Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR5 ja KR6 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin päivitys

Työraportti 99-6 Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR5 ja KR6 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin päivitys Olli Okko Kai Front Pertti Hassinen Maaliskuu 999 POSIVA OY Mikonkatu 5 A, FIN- HELSINKI, FINLAND Tel. +358-9-228 3 Fax +358-9-228 379

TEKIJ ÄORGANISAATIO: TILAAJA: TILAAJAN YHDYSHENKILÖ: TILAUSNUMERO: VTT Yhdyskuntatekniikka Väylät ja ympäristö PL 94 244 VTT Posiva Oy Mikonkatu 5 A HELSINKI pki; Aimo Hautajärvi Posiva Oy 962/98/ AJH VTT:n YHDYSHENKILÖ: -=-- Kai Front VTT Yhdyskuntatekniikka POSIV A TYÖRAPORTTI 99-6 LOVllSAN HÄSTHOLMENIN KAIRANREIKIEN KR5 JA KR6 GEOFYSIKAALISTEN REIKÄMITTAUSTEN TULOSKÄSITTELY SEKÄ KALLIOPERÄN RAKENNEMALLIN P ÄIVITYS VTT:n TARKASTAJA Markku Tuhola Tutkimuspäällikkö VTT Yhdyskuntatekniikka VTT:n HYV ÄKSYJÄ /JJV Asko Saarela Tutkimusjohtaja VTT Yhdyskuntatekniikka TILAAJAN T ARKAST AJA: Pekka Anttila Fortum Power and Heat Oy

Työraportti 99-6 Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR5 ja KR6 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin päivitys Olli Okko Kai Front Pertti Hassinen Maaliskuu 999

Työ raportti 99-6 Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR5 ja KR6 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin päivitys Olli Okko Kai Front Pertti Hassinen VTT Yhdyskuntatekniikka Maaliskuu 999 Karttaoikeudet : Maanmittauslaitos lupa nro 4/MYY/99 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.

TIIVISTELMÄ Okko,., Front, K. & Hassinen, P. 998. Loviisan Hästholmenin kairanreikien KR5 ja KR6 geofysikaalisten reikämittausten tuloskäsittely sekä kallioperän rakennemallin päivitys. Posiva, työraportti 98-6, 42 s. Teollisuuden Voima Oy:nja Imatran Voima Oy:n (nyk. Fortum Oyj Fortum Power and Heat Oy) voimalaitosten ydinjätehuollossa varaudutaan käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen kallioperään. Tähän liittyvien Posiva Oy:n suorittamien yksityiskohtaisten paikkatutkimuksien toimeksiantona käsiteltiin ja tulkittiin Loviisan Hästholmenin tutkimusalueena kairatuissa noin ja 7 m pitkissä rei'issä KR5 ja KR6 tehtyjä geofysikaalisia reikämittauksia. Mittausarvot 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. Merkittävimpien vedenjohtavuusrakenteiden liittymistä alueelliseen kalliomalliin tarkasteltiin vertailemalla suunnattua rakoaineistoa sekä anomalioiden samankaltaisuuksia eri rei' issä. Uudet kairaukset toivat esille jo aiemmin havaittujen rapakivigraniitteihin liittyvien kivilajien vuorotlelun ja jatkumisen 6 - 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. Loviisan tutkimusalueen rei'issä on kairausnäytteen rakoluku huomattava, mikä lisäksi saattaa korostua näytteen viipaloitumisen takia. Reikämittauksissa rikkonaisuusjaksot erottuvat jopa yli m pitkinä anomaliajaksoina, joissa pisimmät anomaliat ovat laajinta kalliotilavuutta kuvaavissa ominaisvastusprofiileissa. Vedenjohtavuutta 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 suuria avaumia. Reikien KR -KR4 merkittävimmät rikkonaisuuslävistykset erottuivat erityisesti akustisissa reikäprofiileissa hyvin samankaltaisina anomalioina, minkä perusteella rakennemalliin määritettiin kolme paksua rikkonaisuusvyöhykettä, joiden sisällä on pitkiä tiiviitä kalliojaksoja vettäjohtavien rakotihentymien lomassa. Näiden reikien läheisyyteen kairatussa reiässä KR6 toistuivat samat rikkonaisuusindikaatiot sekä kivilajijakauma, joiden perustella kalliomallin yksityiskohtia tarkennettiin. Hästholmen saaren pohjoispuolelle kairatun reiän KR5 perusteella tarkasteltiin vain kivilajien esiintymistä. Reikämittauksissa todettuj en rikkonaisuusj aksoj en merkittävyyttä arvioitiin myös tilastollisen pääkomponenttianalyysin avulla, minkä perusteella määritettiin uudelleen rikkonaisuustarkastelun kannalta edellä mainittujen vyöhykkeiden lisäksi muut huomion arvoiset reikälävistykset, joihin liittyvien rikkonaisuusrakenteiden geometriasta ei toistaiseksi ole luotettavaa tietoa. A vainsanat: rapakivi, geofysikaalinen reikämittaus, kallioperän rikkonaisuus, vedenjohtavuus, rakennemalli

ABSTRACT Okko,., Front, K. & Hassinen, P. 998. Interpretation of geophysical logging of boreholes KR5 and KR6 at the Hästholmen site at Loviisa and the revision of the bedrock model. Posiva, Work Report 98-6, 42 p. The Finnish power cernpanies Teollisuuden Voima Oy and Imatran Voima Oy (at present Fortum Oyj Fortum Power and Heat Oy) are preparing for final disposal of the highlevel nuclear fuel waste deep into the bedrock. The Hästholmen research site at Loviisa is one of the four candidates selected for the detailed site characterisation conducted by Posiva Oy. This report describes the processing and interpretation of standard single hole geophysical borehole logging carried out in the and 7 m Iong boreholes KR5 and KR6. Furthermore, the structural bedrock model based on deep boreholes KR-KR4 at the Hästholmen site is reviewed. Lithological units, different types of rapakivi granite with 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 located in the horizontal plane in concordance with the typical cubic fracturing system of rapakivi granites. Most of the densely fractured sections are associated with the granitic intersections. At the core sample, the fracture number may be overestimated owing to core discing in the deep bedrock. However, in the geophysical logs, particularly in resistivity logs and also in acoustic velocity logs, there are over m Iong anomalies that indicate weathered sections in the Rapakivi granite. Moreover, within these sections the hydraulic anomalies in fluid logs, tube wave attenuation profiles, and in hydraulic tests are only - 5 m Iong. In detail, the individual active and open fractures are located in the borehole TV images, similar to the observations in the previous boreholes KR-KR4. According to similarities in the acoustic character in the full waveform acoustic logs, three major weathered sections were correlated between boreholes KR-KR4. The first of these is related to the well-known shallow 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 with sub-horizontal fracturing at a depth of 9 m in holes KR and KR2. Owing to the similar acoustic character in the 7 m deep borehole KR6, the location and continuity of the two first sections were refined. The aside drilled borehole KRS was applied mainly in the lithological study. In addition, the anomalies in the geophysical borehole logs of all deep holes KR-KR6 were classified statistically using the principal component analysis. Thus, the significantly fractured borehole sections that could not be geometrically related to this preliminary bedrock model are also listed and re-evaluated. Key words: Rapakivi granite, Geophysical, Borehole logging, Fracturing, Hydraulic conductivity, Structural bedrock model

