Työ r a p o r t t i- 9 7-3 0 Syväkairaus KI-KR 2 II Aänekosken Kivetyssä Tauno Rautio Suomen Malmi Oy Syyskuu 997 POSIVA OY Mikonkatu 5 A, FIN-00 00 HELSINKI. FINLAND Tel. +358-9-2280 30 Fax +358-9-2280 379
Työ ra po rtti-97-30 Syväkairaus KI-KR 2 Aänekosken Kivetyssä Tauno Rautio Suomen Malmi Oy Syyskuu 997
TEKIJÄORGANISAATIO : SUOMEN MALMI OY PL 0 0292 ESPOO TILAAJA: POSIVA OY Mikonkatu 5 A 0000 HELSINKI TILAUSNUMERO : 9702 97 IDI TILAAJAN YHDYSHENKILÖ : Dl Heikki Hinkkanen Posiva Oy URAKOITSIJAN YHDYSHENKILÖ : FM Tauno Rautio Smoy RAPORTTI: TYÖRAPORTTI-97-30 SYY ÄKAIRAUS KI-KR2 ÄÄNEKOSKEN KIVETYSSÄ TEKIJÄ: --, ) \~~.-~ Tauno Rautio FM geologi TARKASTAJA : Esko With johtaja Suomen Malmi Oy
2 Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajan omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.
CORE DRILLING OF DEEP BOREHOLE KI-KR2 AT KIVETTY IN ÄÄNEKOSKI 4 ABSTRACT Kivetty in Äänekoski is one ofthe four sites selected for detailed site investigations. The detailed site investigations will be carried out during years 993... 2000 As a part of the investigation programme Suomen Malmi Oy core drilled a 80.62 m deep borehole with a diameter of 56 mm in summer 997 at Kivetty. The identification number ofthe borehole is KI-KR2. A set of control measurements and the sampling ofthe tlushing water were carried out during the drilling. Both the volume and the conductivity of the tlushing water and the returning water were recorded as well as the pressure of the tlushing water. The objective of these measurements was to obtain more information :from bedrock and groundwater. Uranine was used as a label agentin the tlushing water. The volume ofthe used tlushing water was about 232 nt and the volume ofthe returning water was about 86m 3 At the end of the work the borehole was tlushed by pumping about 26 m 3 of water from the bottom ofthe borehole. The deviation ofthe borehole was measured with the deviation instruments Retlex - Maxibor and Boremac D2. The inclinations of the Maxibor measurement have been corrected based on the inclinations of the Boremac measurement. The results of the corrected Maxibor measurement indicate that the borehole deviates 22.25 m to the right and 88.60 m up at the depth of777 m. Core samples were photographed and they were logged by a geologist at the site. Uniaxial compressive strengt~ Young' s modulus and the Poisson' s ratio were measured from core samples. The average uniaxial compressive strength is 90 :MPa, the average Young's modulus 56 GPa and the average Poisson's ratio 0.2. The main rock types are porphyritic granite and granodiorite and homogenous granite and granodiorite. Fractures are mostly tight. However, in broken zones filled :fractures are dominating. The average fracture frequency is 3.27 pcs/m and the average RQD 92,6%. The borehole penetrated 6 broken zones. The totallength ofthe broken zones is 35.6 m, which is 4.6% ofthe total core length. Keywords: core drilling, borehole, :fracture, granite, granodiorite, control measurements, elastic parametres, deviation measurements
5 SYV ÄKAIRAUS KI-KR2 ÄÄNEKOSKEN KIVETYSSÄ TIIVISTELMÄ 3 ABSTRACT 4 SISÄLLYSLUETTELO 5. YLEISTÄ 7 2. TYÖNKUVAUS 2. Kallionäytekairaus 2.2 Näytteiden suuntaus 2.3 Huuhteluvesi-ja merkkiainejärjestelyt 2.4 Tarkkailumittaukset 2.5 Taipumamittaukset 2.6 Huuhtelupumppaus 2. 7 Näytteen rakennusgeologinen raportointi 2.8 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys 8 8 9 0 0 2 3 4 8 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3. Reiän sijainti ja taipuma 3.2 Reiän yläosan rakenne 2 2 22 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4. Kairanksen vaikutus näytteisiin 4.2 Kivilaatu 4.3 Rakoilu 4.4 Näytteen lujuus- ja muodonmuutosominaisuusarvot 23 23 23 26 28 5. TARKKAILUMITTAUSTULOKSET 5. Huuhteluveden sähkönjohtokyky 5.2 Huuhteluveden ja paluuveden määrä 5.3 Huuhteluveden paine 5.4 Pohjavedenpinnan korkeus reiässäja kaivossa 5.5 Kivijauhon määrä 30 30 3 3 32 32
6 6. YHTEENVETO 33 7. LIITTEET 7. Sijaintikartta 7.2 Toteutunut aikataulu 7.3 Kalustoluettelo 7.4 Reiän alkuosan rakenne 7.5 Rapautuneisuusaste 7.6 Rakoluettelo 7. 7 Katkossumma, rakoluku ja RQD 7.8 Näytehukka ja rikkonaisuus 7.9 Nostot 7.0 Suunnatut näytteet 7. Laatikkoluettelo 7.2 Kivilajikuvaus 7.3 Huuhteluvesinäytteet 7.4 Paluuvesinäytteet 7.5 T aipumamittaustulokset (Maxibor) 7.6 Taipumamittaustulokset graafisesti (Maxibor) 7.7 Taipumamittaustulokset (Boremac) 7.8 Taipumamittaustulokset graafisesti (Boremac) VALOKUVAT 34 35 36 37 38 39 9 06 07 08 0 2 4 6 7 22 25 3
7. YLEISTÄ Posiva Oy aloitti toimintansa vuoden 996 alussa. Yhtiön tehtävänä on huolehtia Teollisuuden Voima Oy:n ja Imatran Voima Oy:n käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoitukseen liittyvistä yksityiskohtaisista kallioperätutkimuksista Loviisan Hästholmenin, Kuhmon Romuvaaran, Äänekosken Kivetyn ja Eurajoen OJkiluodon tutkimusalueilla. Tutkimusten avulla selvitetään kallioperäominaisuuksia tähdäten käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoittamiseen syvälle Suomen kallioperään. Lopullinen sijoituspaikka valitaan vuonna 2000. Yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (Smoy) kairasi Posiva Oy:n tilauksen 9702/97/HH mukaisesti kesällä 997 kaksi tutkimusreikää Äänekosken Kivetyn tutkimusalueelle. Tutkimusreikien kairaus aloitettiin reiällä KI-KR2, jonka kairaus ja näytetulostus on esitetty tässä raportissa. Reiän halkaisija on 56 mm, lähtösuunta on 20,0 astetta, lähtökaltevuus 65,0 astetta ja reiän lopullinen pituus on 80,62 m. Reiän sijaintikartta on liitteenä 7.. Kairaustyön lisäksi tilaukseen kuului kairausnäytteiden geologinen raportointi ja näytteiden kalliomekaaniset lujuusmääritykset, reiän tekniset mittaukset, kairauksessa käytettävän veden tarkkailumittaukset, sekä reiän huuhtelu ja taipumamittaukset työn lopuksi ja loppuraportointi. Työn vastuuhenkilönä oli projektipäällikkö Tauno Rautio. Kallionäytekairauksen vastaavana työnjohtajana toimi Ville Teivaala. Geologisen raportoinnin työmaalla hoiti ja loppuraportin laati geologi Tauno Rautio. Raportissa mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Suojaputken suun ja maanpinnan erotus on 0,44 m suojaputken alareunaa pitkin mitattuna.
