Työ ra po rtti-9 7-0 Syväkairaus HH-KR Loviisan Hästholmenilla vuonna997 Tauno Rautio Suomen Malmi Oy Heinäkuu 997 POSIVA OY Mikonkatu 5 A, FIN-00 00 HELSINKI Puhelin (09) 2280 30 Fax (09) 2280 379
TEKIJÄORGANISAATIO: SUOMEN MALMI OY PL 0 0292 ESPOO TILAAJA: POSIVA OY Mikonkatu 5 A 0000 HELSINKI TILAUSNUMERO : 9555/97 /HH TILAAJAN YHDYSHENKILÖ : Dl Heikki Hinkkanen Posiva Oy URAKOITSIJAN YHDYSHENKILÖ : FM Tauno Rautio Smoy RAPORTTI: TYÖRAPORTTI-97-0 SYY ÄKAIRAUS HH-KR LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA TEKIJÄ: ("J ~- "~ --.. 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.
3 SYY ÄKAIRAUS HH-KR LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA TIIVISTELMÄ Vuonna 996 tehdyn esiselvityksen jälkeen otettiin Hästholmenin tutkimusalue neljänneksi tutkittavaksi alueeksi mukaan yksityiskohtaisiin sijoituspaikkatutkimuksiin. Paikkatutkimuksia tehdään vuosina 993... 2000. Tutkimusten avulla selvitetään käytetyn polttoaineen loppusijoittamisen kannalta keskeisiä kallioperäominaisuuksia. Yksityiskohtaisiin paikkatutkimuksiin liittyen Suomen Malmi Oy kairasi kevään 997 aikana Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle syvyydeltään 002, 3 m: n pituisen kairanreiän. Reiän läpimitta on 56 mm. Reiän tunnus on HH-KR. Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia lisäinformaation saamiseksi kallioolosuhteista. Mittauksia olivat veden sähkönjohtokyvyn ja huuhteluveden paineen mittaukset ja huuhteluveden/palantuvan veden määrän mittaus. Kairauksen aikana näytteet suunnattiin. Suunnattua näytettä saatiin 696,30 m, joka on 70,0 % kokonaisnäytemäärästä. Kairauksessa käytettiin uraniinilla merkittyä huuhteluvettä noin 292 m 3. Työn aikana vettä palautui reiästä noin 84 m 3. Työn aikana otettiin vesinäytteitä, joiden yhteydessä vettä poistettiin reiästä 84 m 3. Lopuksi reikä huuhdeltiin pumppaamaila vettä reiän pohjalta noin 28 m 3. Huuhtelun jälkeen reiän taipuma mitattiin Reflex-Maxibor ja Boremac D2 -mittareilla. Maxibor -mittauksen mukaan taipuma on 977 m:n syvyydessä oikealle 37,68 mja ylöspäin 93,68 m. Kallionäytteet raportoitiin rakennusgeologisen luokituksen mukaisesti ja ne valokuvattiin. Kallionäytteistä määritettiin yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus, kimmomoduli ja Poissonin luku. Pääkivilajina on rapakivigraniitti, josta esiintyy erilaisia muunnoksia. Raot ovat pääasiallisesti tiiviitä, täytteisten rakojen ollessa kuitenkin vallitsevia tiheärakoisissa vyöhykkeissä. Kallion rakoluku on keskimäärin,9 kpvm ja RQD-luku 95 %. Rikkonaisia, tiheärakoisia osuuksia lävistettiin 9 kpl. Rikkanaisia osuuksia oli yhteensä 23,09 m, joka on 2,3 %, kokonaisnäytemäärästä. Avainsanat kairaus, kairanreikä, rako, rapakivigraniitti, tarkkailumittaukset, muodonmuutosominaisuudet, sivusuuntamittaus