4 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT JOHDANTO... 5 2 TUTKIMUSMENETELMÄT... 7 3 REIKÄMITTAUSTULOSTEN TULKINTA... 9 3. Uusien reikäosuuksien geologinen luonnehdinta... 9 3.. Hästholmenin geologiset yleispiirteet... 3..2 Reikä HH-KR5... 2 3..3 Reikä HH-KR6... 2 3.2 Rakoilu ja rakovyöhykkeet... 5 3.2. Yleistä... 5 3.2.2 Reikä HH-KR5... 9 3.2.3 Reikä HH-KR6... 2 3.3 Vettäjohtava rakoilu... 24 3.3. Yleistä... 24 3.3.2 Reikä HH-KR5... 25 3.3.3 Reikä HH-KR6... 39 4 HÄSTHOLMENIN KALLIOMALLI REIKIEN KR5-KR6 PERUSTEELLA... 48 4. Tausta... 48 4.2 Rakoilun suunnatut havainnot... 48 4.3 Rakoilun ja heijastusten suunnatut havainnot rei'issä KR5 ja KR6... 49 4.4 Reikä-TV:n hydrogeologiset havainnot.... 55 4.5 Rikkonaisuusrakenteiksi tulkittavat reikälävistykset... 57 4.5. KR5:n havaintojen sovittaminen kalliomalliin... 57 4.5.2 KR6:n havaintojen sovittaminen rakennemalliin... 6 4.5.3 Muut pääkomponenttianalyysin mukaiset rikkonaisuusrakenteet... 66 5 YHTEENVETO... 72 KIRJALLISUUSVIITTEET... 74 LIITELUETTELO... 77

5 JOHDANTO Teollisuuden Voima Oy:n Olkiluodon sekä Imatran Voima Oy:n (nyk. Fortum Oyj Fortum Power and Heat Oy) 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 voimalaitosjätteen loppusijoitustilan suunnittelussa ja rakentamisessa kallioon. Käytetyn polttoaineen loppusijoituksen kallioperätutkimuksien yhteydessä Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle kairattiin neljä reikää noin tuhannen metrin syvyyteen asti. Näiden syväkairausten avulla hankittiin uutta geologista tietoa tutkimusalueiden kallioperästä erityisesti käytetyn polttoaineen loppusijoitussyvyydeltä. Näiden reikien lisäksi vuonna 998 kairattiin kaksi uutta syvää reikää (Rautio 998 ja Niinimäki 998, kuva ), joilla pyritään varmistamaan ja täydentämään aikaisemmin tehtyjä tulkintoja km syvyyteen asti ulottuvista kallion rakennepiirteistä. Tässä raportissa esitetään syvissä rei 'issä KR5 ja KR6 tehtyjen geofysikaalisten reikämittausten (Julkunen et al. 998) tuloskäsittely ja tulkinta sekä tarkastellaan reikien antamaa lisätietoa Hästholmenin päivitettyyn kalliomalliin (Lindh et al. 998). 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 noudattaen Okko et al. (998) käyttämää metodiikkaa. Geofysikaalisten reikämittausten lisäksi rakennetarkastelussa on hyödynnetty ennakkotietoja erornittauksilla määritetyistä vedenjohtavuusarvoista (Pöllänen 998), dipmeterillä havaituista rakoasennoista (Siddans et al. 998) sekä HSP- ja VSP-mittauksella havaituista reikiä leikkaavista heijastusrakenteista (Keskinen 998, Keskinen et al. 998).

6 t 4V -tj-t.,.,. TT.. :! n. RödhiJ/ '! x olmen \. \. \. \ \ \. \ HÄSTHOLMENIN TUTKIMUSALUE Kairanreikien sijainti Koord inaattijärjestelmä: KKJ 3 (projektio: Gauss-Kruger) 3.3.998 Saanio & Riekkola Oy H. Malmlund SELITYKSET: rr-" Kairanreiät ja niiden KR maanpintaprojektiot J_ J_.L 7:4 T.L 2 4 Kuva. Tutkimusreikien sijainti Hästholmenin tutkimusalueella.

7 2 TUTKIMUSMENETELMÄT Geofysikaalisten reikämittausten kenttätöistä vastannut Astrock Oy totffilttl mittaustulokset (Julkunen et al. 998) Fintact Oy:n välityksellä VTT:lle tulkintaa varten. Rei'issä KR5 ja KR6 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. Yhdenmukaisuuden takia VTT:llä reikien KR5 ja KR6 magneettisen mittauksen suskeptibiliteettiarvot muunnettiin E-6 SI -muotoon. Tulkintavaiheessa mittausten syvyystietoja tarkistettiin vertailemalla kairausraportissa esitettyjä kivilaji- ja rakoilutietoja reikämittausten tuloksiin. Taulukko. Hästholmenin rei'istä, KR5 ja KR6 tulkittu reikämittausaineisto sekä liite, jossa mittaustulos on esitetty. Menetelmä ) yksi pistevastusmittaus [Ohm] 2) lyhyen (6") normaalijärjestelmän vastusmittaus [Ohm-m] 3) veden lämpötilan mittaus [ C] 4) veden ominaisvastuksen mittaus 5) magneettisen suskeptibiliteetin mittaus [ OE-6 Sl] (KR3 ja KR4) 6) gamma-gamma -tiheys mittaus [g/cm 3 ] 7) taustasäteilyn mittaus [R/h] 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 [mm] 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). Tulkintavaiheessa laskettujen johdannaissuureiden profiilit on tulostettu ja raportoitu tilaajalle myös digitaalisessa muodossa. Reikämittausten tulkinnassa hyödynnettiin kairausraportteja (Niinimäki 998, Rautio 998), joista ilmenevät kairausnäytteiden kivilajikuvaukset, rakohavainnot ja suunnatut rakohavainnot sekä reikä-tv:n kuvia (Stråhle 998), joissa varsinkin avoimet raot ja

8 niiden leikkauskulmat erottuvat myös suuntaamattomilta kairausnäyteosuuksilta. Tulkintatyön yhteydessä kairausnäytteitä tarkasteltiin Lopella sijaitsevassa Geologian tutkimuskeskuksen kairasydänarkistossa.

