Työraportti 9 7-52 Syväkairaus HH-KR4 Loviisan Hästholmenilla vuonna 1997 Risto Niinimäki Suomen Malmi Oy Joulukuu 1997 POSIVA OY Mikonkatu 15 A, FIN-001 00 HELSINKI Puhelin-(09) 2280 30 Fax (09) 2280 3719
Työ r a portti 9 7-52 Syväkairaus HH-KR4 Loviisan Hästholmenilla vuonna 1997 Risto Niinimäki Suomen Malmi Oy Joulukuu 1997
TEKIJÄ ORGANISAATIO: Suomen Malmi Oy PL10 Juvan teollisuuskatu 16 02921 ESPOO TILAAJA: Posiva Oy Mikonkatu 15 A 00100 HELSINKI TILAUSNUMERO: 97461971 HH POSIVAN TARKASTAJA JA HYVÄKSYJÄ: Dl Heikki Hinkkanen Posiva Oy URAKOITSIJAN YHTEYSHENKILÖ: FM Tauno Rautio Smoy TYÖRAPORTTI 97-52 SYVÄKAIRAUS HH-KR4 LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA VUONNA 1997 TEKIJÄ: Risto Niinimäki geologi TARKASTAJA JA HYVÄKSYJÄ: \ ~~- Tauno Rautio geologi
2 Posivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajan omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.
SYVÄKAIRAUS HH-KR4 LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA VUONNA 1997 3 TIIVISTELMÄ Vuonna 1996 tehdyn esiselvityksen jälkeen otettiin Hästholmenin tutkimusalue vuoden 1997 alusta neljänneksi tutkittavaksi alueeksi mukaan yksityiskohtaisiin sijoituspaikkatutkimuksiin. Paikkatutkimuksia tehdään vuosina 1993... 2000. Tutkimusten avulla selvitetään käytetyn polttoaineen loppusijoittamisen kannalta keskeisiä kallioperäominaisuuksia. Yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (Smoy) kairasi syksyllä 1997 Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle 1000,99 m:n pituisen kairanreiän. Reiän läpimitta on 56 mm. Reiän tunnus on HH-KR4. Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia lisäinformaation saamiseksi kallioolosuhteista. Mittauksia olivat veden sähkönjohtokyvyn ja huuhteluveden paineen mittaukset ja huuhteluveden/palautuvan veden määrän mittaus. Kairauksen aikana näytteet suunnattiin. Suunnattua näytettä saatiin 567,66 m, joka on 59,1 % kokonaisnäytemäärästä. Kairauksessa käytettiin uraniinilla merkittyä huuhteluvettä noin 350m 3 Työn aikana vettä palautui reiästä määrämittarin kautta noin 170 m 3 Työn lopuksi reikä huuhdeltiin pumppaamaila vettä reiän pohjalta noin 53 m 3 Huuhtelun jälkeen reiän taipuma mitattiin Reflex-Maxibor ja Boremac D2 -mittareilla. Maxibormittauksen kaltevuuksia on korjattu Boremac-mittauksen kaltevuustulosten perusteella. Korjatun Maxibor-mittauksen mukaan taipuma on 980 m:n syvyydessä vasemmalle 30,71 mja ylöspäin 63,89 m. Kallionäytteet raportoitiin rakennusgeologisen luokituksen mukaisesti ja ne valokuvattiin. Kallionäytteistä määritettiin yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus, kimmomoduli ja Poissonin luku. Pääkivilajina on rapakivigraniitti, jonka muunnoksista yleisimmät ovat pyterliitti sekä tasarakeinen rapakivigraniitti. Raot ovat täytteisiä tai tiiviitä. Syvyyden noin 218 m jälkeen on näytteen viipaloitumisesta ( core discing) johtuvaa rakoilua. Kallion rakoluku on keskimäärin 2,9 kpllm ja RQD-luku 54 %. Rikkonaisia, tiheärakoisia osuuksia on lävistetty 36 kpl. Rikkonaisia osuuksia on yhteensä 49,97 m, joka on 5,2 % kokonaisnäytemäärästä. Avainsanat kairaus, kairanreikä, rapakivigraniitti, rako, tarkkailumittaukset, muodonmuutosominaisuudet, sivusuuntamittaus