CORE DRILLING OF DEEP BOREHOLE HH-KRI AT HÄSTHOLMEN IN LOVIISA 4 ABSTRACT Hästholmen in Loviisa was selected as the fourth investigation site after a feasibility study performed in 996. 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 002.3 m deep borehole with a diameter of 56 mm in spring 997 at Hästholmen. The identification number of the borehole is HH-KR. 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 of the flushing water. The objective of these measurements was to obtain more information from bedrock and groundwater. Uranine was used as a label agent in the flushing water. The volume of the used flushing water was about 292 m 3 and the volume of the returning water was about 84 m 3. In connection with water sampling the volume of 84 m 3 of water was pumped from the borehole. At the end of the work the borehole was flushed by pumping about 28 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 results of the Maxibor measurement indicate that the borehole deviates 37.68 m to the right and 93.68 m up at the depth of 977 m. Core samples were photographed and they were logged by a geologist at the site. U niaxial compressive strength, Young' s modulus and the Poissen' s ratio were measured from core samples. The main rock type is rapakivigranite consisting of various types. Fractures are mostly tight. However, in broken zones filled fractures are dominating. The average fracture frequency is. 9 pcs/m. The borehole penetrated 9 broken zones. The totallength ofthe broken zones is 23.09 m, which is 2.3% ofthe total core length. Keywords: core drilling, borehole, fracture, rapakivigranite, control measurements, elastic parametres, deviation measurements
5 SYV ÄKAIRAUS HH-KRl LOVIISAN HÄSTHOLMENILLA TIIVISTELMÄ ABSTRACT 4 SISÄLLYSLUETTELO 5. YLEISTÄ 7 2. TYÖN KUVAUS 2. Kallionäytekairaus 2.2 Vesinäytteenotat 2.3 Näytteiden suuntaus 2.4 Huuhteluvesi-ja merkkiainejätjestelyt 2.5 Tarkkailumittaukset 2.6 Taipumamittaukset 2. 7 Huuhtelupumppaus 2.8 Näytteen rakennusgeologinen raportointi 2. 9 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys 8 8 0 2 2 4 5 6 20 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3. Reiän sijainti ja taipuma 3.2 Reiän yläosan rakenne 23 23 24 4. RAKENNUSGEOLOGIA 4. Kairauksen vaikutus näytteisiin 4.2 Kivilaatu 4.3 Rakoilu 4.4 Näytteen lujuus- ja muodonmuutosominaisuusarvot 25 25 25 28 30 5. T~UNUTTAUSTULOKSET 5. Huuhteluveden sähkönjohtokyky 5.2 Huuhteluveden ja paluuveden määrä 5.3 Huuhteluveden paine ja pohjavedenpinnan korkeus 5.4 Kivijauhon määrä 32 32 33 34 34
6 6. YHTEENVETO 35 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 Taipumamittaustulokset (Maxibor) 7.6 Taipumamittaustulokset graafisesti (Maxibor) 7.7 Taipumamittaustulokset (Boremac) 7.8 Taipumamittaustulokset graafisesti (Boremac) VALOKUVAT 36 37 38 39 42 43 82 02 03 04 05 09 2 6 7 26 29 36
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 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 9555/97/HH mukaisesti keväällä 997 kolme tutkimusreikää Loviisan Hästholmenin tutkimusalueelle. Tutkimusreikien kairaus aloitettiin reiällä HH-KR, jonka kairausta ja näytetulostusta tässä raportissa käsitellään. Reiän halkaisija on 56 mm, lähtösuunta on 307,0 astetta, lähtökaltevuus 60,7 astetta ja reiän lopullinen pituus on 002,3 m. Reiän sijaintikartta on liitteenä 7.. Kairaustyön lisäksi tilaukseen kuului kairausnäytteiden geologinen raportotntl 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 0,66 m suojaputken alareunaa pitkin mitattuna.