8 2. TYÖNKUVAUS 2. Kallionäytekairaus Reiän alkuosa, syvyysväli 0-40,7 m, porattiin kaivonporauskalustolla 4.7.997. Maaporaus suoritettiin 94 mm:n putkistolla, ulottaen poraus noin 3,30 m:n syvyyteen noin 0,30 m ehjään kallioon. Kallioporaus suoritettiin 65 mm:n teräkoolla. Porauksen jälkeen reikään asennettiin halkaisijaltaan 40/30 mm suojaputki, joka sementoitiin kallioon. Kone pystytettiin reiälle ja suoja-/ mammutointiputket asennettiin reikään 5-7.7.997. Kairaustyö aloitettiin 7.7.997. Reiän lopullinen syvyys, 80,62 m, saavutettiin.8.997. Toteutunut aikataulu on esitetty liitteessä 7.2. Kairaus tapahtui keskeytymättömänä kolmivuorotyönä. Työ kesti ilman aloitukseen ja!opetukseen liittyviä töitä yhteensä 588 h. Keskimääräinen kairausteho oli täten,30 metriä/terämiestunti Kairaustehot on esitetty taulukossa tavanomaista metri/terämiestunti ( m/tmh) yksikköä käyttäen. Taulukko. Kairaustehot Syvyysväli, Teho, Hu<ilm.! m m/tmh 40-00,50 Mammutointiputkien asennus 00-200,79 200-300,67 300-400,39 400-500,35 500-600,28 600-700,32 700-80 0,77 Sivusuuntamittaus, reiän huuhtelu, suojaputkien poisto Reiän kairauksessa käytettiin hydraulitoimista Diamec 000 -kairauskonetta, jossa syöttö-, nosto-, puomi- ja pyöritysyksiköt ovat vahvistettuja. Reikäkalustona oli T -56 kalusto, jolloin reiän halkaisija on 56 mm ja näytteen halkaisija 42 mm. Käytetty kalusto on esitetty liitteessä 7.3.
9 Kairauskaluston kuluminen terie~ reikäkaluston ja kairakoneen osalta oli keskimääräistä huomattavasti runsaampaa reiän syvyydestä johtuen. T -56 terällä kairattiin keskimäärin 2 m, kun keskimäärin T-56 -terällä kairataan 55 m. Huuhteluveden ja kivijauhon poistamiseksi reiästä kairanksen aikana käytettiin mammutointimenetelmää. Menetelmässä kompressorin avulla reiän laajempaan yläosaan letkujen kautta pumpattu paineistettu ilma tuo vettä ylös. Näin aikaansaadun vesikierron avulla kairauksessa käytettyä vettä ja siinä syntynyttä kivijauhoa poistuu reiästä. Ilmaletkuja laskettiin lähelle laajennetun reiän pohjaa, syvyyteen noin 39m, kolme kappaletta. 2.2 Näytteiden suuntaus Tavoitteena oli suunnata kallionäytettä mahdollisimman paljon. Suuntaus suoritettiin kairausputkiston ollessa ylhäällä laskemalla merkintäpiikki vaijerin varassa reikään. Syvyyden noin 400 m jälkeen merkkaus tapahtui kaksi kertaa kairausputkiston päähän tetyllä merkkauspiikillä reikään valuneiden irtokivien aiheuttaessa vaijerin varassa olevan merkkauslaitteen juuttumisriskin. Kummallakin merkintätavalla merkittäessä merkkauspiikki jättää merkin näytteen alaosaan. Kairaustajatkettaessa merkin antama tieto näytteen alapuolesta saadaan ylös ja näyte suunnataan lähtökaltevuus- ja suunta-asteikkojen avulla tapahtuvaa rakojen ja muiden taso- tai viivamaisten suureiden mittausta varten. Suuntaus suoritettiin 62 kertaa, joista 60 kertaa suoritettiin merkkauslaite vaijerin varassa ja kaksi kertaa merkkauslaite putkiston kärjessä. Suuntausmerkeistä jouduttiin erilaisten syiden takia hylkäämään 9 kpl. Epäonnistuneet suuntaukset johtuivat useista syistä. Näytteen kanta saattoi bioutua ajon aikana tai murskautua tai haljeta suunnattaessa, jättäen epäselvän merkin tai hävittäen sen kokonaan. Suurin syy merkkauksen epäonnistumiseen oli kuitenkin irtokivet, joiden johdosta suuntausmerkki oli epäselvä, virheellinen tai merkkiä ei ollut jäänyt suuntauksesta huolimatta. Irtokivistä johtui myös suuntausten puuttuminen syvyysväleiltä noin 300...400 mja 665... 80 m. Suunnattua näytettä saatiin yhteensä 278,62 m, jolloin kallionäytteestä saatiin 36,6 % suunnattuna. Yhdellä onnistuneella suuntauksena saatiin keskimäärin 6,48 m suunnattua näytettä. Yhtenäisten suunnattujen osuuksien vaihteluväli oli 0,62 m:stä 29,33 m:nn. Tulokset on esitetty liitteessä 7. 0.
0 2.3 Huuhteluvesi-ja merkkiainejärjestelyt Huuhteluvesi reiän KI-KR2 kairaukseen otettiin kaivoita KI-KA2, josta rakennettiin vesilinja kairauspaikalle. Reikä sijaitsee 550 m kaivoita kaakkoon. Kairauksen aikana käytettiin yhtä lasikuitusäiliötä (5 ml) varastosäiliönä, josta vesi pumpattiin suodattimen kautta kahteen merkkiainesäiliöön (3 m 3 ). Suodatinta käytettiin mekaanisten epäpuhtauksien suodattamiseksi. Suodattimen läpäisy oli 500 J.lm pienemmille hiukkasille. Reiän kairauksessa käytettiin ainoastaan merkittyä huuhteluvettä. Merkkiaineena käytettiin uraniinia eli natriumfluoresiinia. Uraniini on pulverimainen orgaaninen väriaine, joka hajoaa UV-säteilyn vaikutuksesta. Tämän takia merkkiainesäiliöt olivat peitettyidä pressuilla käytön aikana. Merkkiaineen laatu tarkistettiin ennen käyttöä Imatran Voima Oy:n laboratoriossa Vantaalla. Uraniini annosteltiin apteekissa valmiiksi,500 g annoksiksi pieniin lasipurkkeihin. Kairauspaikalla aineet liuotettiin yhteen litraan vettä. Liuotettu merkkiaine-erä sekoitettiin hitaasti 3 m 3 merkkiainesäiliöön huuhteluveden pumppauksen alkaessa ja pumppauksen aiheuttaman vedenkierron varmistaessa merkkiaineiden sekoittumisen. Jokaisesta valmistetusta huuhteluvesierästä otettiin näyte puhtaaseen muovipulloon ja pullo käärittiin alumiinifolioon. Pulloja säilytettiin jääkaapissa ennen tilaajalle luovuttamista. Merkkiaineen pitoisuutta käytetään määritettäessä vesinäytteiden edustavuutta. Huuhteluveden suunniteltu merkkiainepitoisuus oli 0,500 g/m 3 Yleensä merkkiainepitoisuus oli lähellä haluttua tasoa (liite 7.3), mutta muutamassa tapauksessa oli uranunipitoisuus hieman matalampi tai korkeamp~ ilmeisesti merkkiainetta oli liuotettaessa jäänyt lasipulloon vähäinen määrä tai edellisen erän merkkiainetta oli joutunut seuraavan erän mukaan. 2.4 Tarkkailumittaukset Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia ja otettiin näytteitä huuhteluvedestä. Näin pyrittiin saamaan lisäinformaatiota kallio-olosuhteista ja ennakoimaan mahdollisia kairausteknisiä ongelmia.
Kairauksessa käytettyjen huuhtelu- ja paluuvesimäärien mittaamisella seurattiin kuinka paljon huuhteluvettä jäi kallioperään. Huuhteluvesimäärän mittaamiseksi oli määrämittari asennettu huuhtelupuropuita tulevaan letkustoon. Paluuvesi mitattiin vedenkeräyslaitteistoon kuuluvan saostusaltaan ulostulopäästä. Huuhtelu- ja paluuvedestä otettiin vesinäytteitä. Huuhteluvedestä otettiin näyte jokaisesta vesisäiliöön tehdystä huuhteluvesierästä Paluuvedestä näyte otettiin kerran vuorokaudessa. Uraniinin valoarkuudesta johtuen näytteet käärittiin välittömästi ottamisen jälkeen alnmiinifolioon. Näytteitä säilytettiin jääkaapissa ennen analysointiin toimittamista. Liitteessä 7.3 on listattu merkkiaine lisäykset, huuhteluvedestä otetut näytteet, huuhteluveden sähkönjohtavuus ja uraniinipitoisuus. Liitteessä 7.4 on esitetty paluuvedestä otetut näytteet ja niiden uraniinipitoisuus. Huuhteluvedestä mitattiin sähkönjohtavuus jokaisesta erästä merkkiaineen sekoittamisen jälkeen. Palautuvasta huuhteluvedestä otettiin näytteitä joka ajon aikana sähkönjohtokyvyn määrittämistä varten. Palautuva vesi sisälsi kivijauhoa, jonka koostumus riippui kairatusta kivestä. Kivijauhon vaikuttaessa veden sähkönjohtokyk.yyn, otetut vesinäytteet, määrältään 2... 3 dl, suodatettiin 45 J.lm:n suodattimella kivijauhon poistamiseksi. Käsitehyjen näytteiden johtokyky mitattiin Philipsin johtokykymittarilla PW9529, joka antaa tulokset dimensiona ms/m redusoituna +25 C lämpötilaan. Mittakennon astiavakion tarkistamiseksi mittari kalibroitiin Imatran Voima Oy:n toimittaman suolaliuoksen avulla. Sähkönjohtokyvyn mittaus palautuvasta huuhteluvedestä tehtiin koko kairauksen ajan. Huuhteluveden paine kirjattiin aina ajon alkuvaiheessa tai paineen vaihtuessa. Paineen tarkkailemisella pyrittiin häiriöiden välttämiseen ja anomaalisten vettäjohtavien vyöhykkeiden paikallistamiseen kairanksen aikana. Huuhteluveden paine on suoraan verrannollinen reiästä syrjäytettävän vesipatsaan paineeseen. Ruhjeet aiheuttavat kuitenkin usein vedenvirtausta ja täten muuttavat huuhteluveden painetta. Kairanterän kuluminen ja näyteputken tukkeutuminen aiheuttavat myös virtausvastusta, joka nostaa putkistossa painetta. Pohjavedenpinnan korkeus reiässä mitattiin aina kun kairauksessa oli pitempi tauko. Kaivon pohjavedenpinnan korkeus mitattiin aamuvuoron aikana.
