuudesta reiän ympäristöön, reiän seinämien ehjyydestä sekä vyöhykkeen sisäisestä rakenteesta. Rikkanaisten osuuksien rakoilun luonnetta, rapautuneisuutta ja rakotäytteitä on tarkasteltu myös kairausnäytteestä. Rikkanaisten reikäjaksojen vedenjohtavuutta ja niiden jatkuvuutta kuvaavat tutka- ja VSP-heijastukset on käsitelty luvussa 4 ja ne on koottu taulukoihin 4 ja 5.
2 LITHOLOGY FAACT., /m SN AESIST, ohm-m YOUNGS MOD. GPa rn----m-o,o---r2o---re +otmrnre+tnne+t2tiit2o4o-r6o-- 8 TAAGA ff3j PYT-VIB D HGA POAGR E t 5 ----r---------------4--------- n.. 75 LD L---------L----L----L----L-------L----L----L-- Kuva 4a. Hästholnenin kairanreiän HH-KR kivilajipylväs, rakoluku sekä lyhyellä normaal(järjestelmällä mitattu ominaisvastus ja akustisesta luotauksesta ja tiheysmittauk.\ esta laskettu kimmokerroin Selkeinmät rikkonaisuusvyöhykkeet ovat,\yvyysväleillä 75-2 ja 87-95 m,näiden lisäksi reiässä on 5 - lyhyttä rikkonaisuu.\jaksoa. _) <t u (/)
2 UTHOLOGY FRACT., /m SN RESIST., ohm-m YOUNGS MOD., GPa ------------ 2 re+oe+e+2mre+rr3mr2--4--68 m 8] PYT-VIB TARGR D HGR PORGR Kuva.Jb. Hästholmenin kairanreiän HH-KR2 kivilajipylväs, rakoluku sekä lyhyellä normaaljä!)estelmällä mitattu ominaisvastus ja akustisesta luotauksesta ja tiheysmittauksesta laskettu kimmokerroin.)'elkeimmät rikkonai.\'llltsvyöhykkeet ovat.\yvyysväleillä 345-5 ja 8-885 m. Näiden lisäksi reiässä on useita lyhyitä rikkonaisuusjaksoja.
22 UTHOLOGY FRACT.FREQUENCY, /m SN RESISTIVITY, ohm-m YOUNG'S MODULUS, GPa 2 E+O E+ E+2 E+3 3 6 9 te PYT -VIB TARGR D HGR 25 PORGR E 5 CL a 7 5 -- Kuva 4c. Hästholmenin kairanreiän HH-KR3 kivilajipylväs, rakoluku sekä lyhyellä normaalijärjestelmällä mitattu ominaisvastus ja akustisesta luotauksesta ja tiheysmittauksesta laskettu kimnokerroin. Reikänittauksissa erottuu kaksi pitkää rikkonaisuusjaksoa syvyysväleillä 63-82 ja 268-4 m. Näiden lisäksi reiässä on muutama lyhyt rikkonaisuusjakso. Ln - J <-.. u (/)
23 LITHOLOGY FRACT. FREQ., /m SN-RESIST., ohm-m YOUNG'S MOD., GPa r--------------.o 2 E+2E+3E+4 3 6--9 te PYT-VIB HGR TARGR... L()..,---- UJ J <( u U) Kuva.Jd. Hästholmenin kairanreiän HH-KR4 kivilajipylväs, rakoluku sekä lyhyellä nornutaluärjestelmällä mitattu ominaisvastus ja akustisesta luotauksesta ja tihey.-., mittaukse.-., ta laskettu kimmokerroin Reikämittauksissa erottuu useita pitkiä rikkonaisuu.jaksoja, jotka pääsääntöisesti liittyvät tasarakeisiin graniittuaksoihin.