4 CORE DRILLING OF DEEP BOREHOLE HH-KR4 AT HÄSTHOLMEN IN LOVIISA ABSTRACT At the beginning of the year 1997 Hästholmen in Loviisa was selected as the fourth investigation site after a feasibility study performed in 1996. The detailed site investigations will be carried out during years 1993... 2000 As a part of the investigation programme Suomen Malmi Oy (Smoy) core drilled a 1000,99 m deep borehole with a diameter of 56 mm in autum 1997 at Hästholmen. The identification number ofthe borehole is HH-KR4. A set of control measurements and the sampling of the flushing water were carried out during the drilling. Both the volume and the conductivity of the flushing water and the returning water were recorded as well as the pressure ofthe fushing water. The objective ofthese measurements was to obtain more information from bedrock and groundwater. Uranine was used as a label agentin the flushing water. The volume ofthe used flushing water was about 350m 3 and the measured volun1e ofthe returning water was about 170 m 3 At the end of the work the borehole was flushed by pumping about 53 m 3 of water from the bottom of the borehole. The deviation of the borehole was measured with the deviation instruments Reflex - 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 30.71 m to the left and 63.89 m up at the depth of980 m. Core samples were photographed and they were logged by a geologist at the site. Uniaxial compressive strength, Young's modulus and the Poisson's ratio were measured from the core samples. The main rock type is rapakivi granite. The two most common rapakivi granite types are pyterlite and homogenious rapakivi granite. Fractures are mostly filled or tight. Many fractures are caused by core discing after the depth of 218 m. The average fracture frequency is 2.9 pcs/m. The borehole penetrated 36 broken zones. The totallength ofthe broken zones is 49.97 m, which is 5.2% ofthe total core length. Keywords: core drilling, borehole, rapakivi granite, fracture, control measurements, elastic parametres, deviation measurements
SYV ÄKAIRAUS Iffi-KR4 LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA VUONNA 1997 5 TIIVISTELMÄ 3 ABSTRACT 4 SISÄLLYSLUETTELO 5 1. YLEISTÄ 7 2. TYÖN KUVAUS 2.1 Kallionäytekairaus 2.2 Näytteiden suuntaus 2.3 Huuhteluvesi-ja merkkiainejärjestelyt 2.4 Tarkkailumittaukset 2.5 Taipumamittaukset 2.6 Huuhtelupumppaus 2. 7 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi 2.8 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys 8 8 9 10 10 11 12 13 17 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3.1 Reiän sijainti ja taipuma 3.2 Reiän yläosan rakenne 20 20 21 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4.1 Kairauksen vaikutus näytteisiin 4.2 Kivilaatu 4.3 Rakoilu 4.4 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet 22 22 22 25 26 5. TARKKAILD1tfiTTAUSTULOKSET 5.1 Huuhteluveden sähkönjohtokyky 5.2 Huuhteluveden ja paluuveden määrä 5.3 Huuhteluveden paine 5.4 Kivijauhon määrä 29 29 30 31 31 6. YHTEENVETO 32
6 7. LIITTEET 7.1 Sijaintikartta 7.2 Toteutunut aikataulu 7.3 Kalustoluettelo 7.4 Reiän alkuosan rakenne 7. 5 Rapautuneisuusaste 7.6 Rakoluettelo 7.7 Katkossumma, rakolukuja RQD 7. 8 Näytehukka ja rikkonaisuus 7.9 Nostot 7.10 Suunnatut näytteet 7.11 Laatikko luettelo 7.12 Kivilajikuvaus 7.13 Huuhteluvesinäytteet 7.14 Paluuvesinäytteet 7.15 Taipumamittaustulokset (Maxibor) 7.16 Taipumamittaustulokset graafisesti (Maxibor) 7.17 Taipumamittaustulokset (Boremac) 7.18 Taipumamittaustulokset graafisesti (Boremac) VALOKUVAT 33 34 35 36 38 39 94 114 115 117 121 123 126 132 133 139 142 149