9 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 reikämittaus tietoa. 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. Rapakiviä tunnetaan kaikilta maailman kilpialueilta ja niiden ikä on mesoproterotsooinen. Rapakivigraniittien oletetaan syntyneen kratonisoituneen kuoren tensionaalisissa olosuhteissa, joihin liittyy huomattavan syviä ja laaja-alaisia grabentyypppisiä repeytymiä maankuoressa. 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 lähi ympäristössä.

Rakoilua vaikeammin ennustettavia, todennäköisesti tutkimusalueen mittakaavassa säännöttömästi esiintyviä piirteitä ovat rapakiviin liittyvät myöhäismagmaattisten 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 greisenmuodostumat liittyvät rapakivien voimakkaasti kehittyneisiin ja erilaistuneisiin myöhäisiin intruusiovaiheisiin eikä niitä ole pintatutkimuksissa havaittu Hästholmenilta eikä sen välittömässä läheisyydessä (Kuivamäki et al. 997a). Sen sijaan paljastumilla havaittava rapakiven moroutuminen saattaa olla alkuperältään syvemmällä kairasydännäytteissä havaitun viipaloitumisen (ns. "core discing") kaltainen ilmiö, jossa rapautuminen on hajoittanut rapaki ven pintaosan sepelimäiseksi "soraksi". 3.. Hästholmenin geologiset yleispiirteet Koko Hästholmenin tutkimusalue samoin kuin sen lähi- ja kaukoalue (Suominen 983, 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 (Gehör et al. 997, 998), vaan niistä on käytetty yhteistä yleisnimeä pyterliittiviborgiitti. Sen sijaan paljastumakartoituksessa on eroteltu ns. tumma pyterliitti. Tasarakeista rapakiveä esiintyy alueella useina muunnoksina, jotka poikkeavat toisistaan tekstuurin ja raekoon osalta. Porfyyristä rapakiveä ei ole tavattu Hästholmenin saaren välittömässä läheisyydessä sijaitsevilla paljastumilla, mutta kairanrei'istä sitä on erotettu muutamia jaksoja, joista pisimmät liittyvät tasarakeisten graniittien lävistyksiin '(kuva 2). 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. Reikämittauksissa pyterliitti-viborgiittinen rapakivi (PYT-VIB) erottuu heikoimmin säteilevänä, suskeptiivisimpana ja tiheimpänä kivilajina, jossa sisäinen tiheysvaihtelu on melko vähäistä. Tiheysminimit liittyvät lähinnä rapautuneisiin rikkonaisuusjaksoihin. Muut rapakivityypit (tasarakeinen ja porfyyrinen rapakivi) erottuvat myös pienemmän tiheyden perusteella. Lyhyet taustasäteilyn maksimit liittyvät graniittisiin ja pegmatiitti-

esiintyy tyypillisesti lyhyinä juonimaisina 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. Alueen pinta- ja kairausnäytteistä kerätystä petrafysikaalisista mittauksista laaditussa suskeptibiliteetti-tiheys -diagrammissa (Paananen & Paulamäki 998) 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 sekä tässä tulkittavien reikien KR5 ja KR6 suskeptibiliteettiprofiilissa pyterliittiviborgiiteissa on korkeampi taso kuin muissa rapakivimuunnoksissa (kuvat 3a ja 3b). Kivilajikontaktit on määritetty yksittäisissä geofysikaalisissa reikäprofiileissa todettujen tasonmuutosten, kairannäytesydänten sekä reikä-tv:nkuvan yhteistulkinnan avulla. 6G':I l &6 &69'. 3&3 ;;tt4.()()q. 4.f>f';O()O c=j c=j TARGA - PORGR ' \f NO SAMPI..E \. \ H R KR 4 Kuva 2. Yleiskuva Hästholmenin kairanreikien sijannista ja kairaussuunnista sekä kivilajien jakaumasta H ästholmenin tutkimuskohteessa.

2 3..2 Reikä HH-KR5 Reikä KR5 on lävistänyt pääsääntöisesti pyterliitti-viborgiittimaista rapakiveä, jonka kairausnäytteestä on eroteltu lyhyitä graniittisia jaksoja. Näistä pisimmät ovat 5-2m pitkät karkearakeiset ja tasarakeiset graniitit syvyysvälillä 22-37 m. Pyterliittiviborgiitin tiheysprofiilissa on levoton taustataso noin 37 m:n syvyyteen asti. Syvyysvälin 368-42 m tasainen tiheysprofiili viittaa homogeeniseen ja tiiviiseen rapakivijaksoon. Syvyysvälillä noin 4-755 m tiheysprofiilin kohinataso on korkea ja reiän loppuosalla 755 - m tiheysprofiili on tasainen. Samat homogeeniset reikäjaksot erottuvat myös S-aallon nopeusprofiileissa ja magneettisessa suskeptibiliteettiprofiileissa, joissa on indikaatioita tiheysprofiilin mukaista tulkintaa tiiviimmästä ja homogeenisemmasta rapakivestä syyvyysvälillä 55-25 m sekä lyhyissä jaksoissa syvyysvälin 4-755 m anomaliajaksossa. Osa graniittisista jaksoista erottuu pienemmän tiheyden ja heikon magneettisen suskeptibiliteetin perusteella, mutta rean KR5 tasarakeisiin graniitteihin, paria poikkeusta lukuunottamatta, ei liity niille tyypillistä kohonnutta taustasäteilyä. Reikäprofiileista erotettujen kivilajien taustasäteilyn, tiheyden ja magneettisen suskeptibiliteetin yhdistelmäkuviot on esitetty kuvassa 3a. Kairausnäytteiden puristuskokeissa todettiin pyterliitti-viborgiitin keskimääräiseksi lujuudeksi noin 4 MPa ja tasarakeisen graniitin lujuudeksi 7 MPa. Kimmokertoimen osalta tasarakeinen graniitti oli noin 2% jäykempää kuin pyterliitti-vibogiitti. Kuitenkin syvyysvälillä 55-8 m pyterliitti oli huomattavan jäykkää, n. 7 GPa (Rautio 998). Reikäprofiileista lasketussa kimmokertoimen profiilissa (kuva 4a) reiän yläosa erottuu anomallisena, mutta 4 m:n kairaussyvyyden alapuolella kimmokerroin saavuttaa noin 75 GPa:n perustason, josta rikkonaisuusjaksot, erityisesti 7-755 m:ssä erottuvat kimmokertoimen minimeinä. Ilmeisesti mikrorakoilun vähyys syvyysväliltä 55-8 m valituissa koekappaleissa on ollut vähäisempää, sillä reikäprofiilissa homogeenisimmat ja jäykimmät reikäjaksot ovat 39-52 ja 82- m. 3..3 Reikä HH-KR6 Reiän KR6 alkuosa on lävistänyt 285 m pyterliitti-viborgittia. Tähän syvyysväliin liittyvät anomaliat ovat rikkonaisuuden aiheuttamia. Syvyyden 285 m alapuolella on pitkiä hienorakeisen ja tasarakeisen graniitin osuuksia. Näiden kohdalla magneettinen suskeptibiliteettiprofiili on tasainen E-3 SI:n alittavana tasolla, alimmillaan hienorakeisessa graniitissa. Samoin tiheysprofiilissa graniittijaksot erottuvat pienen tiheyden perusteella, missä usein korostuu jaksojen rikkonaisuus. S-aallon nopeusprofiilissa graniittijaksojen kohdalla on havaittavissa hieman pyterliitti-viborgiittia suurempi nopeus, mutta usein rikkonaisuus aiheuttaa nopeusprofiiliin minimiarvoja graniittien kohdalle. Taustasäteilyn kohoaminen graniittijaksojen kohdalla on niille luonteenomaisin piirre (kuva 3b). Syvyysvälin 445-565 m pyterliitti-viborgiittijakso erottuu Hästholmenille tyypillisesti levottomasti kohonneena magneettisena profiilinaja kabinaisena tiheysprofiilina, jossa lyhyet graniittijaksot erottuvat minimeinä, joita vastaavat taustasäteilymaksimit. Sen