24 3.2.2 Reikä HH-KR Kairausraportin (Rautio 997) mukaan kallion keskimääräinen rakoluku on reiän alussa 3-9 m:ssä 4,3 rakoa/m, tämän alapuolella 9-53 m:ssä kallio on harva-vähärakoista (keskimääräinen rakoluku on, kpl/m) sisältäen muutamia kapeita runsasrakoisia vyöhykkeitä. Loppureiän osalla kallio on pääosin vähä-runsasrakoista sisältäen tiheärakoisia vyöhykkeitä. Reiän loppuosan keskimääräinen rakoluku on 2, kpl/m. Raot ovat pääosin tiiviitä tai täytteisiä. Kivilajikohtaiset keskimääräiset rakoluvut eheän kallion osalta on koottu taulukkoon 2a. Eheän kallion rakoluvut vaihtelevat harvarakoisesta vähärakoiseen, lyhyissä korkeintaan muutaman metrin kivilajijaksoissa rakoluku nousee runsasrakoiseen (3 - rakoa/m) kalliolaatuun. Pintarikkonaisuuden alapuolella merkittävin yksittäinen rikkonaisuus liittyy syvyysvälin 93-98 m tasarakeiseen graniittiin, joka on myös voimakkaasti hematiittiutunut (ks. myös taulukko 7). Kairauksen yhteydessä on todettu 9 tiheärakoista vyöhykettä, jotka ovat murrosrakenteisia. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelivat välillä,4... 3, m. Yhteensä rikkanaisia osuuksia on 23,9 m eli 2,3 % reiän kokonaisnäytemäärästä. Huuhteluveden paineessa kairauksen aikana oli voimakkaita muutoksia yksittäisten rakovyöhykkeiden kohdalla 4 m: n ja syvyyden 93 m jälkeen, minkä alapuolella huuhteluveden palautuminen reiästä vähitellen loppui. Tämän lisäksi meno- ja paluuveden määrissä oli havaittavia muutoksia noin 255-277 ja 62 m:n syvyyksissä. Kairauksen aikana tiheärakoisista rakovyöhykkeistä 75-2 m, 245-255 ja 87-94 m: ssä oli valunut kiviä reikään, joten huuhtelupumppauksessa kiinnitettiin erityistä huomioita näihin syvyyksiin. Geofysikaalista reikämittauksista lasketuissa huokoisuusprofiileissa merkittävinä anomaliajaksona erottuvat pitkät syvyysvälit 75-2 ja 87-95 m. Näiden lisäksi kuvan 4a profiileissa erottuu muutama lyhyt anomaliajakso. Melko tasaisessa suolaisuusprofiilissa (kuva 5a) kalliopohjaveden suolaisuus kohoaa erittäin suureksi vasta reiän loppuosan rikkonaisuusvyöhykkeessä. Tästä poiketen lämpötilaprofiili on huomattavan levoton ja eromittauksilla määritetty vedenjohtavuus on melko suurta koko reiän matkalla. Akustisen luotauksen yhteydessä mitatussa putkiaaltojen vaimenemisprofiilissa syvyyden 26 m alapuolella ei kuitenkaan erotu merkittäviä avointa vettäjohtavaa rakoilua kuvaavia anomalioita kuin 3-4 kohdassa syvyysvälin 87-95 m rikkonaisuusvyöhykkeessä 3.2.3 Reikä HH-KR2 Koko reiän KR2 pituudella 5 m: n loppusyvyyteen asti kallion rakoluku vaihtelee runsaasti. Kairausraportin (Niinimäki 997a) mukaan keskimääräinen rakoluku on yli 3,2 kpl/m ja RQD-luku on 92,5o/o. Keskimääräinen rakoluku on harva-tiheärakoisillä osilla l, - l,4 kpl/m. Harva-tiheärakoisilla osuuksilla keskimääräinen rakoluku on 2, 7-8,8 kpl/m. Suurimmat rakoluvut ovat 8,8 kpl/m ( syvyysvälillä 442-499 m), 8, kpl/m (syvyysvälillä 8-885 m), 7, kpl/m (syvyysvälillä 6-36 m) ja 6,4 kpl/m syvyysvälillä 225-246 m. Rikkanaisia osuuksia lävistettiin yhteensä 5 kpl. Näistä kolme on luokiteltu ruhjerakenteiseksi ja muut murrosrakenteisiksi, joista erikseen 7 kpl