2 2.5 Taipumamittaukset Todellisen sijainnin selvittämiseksi mitattiin reiän pystysuuntainen taipuma- ja sivupoikkeama. Mittaukset tehtiin Reflex Maxibor ja Boremac D2 -taipuma-mittareilla. Maxibor -mittarissa on 6 m pitkässä putkessa kaksi heijastinrengasta 3 m:n välein ja putken taipuessa reiän mukaisesti, renkaiden keskinäinen sijainti muuttuu. Mittaus suoritetaan kuvaamalla renkaat Maxibor -putkessa olevalla videokameralla. Mittauksen jälkeen mittaustulokset purettiin ja tietokoneohjelmalla laskettiin jokaisen pisteen sijaintikoordinaatit käyttäen referenssinä aina edellistä tulosta. Lisäksi tulokset piirrettiin graafiseen muotoon. Laitevalmistajan ilmoittama tyypillinen tarkkuus on halkaisijaltaan 46 mm:n ja pituudeltaan 800 m:n reiässä +/- m. Boremac -mittarilla mitattiin pystysuunnan kaltevuusarvo heiluri/vastus periaatteella sähköisesti ja sivusuunnan suuntakulma sähkökompassin avulla. Tulokset tulostettiin, kuten Maxibor -tuloksetkin, sekä listauksena että graafisesti. Boremac -mittausten sivusuuntatarkkuus laitevalmistajan mukaan halkaisijaltaan 46 mm:n reiässä on +/- aste ja kaltevuuskulman tarkkuus 0, astetta. Koska molemmat mittarit on valmistettu pienemmille kalustoille, oli niihin asennettu keskittäjät mittauksen ajaksi. Lähtöpisteen koordinaatit ja lähtösuunta sidottiin tilaajan osoittamiin kiintopisteisiin. Reflex Maxibor -taipumamittari laskettiin reikään kairausputkiston osana. Boremac D2 -taipumamittari laskettiin reikään vaijerin varassa. Molemmat mittaukset tehtiin 3 m:n pistevälein. Lähtöpisteen koordinaatit ja lähtösuunta sidottiin tilaajan osoittamiin kiintopisteisiin. Lähtökaltevuus mitattiin erillisellä kaltevuusmittarilla. Maxibor -mittarilla mittaukset ulotettiin reikäsyvyydelle 783,00 m maanpinnasta mitattuna ja Boremac D2 -mittarilla reikäsyvyydelle 783,00 m maanpinnasta mitattuna. Reiän avoimuus tarkistettiin kairausputkistolla ja todettiin reiän olevan avoin pohjaan saakka.
3 2.6 Huuhtelupumppaus Loppusyvyyden saavuttamisen jälkeen reikää huuhdeltiin merkityllä vedellä. Reikäseinämien huuhtelulaitteena oli kaksoisliitin, jonka kehällä oli 90 asteen väliajoin halkaisijaltaan 5 mm:n reikä. Tällöin vesisuihkut suuntautuivat kohtisuoraan reiän seinämään. Putkistoa laskettiin vesipaineen päällä ollessa hitaasti alaspäin putkistoa samalla pyörittäen. Reikäseinämät huuhdottiin, jotta kallion rikkonaisuuksissa mahdollisesti olevat irtokivet tippuisivat reiän pohjalle. Erikoista huomiota tettiin syvyysvälillä 298-320 m sijaitsevaan tiheärakoiseen vyöhykkeeseen, josta tiedettiin kairauksen aikana vuotaneen irtokiviä reikään. Huuhteluun käytettiin merkkiaineella merkittyä vettä noin 5 45 L Reiän huuhtelun jälkeen reikää huuhdeltiin pumppaamajja vettä kairausputkiston kautta reiän pohjalta uppopumpun avulla. Pumppaus suoritettiin laskemalla putkisto reikään. Putkistoon oli syvyydelle noin 42 m asennettu ns. hetulatulppa, jolla estettiin veden pääsy tulpan alapuolelta suoraan pumpulle. Tulpan yläpuolelta putkisto nostettiin pois reiästä. Reikään laskettiin uppopumppu (Grundfos MP-) noin 30 m:n syvyyteen vaijerin varassa. Huuhtelua suoritettiin 2.8.997 klo 0.30 ja 3.8.997 klo.20 välisenä aikana. Huuhtelu lopetettiin veden ollessa silmämääräisesti kirkasta eli kunnes vedessä ei ollut havaittavissa kivijauhoa. Huuhtelemalla vettä nostettiin reiästä 25 800 eli keskimäärin vettä pumpattiin 039/h. UraniiDipitoisuus oli pumppauksen lopussa 240 ~g/.
4 2. 7 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi Näytteet pakattiin noin metrin pituisiin puisiin Iaatikoihin välittömästi näyteputken tyhjennyksen jälkeen. Geologi raportoi näytteet kairauspaikalle tuoduissa toimisto tiloissa. Näytteistä tehtiin seuraavat kuvaukset: rakoluettelo, näytehukka ja rikkonaisuus, suunnatut näytteet, katkossumma, rakoluku ja RQD-luku,, petrografia ja rapautuneisuusaste. Lisäksi kirjattiin nostot ja laatikko luettelo. Rakoluettelossa esitetään raon sijaintisyvyys reikäpituuden mukaisesti cm:n tarkkuudella näytteen keskilinjaan mitattuna. Rakojen ja muiden geologisten havaintojen sitominen on suoritettu korjattuun reikä- eli näytepituuteen. Tämä tarkoittaa, että esim. näytehukasta ja murtorenkaan luistamisesta aiheutuva virhe on korjattu muuttamajja ns. nostopalikan lukemaa näytelaatikossa. Mikäli näytehukka aiheuttaa, ettei paikkaa ole saatu mitattua varmasti on se erikseen luettelossa mainittu. Raon laatu kuvataan lyhenteillä: av= avoin ti =tiivis tä = täytteinen täha = täytteinen haarniskarako tämu = täytteinen mururako täsa = täytteinen savirako. Rakokulma on esitetty gooneina näytteen poikkisuunnan suhteen, jolloin siis näytteen pituusakselia vastaan kohtisuora suunta on 0 gon ja näytteen pituussuunta 00 gon. Rakopinnan väri on ilmoitettu ainoastaan raoista, joilla ylipäätään on jokin kivilajin omasta väristä poikkeava väri, ei pelkkä sävy. Merkittävimpiä poikkeavanvärisiä rakoja ovat täytteiset ja avoimet raot. Myös tiiviillä raoilla saattaa olla väri, mutta useimmiten tiiviin raon väri poikkeaa vain hieman kiven perusväristä. Tästä poiketen on tiiviiksi raoksi luokiteltu myös raot, joilla on selvä väri, mutta tällöin raot ovat kairausnäytteenä edelleen toisissaan ja tällöin on huomio -sarakkeeseen kirjoitettu "" tai "os" merkiksi, että niiden rakopinnat ovat toisissaan eli ne ovat luonnontilassa todennäköisesti vettä johtamattomia.