3 sijaan rean loppuosan pyterliitti-viborgiitin kohdalla magneettinen suskeptibiliteetti pysyy rauhallisena hyvin matalalla, alle E-3 SI:n tasolla. Pitkä epidoottiutunut ja muuttunut jakso 625-695 m:ssä erottuu selkeimmin akustisissa profiileissa (ks. liite 2). Loviisa, Hästholmen KR5 MlN -----r LOWER QUAATIL E MEDIAN UPPER OUAATILE l L L...J. l j l...j_j_i _LI--'------"-----'-------'-- ' --'---'-IL L jl Sl * -6 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3, L-------_L J L cm3 3 6 9 2 5 8 ------------+---------------------------R/h 84 Sl * PYT-VIB TAAGR.93 gtcm3 ------------ - PYT-VIB,3 25 KAAGR MYL 5 _5 _gt - - - - - - - - TARGR 2,4 PYT-VIB 5 E I b: 5 w 5 7 8 9 TARGR 7,9, PYT-VIB 6,8,, 2, 4,6 MYL 3,7 75 2 2 23 TARGR 5,9,2,23 ----- PYT-VIB 8,2,22,24 24 Kuva 3a. Reiän HH-KR5 kivilajivyöhykkeiden suskeptibiliteetin, taustasäteilyn ja tiheyden tilastolliset jakaumat. Kivilajilyhenteet on selvitetty liitteessä.

4 Loviisa, Hästholmen KR6 MlN ---- -f MEDIAN LOWER QUARTILE UPPER QUARTILE 2,5 2,6 2,7 3 6 9 HGR 4,9 25 2 2.3 g/cm 3 TARGR!lJIIIIi-- - - - - - _2_, 5 J-_ - - - - PYT-VIB,3,6,8, 388 )!Rih E I 6: 5 w TARGR '3, 5 253 PYT-VIB 2, 4, 6,8 HGR 7 85 )!Rih 75 Kuva 3b. Reiän HH-KR6 kivilajivyöhykkeiden suskeptibiliteetin, taustasäteilyn ja tiheyden tilastolliset jakaumat. Kivilajilyhenteet on selvitetty liitteessä.

5 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. Syvällä 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 luotausten 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 rikkonaisuuden esiintyminen on varmistettu 2 m:n syvyyteen asti, sillä ns. Y -reikien välisissä sähköisistä (Poikanen & Hassinen 982) ja seismisistä (Rouhiainen 987) mittauksista on tunnistettu lähes vaaka-asentoisia rakenneyhteyksiä. Syvissä rei'issä KR-KR4 on todettu huomiota herättävän runsaasti vaaka-asentoista rakoilua, ja anomalioiden samankaltaisuuden sekä VSP-luotausten perusteella laiva-asentoisen rakoilun voidaan olettaa jatkuvan km:n syvyyteen asti (Okko et al. 998). 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 -

6 etäisyydellä (ns. lähi- ja kaukovastaanottimella) ja reiän halkaisijan mittaus. Myös reiässä olevan veden lämpötilan ja sähkönjohtavuuden mittauksella pystytään luonnehtimaan rakoilua. Kallion rikkonaisuutta kuvaava näennäinen rakohuokoisuus on tavallisesti laskettu lyhyellä normaalijärjestelmällä mitatuista ominaisvastusarvoista, gammasäteilyn compton-sirontaan perustuvasta tiheysmittauksesta sekä akustisesta luotauksesta määritetyistä P-aallon nopeusarvoista. Laskentaproseduurissa mittaustuloksista on pyritty poistamaan ehjän kalliomatriisin mineraalivaihtelun vaikutus huokoisuusarvoihin. Koska Hästholmenin ki vilajikohtaisen 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. Hästholmenin syvien reikien kairausnäytteen halkaisija ja reiän läpimitta vaihtelevat jatkuvasti koko kairauspituudella (ks. liite 4), 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. Vertailemalla 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 rakojen asentoa ja jatkuvuutta kuvaavat dipmeter-tulokset ja VSP-heijastukset on käsitelty pääsääntöisesti luvussa 4. Tätä tulkintaa varten saadut ennakkotiedot on koottu taulukoihin 4-7.

7 UTHOLOGY FRACT., /m YOUNG'S MOD., GPa -----------------T2---TTm--3--6--9 hei PYT-VIB TARGR rzj KARGR 25 M"fl E I- 5 ----±*-----------4---+-------- b: w Kuva 4a. Hästholmenin kairanreiän HH-KR5 kivilajipylväs, rakoluku sekä lyhyellä normaalijärjestelmällä mitattu ominaisvastus ja akustisesta luotauksesta ja tiheysmittauksesta laskettu kimmokerroin. Selkeimmät rikkonaisuusvyöhykkeet ovat syvyysväleillä - 5, 2-23 m:n ja 52-79 m. Näiden lisäksi reiässä on 3-4 lyhyttä anomaliakohtaa.

8 UTHOLOGY FRACT., /m \'OUNG'S tv!od.,gpa 2 3 6 9 hfj PYT-VIB mm TARGR D HGR 75 -----------+------+----r-----4------t----r---j-- l{') -rw _J <{ (/) Kuva 4b. Hästholmenin kairanreiän HH-KR6 kivilajipylväs, rakoluku sekä lyhyellä normaalijärjestelmällä mitattu ominaisvastus ja akustisesta luotauksesta ja tiheysmittauksesta laskettu kimmokerroin. Pintaosan rikkonaisuusanomlaiat ulottuvat 35 m:n syvyyteen asti. Tasarakeisessa graniitissa on lyhyt anomalia 435 m:ssä ja rapautuneessa rapakivijaksossa pitkä anomalia 62-7 m: ssä.