25 on luokiteltu johtuneeksi näytteiden "viipaloitumisesta" ( core discing). Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelivat välillä,3-4,35 m. Yhteensä rikkanaisia osuuksia on 73,98 m, eli 7, 7 o/o reiän kokonaisnäytemäärästä. Avoimia rakoja todettiin huomattavia määriä syvyyksillä 2-27, 367-386, 558-562 ja 924-93 m. Kairauksen huuhteluveden palautuminen alkoi vähetä m:n jälkeen ja se loppui noin 25 m:n jälkeen. Huuhteluveden paine putosi huomattavasti noin 378 m:n syvyydellä. Kivilajikohtaiset keskimääräiset rakoluvut eheän kallion osalta on koottu taulukkoon 2b. Eheän kallion rakoluvut vaihtelevat harvarakoisesta ( - rakoa/m) vähärakoiseen ( - 3 rakoa/m). Rakoluku nousee runsasrakoisen (3 - kpl/m) kalliolaadun luokkaan muutamassa juonimaisessa kivilajijaksossa. Avorakoja sekä niiksi luokiteltavia muru- ja savitäytteisiä rakoja reiässä esiintyy kaikissa rikkonaisuusjaksoissa ja niiden välittömässä läheisyydessä, erityisen runsaasti pitkän tasarakeisen graniittiyksikön yläkontaktissa syvyysvälillä 376-459 metriä (ks. myös taulukko 8). Rikkonaisuutta kuvastavissa geofysikaalisissa reikäprofiileissa reiässä KR2 (kuva 4b) erottuu kolme pitkää anomaliajaksoa, jotka sijaitsevat noin 5-45, 3 5-5 ja 8-885 m syvyyksissä. Näiden lisäksi reikäprofiileissa on useita lyhyitä anomaliajaksoja. Vettäjohtavaa rakoilua kuvastavat anomaliat (kuva 5b) keskittyvät samoihin pitkiin rikkonaisuusjaksoihin. Näissä kuitenkin reiän yläosan rikkonaisuusjaksoissa lämpötilagradientti on levoton noin 285 m: n syvyyteen asti. Yhtenäiset vedenjohtavuusanomaliat sekä eromittauksissa että putkiaaltojen vaimenemisprofiileissa vähenevät ja harvenevat 5 m: n kairaussyvyyden alapuolella. 3.2.4 Reikä HH-KR3 Kairausraportin (Niinimäki 997b) mukaan reiässä KR3 kallion rakoluku on keskimäärin 3,23 kpl/m ja RQD-luku 9 %. Reiän alussa (ts. Y7 reiän jatko-osalla) reikävälillä 22-276 m rakoluku on keskimäärin,9 kpl/m. Reikävälillä 277-365 m kallio on runsastiheärakoista, rakoluku on keskimäärin,2 kpl/m ja RQD-luku 63 o/o. Reikävälillä 366-46 m kallio on vähä-tiheärakoista ja keskimääräinen rakoluku on 4,3 kpl/m. Reiän loppuosalla kallio on suurimmaksi osaksi harva-runsasrakoista keskimääräisen rakoluvun ollessa 2, rakoa/m. Rikkanaisia osuuksia on lävistetty 5 kpl, jotka kaikki ovat olleet murrosrakenteisia. Näistä on tulkittu core discing -ilmiöstä johtuviksi 3 rikkonaisuusjaksoa. Rikkonaisuudet vaihtelevat pituudeltaan välillä,56-6,92 m. Yhteensä rikkonaisuutta on ollut 54,29 m, joka on 9, o/o koko kairauspituudesta. Kairauksen aikana huuhteluvedenpaine vaihteli alkureiällä,6-2,2 MPa:n välillä eikä noussut syvyyden kasvaessa. Alhaisimmillaan paine oli,6 -, 7 MPa syvyysvälillä 3 8-39 m. Sen jälkeen paine vaihteli keskiarvon noustessa kairauksen edetessä ja reiän lopulla paine oli korkeimmillaan 4, MPa. Kivilajikohtaiset keskimääräiset rakoluvut eheän kallion osalta on koottu taulukkoon 2c. Eheän kallion rakoluvut vaihtelevat koko reikäpituudella voimakkaasti. Yleensä kalliolaatu on harvarakoista ( - rakoa/m) tai vähärakoista ( - 3 rakoa/m). Pitkään hienorakeisen graniitin jaksoon syvyysvälillä 273-36 m liittyy merkittävä rikkonaisuus (5,2 o/o) ja eheänkin kallion osalta runsasrakoinen ( 4,66 kpl/m) kalliolaatu (ks. myös taulukko 9).