7 1. YLEISTÄ Posiva Oy aloitti toimintansa vuoden 1996 alussa. Yhtiön tehtävänä on huolehtia Teollisuuden Voima Oy:n (TVO) ja Imatran Voima Oy:n (IVO) käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoitukseen liittyvistä yksityiskohtaisista kallioperätutkimuksista Loviisan Hästholmenin, Kuhmon Romuvaaran, Äänekosken Kivetyn ja Eurajoen Olkiluodon tutkimusalueilla. Tutkimusten avulla selvitetään kallioperäominaisuuksia tähdäten käytetyn uraanipolttoaineen loppusijoittamiseen syvälle Suomen kallioperään. Lopullinen sijoituspaikka valitaan vuonna 2000. Näihin tutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy (Smoy) kairasi Posiva Oy:n tilauksen 9746/97/HH mukaisesti syksyllä 1997 tutkimusreiän Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle. Tässä raportissa käsitellään reiän HH-KR4 kairausta ja näytetulostusta. Reiän halkaisija on 56 mm, lähtösuunta on 160,0 astetta, lähtökaltevuus 70,0 astetta ja reiän lopullinen pituus 1000,99 m. Reiän sijaintikartta on liitteenä 7.1. Kaifaustyön lisäksi tilaukseen kuuluivat kairausnäytteiden geologinen raportointi. näytteiden kalliomekaaniset lujuusmääritykset, reiän tekniset mittaukset, kairauksessa käytettävän veden tarkkailumittaukset, reiän huuhtelu ja taipumamittaukset työn lopuksi sekä loppuraportointi. Työn vastuuhenkilönä oli projektipäällikkö Tauno Rautio. Kallionäytekairauksen vastaavana työnjohtajana toimi Ville Teivaala. Geologisen raportoinoin työmaalla hoiti ja loppuraportin laati geologi Risto Niinimäki. Raportissa mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Suojaputken suun ja kallionpinnan erotus on 0,46 m suojaputken alareunaa pitkin mitattuna.
8 2. TYÖN KUVAUS 2.1 Kallionäytekairaus Reiän alkuosa, syvyysväli 0-40, 16 m, porattiin kaivonporauskalustolla 165 mm:n teräkoolla 25.9.1997. Porauksen jälkeen reikään asennettiin halkaisijaltaan 140/130 mm suojaputki, joka sementoitiin kiinni kallioon. Kone pystytettiin reiälle ja suoja /mammuto intiputket asennettiin reikään 1.1 0.1997. Kairaustyö aio itettiin 1. 10. 1997. Reiän lopullinen syvyys, 1000,99 m, saavutettiin 31.10.1997. Toteutunut aikataulu on esitetty liitteessä 7.2. Reiän HH-KR2 kairauksessa käytettiin hydraulitoimista Diamec 1000 -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. Huuhteluveden ja kivijauhon poistamiseksi kairauksen aikana käytettiin mammutointimenetelmää. Menetelmässä pumpataan ilmakompressorin avulla paineistettua ilmaa letkujen kautta reiän laajempaan yläosaan. Ilmaletkuja laskettiin laajennetun reiän pohjaan, syyyyteen noin 40 m, kolme kappaletta. Kairaus tapahtui keskeytymättömänä kolmivuorotyönä. Työ kesti ilman aloitus IIopetustöitä yhteensä 754 h. Keskimääräinen kairausteho oli täten 1,27 metriälterämiestunti. Kairaustehot on esitetty taulukossa 1 tavanomaista metri/terämiestunti ( m/tmh) yksikköä käyttäen. Kairauskaluston kuluminen terien, reikäkaluston ja kairakoneen osalta oli keskimääräistä huomattavasti runsaampaa reiän syvyydestä johtuen. T -56 terällä kairattiin keskimäärin 21 m, kun yleensä T -56 -terällä kairataan keskimäärin 55 m.