Raot, joissa on omamuotoisia tai osittain omamuotoisia kiteitä, on merkitty huomio sarakkeeseen "KITEIT Ä" -merkinnällä. 5 Rakopinnan väri (mineraalit) on kuvattu nelikirjaimisin lyhentein seuraavasti: rusk, vrus, tms (ruskea, vaaleanruskea, tummanruskea) harm, vhar, thar {harmaa, vaaleanharmaa, tummanharmaa) vihr, vvih, tvih (vihreä, vaaleanvihreä, tummanvihreä) puna, vpun, tpun (punainen, vaaleanpunainen, tummanpunainen) must (musta) kirk (kirkas) Mineraalit on ilmoitettu vain mikäli tunnistaminen on voitu tehdä täysin varmasti. Käytetyt mineraalinimikkeet on ilmoitettu kivilajien petrografisen kuvauksen yhteydessä. Rakopinnan värien sävyt on kuvattu siten, että perusvärin kolmikirjaimisen lyhenteem. eteen on liitetty sävyn tunnus yhdellä kirjaimella, esim.: prus (punaruskea) Rakopinnan muoto kuvataan lyhentein: tasa (tasainen, tasomainen) (epätasainen) kaar (kaareva) Rakopinnan laadun lyhenteet ovat: kark (karkea) pkar (puolikarkea) sile (sileä) Näytehukka voi aiheutua joko geologisista tekijöistä, usein kallion rapautuneisuudesta ja rikkonaisuudesta tai kairausteknisistä tekijöistä. Näytehukan sijaint~ määrä ja syy on paikallistettu raportoitaessa. Mikäli paikkaa ei ole saatu selvitettyä, on merkitty reikäväli,
jolla hukka on syntynyt. Näytehukan paikan ollessa epäselvä on mitat toisissa kuvauksissa merkitty "noin" -merkillä. 6 Kallion rikk:onaisuus on kuvattu näytehukan yhteyteen rakennusgeologisen luokituksen mukaisin termein seuraavasti: Riiii = murrosrakenteinen, tiheärakoinen, rakoluku yli 0 kpvm RiiV = ruhjerakenteinen RiV = savirakenteinen Katkossumma, rakoluku ja ROD-luku on esitetty reikäpituuden mukaan tasametrien väleille laskettuna. Katkossumma on kaikkien havaittujen näytekatkeamien lukumäärä ko. metrivälillä. Rakoluku on luonnonrakojen lukumäärä vastaavalla metrivälillä. Katkossumman ollessa rakolukua suurempi on kyseessä näytteenoton yhteydessä tai myöhemmän näytteenkäsittelyn yhteydessä tapahtunut tabajjinen tai tahaton näytteen katkeaminen. Rakoluvun ollessa katkossummaa suurempi on näytteessä tiiviitä rakoja, joiden rakopinnat ovat edelleen lujasti toisissaan. RQD-luku esittää yli 0 cm pituisten, luonnonrakojen katkaisemien tai niitä sisältämättömien näytepalojen prosentuaalisen osuuden em. metrivälillä. Luettelo näytteen nostoista esitetään, kuten se näytelaatikkoon sijoitettuihin nostopalikoihin on merkitty. Mikäli näytteen mittauksessa on geologin havaitsemana virhe, on nostopalikkaan muutettu oikea syvyys. Näin ollen nosto tarkoittaa nimenomaan näytteen syvyyttä. Reiän syvyys voi olla suurempi esim. murtorenkaan pettäessä, jolloin osa näytteestä voi jäädä reikään ja tulee ylös vasta seuraavan kairauskerran yhteydessä. Nostot on esitetty liitteessä 7.9. Suunnatuista näytteistä on luetteloon kirjattu jokaisen sellaisen noston syvyys, jossa suuntausmerkintä on suoritettu. Samoin on merkitty suunnatun näytteen alku- ja loppusyvyydet, sekä suunnatun näyteosuuden pituus. Mikäli merkki on ollut kelvoton tai sitä ei kairaajantekemästä "SN"-tunnuksella varustetun noston yläpäästä ole löydetty, on tästä tehty merkintä luetteloon.
7 Laatikkoluettelossa esitetään kunkin näytelaatikon sisältämän näytteen alku- loppupäiden näytepituudet. Laatikkoluettelo on esitetty liitteessä 7.. ja Rapautuneisuusasteesta käytetyt lyhenteet ovat seuraavat: RpO = rapautumaton Rp = vähän rapautunut Rp2 = runsaasti rapautunut Rp3 = täysin rapautunut Petrografinen kuvaus perustuu rakennusgeologiseen kallioluokitukseen. Kukin kivilaji on yksilöidysti esitetty kertaalleen ja vain muutosten osalta kuvailtu uudelleen. Raekoko on jaoteltu seuraavasti: tiivis, lasitnainen hienorakeinen keskirakeinen karkearakeinen suurirakeinen << mm <mm... 5mm 5... 50 mm >50 mm Mineraalikoostumus on esitetty kvalitatiivisest~ silmämääräisen paljousjärjestyksen mukaan. Mineraaleista käytetyt lyhenteet ovat seuraavat, luettelossa ovat mukana myös rakoilussa käytetyt mineraalinimikkeet: Kv= kvartsi Ms = maasälvät eli kalimaasälpä ja/tai plagioklaasi Kl = kiillemineraalit, biotiitt~ muskoviitt~ serisiitti AP = amfiboli- ja pyrokseenimineraalit Kr = karbonaattimineraalit TK = talkki ja kloriitti Sa = savimineraalit Kiis = kiisumineraalit Ruost = ruoste Hiek = hiekka
Mikäli muita mineraaleja tai aineita on esiintynyt, on ne erikseen mainittu ja niiden nimi kirjoitettu kokonaan. 8 Rakenne (osasten järjestyneisyysaste) kuvataan termeillä: massamainen, liuskeinen, seoksinen, M L S Liuskeisuusaste on nelijakoinen: suuntaukseton 0 heikko kohtahrinen 2 voimakas 3 Osasten järjestyneisyysasteen ja liuskeisuusasteen kuvauksessa ovat seuraavat muunnokset mahdollisia: MO, Ml, L2, L3, SO, Sl, S2, 83. Lisäksi kukin näytelaatikko värivalokuvattiin sekä kuivana että kastehuna valokuvaajan toimesta. V aiokuvat (kastellut) on esitetty raportin lopussa liitteessä 7.9. 2.8 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys Kivilajien fysikaalisia ominaisuuksia määritettiin kenttäkäyttöön soveltuvalla Rock Tester -laitteistolla. Näytteistä mitattiin yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus pistekuormituskokeen avulla sekä Kimmokerroin E ja Poissoninluku v nelipistetaivutuskokeen avulla. Määritykset tehtiin vähintään 30 m:n pistevälein sekä aina kivilajin vaihtuessa. Kimmokerrointa E, Poissoninlukua v ja taivutusvetolujuutta (Modulus of Rupture) Smax määritettäessä nelipistetaivutuskokeella uloimmat tuet (L) asetettiin 60 mm etäisyydelle toisistaan ja sisemmät tuet (U) 48 mm etäisyydelle toisistaan. Koejärjestely on esitetty kuvassa.