26 Reikämittauksissa rikkonaisuutta kuvastavia anomalioita on kalliopinnalta lähes yhtäjaksoisesti noin 4-44 m:n syvyyteen asti. Rakoilua kuvaavissa ominainaisvastus- ja kimmokerroin profiileissa (kuva 4d) reiän alkuosalla erotuu syvyysväli 85-275 m rapautumattomampana ja vähemmän rakoilleena syvyysvälinä. Reiän redusoidussa lämpötilaprofiilissa (kuva 5d) pitkien rikkonaisuusjaksojen yläkontakteihin 9 ja 276 m: ssä liittyy huomattava lämpötilamaksimi. Lämpötilagradientti alkaa kohota peruskalliolle tyypillisesti vasta 4 m: n alapuolella. Reiässä olevan pohjaveden suolaisuusprofiili on melko tasaisesti g/l:n tasolla 4 m:n syvyyteen asti, joskin pitkässä rikkonaisuusjaksossa 275 m:n alapuolella on vähäisiä, mutta teräviä suolaisuustason muutoksia. Reiän alaosalla 4 m: n alapuolella suolaisuustaso stabiloituu muita reikiä aiemmalle tasolle. 3.2.5 Reikä HH-KR4 Kairausraportin (Niinimäki 997c) mukaan reiässä KR4 rakoluku vaihtelee runsaasti koko reiän matkalla. Kairausnäytteen "viipaloitumisen" takia rakoluku on kohonnut syvyysväleillä 28-238, 576-596, 62-669, 757-866 ja 89 - m. Keskimääräinen rakoluku on 2,9 kpvm, yli 3 rakoa/m on seuraavilla syvyysväleillä 3-229 m 5,6 rakoalm, 462-62 m 3,8 rakoalm, 669-75 m 5,3 rakoa/m ja 782-89 m 5,2 rakoa/m. Kairauksessa lävistettiin 36 kpl pääosin murrosrakenteista rikkanaista osuutta. Kahteen rikkonaisuusvyöhykkeeseen liittyy lisäksi ruhje- ja savirakenteisia osuuksia. Näytteen "viipaloitumisesta" johtuvia rikkonaisuusvyöhykkeitä on 8 kpl. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelevat 3 cm:n ja 5,35 m:n välillä. Yhteensä rikkanaisia osuuksia on 49,97 m, joka on 5,2% reiän kokonaisnäytemäärästä. Kairauksen aikana huuhteluveden paine vaihteli, - 3,4 MPa:n välillä. Kairaussyvyyksissä 2,67 ja 528,6 m huuhteluveden paine hävisi hetkellisesti. Huuhteluveden paine kohosi kairaussyvyyden lisääntyessä noin 5 m:iin asti. Tämän jälkeen syvyysvälillä 64-8 m paine keskimäärin laski hieman syvyyden lisääntyessä ja 8 m:n jälkeen paine jälleen kohosi. Kivilajikohtaiset keskimääräiset rakoluvut eheän kallion osalta on koottu taulukkoon 2d. Rakoluvut vaihtelevat voimakkaasti koko kairausnäytteen pituudelta keskimääräisen rakoluvun ollessa 2,4 kpvm. Useimmiten rikkonaisuusjaksot osuvat tasarakeisen graniittiyksikön eri varieteeheihin tai niiden välittömään kontaktiin. Useimmiten tasarakeiset graniitit osoittavat myös runsasrakoisuutta (3 - kpl/m). Ominaisvastuksen reikämittauksissa (kuva 4d) erottuu useita pitkiä ja yhtenäisiä rikkonaisuusanomalioita koko reikäpituudella. Näistä ylin ( 2-22 m) sijoituu pyterliittiviborgiittiin ja kaikki tätä syvemmällä sijaitsevat ovat tasarakeisten graniittilävistysten kohdalla. Kimmokertoimen profiilissa samat rikkonaisuuspiirtet erottuvat terävempinä anomalioina. Putkiaaltojen vaimenemisprofiileissa reiän yläosan rikkonaisuuden alapuolella on vain muutama yksittäinen anomalia, joihin liittyy suolaisuusprofiilin terävät tasonmuutokset 56-52 ja 724 m: n syvyyksissä (kuva 5d).