8 2. TYÖN KUVAUS 2. Kallionäytekairaus Reiän kairaus aloitettiin kairaamaila maapeitteiden läpi 90/77 -maaputkella. Isojen kivilohkareiden johdosta todettiin maakairauksessa syvyydessä 2,85 m maaputken taipuvan erittäin voimakkaasti, jonka johdosta maaputket nostettiin pois ja maakairaus uusittiin. Toisella yrittämällä maaputki kairattiin syvyydelle 3, 74 m. Kaltevuusmittauksen perusteella reikä vaikutti suoralta ja kairaosta jatkettiin 74/67 -suojaputkella syvyyteen 3,97 m. Maaputki ja suojaputki terineen jätettiin reikään kalliokairauksen ajaksi. Kairauksen päätyttyä suojaputki (74/67) otettiin pois reiästä. Kallion pinta on syvyydellä 3,07 m. Syvyydestä 3,97 m jatkettiin T -66 -kalustolla lävistäen VLJ-luolan lastauspaikan katon syvyydessä 37,25 m. Lattian pinnasta reikäsyvyydestä 4,62 m reikää jatkettiin kairaamaila 74/67-suojaputkilla lattian läpi reikäsyvyyteen 42,98 m. T-66 kalustolla jatkettiin edelleen syvyyteen 46,45 m, minkä jälkeen 66 mm:n kallioreikä putkitettiin 64/57 -suojaputkilla ja molemmat suojaputket (74/67 ja 64/57) lattiapinnan alapuolelta sementoitiin kiinni kallioon. Suojaputken 74/67 mukana reikään jäi terä. Veden tulo tunneliin lastauspaikan kattoon jääneestä 64/57 -suojaputken ja kallion välistä estettiin tiivistämällä väli kumimassalla. Yläpäästään 64/57 suojaputki kiinnitettiin 90/77- maaputkeen. Alkureiän rakenne on esitetty liitteessä 7. 4 a. VLJ -luolaan lastauspaikalle asennettiin venttiililaitteisto, joka mahdollistaa vesinäytteiden saannin tunnelista ilman pumppausta. Laitteisto koostuu kahdesta sulkuventtiilistä ja niiden väliin asennetusta T -kappaleesta. Ulosottohaaraan (halk ") on asennettu manometri ja säätöventtiili näytteenottoa varten. Venttiilit on kiinnitetty 64/57 - suojaputkeen laipoilla ja ne ovat vaihdettavissa. T -kappale on samoin kiinnitetty 64/57 -suojaputkeen. Venttiililaitteiston kaavakuva on esitetty liiteessä 7.4 b. Venttiilin kaaviokuva on liitteessä 7. 4 c. Kairauskalusto tuotiin työmaalle 7.3.997 ja kaluston asennus saatiin tehtyä 9.3.997 mennessä, jolloin aloitettiin maakairaus. T -66 kairaus aloitettiin 24.3.997 ja lastauspaikan katto lävistettiin 25.3. 997. T-56 kalustolla kairaukseen päästiin
26.3. 997. Reiän lopullinen syvyys, 002, 3 m, saavutettiin 6.5. 997. Toteutunut aikataulu on esitetty liitteessä 7.2. 9 Reiän kairauksessa käytettiin hydraulitoimista Diamec 000 -kairauskonetta, jossa syöttö-, nosto-, puomi- ja pyöritysyksiköt ovat vahvistettuja. Reikäkalustona oli alussa T -66, jolloin reiän halkaisija on 66 mm ja näytteen halkaisija 52 mm ja 46,45 m:stä lähtien T -56 kalusto, jolloin reiän halkaisija on 56 mm ja näytteen halkaisija 42 mm. Käytetty kalusto on esitetty liitteessä 7. 3. Kairaus tapahtui keskeytyvänä kolmivuorotyönä. Työ kesti ilman aloitus-iiopetustöitä yhteensä 943 h. Keskimääräinen kairausteho oli täten,06 metriälterämiestunti. Kairaustehot on esitetty taulukossa tavanomaista metri/terämiestunti (m/tmh) yksikköä käyttäen. Taulukko. Kairaustehot S yvyysväli, Teho, Hu<ilm! m m/tmh 0,0-00 0,79 Maakairaukset ja suoj aputkien/venttiilien asennukset 00-200 2,08. vesinäytteen otto 200-300 0,82 Pyöritysmoottorin korjaus 300-400,64 400-500,39 500-600,37 600-700,9 2. vesinäytteenotto 700-800,3 800-900,25 900-002 0,89 3. vesinäytteenotto, sivusuuntamittaus, reiän huuhtelu Kairauskaluston kuluminen terien, reikäkaluston ja kairakoneen osalta oli keskimääräistä huomattavasti runsaampaa reiän syvyydestä johtuen. T -56 terällä kairattiin keskimäärin 22 m, kun keskimäärin T -56 -terällä kairataan 55 m.