9 u L>3,5D D~U~U3 L Kuva. Nelipistetaiwtuskoe Nerlipistetaivutuskokeesta kimmomoduli, E, määritetään seuraavalla kaavalla: missä cra on puristusjännitys ja Ea siirtymä näytteen akselin suunnassa. Poissonin luku v määritetään kaavalla: V = E r f E a (2), jossa Er on siirtymä näytteen säteen suunnassa. cra mitataan paineantwilla. Ea ja Er mitataan venymäliuskoilla ja laskentayksikkö suorittaa laskutoimitukset yllä esitettyjen kaavojen mukaan. Yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus crc määritettiin epäsuorasti pistekuormituskokeen avulla. Kokeesta saatu pistekuormitusindeksi lsso kerrottiin luwlla 24, jolloin se vastaa yksiaksiaalista puristusmurto lujuutta. Kokeessa näyte asetetaan pistemäisten leukojen väliin ja kuormitusta kasvatetaan, kunnes murtuminen tapahtuu (kuva 2). Pistekuormitusindeksi saadaan laskettua murtoon tarvittavan kuormituksen awlla. Testin tulos tulee hyväksyä ainoastaan, jos murtopinta kulkee molempien kuormituspisteiden kautta. Pistekuormitusluku ls lasketaan kaavalla:
20 p = s Dz (3), missä P = murtokuormitus D = näytteen halkaisija Pistekuormitusluku on riippuvainen näytteen halkaisijasta ja se korjataan pistekuormitusindeksiksi Isso kaavojen 4 ja 5 awlla. Näinollen näytteen koolla ei ole vaikutusta tulokseen. F=(:or45 (5) + D L >0,5D ' Kuva 2. Pistekuormituskoe
2 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3. Reiän sijainti ja taipuma Reiän KI-KR2 lähtösuunta on 20,0 astetta ja lähtökaltevuus 65,0 astetta. Reikä- eli näytepituuden 0-pisteenä käytettiin maanpintaa. Niinpä kaikki mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Reiän koordinaatit ovat taulukossa 2. Maxibor-mittaus on esitetty listauksena liitteessä 7.5 ja projektiopiirroksina liitteessä 7.6. Boremac-mittaus on esitetty listauksena liitteissä 7.7 ja projektiopiirroksina liitteessä 7.8. Liitteissä 7.6 ja 7.8 (/3) ylempi kuva esittää reiän taipumaa sivusuunnassa maanpintatasoon projisoituna. D-akseli esittää teoreettista taipumattoman reiän maanpintaprojektiota. Alempi kuva esittää reiän pystysuuntaista taipumaa, kaltevuuden muutosta niin, että akseli Z esittää teoreettista taipumattoman reiän kaltevuutta reiän suuntaiselle leikkaustasolle. Projektioiden mittakaava vaihtelee niin, että reiän pituus esitetään aina samana riippumatta sen todellisesta pituudesta. Eri laitteilla saaduissa tuloksissa olevat erot johtuu laitteistojen asettumistarkkuudesta halkaisijaltaan 56 mm:n reikään. Lisäksi vähäiset magneettisista häiriöt vaikuttavat Boremac-tuloksiin. Lisäksi Maxibor-mittauksissa todettiin kaltevuuksissa eroja sekä PPinklinometrillä tehtyihin mittauksiin, että Boremac -laitteistolla tehtyihin mittauksiin. Boremac- ja PP-inklinometrin tulokset ollessa keskenään vastaavia. Mittausmenetelmien välillä havaittujen laitteistoerojen vuoksi on lopullista tulostusta varten Maxibormittauksen kaltevuus korjattu Boremac-mittauksen kaltevuustuloksen perusteella. Tämän jälkeen on laskettu Maxibor-mittauksen mukaiset reiän sijaintitiedot Korjatun Maxibor-mittaustuloksen mukaan reikäsyvyydessä 777,00 m saadaan sivusuunta-poikkeamaksi 22,55 m oikealle ja pystypoikkeamaksi 88,60 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeamaksi lähtösuunnasta saatiin Maxibor - laitteistolla,8 %. Boremac D2 -taipumamittarilla saatiin reikäsyvyydessä 776,00 m saadaan sivusuuntapoikkeamaksi 46,94 m oikealle ja pystypoikkeamaksi 83,43 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeamaksi lähtösuunnasta saatiin Boremac - laitteistolla 2,3 %.
22 Boremac -mittauksen kaltevuuksilla korjatun Maxibor-mittauksen mukaan lasketut koordinaatit valtakunnallisessa XYZ -koordinaatistossa syvyydeltä 783 m on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Reiän KI-KR2 koordinaatit Pisteen sijainti X y z Lähtöpiste,kallionpinta 6.968. 778,50 3.433.625,34 8,36 Lähtöpiste, putken suu 6.968. 778,70 3.433.625,50 8,76 Loppupiste (783 m) 6.968.435,80 3.433.40,44-485,54 3.2 Reiän yläosan rakenne Ennen kallionäytekairauksen aloittamista porattiin alkureikä kaivonporauskalustolla 40,7 m:n syvyyteen. Maaporaus suoritettiin 94 mm:n putkistolla, maaputki porattiin noin 0,30 m syvyyteen kallioon. Yhteensä maaporausta tehtiin 3,30 m. Tästä jatkettiin kallioporauksena 65 mm:n teräkoolla. Porauksen jälkeen reikään asennettiin halkaisijaltaan 40/30 mm suojaputki, joka sementoitiin kallioon. Maaputki katkaistiin maanpinnan tasoon. Reikään asennetun suojaputken 40/30 mm alapäässä on suppilo, jonka tarkoituksena on helpottaa reikämittauskaluston laskemista reikään. Suppilosta alkava putki on kooltaan 64/57 ja se on varustettu oikeankätisellä kierteellä, johon kairauksen aikana suojaputket tettiin. Sementin pääsy putken sisään estettiin varustamalla putki umpinaisella levyllä, joka kairauksen alkaessa poistettiin kairaamalla. Syvyydeltä 40,7 m kairaus tapahtui T -56 kalustolla. Reiän yläosan rakenne on esitetty liitteessä 7.4. Työn lopuksi reiän yläpäähän vaiettiin teräsbetonilaatta, pinta-alaltaan,0 x,0 m 2, maapeitteen päälle. Betonilaatta ankkuroitiin raudoituksilla 94/84 mm:n suojaputkeen ja maahan. Putken suu suljettiin lukittavalla tulpalla.
23 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4. K.airauksen vaikutus näytteisiin Näytehukan syntymiseen johtanutta näytteen rikkoutumista tai jauhautumista tapahtui kaikkiaan 0,77 m. Näytehukkaa syntyi sekä kairausteknisistä syistä että tiheärakoisen kallion jauhautumisen tuloksena. Kairausteknistä näytehukkaa syntyi neljällä syvyysvälillä yhteensä 0,32 m teräputken laakerin rikkoutumisen, näytekannan jauhautumisen ja näytepalan puuttumisen johdosta. Tiheärakoisen kallion jauhautuessa näytehukkaa syntyi yhteensä 0,45 m syvyysväleillä 30,30-302,9 mja 757,90-759,00 m. Muuta näytehukkaa ei reiän kairauksen aikana tullut, vaikkakin paikoin esiintyi näytteen rikkoutumista tiheärakoisten kalliovyöhykkeiden lävistämisen yhteydessä. Näytehukka on esitetty yhdessä kallion rikkonaisuusasteen kanssa liitteessä 7. 8. 4.2 Kivilaatu Alueen kallioperä koostuu graniittiluokan kivilajeista. Tällä reiällä vallitsevia ovat porfyyrinen graniitti ja granodioriitti, joista molemmista esiintyy tasarakeiset muunnokset. Sulkeumina ja kapeina juonina on kvartsia, pegmatiittia ja kaksi tummaa kiillepitoista murskaletta. Kivilajien nimitykset perustuvat soveltuvin osin Kivetyn kivilajeille aiemmissa tutkimuksissa suoritettuihin luokitteluihin. Kairausnäytteiden mukaan kallio on pääosin rapautumatonta. Yleensä vain lähinnä tiheärakoisten vyöhykkeiden yhteydessä on lievästi rapautuneita vyöhykkeitä. Kohtalaisesti rapautuneita vyöhykkeitä lävistettiin kaksi, molempien liittyessä samaan voimakkaasti rakoilleeseen vyöhykkeeseen välillä 298,56 39,79 m. Rapautumattomissakin osuuksissa on havaittavissa paikoitellen osassa plagioklaasikiteitä samentumista. Liitteessä 7.5 on esitetty kivilajien rapautuneisuusaste. Reiän alkuosissa on vallitsevana graniitti, josta esiintyy porfyyristä ja tasarakeista muunnosta. Näistä porfyyrinen muunnos on vallitseva. Porfyyrisessä graniitissa hajarakeet ovat yleensä noin 0 mm läpimitaltaan ja suurimmat löydetyt hajarakeet ovat
24 noin 20 mm läpimitaltaan. Hajarakeita on myös usein vähän. Perusmassa on keskirakeista,.. 5 mm. Graniitti on pääasiallisesti massamaista ja suuntautumatonta, MO, mutta siinä on heikosti suuntautuneita osia, Ml. Päämineraalit ovat maasälvät, kvartsi ja biotiitti. Tasarakeiseksi graniitiksi nimetyn kivilajin koostumus on porfyyrisen graniitin kaltainen. Raekoohaan tasarakeinen graniitti on hienompirakeista, 0,... 3 mm, kuin porfyyrinen muunnos. Samoin sillä on myös usein kohtalaisesti suuntautuneita osuuksia. Granodioriitista esiintyy myös kahdenlaista muunnosta. Porfyyrinen granodioriitti on vallitseva, mutta granodioriitilla on myös tasarakeinen muunnos. Porfyyrisessä granodioriittissa hajarakeet ovat normaalisti hyvinkin isokokoisia 0... 20 mm, suurimpien ollessa jopa yli 40 mm läpimitoiltaan. Hajarakeita on myös erittäin runsaasti. Kivi on massamaista ja suuntautumatonta, MO. Perusmassa on keskirakeista,.. 5 IlIlL Siinä on runsaasti tummia mineraaleja. Päämineraalit ovat maasälvät, kvarts~ biotiitti ja sarvivälke. Tasarakeista granodioriittia esiintyi porfyyrisen granodioriitin yhteydessä. Mineraalikoostumuksehaan ne muistuttivat porfyyristä granodioriittia, tosin paikoin niiden koostumus vaikuttaisi olevan silmämääräisest~ makroskooppisesti arvioiden lähellä graniittia. Tasarakeinen granodioriitti on keskirakeista,... 5, ja useimmiten suuntautumatonta, mutta myös siinä on suuntautuneita osuuksia. Lisäksi esiintyi pieninä osueina karkearakeisia pegmatiitteja ja muutamia kvartsijuonia. Pegmatiitti on raekoohaan karkearakeista. Pegmatiitissa päämineraaleina ovat maasälvät ja kvarts~ lisäksi esiintyy paikoin kiilteitä Kivilajien kuvaus syyyyksittäin on esitetty liitteessä 7.2. Kuvassa 3 on esitetty kivilajit ja rakotiheysjakauma graafisesti.