9 3.2.2 Reikä HH-KR5 Kairausraportin (Rautio 998) mukaan kallion keskimääräinen rakoluku on reiän alussa 4-54 m:ssä 3,59 rakoa/m, tämän alapuolella 7 m:iin rakoilu on harva-vähärakoista lukuunottamatta runsasrakoista (9,8 rakoa/m) vyöhykettä 29-22 m:ssä. Syvyysvälillä 76-76 m rakoluku on 8,79 rakoa/m ja 76-799 m:ssä 2,33 rakoa/m. Loppureiän osalla kallio on pääosin vähärakoista. Reiän loppuosan keskimääräinen rakoluku on alle rako/m. Raot ovat pääosin tiiviitä tai täytteisiä. Ki vilajikohtaiset keskimääräiset rakoluvut eheän kallion osalta on koottu taulukkoon 2a. Ehjän kallion rakoluvut vaihtelevat harvarakoisesta vähärakoiseen. Syvyyteen 226 m näkyvän pintarikkonaisuuden alapuolella merkittävin rikkonaisuus liittyy tasarakeisiin graniittijaksoihin 44-444 ja 6-62 sekä myloniitijaksoihin 472-475 ja 526-532 m:n syvyyksissä. Kairauksen yhteydessä todettiin 34 tiheärakoista vyöhykettä, jotka ovat murrosrakenteisia. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelivat välillä,2...4,72 m. Useiden rikkonaisuuslävistysten oletettiin kuuluvan samaan rikkonaisuusvyöhykkeeseen, mutta jos lävistysten välillä on ollut ehjempää kiviaines ta, niin ne lueteltiin omina osuuksina (Rautio 998). Yhteensä rikkanaisia osuuksia on 4,45 m eli 4,2 % reiän kokonaisnäytemäärästä. Näytteen viipaloitumista ("core discing") esiintyy reikäpituudelta 225 m, voimakkaammin syvyydeltä342m alaspäin. Paikoin viipaloituminen on harvaa ja muodoltaan heikosti kehittynyttä, joten sitä on vaikea erottaa mekaanisista katkoksista. Kairauksen aikana huuhteluveden paluu loppui syvyydellä 2,99 m, syvyydeltä 322,65 m vettä tuli mammutoimalla ylös enemmän kuin määrämittarin läpi mahtui virtaamaan. Huuhteluveden paine kohosi keskimäärin tasaisesti putkistovastuksen kasvaessa, mutta muutamassa tiheärakoisessa vyöhykkeessä paine vaihteli nopeasti. Merkittävimmät tällaiset vyöhykkeet olivat reikäsyvyyksillä - 3, 44-47 ja 655-755 m. Palautuneen huuhteluveden määrän kuvaajassa on havaittavissa muutamia gradientin muutoksia: 6-8 m:n alapuolella määrä vähenee, noin 2 m:ssä lisääntyy, 44 m:ssä on paikallinen anomalia ja 65-75 m:ssä on minimialue. Noin m:n kairauksen jälkeen pohjaveden pinta reiässä laski useita metrejä. Huuhteluveden sähkönjohtavuus nousi 226-295 m:n välillä sekä 54 m:n alapuolella, mikä näkyy myös pohjaveden sähkönjohtavuusprofiilissa ja kohonneena pohjatasona ominaisvastusprofiileissa (ks. kuvat 4a ja 5a). Geofysikaalisista reikämittauksista merkittävinä rikkonaisuusanomaliajaksoina erottuvat reiän yläosa 5 m:n syvyyteen ja tämän alla syvyysväli 2-23 m. Syvyysväli 52-79 m on huomattavan rakoillut ja siihen liittyy yhtenäinen ominaisvastusanomalia. Kimmokertoimen profiilissa rikkonaisuusjaksot erottuvat terävämmmin. Jakson rikkanaisin syvyysväli on 7-75 m (kuva 4a). Hydrologisesti merkitsevää rakoilua kuvaavissa profiileissa erottuvat samat pitkät rikkonaisuusjaksot. Näiden lisäksi syvyysvälillä 33-35 m on terävä suolaisuus- ja lämpötilamuutos.

2 3.2.3 Reikä HH-KR6 Kairausraportin (Niinimäki 998) mukaan reiän KR6 keskimääräinen rakoluku on 2,73 kpl/m ja RQD-luku on 93,9%. Keskimääräinen rakoluku on harva-tiheärakoisillä osilla on alle rako/m. Reiän alku- ( -386 m) ja loppuosalla (569-7 m) keskimääräiset rakoluvut ovat 3,88 ja 3,2 kpl/m. Kairauksessa rikkanaisia osuuksia lävistettiin yhteensä 26 kpl. Ne luokiteltiin murrosrakenteiseksi, joista yhdessä oli kapea savirakenteinen osuus. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelivat välillä,24-3,4 m. Osan lyhyistä rikkanaisista osuuksista oletettiin liittyvät samaan rikkonaisuusrakenteeseen, mutta kairausraportissa ne eriteltiin, mikäli rikkonaisuuksien välissä todettiin ehjää kallionäytettä. Yhteensä rikkanaisia osuuksia oli 37,25 m, eli 5,6 % reiän kokonaisnäytemäärästä. Näytteen viipaloitumista ("core discing") todettiin reikäpituudelta 44,93 m alkaen ja varsinkin jännitystilamittausyrityksen aikana 3-32 m:n syvyydessä. Kairausnäytteen viipaloitumista esiintyy voimakkaammin syvyydeltä 36 m alkaen. Viipaloitumista ei havaittu syvyyden 69,65 m jälkeen. Sen sijaan reiän loppuosalla, syvyysvälillä 63-694 m havaittiin yhtenäinen vähän rapautunut vyöhyke. Kairauksen huuhteluveden paine putosi syvyyksillä 2 ja 36 m, muutoin syvyysväleillä 2-36 m ja 36-7 m paine kohosi keskimäärin tasaisesti putkistovastuksen kasvaessa. Huuhteluveden määrä lisääntyi huomattavasti noin 3-32 m:ssä, vähäisempiä muutoskohtia on 36, 39, 455, 5 ja 55 m:n syvyydessä (Niinimäki 998, s. 3, kuva 8). Suolainen pohjavesi erottui palautuneen huuhteluveden sähkönjohtavuuden kohoamisena syvyysvälillä 2-228 m. 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 kahdessa tasarakeisen graniitin jaksossa. Nämä sijaitsevat syvyysväleillä 35-345 ja 695-697 m (ks. myös taulukko 8). Syvyyteen 29 m erottuvan pintarikkonaisuuden alapuolella ei näiden kahden lisäksi ole muita rikkanaisina pidettäviä kivilajijaksoja. Rikkonaisuutta kuvastavissa geofysikaalisissa reikäprofiileissa reiässä KR6 (kuva 4b) erottuu reiän yläosan ominaisvastusprofiilissa pitkä anomaliajakso aina 35 m:n syvyyteen asti. Tässä jaksossa huomattavin kimmokertoimen profiilin anomalia on - 4 m:n syvyydessä. Pitkän anomaliajakson alapuolella on yksittäinen anomalia 435 m:ssä ja pitkä yhtenäinen anomalia 62-7 m:ssä. Vettäjohtavaa rakoilua kuvastavat anomaliat (kuva 5b) keskittyvät reiän yläosan pitkään anomaliajaksoon. Sen alapuolella ainoastaan 43-435 m:ssä on vähäistä vedenjohtavuutta.