0 2.2 Vesinäytteenotat Työn aikana reiästä otettiin vesinäytteitä kolmen viikonlopun aikana. Ensimmäisellä kerralla näytteenotto tapahtui sulkemalla yläventtiili ja ottamalla näytevesi ulosottohaarasta. Seuraavilla kerroilla näytteenotto tapahtui sulkemalla reikä kairausputkiston ja mekaanisesti paisutettavien tulppien avulla. Kairausputkiston liitokset tiivistettiin hamputtamalla. Tarkoituksena oli tuolloin ottaa vesi alimman tulpan ja reiän pohjan välistä, johon väliin oli sijoitettu kolme rei'itettyä kairausputkea. Veden pääsy ulosottohaaraan muualta estettiin asettamalla kaksi tulppaa reiän yläosassa sijaitsevaan 64/57 -suojaputkeen. Ylempi tulppa asennettiin T -kappaleen yläpuolelle ja alempi kallioon sementoidun suojaputken osuudelle. Tulppien väliin oli asennettu yksi reikäputki, jolloin näytevesi saatiin ulosotto haarasta. Ensimmäinen näytteenotto tapahtui 27.3 klo 2.04 ja.4 klo.48 välillä reiän ollessa 93,65 m syvä. Veden tuotoksi todettiin noin 8 litraa minuutissa ja mekaanisesti kuristamaila tuotoksi asetettiin noin 5 litraa minuutissa. Kaikkiaan vettä poistettiin reiästä ensimmäisen näytteenoton yhteydessä 27 309litraa. Toinen näytteenotto tapahtui 25.4 klo 4.00 ja 28.4 klo.30 välillä reiän ollessa 625,20 m syvä. Reikä tulpattiin kolmella mekaanisesti paisutettavalla tulpalla. Alimman tulpan alareuna oli 595,20 m:n syvyydessä. Ylempien tulppien alareunat olivat 42,00 ja 32,40 m:n syvyyksissä. Veden tuotoksi todettiin tulppauksen jälkeen noin 5 litraa minuutissa ja mekaanisesti kuristamaila tuotoksi asetettiin noin 3 litraa minuutissa. Kaikkiaan vettä pumpattiin toisen näytteenoton yhteydessä 3 99 litraa. Kolmas näytteenotto tapahtui 9.5 klo 3.30 ja 2.5 klo.30 välillä reiän ollessa 894,60 m syvä. Reikä tulpattiin neljällä mekaanisesti paisutettavalla tulpalla. Jotta vesi tulisi varmasti reiän pohjalta asetettiin pohjalle kaksi tulppaa eristämään se muusta reiästä. Alimpien tulppien alareunat olivat tuolloin 864,00 ja 854,40 m:n syvyydessä. Ylempien tulppien alareunat olivat 42,30 ja 32,70 m:n syvyyksissä. Reiän tuotoksi ennen tulppausta todettiin noin 29 litraa minuutissa ja näytteenottovälin tuotoksi tulppauksen jälkeen noin 6 litraa minuutissa. Kaikkiaan vettä pumpattiin kolmannen näytteenoton yhteydessä 26 677litraa.
2. 3 Näytteiden suuntaus Urakkaohjelman tavoitteena oli suunnata kallionäytettä mahdollisimman paljon. Suuntaus suoritettiin kairausputkiston ollessa ylhäällä laskemalla merkintäpiikki vaijerin varassa reikään. Syvyyden noin 903 m jälkeen merkkaus tapahtui kaksi kertaa kairausputkiston päähän kiinnitetyllä merkkauspiikillä reiästä valuneiden irtokivien aiheuttaessa vaijerin varassa olevan merkkauslaitteen kiinnijuuttumisriskin. Kummallakin merkintätavalla merkittäessä merkkauspiikki jättää merkin näytteen alaosaan. Kairausta jatkettaessa merkin antama tieto näytteen alapuolesta saatiin ylös ja näyte suunnattiin lähtökaltevuus- ja suunta-asteikkojen avulla tapahtuvaa rakojen ja muiden taso- tai viivamaisten suureiden mittausta varten. Suuntaus suoritettiin 9 kertaa, joista 7 kertaa suoritettiin merkkauslaite vaijerin varassa ja kaksi kertaa merkkauslaite putkiston kärjessä. Suuntausmerkeistä jouduttiin erilaisten syiden takia hylkäämään 7 kpl. Suunnattua näytettä saatiin yhteensä 696,30 m, jolloin kallionäytteestä saatiin 70,0 % suunnattuna. Yhdellä onnistuneella suuntauksena saatiin keskimäärin 6,96 m suunnattua näytettä. Yhtenäisten suunnattujen osuuksien vaihteluväli oli,28 m:stä 53,68 m:iin. Tulokset on esitetty liitteessä 7.0. Epäonnistuneet suuntaukset johtuivat useista syistä. Näytteen kannan hioutuessa ajon aikana, kallion murskautuessa tai haljetessa suuntauksessa merkki oli epäselvä tai se oli hävinnyt kokonaan. Tärkein syy merkkauksen epäonnistumiseen oli kuitenkin irtokivet, joiden johdosta suuntausmerkki oli epäselvä, virheellinen tai merkkiä ei ollut jäänyt suuntauksesta huolimatta.