27 Taulukko 2a. Reiän HH-KRJ avointen (al, täytteisten (tä) ja tiiviiden (ti) rak(?jen rakoluvut sekä rikkanaisten jaksojen osuudet kivilajivyöhykkeittäin. Kivilajilyhenteet: TARGR tasarakeinen graniitti, PYT-VIB pyterliitti-viborgiitti, HGR hienorakeinen graniitti, PORGR =: porfyyrigraniitti. Kivilaji Syvyys Rakoluku [kpl/m] Rikkonainäytteessä [m] suus [%] av tä ti tot TARGR 3,7-25,,5,73,32 2,9 PYT-VIB -52,5 -,34,6,95 4,2% HGR -54, -,67,,67 PYT-VIB -2,8,6,8,3 3, 5,4% TARGR -3,8-3, 2, 5, PYT-VIB -44,2,2,35,53,9,3% TARGR -45,25 - - - - PYT-VIB -48,45 -,3,3,6 TARGR -42,25 -,, 2,22 PYT-VIB -466,4 -,33,72,4 PORGR -47,8-2,22 2,78 5, TARGR -475,8-2,25,5 3,75 PORGR -485,4 -,63,94,56 TARGR -49,7 -,9,94,3 PYT-VIB -522,8 -,9,9,9 PORGR -527,3 -,67,89,56 PYT-VIB -556,4 -,36,79,4 3,8% TARGR -562,9-2,77,54 4,3 PYT-VIB -573,8 -,8,55,73 TARGR -582,7 -,9,,9 PYT-VIB -592,8 -,3,4,69 PORGR -597,4 -,22,43,65 PYT-VIB -737,7 -,36,64, 2,3% PORGR -74,73 -,74,25,99 PYT-VIB -773,5 -,29,64,92 PORGR -776,75 -,28,,39 TARGR -778,4 -,6 2,42 3,3 PORGR -787,2 -,9,93 3,2 5,8% PYT-VIB -92,9 -,53,2,73,4% TARGR -97,4-4,86 2,57 7,43 22,2% PYT-VIB -984,9 -,82,76 2,58 2,% TARGR -989,5 - -,65,65 PYT-VIB -2,73 -,53,83,36 Keskimäärin,,55,86,42 2,3%
28 Taulukko 2b. Reiän HH-KR2 avointen (av), täytteisten (tä) ja tiiviiden (ti) rakojen rakoluvut sekä rikkanaisten jaksjen osuudet kivilajivyöhykkeittäin. Kivilajilyhenteet: TARGR =- tasarakeinen graniitti, PYT-VIB = pyterliitti-viborgiitti, HGR = hienorakeinen graniitti, PORGR = porfyyrigraniitti. Kivilaji Syvyys Rakoluku [kpl/m] Rikkonainäytteessä [m] suus [%] av tä ti tot PYT-VIB 4,44-6,7,8,43,5,57 5,5% TARGR -2,35 -,86,65,5 - PYT-VIB -33,75 -,77,58,35 6,5% HGR -34,45 -,43 -,43 - PORGR -47,6 -,3,6,48 7,4% PYT-VIB -77,6 -,3,37,5 - PORGR -79,2 -,25 -,25 - PYT-VIB -24, -,8,4,2 - TARGR -26, -,5,5 2, - PYT-VIB -29,5 -,3,59,89 - TARGR -222, -,54 -,54 28,8% PYT-VIB -266,,3,85,72,6,9% PORGR -273, -,43,29,7 - PYT-VIB -32,,4,47,38,89 - PORGR -335,2 -,26,92 '8 - PYT-VIB -376,,3 '5,96 2,24 8,2% HGR -388,8,7 3,73,7 6,5 26,7% PYT-VIB -42,25,44,78,85 2,7,6% PORGR -442,,4,77,99 3,8 7,6% PYT-VIB -459,5 -,23,49,72 3,% TARGR -737,5,5,8,53,76 9,% PYT-VIB -756,5 -,63,47 ' - PORGR -767, -,6,6,22 7,3% PYT-VIB -78,5 -,8,35,53 - PORGR -852,3,3 2,2,68 2,9,2% TARGR -963,,7,27,6 2,5 3,2% PYT-VIB -985,75 -,,8,9 - HGR -986,9 -,74,74 3,48 - PYT-VIB -5,48 -,24,38,6 - Keskimäärin,3,4,67,84 7,8%