9 Taulukko 1. Kairaustehot Syvyysväli, m 40-100 100-200 200-300 300-400 400-500 500-600 600-700 700-800 800-900 900-1000 Teho, m/tmh 1,39 1,52 1,37 1,54 1,30 1,14 1,25 1,18 1,43 0,93 Huom! Mammutointi-/ suo ja putkien asentaminen Nostomoottorin kiinnityksen korjaus Alaleukojen korjaus, sivusuuntamittaukset, mammutointi-/suojaputkien poisto, reiän huuhteleminen 2.2 Näytteiden suuntaus Urakkaohjelman tavoitteena oli suunnata kallionäytettä mahdollisimman paljon. Suuntaus suoritettiin kairausputkiston ollessa ylhäällä laskemalla merkintäpiikki vaijerin varassa reikään. Tällöin merkkauspiikki jättää merkin näytteen alaosaan. Kairausta jatkettaessa merkin antama tieto näytteen alapuolesta saatiin ylös ja näyte suunnattiin lähtökaltevuusja suunta-asteikkojen avulla tapahtuvaa rakojen ja muiden taso- tai viivamaisten suureiden mittausta varten. Suuntaus suoritettiin 154 kertaa. Suuntausmerkeistä jouduttiin erilaisten syiden takia hylkäämään 66 kpl. Suunnattua näytettä saatiin yhteensä 567,66 m, jolloin kallionäytteestä saatiin 59,1 % suunnattuna. Yhdellä onnistuneella suuntauksella saatiin keskimäärin 6,45 m suunnattua näytettä. Yhtenäisten suunnattujen osuuksien vaihteluväli oli 0,51 m:stä 33,33 m:iin. Tulokset on esitetty liitteessä 7.1 0. Epäonnistuneet suuntaukset johtuivat useista syistä. Näytteen kannan hioutuessa ajon aikana, kallion murskautuessa tai haljetessa suuntauksessa merkki oli epäselvä tai se oli hävinnyt kokonaan. Merkittävä syy merkkauksen epäonnistumiseen oli kuitenkin irtokivet, joidenjohdosta suuntausmerkki oli epäselvä, virheellinen tai merkkiä ei ollut jäänyt suuntauksesta huolimatta. Lisäksi reikään jäänyt kanta on ollut joissain tapauksissa irti merkkausta tehtäessä.
2.3 Huuhteluvesi-ja merkkiainejärjestelyt 10 Huuhteluvesi reiän IDI-KR4 kairaukseen saatiin Hästholmenin vesijohtoverkostosta. Kairauksen aikana käytettiin kahta 3 m 3 merkkiainesäiliötä. Vesijohtovesi johdettiin säiliöihin suodattimen läpi mekaanisten epäpuhtauksien suodattamiseksi. Suodattimen läpäisy oli 500 Jlm pienemmille hiukkasille. Reiän kairauksessa käytettiin ainoastaan merkittyä huuhteluvettä. Merkkiaineena käytettiin uraniinia eli natriumfluoresiinia. Uraniini on pulverimainen orgaaninen väriaine, joka hajoaa UV -säteilyn vaikutuksesta. Tämän takia merkkiainesäiliöt olivat peitettyinä pressuilla käytön aikana. Merkkiaineen laatu tarkistettiin ennen käyttöä Imatran Voima Oy:n laboratoriossa Vantaalla. Uraniini annosteltiin apteekissa valmiiksi 1,500 g annoksiksi pieniin lasipurkkeihin. Kairauspaikalla aineet liuotettiin yhteen litraan vettä. Liuotettu merkkiaine-erä sekoitettiin hitaasti 3 m 3 merkkiainesäiliöön huuhteluveden pumppauksen alkaessa ja pumppauksen aiheuttaman vedenkierron varmistaessa merkkiaineen sekoittumisen. Jokaisesta valmistetusta huuhteluvesierästä otettiin näyte puhtaaseen muovipulloon ja pullo käärittiin alumiinifolioon. Pulloja säilytettiinjääkaapissa ennen tilaajalle luovuttamista. Merkkiaineen pitoisuutta käytetään määritettäessä vesinäytteiden edustavuutta. Huuhteluveden suunniteltu merkkiainepitoisuus oli 0,500 g/m 3 Yleensä merkkiainepitoisuus oli lähellä haluttua tasoa, mutta muutamassa tapauksessa oli uraniinipitoisuus hieman matalampi tai korkeampi, ilmeisesti merkkiainetta oli liuotettaessa jäänyt lasipulloon vähäinen määrä tai edellisen erän merkkiainetta olijoutunut 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 huuhtelupumpulta tulevaan letkustoon. Paluuvesi mitattiin vedenkeräyslaitteistoon kuuluvan saostusaltaan ulostulopäästä.