2 25 UTHOLOGY FAACT., /m HYDRLCOND,m/s RED. TEMP, C SAUNITY,mg/ TUBE WAVE, db/m 2 E- E-9 E-7 4 2 5.2 E+2 E+3 E+4-6 -3 [j II! ' lllllll PYT-VIEI - RGR -r / ff= i=- - -b -;;;;: p... = F=F- -'! IC..ii ;:=--- KARGR MYL m F=:::>. - j±t i = F=l- -J-.. L -:t- 82 ---.., "' ++- = =F- E t-" -:r: 5 li: J.r == == F=" = = ; = =» w a = == i r- --' 75!? "'!.. ----= _,"" -! tit... p;;:...- r - '"" f = =- : -, l - t ( Kuva Sa. Hästholmenin kairanreiän HH-KR5 kivilajipylväs, rakoluku sekä eromittauksilla nzääritetty vedenjohtavuus, reiässä olevan veden redusoitu lämpötila ja suolaisuus sekä akustisesta luotauksesta määritetty putkiaaltojen vaimeneminen. Reiässä on vedenjohtavuutta 75 m:n syvyyteen asti...c:;;

22 E :r: 5 ti: w a UTHOLOGY (j PYT-VIE '!RGR - - HGR J- f± - FRACT., /m HYDRLCOND,m/s RED.TEMP, C 2 E-E-9 E-7 E-5.5 6.5 ' ' II [:_ - :P.,..;.[a TI FF - =-!::- k- l:::o = = p r! j / SAUN;TY,g/ TUBE WAVE,dB/m 4. 6. 8. -6-4 -2 --..._..;jl =r J _-:::c:;:: ---' i, - - F= p =- F= r=.. - a. t ) t= =- :iii'llie- ' ---:s - t ]l : :; r _": ---.. 75 Ln...-.. w _j <( U) Kuva Sb. Hästholmenin kairanreiän HH-KR6 kivilajipylväs, rakoluku sekä eromittauksilla määritelty vedenjohtavuus, reiässä olevan veden redusoitu lämpötila ja suolaisuus sekä akustisesta luotauksesta määritelty putkiaaltojen vaimeneminen. Reiän yläosassa on vedenjohtavuusanomalioita syvyyteen 35m asti.

23 Taulukko 2a. Reiän HH-KR5 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, KARGR = karkearakeinen graniitti, MYL = myloniitti. Kivilaji Syvyys Rakoluku [kpllm] Rikkonainäytteessä [m] suus [%] av tä ti tot PYT-Vffi 4,3-79,8,4,3,45,73,8 TARGR - 83,9 -,47,,47 5,2 PYT-Vffi -226,3,5,94,34,32 6,6 TARGR -229,5 - - - - - KARGR -239,,,42,74,26 - PYT-Vffi -37,9 -,3,4,44 - TARGR - 328, -,29,49,78 - PYT-Vffi -33,3 -,63,3,94 - TARGR -353,5,5,53,27,85 - PYT-Vffi -44,65 -,73,8,9,9 TARGR -443,3-3,,52 3,63 27,2 PYT-Vffi -472,6 -,49,63 2,2 8,2 MYL -474,3-2,94 2,35 5,29 - PYT-Vffi -484,6 -,39,49,87 - TARGR -486,3 -,8,,8 - PYT-Vffi -526,8 -,,2,2 - MYL -53, -,,,, PYT-Vffi -6,5,,36,9,57 3,6 TARGR -6,6 -,67,67 3,33 45,5 PYT-Vffi - 8,5-2,6,28 2,34 6, TARGR -88,5 -,3,25,38 - PYT-Vffi -893,4 -,6,,7 - TARGR -896,6-2,5 2,9 4,69 - PYT-Vffi -,54 -,64,2,84 - Keskimäärin,2,6,26,34 4,2

24 Taulukko 2b. Reiän HH-KR6 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. Kivilaji Syvyys Rakoluku [kpl/m] Rikkonainäytteessä [m] suus [%] av tä ti tot PYT-Vffi 4,6-286,2,,67,28 2,5,3 TARGR -29,4 - - 2,77 2,77 3,2 PYT-Vffi -35,4 -,7,2,29,8 HGR -344,5-3,52,58 5, 24, TARGR -442,5 -,2,34,56, PYT-Vffi -47, -,4 -,4 - TARGR -476,2 - -,65,65 - PYT-Vffi -486, - -,, - HGR -487,7 -,63 -,63 - PYT-Vffi -53, - - - - - TARGR -54,4 - - - - - PYT-Vffi -58,3 -,4 -,4 - TARGR - 52,5 - - - - - PYT-Vffi - 566, -,6,2,8 - TARGR -596,6 -,25,43,67 - PYT-Vffi - 695,4, 2,64,33 2,98,5 HGR -696,7-6,5 3,8 9,23 - PYT-Vffi -7,9,24,66,24 2,4 - Keskimäärin,4,46,32,82 5,9 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-5b) 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.