------------------------------- --- 29 Taulukko 2c. Reiän HH-KR3 avointen (av), täytteisten (tä) ja tiiviiden (ti) rakojen rakoluvut sekä rikkanaisten jaksojen osuudet kivilajivyöhykkeittäin. Kivilajilyhenteet: TARGR = tasarakeinen graniitti, PYT-VIB = pyterliitti-viborgiitti, HGR = hienorakeinen graniitti, PORGR = porfyyrigraniitti. Kivilaji Syvyys Rakoluku [kpl/m] Rikkonainäytteessä [m] suus [%] av tä ti tot PYT-VIB 4,28-582 - TARGR -63,27 - HGR -672 - TARGR -738 - PYT-VIB -22,85-27,54,82 - TARGR -222,4-65,65,29 - PYT-VIB -273,6-8,35 53 - HGR -3593 33 36 7 466 52% TARGR -444 2 69 93 275 52% PORGR -456 -,42,42 - TARGR -479-27 87 4 - HGR -4738-586 3 69 - TARGR -5456 42 7 5 4% HGR -558,8-22 242 4,62 - TARGR -659-26 7 97 2% PYT-VIB -675 - - 74 74 - PORGR -6799-32 64 96 - TARGR -7342-66 98 64 - PORGR -8335 3 3 259 275 6% keskimäärin 5,82,6,93 9,%
3 Taulukko 2d. Reiän HH-KR- avointen (en, täytteisten (tä) ja tiiviiden (ti) rakojen rakoluvut sekä rikkonaisten jakjen o..., uudet kivilajivyöhykkeittäin Kivilajilyhenteet: TARGR tasarakeinen graniitti, PYT-VIB = pyterliitti-viborgiitti, HGR :.ccc hienorakeinen graniitti, PORGR -c- pol:fyyrigraniitti, KARGR = karkearakeinen graniitti Kivilaji Syvyys Rakoluku (kpl/m] Rikkonainäytteessä [m] suus [%] av tä ti tot PYT-VIB 4,6-52,9 -,24,3,55 - HGR -55,7-2,5,36 2,86 - PYT-VIB -68,5,8,29,56,93 2,9% TARGR -72,8 - '6,7,86 - PYT-VIB -25,7,5,52,64 2,2,% HGR -29,2 - -,9,9 73,7% PYT-VIB -23,9 - - 5,2 5,2 - TARGR -233,4 -,67 -,67 - PYT-VIB -239,7 - -,43,43 - TARGR -4,9 -,38,55,94,3% PYT-VIB -43,5 -,59,59 '8 - TARGR -432,6 -,48 2,38 2,86 - PYT-VIB -438, -,56 -,56 - TARGR -44,5 -,4,4,8 - PYT-VIB -469,3 -,59,7,76 - TARGR -477,6-2,85,35 4,2 9,6% PYT-VIB -487,2 -,,22,34 7,% TARGR -493,2,7,67,33 '7 - PYT-VIB -57,2,7 2,36,43 2,86 - TARGR -543,7,4 2,42,7 3,6 2,9% KARGR -624,3,,6,99,62 5,% PYT-VIB -658,9,3,26 3,9 3,38 - TARGR -66,6,,74,74,48 - PYT-VIB -669,6 -,38,5,88 - TARGR -67,7-5,7,72 6,9 7,% PYT-VIB -684,6,7,68,84 2,69 7,8% TARGR -79,,3 2,8,59 4,43 6,% PYT-VIB -735,4 -,28,8,46 - TARGR -756, -,85,95 2,8 3,5% PORGR -867,7 -,2 3,67 3,87 6,3% TARGR -87,5 - -,53,53 - PYT-VIB -,99 -,3,98,29,3% Keskimäärin,2,8,2 2,4 5,2%
3 3.3 Vettäjohtava rakoilu 3.3. Yleistä Alustavien paikkatutkimusten yhteydessä vettäjohtavan rakoilun tulkinnassa päähuomio kiinnitettiin pohjaveden virtausta indikoiviin havaintoihin vesiluotaussarjassa sekä omapotentiaalimittauksessa. Nyt tulkittavissa mittauksissa on vain yksi reiässä olevan veden lämpötilan ja resistiivisyyden mittaus. Teollisessa ympäristössä varsin häiriöherkästä omapotentiaalimittauksesta on myös luovuttu, joten veden virtaukseen