11 Huuhteluvedestä otettiin näyte jokaisesta vesisäiliöön tehdystä huuhteluvesierästä. Uraniinin valoarkuudesta johtuen näytteet käärittiin välittömästi ottamisen jälkeen alumiinifolioon. Näytteitä säilytettiin jääkaapissa ennen analysointiin toimittamista. Liitteessä 7.13 on esitetty merkkiaine lisäykset, huuhteluvedestä otetut näytteet, huuhteluveden sähkönjohtavuus ja uraniinipitoisuus. Paluuvesinäytteistä on määritetty uraniinipitoisuudet, jotka on esitetty liitteessä 7.14. 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 sähkönjohtokykyyn, otetut vesinäytteet, määrältään 2... 3 dl, suodatettiin 45 Jlm:n suodattimella kivijauhon poistamiseksi. Käsiteltyjen 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 kairauksen aikana. Huuhteluveden paine on suoraan verrannollinen reiästä syrjäytettävän vesipatsaan paineeseen. Ruhjeet aiheuttavat kuitenkin usein vedenvirtausta ja täten muuttavat huuhteluveden painetta. Kairanterän kuluminen ja näyteputken tukkeutuminen aiheuttavat myös virtausvastusta, joka nostaa putkistossa painetta. 2.5 Taipumamittaukset Todellisen sijainnin selvittämiseksi mitattiin reiän pystysuuntainen taipuma ja sivupoikkeama. Mittaukset tehtiin Reflex Maxibor ja Boremac D2 -taipuma-mittareilla. Maxibormittarissa on 6 m pitkässä putkessa kaksi heijastinrengasta 3 m:n välein ja putken taipuessa reiän mukaisesti, renkaiden keskinäinen sijainti muuttuu. Mittaus suoritetaan kuvaamalla renkaat Maxibor-putkessa olevalla videokameralla. Mittauksen jälkeen mittaustulokset purettiin ja tietokoneohjelmalla laskettiin jokaisen pisteen sijaintikoordinaatit käyttäen referenssinä aina edellistä tulosta. Lisäksi tulokset piirrettiin graafiseen muotoon. Laitevalmistajan ilmoittama tyypillinen tarkkuus on halkaisijaltaan 46 mm:n ja pituudeltaan 800 m:n reiässä +/- 1 m.