25 3.3.2 Reikä HH-KR5 Geofysikaalisten reikäprofiilien mukaan reiän HH-HR5 ylin 5 m on anomaalisen rikkonainen. Varsinkin lyhyen normaalijärjestelmän profiilissa koko syvyysväli 4-55m on levottoman anomaalinen. P-aallon nopeusprofiilissa erilliset rikkanaisen reikäjaksot erottuvat selkeämmin. Huomattavimpien vedenjohtavuusanomalioiden kohdilla 5 ja - m:ssä P-aallon nopeus on pienentynyt huomattavasti alle 4 km/s. Myös suolaisuusprofiilin tasonmuutokset liittyvät näin samoihin reikäsyvyyksiin (kuva 6a). Kairausnäytteessä on huomattavassa määrin mikrorakoilua 45 m:n alapuolella. Syvyysvälille 5-57 m on erotettu kaksi Rilll-jaksoa. Näistä ylemmän (5-53 m) 5 m:stä 54 m:iin näyte on rapautunut ja hematiittiutunut läpikotaisin. TV -kuvassa erottuu avorakojen keskittymät 5-52 m ja 55-56,5 m:ssä. Kairausnäytteessä on runsaasti katkoksia (Rilll 54-57 m) ja rapautunut rakoilu jatkuu 57 m:n syvyyteen asti. Reiän halkaisija on laajentunut usean metrin matkalla, samoin tähän rikkonaisuuteen liittyy laaja tiheysminimi. Kairaussyvyydessä 62 m on erillinen akustinen nopeusidinimi ja yksi voimakkaimmista ominaisvastusminimeistä lyhyen rapauman kohdalla. Rakopinnoilla on vaaleata rako täytettä, ilmeisesti kaoliinia. Sameassa TV -kuvassa erottuu vain yksi viistoasentoinen avorako 63,8 m:n syvyydessä. Dipmeterillä erottuvat raot ovat laivaasentoisia (27 /8 ) 63 m:iin asti. Syvyysvälillä 63-65 m on hieman jykempien rakojen keskittymä. Näiden rakojen keskimääräinen kaateen suunta on 24 /5. Syvemmällä rakoilu on edelleen loivasti etelä-lounaaseen viettävää. Syvyysvälin 8-84 m tasarakeiseen graniittiin liittyy kaksiosainen tiheysminimi ja taustasäteilyn kohoaminen, jotka osaltaan kuvastavat huomattavaa rapautuneisuutta. Jaksossa on merkittävää vedenjohtavuutta ja P-aallon nopeus alittaa 4 km/s. Erityisesti tasarakeisen graniitin alakontakti on rikkanainen ja rapautunut 5 cm matkalla muruiksi. Rapauman kairaamisesta laajentunut reiän halkaisija kaventuu ja ohenemiskohdassa (84-85 m) on lisäksi piikkimäisiä halkaisijan laajentumia. TV -kuvassa erottuu kontaktin kohdalla yksittäinen lähes cm rakoavauma, jonka alapuolella on muutama kapea avorako. Kontaktin alapuolella pyterliitti-viborgiittinen kairausnäyte on läpikotaisin rapautunutta 87 m:iin asti. TV -kuvassa erottuu yksittäisiä avorakoja 86,5 m:iin asti. Lyhyen normaalijärjestelmän profiilissa syvyysvälin 98-7 m piikkimäiset anomaliat muodostavat yhtenäisen anomalian. Yksipistemittauksessa ja akustisissa profiileissa yksittäiset rikkonaisuudet erottuvat 98 -, 6 ja m:ssä. Syvyysvälin 98 - m kaoliinitäytteisten rakojen kohdalla on erillinen vähäinen selkeä akustinen nopeusminimi, mutta jaksoon ei ole tulkittu Rilll-jaksoa eikä siinä ole todettu vedenjohtavuutta. Syvyysvälille 6-2 m on erotettu kolme Rilll-tyypin rikkonaisuusjaksoa. Ylinnä 6-6,4 m:ssä on läpikotainen rapauma, jonka TVkuvauksessa erottuu kaksi suuriavaumaista avorakoa. Sen alapuolella 9-2 m:ssä kahden Rilll-jakson kohdalla halkaisija laajentunut usean metrin matkalla, halkaisija ohenee vasta 2 m:n alla. Rapautuneita vaaka-asentoisia rakoja kuvastaa laaja tiheysminimi 9-2 ja ylintä rikkonaisuutta piikkimäinen tiheysidinimi 5 m:ssä,

26 jossa on myös taustasäteilyn piikkimäinen huippukohta. Veden suolaisuustaso nousee terävästi - 2 m:n syvyydessä, jonka TV -kuvauksessa erottuu avorakoja. Ylimmän kohdalla m:ssä on noin cm avauma ja alinna,5 m:ssä usean senttimetrin avauma. Kairauksen aikana pohjaveden pinta laski useita metrejä m:n kairaussyvyyden jälkeen ja huuhteluveden paine vaihteli nopeasti välillä - 3 m. Syvyyden 22 m jälkeen huuhteluveden paluu maanpinnalle loppui. Syvyysvälillä 9-33 m on kaksi yhtenäistä ja laajaa P-aallon nopeusanomaliaa, joihin ei kuitenkaan liity selkeää rikkonaisuusindikaatiota, mutta syvyysvälillä 24-33 m on useita lähes reiän suuntaisia kaoliinipintaisia rakoja ja vähäistä rapaumaa. Eromittauksissa näiden kohdalle ei ole todettu merkittävää vedenjohtavuutta. Rapautuneiden vaaka-asentoisten rakojen tiheyntymän (Riill) kohdalla 4-43 m:ssä on reiän suurin piikkimäinen ominaisvastusanomalia, jonka kohdalla P-aallon nopeus alittaa 5 km/s. Tässäkään anomaliakohdassa ei ole todettu vedenjohtavuutta, vaikka syvyyden 42 m kohdalla TV -kuvassa erottuu jakson kiistattornin avorako. Anomaliajakson alimpien rikkonaisuuslävistysten kohdalla P-aallon nopeusprofiilissa erottuu kolmiosainen anomalia 47-54 m:ssä. Syvyysvälillä 48m on lyhyt rapautuneiden rakojen tihentymä. Vain alimman anomalian kohdalle (53-53,6 m) on määritetty Riill-jakso ja siinä on todettu,4 E-7 m/s:n vedenjohtavuus (kuva 6a), joka liittyy syvyysvälin 53, - 54,4 m vaaka-asentoisiin mururakoihin, jotka erottuvat heikosti TVkuvauksessa. Syvyysvälillä 2-22m kairauksen paluuveden määrä lisääntyi (gradientti muuttuu, ks. kairausraportin kuva 8 s. 3). Varsinkin sähköisissä profiileissa on anomaalinen jakso 24-22 m:n syvyydessä. Akustisissa profiileissa on terävä 3-osainen anomalia 2-22 m:ssä, vastaten vedenjohtavuusanomalioita (kuva 6b). Syvyysvälillä 24-25 m on täytteisiä rakoja, jotka aiheuttavat vähäisiä anomalioita. Sen sijaan syvyyden 29 m alapuolella rapautunut mikrorakoilu lisääntyy ja hematiittiutunutta rapaumaa jatkuu 22 m:n syvyyteen asti. Syvyysvälille 29-26m on erotettu kaksi Riill-jaksoa. Ylemmän kohdalla on lyhyt tasarakeisen graniitin lävistys 2,5-22,5 m:ssä. Graniittijakson molemmat kontaktit ovat rikkanaisia ja rapautuneita. Yläkontaktiin liittyy 2 m:ssä piikkimäinen tiheysminimi kuvastaen TV-kuvassa näkyvää noin 5 cm paksua rapautunutta rakotihentymää, jossa on yhtenäinen 5 cm:n avauma. Alakontaktissa, 22,5 m:ssä, on 3 cm:n matkalla rapautuneiden rakojen tihentymä. Syvyysvälillä 24-26m on toinen rapautuneiden rakojen keskittymä. Molempien TV-kuvauksessa on avorakoja. Kairausraportissa toiseksi Rilll-jaksoksi on erotettu alin syvyysväli 25-26m. Karkearakeisen graniitin yläkontaktiin liittyy 229-23 m:ssä putkiaaltoanomalia ja tämän alapuolella 232-235 m:ssä selkeä vähäinen P-aallon nopeusminimi ja lyhyessä normaalijärjestelmällä selkeästi kaksi piikkimäistä minimiä 23 ja 233 m:ssä. Kairausnäyte on särkynyt 8:ksi noin 5 cm:n kokoiseksi palasiksi kontaktin kohdalla 23-23 m:ssä. TV-kuvauksessa erottuu vähäistä rapaumaa sekä yksi avorako 23 m:ssä. Tämän alapuolella 233 m:ssä on jyrkkäasentoinen, lähes reiän suuntainen kaoliinitäytteinen rako. Dipmeterillä syvyysvälin 23-234 m raot ovat hieman keskimääräistä jyrkempiä, keskimääräinen rakokaade on loiva 239 /25. Vaikka lämpötilagradientti muuttuu