liityvän vesipitoisen rikkonaisuuden tulkinta perustuu lämpötilan, veden kokonaissuolaisuuden ja putkiaaltojen vaimenemisprofiilien tarkasteluun (kuvat 5a-5d) sekä havaintoihin rapautuneista ja avoimista raoista yhdessä uusien virtauseromittausten kanssa. Reikämittauksissa todetut anomaliat on luokiteltu ja koottu raportin loppuosan yhteenvetotaulukkoihin 3-6. Seuraavissa luvuissa luonnehditaan anomaalisia reikäsyvyyksiä rei'ittäin. 3.3.2 Reikä HH-KR Reikämittaukset alkavat syvyydellä 37,25-42,98 m lävistetyn VLJ-luolan ajotunnelin lastauspaikan jälkeen kairaussyvyyden 46,45 m alapuolelta, jossa on lähes välittömästi lyhyt myloniittinen rikkonainen kivilajijakso 52-55 m:n syvyydessä. Murrosrakenteiseksi Riiii-jaksoksi on erotettu syvyysväli 52,84-54,42 m. Jyrkkä lämpötilan notkahdus 5 m:ssä viittaa pohjaveden virtaukseen (kuva 6a). Tämän alapuolella 76-9 m:n syvyysvälissä on moniosainen rikkonaisuusvyöhyke, jonka kairauksen aikana tiheärakoisista jaksoista valui kiviä reikään. Vyöhykkeessä vaihtelevat ehjähköt kallio-osuudet ja jaksot, joissa esiintyy läpikotaista rapautumista, huokoisuutta, kalliosavea, mururakoja jne. Tämä vyöhyke näkyy sekä sähköisissä että akustisissa profiileissa anomaliajaksona, jossa on kymmenkunta minimiarvoa. Näiden perusteella on erotettu neljä rikkonaisuusjaksoa 76-86, 9-92, 98 - ja 5-9 m:n syvyyksillä (kuva 6a). Pohjaveden lämpötilagradientin muutoksen perusteella vyöhykkeeseen liittyy pintaveden kiertoa. Rikkonaisuusvyöhykkeen alla on vähäisempiä anomalioita 44 m:iin asti. Vyöhykkeen ylimpään rikkonaisuusjaksoon, 76-86 m, liittyy koko vyöhykkeen voimakkaimmat anomaliat kaikissa rikkonaisuutta kuvaavissa protiileissa. Anomalioiden huiput ovat syvyyksillä 76-78 m ja 8-86 m. Kairausnäytteessä on havaittu rapautumista ja myloniittiutumista. Jaksosta on määritetty Ri-III rikkonaisuusluokkaan yhteensä 7, 72 m, jossa syvyydellä 8, - 83,5 m on tapahtunut,27 m:n näytehukka tiheärakoisen kallion jauhautumisen takia. Rakopinnoilla on huomattavaa ruosteisuutta. TV -kuvan perusteella jaksossa on runsaasti avoimia rakoja sekä onteloisuutta. Avorakojen suurin avauma on 8 mm syvyydellä 8,92 m. Lisäksi viiden avoraon avauma on vähintään mm. Putkiaaltojen vaimenemisprofiilissa erottuu kolmiosainen vedenjohtavuusanomalia. Lämpötilaprofiilin pienimmät arvot ovat 8 m: ssä, missä on myös rakohuokoisuusmaksimi. Tiheysprofiilissa on huomattavat minimit 8,6 ja 85 m:ssä, jotka ainakin osittain liittyvät kairausvaikeuksiin ja reiän halkaisijan laajentumiin 8-84 m: ssä.