~ ~ ~ c 'C e= ':: ~- fl) 25 40m SELITYS KIVILAJIT 00m ~~ ~ <? PORFYYRINEN GRANIITII TASARAKEINEN GRANIITII PORFYYRINEN GRANODIORllTTI 200m TASARAKEINEN GRANODIORllTTI RAKOILU 300m 400m D Harvarakoinen ( < ) Elli. Vähärakoinen ( - 3) - Runsasrakoinen ( 3-0) Tiheärakoinen ( > 0 ) 500m 600m 700m 800m Kuva 3. Kivilajit ja rakoilu, reikä KI-KR2
26 4.3 Rakoilu Reiässä ovat vallitsevia tiiviit raot. Avoimia rako ja esiintyy yleisesti reiän alkuosassa aina syvyydelle 50 m asti. Sen alapuolella avoimia rakoja tavataan lähinnä joissain tiheärakoisissa vyöhykkeissä. Täytteisiä rakoja esiintyy tasaisesti koko reiän matkalla, joskin täytteiset ovat selvästi vallitsevampia tiheärakoisissa vyöhykkeissä, kun taas tiiviit raot ovat vallitsevampia harva- ja vähärakoisissa osissa. Tiiviit raot ovat värittömiä tai niiden väritys on erittäin vaalea kiven oman värin erottuessa selvästi. Tiiviiden rakojen rakopinnat ovat toisissaan. Tyypillisessä avoimessa raossa väri on voimakkaan ruskea, värin ollessa irtonaista ja tahraavaa. Raon muoto on myös usein epätasainen ja laatu puolikarkea. Useimmissa täytteisissäkin raoissa rakojen vastakkaiset pinnat ovat hyvin yhtenäiset ja niissä on vain ohut silaus täytemateriaalia. Joissain täytteisissä raoissa väri on ruskeaa, mutta tällöin niiden väri ei ole tahraavaa ja materiaali on kiintonaista. Jos täytteinen rako oli näytteessä edelleen -iskostuneena, on se saatettu lukea tiiviiksi. Tällöinkin rakojen täytemateriaali on havainnoitu ja täytepaksuus huomioitu. Täytteisissä raoissa täytemateriaali on yleensä väriltään tummanvihreää tai mustaa (kloriittia), ruskeaa (ruostettalhematiittia), tai harmaata tai valkoista (yleensä karbonaattia). Paikoin esiintyy karbonaattia myös pieninä omamuotoisina kiteinä. Karbonaatin esiintyessä kiteisessä muodossa on täytteen paksuus usein useita millimetrejä. Karbonaatin lisäksi kairauksessa lävistettiin vain muutamia rakoja, joissa on paksummalti täytettä. Yleensä täytemateriaali oli tällöin jauhaantunutta rapautunutta kiviainesta (hiekkaa) tai savea. Murutäytteisiä rakoja lävistettiin 29 kpl ja savitäytteisiä rakoja 7 kpl. Yleensä muru- ja savitäytteiset raot keskittyivät rikkonaisiin, tiheärakoisiin vyöhykkeisiin, eikä niitä usein esiintynyt näiden vyöhykkeiden ulkopuolella. Haarniskapintaisia rakoja lävistettiin 36 kpl. Haarniskarakoja on kauttaaltaan reiän pituudelta. Yksityiskohtaiset tiedot raoista ovat liitteessä 7.6. Rakoilun kaadesuunnista voimakkaimmin on esillä pystysuuntainen rakoilu, kaarlesuunnalla 245-255gon. Muita tärkeitä suuntia ovat loivat lähes vaaka-asentoinen rakoiinsuunta ja pystyrakoilu 80-90gon kaateella kaadesuuntaan 60-70 800 Kuvassa 4 on taipumamittaustulosten mukaan korjatut rakojen kaadesuunnatlkaateet esitetty alapalloprojektiona.
27 Kallion rakoluku on keskimäärin 3,27 kpllmja RQD -luku on 92,6 %. Reiän alussa kallio vaihtelee runsasrakoisesta vähärakoiseen sisältäen kuitenkin useita tiheärakoisia vyöhykkeitä. Kallion rakoluku on reiän alussa, reikävälillä 40-30 m, keskimäärin 3,4 kpl/mja RQD-luku on 92 %. Tämän jälkeen, reikävälillä 30-65 m, kallion rakoluku on pääasiassa runsas-tiheärakoista sisältäen muutamia kapeita vähä-harvarakoisia osuuksia. Välillä 30-65 m kallion rakoluku on keskimäärin 4,9 kpllm ja RQD on 87 %. Välillä 65-22 m kallio on pääasiallisesti vähärakoisesta runsasrakoiseen tiheärakoisten vyöhykkeiden puuttuessa. Rakoluku on tällä välillä keskimäärin 2,8 kpl/mja RQD-luvun 98, %. Välillä 222-329 m on useita merkittäviä tiheä- ja runsasrakoisia vyöhykkeitä. Rakoluku onkin tällä välillä keskimäärin 6,0, RQD-luvun ollessa 79,7 %. Loppureiän osalta kallio on pääosin vähärakoista, jossa on lukuisia harvarakoisia osuuksia ja joitain runsas- ja tiheärakoisia vyöhykkeitä. Reiän loppuosalla kallion rak:oilutiheys on keskimäärin 2,6 kpl/m ja RQD on 95 %. Kuvassa 3 on kallion rakoluku ja kivilajit esitetty graafisesti. Liitteessä 7.7 esitetään rakoluku, katkossumma ja RQD-luku. Rikk:onaisia osuuksia lävistettiin 6 kpl. Osuudet ovat kaikki murrosrakenteisia, täytemateriaalin ollessa raoissa vähäistä. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelevat välillä 0,3... 2,23 m. Yhteensä rikkanaisia osuuksia on 35,6 m, joka on 4,6 % reiän kokonaisnäytemäärästä. Liitteeseen 7.8 on merkitty kallion rikkonaisuusvyöhykkeet. N Prosenttikäyrät: 2, 5, 8 Kuva 4. Taipumamittaustulosten (Boremac -mittaus) mukaan korjattujen rakojen kaadesuunnatlkaateet alapalloprojektiona
28 4.4 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet Näytteistä määritettiin lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet vähintään 30 m:n välein sekä myös kivilajin vaihtuessa. Määrityksiä tehtiin 26 kpl. Kivilajeina vaihtelee graniitti ja granodioriitti. Graniitti on keskirakeista, hienorakeista, porfyyrista sekä suuntautunutta. Myös granodioriitilla on samat ominaisuudet. Lujin kivilaji on hienorakeinen graniitti, heikoimman ollessa suuntautunutta graniittia. Porfyyrisen graniitin ja porfyyrisen granodioriitin lujuusarvot ovat samat, mutta porfyyrinen granodioriitti on huomattavasti jäykempää ( kimmokerroin on n. 40 % suurempi). Graniittiaja granodioriittia vertaillessa huomataan, että granodioriitti on hieman lujempaa, varsinkin taivutuslujuuden osalta ja että granodioriitti on n. 20 % jäykempää. Laboratoriokokeiden tulokset on esitetty taulukossa 4, jossa on myös laskettu lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien keskiarvot kivilajeittain. Puristuslujuus, kimmokerroin ja taivutuslujuus syvyyden funktioina on esitetty kuvassa 5. c g J 0 E 52 -- -" " 300 -------------; 250 200. :. f; 50 ~- -. ' ' 00. ' ' ' '. ''... '.... - ', ' at. Puristuslujuus [MPa].- - Kimmokerroin [GPa] -- - Taivutuslujuus [MPa] ' '. '.' ' ------r- 35.00 30.00 25.00 SCi Q.!. 20.00! ::: -= "i 5.00.a ::: > ; 0.00 ~ 50 5.00 0 +---~---+---+---+----+---+---,---+---+ 0.00 0.0 00.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 Syvyys[m] Kuva 5. Puristuslujuus, kimmokerroin ja taivutuslujuus syvyyden funktiona