12 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 magneettisesti häiriöttömässä halkaisijaltaan 46 mm:n ja pituudeltaan 1500 m:n reiässä on +/- 1 aste ja kaltevuuskulman tarkkuus 0,1 astetta. Koska molemmat mittarit on valmistettu halkaisijaltaan pienemmille kairanrei'ille, 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 984,00 m ja Boremac D2 -mittarilla 981,00 m maanpinnasta mitattuna. Reiän avoimuus tarkistettiin kairausputkistolla ja todettiin reiän olevan avoin pohjaan saakka. Eri mittausmenetelmillä tehtyjen mittausten tuloksissa havaittujen erojen vuoksi on lopullista tulostusta varten Maxibor-mittauksen kaltevuus korjattu Boremac-mittauksen kaltevuustulosten perusteella. Tämän jälkeen on laskettu Maxibor-mittauksen sijaintitiedot 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 ja kairaussoija tippuisivat reiän pohjalle. Huuhteluun käytettiin merkittyä vettä noin 6,0 m 3. Reiän huuhtelun jälkeen reikää vielä puhdistettiin pumppaamafia vettä kairausputkiston kautta reiän pohjalta uppopumpun avulla. Pumppaus suoritettiin laskemalla putkisto reikään. Putkistoon oli syvyydelle noin 42 m asennettu ns. hetulatulppa estämään veden pääsy reiän yläosasta suoraan pumpulle. Tulpan yläpuolelta putkisto nostettiin pois
13 reiästä. Reikään laskettiin vaijerin varassa uppopumppu (Grundfos l\1p-1) noin 30 m:n syvyyteen. Pumppu nostettiin pois huuhtelupumppauksen aikana kolme kertaa ja kairausputkistoa Iiikuteitiin reiässä, jotta seinämille mahdollisesti tarttunut soija saataisiin liikkeelle ja veden mukana pumpattua pois. Putkiston liikuttelun jälkeen pumppu laskettiin takaisin ja pumppausta jatkettiin. Huuhtelua suoritettiin 1.11.1997 klo 15.00 ja 4.11.1997 klo 7. 00 välisenä aikana. Huuhtelu lopetettiin veden ollessa silmämääräisesti kirkasta eli kun vedessä ei ollut enää havaittavissa kivijauhoa. Huuhtelupumppauksen lopetusvaiheessa veden uranunipitoisuus oli 59 J.Lg/1. Huuhtelemalla vettä nostettiin reiästä 52,6 m 3 eli keskimäärin vettä pumpattiin 822 1/h. 2.7 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi Näytteet pakattiin noin metrin pituisiin puisiin laatikoihin välittömästi näyteputken tyhjennyksen jälkeen. Geologi raportoi näytteet kairauspaikalle tuoduissa toimisto tiloissa. Näytteistä tehtiin seuraavat kuvaukset: rakoluettelo, näytehukka ja rikkonaisuus, suunnatut näytteet, katkossurnma, rakoluku ja RQD-luku, petrografia ja rapautuneisuusaste. Lisäksi kirjattiin nostot ja laatikko luettelo. Rakoluettelossa esitetään raon sijaintisyyyys reikäpituuden mukaisesti 1 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 muuttamalla 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.
14 Rakokulma on esitetty gooneina näytteen poikkisuunnan suhteen, jolloin siis näytteen pituusakselia vastaan kohtisuora suunta on 0 gon ja näytteen pituussuunta 100 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 eli sellaisen, johon ei vesi ole päässyt tunkeutumaan, väri on vain hieman poikkeava kiven perusväristä. Täytteiseksi raoksi on luokiteltu myös raot, joilla on selvä väri ja raot ovat kairausnäytteenä edelleen kiinni toisissaan. Tällöin on huomio -sarakkeeseen kirjoitettu "kiinni" tai "oskiinni" merkiksi, että niiden rakopinnat ovat kiinni toisissaan eli ne ovat luonnontilassa vettä johtamattomia. Rakotäytteen paksuus on ilmoitettu millimetreinä, mikäli sitä on paksulti. Raot, joissa on omamuotoisia tai osittain omamuotoisia kiteitä, on merkitty kit. -merkinnällä. Raoiksi on luokiteltu myös näytteen viipaloitumisesta ( core discing) johtuvat raot. Nämä on ilmoitettu huomio-sarakkeessa lyhenteellä c.d.. Rakopinnan väri (mineraalit) on kuvattu nelikirjaimisin lyhentein seuraavasti: rusk, vrus, trus (ruskea, vaaleanruskea, tummanruskea) harm, vhar, thar (harmaa, vaaleanharmaa, tummanharmaa) vihr, vvih, tvih (vihreä, vaalean vihreä, tummanvihreä) puna, vpun, tpun (punainen, vaaleanpunainen, tummanpunainen) Mineraalit on ilmoitettu vain mikäli tunnistaminen on voitu tehdä täysin varmasti. Käytetyt mineraalinimikkeet on ilmoitettu kivilajien petrografisen kuvauksen yhteydessä. Rakopinnan värien sävyt on kuvattu siten, että perusvärin kolmikirjaimisen lyhenteen eteen on liitetty sävyn tunnus yhdellä kirjaimella, esim.: prus (punaruskea) Rakopinnan muoto kuvataan lyhentein: tasa (tasainen, tasomainen) etas (epätasainen) kaar (kaareva)
15 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 sijainti, määrä ja syy on paikallistettu raportoitaessa. Mikäli paikkaa ei ole saatu selvitettyä, on merkitty reikäväli, jolla hukka on syntynyt. Näytehukan paikan ollessa epäselvä on mitat toisissa kuvauksissa merkitty "noin" -merkillä. Kallion rikkonaisuus on kuvattu näytehukan yhteyteen rakennusgeologisen luokituksen mukaisin termein seuraavasti: Rilll = murrosrakenteinen, tiheärakoinen, rakoluku yli 10 kpl/m 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 tahallinen tai tahaton näytteen katkeaminen. Rakoluvun ollessa katkossummaa suurempi on näytteessä tiiviitä rakoja, joiden rakopinnat ovat edelleen lujasti kiinni toisissaan. RQD-luku esittää yli 10 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.
16 Suunnatuista näytteistä on luetteloon liitteessä 7.10 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. Laatikkoluettelossa esitetään kunkin näytelaatikon sisältämän näytteen alku- ja loppupäiden näytepituudet. Laatikkoluettelo on esitetty liitteessä 7.11. Rapautuneisuusasteesta käytetyt lyhenteet ovat seuraavat: RpO = rapautumaton Rp 1 = 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, lasimainen hienorakeinen keskirakeinen karkearakeinen suurirakeinen << 1 mm < 1 mm 1... 5 mm 5... 50 mm >50 mm Mineraalikoostumus on esitetty kvalitatiivisesti, silmämääräisen paljousjärjestyksen mukaan. Mineraaleista käytetyt lyhenteet ovat seuraavat, luettelossa ovat mukana myös rako ilussa käytetyt mineraalinimikkeet: Kv = kvartsi Ms = maasälvät eli kalimaasälpä ja/tai plagioklaasi Kl = kiillemineraalit, biotiitti, muskoviitti, serisiitti AP = amfibo li- ja pyro kseenimineraalit Kr = karbonaattimineraalit TK = talkki ja kloriitti Sa = savimineraalit
17 Kiis = kiisumineraalit Ruost = ruoste Fluo = fluoriitti Mikäli muita mineraaleja tai aineita on esiintynyt, on ne erikseen mainittu ja niiden nimi kirjoitettu kokonaan. Rakenne (osasten järjestyneisyysaste) kuvataan termeillä: massamaine~ liuskeinen~ seoksinen, M L S Liuskeisuusaste on nelijakoinen: suuntaukseton 0 heikko 1 kohtalainen 2 voimakas 3 Osasten järjestyneisyysasteen ja liuskeisuusasteen kuvauksessa ovat seuraavat muunnokset mahdollisia: MO~ Ml, L2, L3, SO, Sl, S2, S3. Lisäksi kukin näytelaatikko värivalokuvattiin sekä kuivana että kasteltuna valokuvaajan toimesta. Valokuvat (kastellut) on esitetty raportin lopussa. 2.8 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys Kiven lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet määritettiin Rock Tester -laitteistolla. Näytteet valittiin kolmenkymmenen metrin välein tai aina, kun kivilaji vaihtuu. Kimmokerroin E, Poissonin luku v ja taivutusvetolujuus (Modulus ofrupture) Sma määritettiin nelipistetaivutuskokeella, jossa uloimmat tuet (L) asetettiin 160 mm etäisyydelle toisistaan ja sisemmät tuet (U) 48 mm etäisyydelle toisistaan. Koejärjestely on esitetty kuvassa 1.