27 pitkällä syvyysvälillä 23-24 m:ssä, kairauksesta palautuneen huuhteluveden sähkönjohtavuus oli poikkeavan korkea syvyysvälillä noin 225-295 m:ssä ja kokeiluluonteinen,7 m "keskipitkällä" normaalijärjestelmällä mitattu ominaisvastusprofiili oli anomaalinen syvyysvälillä 255-288 m, ei vedenjohtavuusmittauksissa ole pitkällä syvyysvälillä kuin yksi mittausväli, jossa on vedenjohtavuutta 23 m:ssä olevien loivakaateisten rakojen kohdalla peräti 5,5 E-6 m/s (kuva 6b). Syvyysvälillä 234-3m ei dipmetrillä ole tunnistettu suunnattavia rakoja. Syvyysvälin 35-355 m tasarakeisiin graniitteihin liittyy yksittäisiä vedenjohtavuusanomalioita ja näitä kuvastavia veden lämpötilan ja suolaisuuden tasonmuutoksia. Myös rikkonaisuusanomaliat ominaisvastusprofiileissa paikantavat vettäjohtavat reikäjaksot (kuva 6c ). Lyhyen normaalijärjestelmän profiilissa ylin kaksiosainen anomalia on 35-38 m:n syvyydessä, jossa yhdessä (36,3 m) eromittauksessa on todettu 2,94 E-8 m/s:n vedenjohtavuus. Graniittijakson yläkontaktin läheisyydessä 34,5 m:ssä on kairausnäytteessä ruosteinen viistoasentoinen rako, johon vedenjohtavuus todennäköisesti kohdistuu. Lisäksi 34-36 m:n kairausnäytteessä on yksittäisiä myös TVkuvassa erottuvia rapautuneita rakopintoja, mutta ei selkeää rikkonaisuusjaksoa. Dipmeterillä suunnatut raot 3-37 m.ssä viettävät loivasti (57 /7 ) koilliseen. Kairauksen aikana havaittiin, että 323 m:stä nousi vettä hyvin ylös. Tästä syvyydestä ei kuitenkaan erotu rikkanaisia tai vettäjohtavia piirteitä. Sen sijaan 334 m:ssä vedenjohtavuus on peräti 7,29 E-6 m/s ja 342 m:ssä, E-6 m/s. Näissä syvyyksissä erottuu myös yksittäiset selkeä anomaliat P-aallon nopeudessa ja ominaisvastusprofiileissa sekä vähäisiä halkaisijan laajentumia 334 ja 343 m:ssä. Syvyysvälillä 334-335 m on runsaasti avautumattomia täytteisiä rakoja sekä cm näytehukkaa täytteisen rakopinnan alapuolella. TV-kuvauksessa tiiviissä kalliossa erottuu yksi tumma, ilmeisesti avoin rako noin 334 m:ssä. Lämpötila nousee syvyysvälillä 334-344 m. Syvyysvälin 34-34 m kairausnäytteessä on kaksi viistoa kaoliinitäytteistä rakoaja niiden alla 342-343 m:ssä vaaka-asentoisia TV -kuvassa erottuvia yksittäisiä rako ja sekä lyhyt, 5 cm:n pituinen rapauma. Veden suolaisuudessaja lämpötilassa on voimakas nousu 346 m:n syvyydessä, mikä näkyy myös perustason muutoksen ominaisvastusprofiileissa. Tasarakeisen graniitin alakontakti 355 m:ssä on tiivis. Syvyysvälillä 384-385 m on terävä paikallinen rikkonaisuusanomalia sekä akustisissa että ominaisvastusprofiileissa. Syvyysvälin 38-385 m rapaumaa kuvastaa myös paikallinen halkaisijan piikkimäinen laajentuma. Syvyysvälillä 384-384,5 m oleva rakoparvi on erotettu Riill-jaksoksi. TV-kuvassa erottuu avoin rakopari 384,48 m:ssä. Vedenjohtavuutta (2,46 E-7 m/s) on mitattu yhdessä mittaussyvyydessä (kuva 6c). Syvyysvälille 428-453 m on erotettu 7 Riill-jaksoksi tulkittua rakotihentymää, joissa kairausraportin mukaan yli puolet raoista on kiinni. Ominaisvastusprofiileissa on vähäiset anomaliat 427, 44-442 ja 448 m:ssä, joissa syvyyksissä on vähäiset vedenjohtavuusanomaliat 428, 448 ja 453 m:ssä. Dipmeterillä näistä erottuvat kaksi alinta vaaka-asentoisten rakojen tihentymää. Kairausnäytteessä rakoilu lisääntyy 428 m:n alapuolella, mutta reikäprofiileissa ei erotu merkittäviä anomalioita (kuva 6d). Lämpötilaprofiili on poikkeuksellisen levoton koko syvyysvälillä 45-49 m ja kairausraportin mukaan huuhteluveden paine vaihteli kairaussyvyydellä 44-4 7 m, jotka viittaavat luonnolliseen pohjaveden virtaukseen. Tiheysprofiilikin on levoton 44 m:n