29 Taulukko 4. Laboratoriokoetulosten yhteenveto. Kimmokerroin (E), Poissoninluku (v), pistekuormitusindeksiksi (Isso), yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus ( O'c) ja taivutusvetolujuus (Smax) Syvyys E V lsso lsso ac O'C2 Smu Kivilaji m GPa MPa MPa MPa MPa MPa 4.0 46.35 0.23 7.03 6.8 69 64 3.67 graniitti 7.0 37.43 0.3 7.54 8.42 8 202 6.79 graniitti 0. 35.53 0.6 4.93 6.43 8 54.39 graniitti suuntautunut 30.3 54.3 0.23 0.33 9.9 248 238 22.2 graniitti hienorak. 59.7 66.40 0.23.68. 280 267 2.70 graniitti hienorak. 89.6 40. 0.20 7.99 6.96 92 67 4.93 porfyyrinen graniitti 28.5 43.32 0.7 6.83 7.29 64 75 4.28 porfyyrinen graniitti 248.6 45.7 0.3 6.48 8.26 56 98 5.37 porfyyrinen graniitti 278.0 52.59 0.2 9.27 7.32 223 76 6.52 porfyyrinen graniitti 307.4 48.33 0.7 7.04 6.73 69 62. graniitti suuntautunut 336.5 58.7 0.20 8.50 9.70 204 233 6.00 graniitti 366.5 67.3 0.2 2.09 0.94 290 262 27.4 graniitti hienorak. 396.0 49.59 0.22 8.63 7.93 207 90 6.84 porfyyrinen graniitti 426.6 4. 0.22 0.47 9.02 25 27 7.4 graniitti 456.6 60.65 0.25 9.23 6.92 22 66 7.7 porfyyrinen graniitti 486.0 68.83 0.30 6.82 6.38 64 53 2.6 porfyyrinen graniitti 56.0 62.48 0.2 0.72 9.25 257 222 23.0 granodioriitti 545.5 45.02 0.20 7.0 8.75 68 20 20.57 granodioriitti 575.0 85.88 0.30 8.90 8.07 24 94 2.30 porfyyrinen granodioriitti 605.0 70.34 0.23 7.77 8.5 86 204 9.5 porfyyrinen granodioriitti 634.5 80.80 0.29 7.2 7.07 7 70 7.78 porfyyrinen granodioriitti 664.5 66.07 0.23 5.82 5.05 40 2 3.77 porfyyrinen granodioriitti 694.0 60.6 0.20 9.77.60 235 278 24.78 granodioriitti 724.8 45.67 0.9 7.54 8.5 8 204 5.63 granodioriitti 754.4 60.94 0.23 7.8 6.37 87 53 7.52 porfyyrinen granodioriitti 783.2 73.74 0.24 7.58 7.3 82 76 7.00 porfyyrinen granodioriitti keskiarvo 56.38 0.2 8.8 96 7.6 keskihaj. 3.54 0.04.68 40 4. kaikki ~eskih~.% 24% 20% 2% 2% 24% keskiarvo 45.77 0.20 8.44 202 5.90 keskihaj. 9.04 0.05.28 3.56 graniitti ~eskihaj.% 20% 23% 5% 5% 0% keskiarvo 62.55 0.22.0 264 23.74 keskihaj. 7.30 0.0 0.8 20 3.8 graniitti hienorakeinen keskihal-% 2% 5% 7% 7% 3% keskiarvo 4.93 0.7 6.28 5.25 keskihaj. 9.05 0.0 0.94 23 0.20 graniitti suuntautunut ~eskihaj.% 22% 4% 5% 5% 2% keskiarvo 5.47 0.2 7.59 82 5.32 keskihaj. 0.2 0.05 0.97 23.75 porfyyrinen graniitti ~eskihaj.% 20% 26% 3% 3% % keskiarvo 53.33 0.20 9.4 29 2.02 keskihaj. 9.28 0.0.54 37 3.99 granodioriitti ~eskihal-% 7% 4% 7% 7% 9% keskiarvo 72.96 0.25 7.28 75 6.25 keskihaj. 9.25 0.03.0 26 2.63 porfyyrinen granodioriitti ~eskihaj.% 3% 3% 5% 5% 6% lujuuksllle on laskettu yhdtstetty kesktarvo
30 5. TARKKAILUMITTAUSTULOKSET 5. Huuhteluveden sähkönjohtokyky Kairauksen aikana seurattiin sekä huuhteluveden sähkönjohtavuutta että reiästä palautuvan veden sähkönjohtavuutta. Huuhteluveden sähkönjohtavuus mitattiin jokaisesta merkkiaine-erästä merkkiaineen sekoittamisen jälkeen. Sähkönjohtavuus vaihteli v8.lillä 7,0...,0 ms/m. Tulokset on esitetty liitteessä 7.3. Palautuneen veden sähkönjohtokyky vaihteli erittäin vähän, yleensä sähkönjohtavuus vaihteli välillä 2,0... 5,0 ms/m, korkeimmillaan sähkönjohtavuus oli kuitenkin 2,0 ms/mja matalimmillaan vain 9,0 ms/m. Mittaustulokset palautuvasta huuhteluvedestä on esitetty graafisesti kuvassa 6. 25 ~----------------------------------------------~ e 20 - en e ~ 2 0 5 f-.e 0 s:r :0 ~ :t'd 0 - en 5 ~--------~~--------~'--------~--------~'------~ 0 200 400 600 800 000 Reiän syvyys, m Kuva 6. Palautuneen veden sähkönjohtokyky
3 5.2 Huuhteluveden ja paluuveden määrä Kairauksen ja reiän huuhtelun aikana käytettiin merkittyä huuhteluvettä 232,3 m 3 Kairauksen aikana vettä palautui reiästä määrämittarin kautta 4,8 m 3 Määrämittarin ohi vettä palautui kairausputkien nostojen yhteydessä arviolta 44 m 3 Täten kairauksen aikana palautui vettä reiästä yhteensä noin 86 m 3 Huuhtelupumppauksen aikana vettä pumpattiin reiästä noin 26 m 3 Yhteensä kairauksen aikana vettä pumpattiin reikään arviolta 20 ml enemmän kuin reiästä poistui vettä työn aikana. Kuvassa 7 on esitetty huuhteluveden ja määrämittarin kautta palautuneen paluuveden määrät kumulatiivisesti. 250 r---------------------------------------------~ 200 3 :a"' 50 ~. ~ t= 00 :) ~ > 50... ---------.. ----- ---------------- ---- -- -------------------------... -"'---- 0 200 400 600 800 Reiän syvyys, m - Huuhteluvesi... Paluuvesi 000 Kuva 7. Käytetyn huuhteluveden ja paluuveden määrät kumulatiivisesti 5.3 Huuhteluveden paine Huuhteluveden paine kohosi tasaisesti työn aikana syvyyden lisääntyessä. Reiän alussa paine oli 0,8...,0 :MPa kohoten syvyyden lisääntyessä. Rikkonaisuusvyöhykkeessä noin 300m paine tipahti nollaan kohotenjälleen vähitellen tiheätakoisen vyöhykkeen läpäisyn jälkeen. Tämän vyöhykkeen alussa myös huuhteluveden palautuminen reiästä loppui. Uudelleen paine putosi noin,0 MPa:n syvyydessä noin 757 m tiheätakoisen vyöhykkeen läpäisyn yhteydessä. Huuhteluveden paineen käyttäytyminen on esitetty kuvassa 8.