18 u L > 3,50 D ~ U ~ L/3 L Kuva 1. N elipistetaivutuskoe Kimmokerroin (E) kuvaa jännityksen suhdetta tapahtuvaan muodonmuutokseen. Tätä kuvataan Hooken lailla (kaava 1 ). (1) cr = jännitys [Pa] Ea = aksiaalinen muodonmuutos Poissonin luku määritetään radiaalisen muodonmuutoksen suhteena aksiaaliseen muodonmuutokseen (kaava 2). (2) Er = radiaalinen muodonmuutos Ea = aksiaalinen muodonmuutos Yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus O'c määritettiin epäsuorasti pistekuormituskokeen avulla. Kokeesta saatu pistekuormitusindeksi lsso kerrottiin luvulla 24, jolloin se vastaa yksiaksiaalista puristusmurtolujuutta. Kokeessa näyte asetetaan pistemäisten leukojen väliin ja kuormitusta kasvatetaan, kunnes murtuminen tapahtuu (kuva 2). Pistekuormitusindeksi saadaan laskettua murto on tarvittavan kuormituksen avulla. Testin tulos tulee
19 hyväksyä ainoastaan, jos murtopinta kulkee molempien kuormituspisteiden kautta. Pistekuormitusluku ls lasketaan kaavalla 3. p ls =-2 D (3) P = murtokuormitus D = näytteen halkaisija Pistekuormitusluku on riippuvainen näytteen halkaisijasta ja se korjataan pistekuormitusindeksiksi lsso kaavojen 4 ja 5 avulla. Näinollen näytteen koolla ei ole vaikutusta tulokseen. (4) (5) 4 D L > 0,5D ' Kuva 2. Pistekuormituskoe
20 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3.1 Reiän sijainti ja taipuma Reiän HH-KR4 lähtösuunta on 160 astetta ja lähtökaltevuus 70,0 astetta. Reikä- eli näytepituuden 0-pisteenä käytettiin maanpintaa. Niinpä kaikki mainitut syvyystiedot tarkoittavat reikäpituutta maanpinnasta lukien ellei erikseen toisin mainita. Reiän koordinaatit ovat taulukossa 2. Eri mittausmenetelmillä tehtyjen mittausten tuloksissa havaittujen erojen vuoksi on lopullista tulostusta varten Maxibor-mittauksen kaltevuus korjattu Boremac-mittauksen kaltevuustulosten perusteella. Tämän jälkeen on laskettu Maxibor-mittauksen mukaiset reiän sijaintitiedot Maxibor-mittaus on esitetty listauksena liitteessä 7.15 ja projektiopiirroksina liitteessä 7.16. Boremac-mittaus on esitetty listauksena liitteessä 7.17 ja projektiopiirroksina liitteessä 7.18. Liitteissä 7.16 ja 7.18 (1/3) 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. D-akselin pituus on 1.1 * reiän esityspituus. Korjattujen Maxibor-mittaustulosten mukaan reikäsyvyydessä 980 m sivusuuntapoikkeamaksi 30,71 m vasemmalle ja pystypoikkeamaksi 63,89 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeamaksi lähtösuunnasta saatiin Maxibor-laitteistolla 7,2 %. Boremac D2 -taipumamittarilla saatiin reikäsyvyydessä 977 m saadaan sivusuuntapoikkeamaksi 4,3 7 m vasemmalle ja pystypoikkeamaksi 56,71 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeamaksi lähtösuunnasta saatiin Boremac-laitteistolla 5,8 %. Eri laitteilla saaduissa tuloksissa oleva ero johtuu laitteistojen asettumistarkkuudesta halkaisijaltaan 56 mm:n reikään sekä vähäisistä magneettisista häiriöistä, jotka vaikuttivat Boremac-tuloksiin. Boremac -mittauksen kaltevuuksilla korjatun Maxibor-mittauksen mukaan lasketut koordinaatit valtakunnallisessa XYZ koordinaatistossa syvyydeltä 984 m on esitetty taulukossa 2.