2 2.4 Huuhteluvesi-ja merkkiainejätjestelyt Huuhteluvesi reiän HH-KRI kairaukseen saatiin Hästholmenin vesijohtoverkostosta. Kairauksen aikana käytettiin yhtä lasikuitusäiliötä ( 5 m 3 ) varastosäiliönä, josta vesi pumpattiin suodattimen kautta kahteen merkkiainesäiliöön (3 m 3 ). Suodatinta käytettiin mekaanisten epäpuhtauksien suodattamiseksi. Suodattimen läpäisy oli 500 m 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 annostettiin apteekissa valmiiksi,500 g annoksiksi ptenun 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, mutta muutamassa tapauksessa oli uraniinipitoisuus hieman matalampi tai korkeampi, ilmeisesti merkkiainetta oli liuotettaessa jäänyt lasipulloon vähäinen määrä tai edellisen erän merkkiainetta oli joutunut seuraavan erän mukaan. 2. 5 Tarkkailumittaukset Kairauksen aikana suoritettiin tarkkailumittauksia ja otettiin näytteitä huuhteluvedestä. Näin pyrittiin saamaan lisäinformaatiota kallio-olosuhteista ja ennakoimaan mahdollisia kairausteknisiä ongelmia.
-----~--~--~---~ 3 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. Huuhtelu- ja paluuvedestä otettiin vesinäytteitä. Huuhteluvedestä otettiin näyte jokaisesta vesisäiliöön tehdystä huuhteluvesierästä. Paluuvedestä näyte otettiin kerran vuorokaudessa. Uraruinin valoarkuudesta johtuen näytteet käärittiin välittömästi ottamisen jälkeen alumiinifolioon. Näytteitä säilytettiin jääkaapissa ennen analysointiin toimittamista. Liitteessä 7. 3 on listattu merkkiainelisäykset, 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 sähkönjohtokyyyn määrittämistä varten. Palautuva vesi sisälsi kivijauhoa, jonka koostumus riippui kairatusta kivestä. Kivijauhon vaikuttaessa veden sähkönjohtokykyyn, otetut vesinäytteet, määrältään 2... 3 dl, suodatettiin 45 J..lm: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. Sähkönjohtokyyyn mittaus palautuvasta huuhteluvedestä tehtiin koko kairauksen ajan. Huuhteluveden paine kiijattiin aina ajon alkuvaiheessa tai paineen vaihtuessa. Paineen tarkkailemisella pyrittiin häiriöiden välttämiseen ja anomaalisten vettäjohtavien vyöhykkeiden paikallistamiseen kairauksen aikana. Huuhteluveden paine on suoraan verrannollinen reiästä syijäytettävän 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 mitattiin joka aina kun kairauksessa oli pitempi tauko, yleensä ainakin työviikkojen alussa ennen töiden alkamista.
4 2.6 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 98,00 m maanpinnasta mitattuna ja Boremac D2 -mittarilla reikäsyvyydelle 002,00 m maanpinnasta mitattuna. Reiän avomuus tarkistettiin kairausputkistolla ja todettiin reiän olevan avoin pohjaan saakka.
5 2. 7 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 kiinnitettiin syvyysväleihin 75-20 m, 245-255 m ja 870-940 m. Näissä vyöhykkeissä tiedettiin kalliossa olevan tiheärakoisia rakovyöhykkeitä, joista kairauksen aikana oli vuotanut irtokiviä reikään. Huuhteluun käytettiin merkkiaineella merkittyä vettä noin 6 000. Reiän huuhtelun jälkeen reikää huuhdeltiin pumppaamaila vettä kairausputkiston kautta reiän pohjalta uppopumpun avulla. Pumppaus suoritettiin laskemalla putkisto reikään. Putkistoon oli syvyydelle noin 42 n asennettu ns. hetulatulppa estämään 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 6.5.997 klo 7.55 ja 9.5.997 klo 0.45 välisenä aikana. Huuhtelu lopetettiin veden ollessa silmämääräisesti kirkasta eli kunnes vedessä ei ollut havaittavissa kivijauhoa eikä uraniinia. Huuhtelemalla vettä nostettiin reiästä 28 073 eli keskimäärin vettä pumpattiin 374 /h. Uraminipitoisuus oli pumppauksen alkaessa 50 J.tg/ ja pumppauksen lopussa 6 J.tg/.