32 40 L.. tu..c 30 ai c "(ij Q_ c Q) 20 "0 Q) > ::::s Q)....r:. ::::s 0 ::::s :c 0 ~~------~---L----L---------~--------~------~ 0 200 400 600.. 800 000 Reiän syvyys, m Kuva 8. Huuhteluveden paineen vaihtelu 5. 4 Pohjavedenpinnan korkeus reiässä ja kaivossa Pohjavedenpinta kaivossa oli ennen kairausta noin 4,4 m:n syvyydessä putkensuulta mitattuna. Kairauksen aikana, aikavälillä 5.7-6.8, vettä pumpattiin kairauksen tarpeisiin ja koneen jäähdytykseen noin 806 m 3. Pohjavedenpinta vaihteli tällöin kaivossa välillä 9, 0-25,60 m putken suulta mitattuna. Pohjavedenpinnan korkeus mitattiin reiässä aina taukojen jälkeen. Pohjavedenpinta pysytteli aluksi tasolla 9,2-0,4 m maanpinnasta mitattuna, mutta laski reikäsyvyyden noin 30mjälkeen tasolle 5,0-6,80 m maanpinnasta mitattuna. 5. 5 Kivijauhon määrä Reiästä poistunut kivijauho kerättiin altaaseen ja sen määrä mitattiin. Reiästä poistui noin 355 märkää kivijauhoa. Koska reikä on kairattu 56 mm ulkoläpimittaisilla terillä, terän työstämän alueen tilavuus eli reiästä kivijauhona irronneen kiven kuntotilavuus on, 2 Vm. Kokonaisuudessaan reiästä irtosi 852 l kiveä. Jos märän kivijauhon löystymiskerroin on,7 saadaan sen tilavuodeksi jauheena noin 447 l. Tällöin noin 25 % kairauksen aikana syntyneestä kivijauhosta poistui reiästä kairauksen ja sitä seuranneen huuhtelupumppauksen aikana.
33 6. YHTEENVETO Käytöstä poistetun ydinpolttoaineen yksityiskohtaisiin sijoituspaikkatutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (SMOY) kairasi kesällä 997 Äänekosken Kivetyn tutkimusalueelle loppusyvyydeltään 80,62 m:n pituisen kairanreiän. Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia ja otettiin näytteitä huuhteluvedestä. Tarkkailumittauksia olivat huuhtelu- ja paluuveden sähkörtiohtokykymittaukset, huuhteluveden paineen ja huuhteluvesi-/paluuvesimäärien seuranta. Tarkkailumittausten avulla pyrittiin saamaan lisäinformaatiota kallio-olosuhteista Huuhteluveden sähkönjohtavuus vaihteli välillä 7,0... ms/mja paluuveden välillä 9,0... 2,0 ms/m. Huuhteluveden paine oli alussa 0,8..,0 :MPa kohoten syvyyden lisääntyessä. Huuhteluveden paine laski voimakkaasti kahden vettäjohtavan rakovyöhykkeen yhteydessä. Kairauksen aikana näytteet suunnattiin. Suunnattua näytettä saatiin 278,62 m, joka on 36,6 % näytteen kokonaismäärästä. Kairaus suoritettiin merkityllä vedellä. Merkkiaineena käytettiin uraniinia. Kairauksen aikana käytettiin huuhteluvettä noin 232 m 3 Reiästä palautui kairauksen aikana vettä noin 86 m 3 Työn lopuksi reikä huuhdeltiin pumppaamaila vettä reiän pohjalta noin 26 m 3 Huuhtelun jälkeen reiän taipuma mitattiin Reflex-Maxibor ja Boremac D2 - laitteistoilla. Maxibor-mittauksen kaltevuuksia on korjattu Boremac-mittauksen kaltevuustulosten perusteella. Korjatun Maxibor-mittauksen mukaan reikä on 777 m:n syvyydessä taipunut oikealle 22,55 mja ylöspäin 88,60 m. Kallionäytteet raportoitiin rakennusgeologisen luokituksen mukaisesti ja ne valokuvattiin. Pääkivilajeina olivat porfyyrinen graniitti ja granodioriitti, joista molemmista esiintyi tasarakeisia muunnoksia. Raot ovat pääasiallisesti tiiviitä. Kuitenkin täytteiset raot ovat vallitsevia tiheä- ja runsasrakoisissa vyöhykkeissä. Kallion rakoluku on keskimäärin 3,27 kpl/m ja RQD -luku 92,6 %. Haarniskapintaisia rako ja lävistettiin 36 kpl, mururako ja 29 kpl ja savitäytteisiä 7 kpl. Rikkonaisia, tiheärakoisia osuuksia lävistettiin 6 kpl. Rikkanaisia osuuksia oli yhteensä 35,6 m, joka on 4,6% näytteiden kokonaismäärästä. Kairauspaikalla määritettiin yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus, kimmomoduli ja Poissonin luku. Puristusmurtolujuus oli keskimäärin 90 rvn>a, kimmomoduli 56 GPa ja Poissonin luku 0,2.
LIITE 7. ( 34 )... ' ~.., /. ' /{ / /'...lf MITTAKAAVA :20 000 MERKINTÖJEN SELITYKSET ~ Kallionäytekairaus (KR-KR2) 8 Porakaivo (KA)
TOTEUTUNUT AIKATAULU LIITE 7.2 (35) Työvaihe KI-KR2 Aloitustyöt Alkureiän kairaus/putkitus Kairaus, T -56, 40-800 m Huuhtelu Lopetus muuttotyöt Heinäkuu 29 Elokuu 30 3 32 33 34
KALUSTOLUETTELO LIITE 7.3 (36) Nimike. KALLIONÄ YTEKAIRAUSKALUSTO - Diamec 000 S kpl - Royal Bean -pumppu, imusuodatin CT -0 kpl - Alu 53 000 m - Teräputket, T -56 3kpl - Terät, kalvaimet, T -56, 40 kpl - Suojaputket 64/57 45m - Suunnatun merkkauslaite 2 kpl - Vaijeri 000 m - Sähkökeskus kpl - Työkaluja ym 2. ALKUREIAN PORAUS - Kaivonporauskalusto, kokonainen kpl 3. HUUHTELUVESIJARJESTEL Y - Vesisäiliö 5 m 3 kpl - V esisäiliö 3 m 3 2 kpl - Siirtopumppu kpl - Vesimittareita 3 kpl - Vesilinjaa 600m - Selkeytysallas kpl - Uppopumppu, halk. 48 mm kpl - Sähköluoti kpl - Mammutointiputket 3x45 m - Kompressori kpl 4. APUKALUSTO - Toimistotila kpl - Taukotila kpl - Varastotila kpl -Puhelin kpl 5. TARVIKKEET - Näytelaatikot, T -56 60 kpl - Merkkiaine 20 kpl 6. MITTAUSKALUSTO - J ohtokykym ittari kpl - PP-kaltevuusmittari kpl - Boremac -laitteisto kpl - Maxibor -laitteisto kpl 7. KALLIONA YTTEIDEN TULOSTUS -Tietokone kpl - Tutkimuslaitteet kpl -Rock Tester -laitteisto kpl
LllTE 7.4 ( 37) REIÄN ALKUOSAN RAKENNE, KI-KR2 Suojahattu --------- mitta c Maanpinta Z 2 -. ~.0 ~, A ', mitta d J, ~, f) ~... t#....-...... 4.. #... (, /-:::> CJ... q -,R r, ', <,,.., t. /" p, 0 / Suojaputki mittaa Suojaputki 4030 mm mitta b 0 56mm MITAT a = 40,7 m b = 80,62 m Zt= 8,76 m c = 0,44m Z2= 8,36 m d = 3,30 m
RAP AUTUNEISUUSASTE LIITE 7. 5 (38) Syvyysväli, m- m Rapautuneisuusaste Huom! 40,7-222,80 RpO Plagioklaasi paikamsesti samentunutta 222,80-224,0 Rp 224,0-293,70 RpO 293,70-304,0 Rp 304,0-304,90 Rp2 304,90-37,00 Rp 37,00-38,00 Rp2 38,00-39,00 Rp 39,00-54,50 RpO 54,50-544,50 Rp 544,50-558,30 RpO 558,30-560,90 Rp 560,90-577,40 RpO 577,40-579,20 Rpl 579,20-603,70 RpO 603,70-604,30 Rpl 604,30-65,20 RpO Plagioklaasi paikamsesti samentunutta 65,20-652,70 Rpl 652,70-756,50 RpO 756,50-760,40 Rpl 760,40-80,62 RpO Plagioklaasi paikallisesti samentunutta