6 2.8 Näytteiden rakennusgeologinen raportointi Näytteet pakattiin noin metrin pituisiin puisiin laatikoihin välittömästi näyteputken tyhjennyksen jälkeen. Geologi raportoi näytteet kairauspaikalle tuoduissa toimistotiloissa. Näytteistä tehtiin seuraavat kuvaukset: rakoluettelo, näytehukka ja rikkonaisuus, suunnatut näytteet, katkossumma, rakoluku Ja RQD-luku, petrografia Ja rapautuneisuusaste. Lisäksi kitjattiin nostot ja laatikko luettelo. Rakoluettelossa esitetään raon SIJaintisyvyys reikäpituuden mukaisesti cm: n tarkkuudella näytteen keskilinjaan mitattuna. Rakojen ja muiden geologisten havaintojen sitominen on suoritettu kotjattuun reikä- eli näytepituuteen. Tämä tarkoittaa, että esim. näytehukasta ja murtorenkaan luistamisesta aiheutuva virhe on kotjattu muuttamalla ns. nostopalikan tukemaa 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 on vain hieman poikkeava kiven perusväristä. Tästä poiketen on tiiviiksi raoksi luokiteltu myös raot, joilla on selvä väri, mutta tällöin raot ovat kairausnäytteenä edelleen kiinni toisissaan ja tällöin on huomio -sarakkeeseen kitjoitettu "kiinni" tai "oskiinni" merkiksi, että niiden rakopinnat ovat kiinni toisissaan eli ne ovat luonnontilassa todennäköisesti vettä johtamattomia.
Raot, joissa on omamuotoisia tai osittain omamuotoisia kiteitä, on merkitty huomio sarakkeeseen ''KITEIT Ä" -merkinnällä. 7 Rakopinnan väri (mineraalit) on kuvattu nelikiijaimisin lyhentein seuraavasti: rusk, vrus, trus (ruskea, vaaleanruskea, tummanruskea) harm, vhar, thar (harmaa, vaaleanharmaa, tummanharmaa) vihr, wih, tvih (vihreä, vaaleanvihreä, 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 kolmikiijaimisen lyhenteen eteen on liitetty sävyn tunnus yhdellä kiijaimella, esim.: prus (punaruskea) Rakopinnan muoto kuvataan lyhentein: tasa (tasainen, tasomainen) etas (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 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: 8 Riiii = murrosrakenteinen, tiheärakoinen, rakoluku yli 0 kpllm 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 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 kitjattu 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- loppupäiden näytepituudet. Laatikkoluettelo on esitetty liitteessä 7.. Ja
9 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, lasimainen hienorakeinen keskirakeinen karkearakeinen suurirakeinen << mm < mm... 5 mm 5... 50 mm >50 mm Mineraalikoostumus on esitetty kvalitatiivisesti, silmämääräisen paljousjätjestyksen mukaan. Mineraaleista käytetyt lyhenteet ovat seuraavat, luettelossa ovat mukana myös rakoilussa käytetyt mineraalinimikkeet: Kv = kvartsi Ms = maasälvät eli kalimaasälpä ja/tai plagioklaasi Kl = kiillemineraalit, biotiitti, muskoviitti, sensiitti AP = amfiboli- ja pyrokseenimineraalit Kr = karbonaattimineraalit TK = talkki ja kloriitti Sa = savimineraalit Kiis = kiisumineraalit Ruost = ruoste Fluo = Fluoriitti Mikäli muita mineraaleja tai aineita on esiintynyt, on ne erikseen mainittu ja niiden nimi kitjoitettu kokonaan.
20 Rakenne (osasten jäijestyneisyysaste) kuvataan termeillä: massamatnen, liuskeinen, seoksinen, M L S Liuskeisuusaste on nelijakoinen: suuntaukseton 0 heikko 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. V aiokuvat (kastellut) on esitetty raportin lopussa liitteessä 7. 9. 2. 9 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien määritys Kivilajien fysikaalisia ominaisuuksia määritettiin kenttäkäyttöön soveltuvalla Rock T ester -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.
2 u L > 3,5D D~U~L/3 L Kuva. Nelipistetaivutuskoe Nerlipistetaivutuskokeesta kimmomoduli, E, määritetään seuraavalla kaavalla: E=craiEa (), missä cra on puristusjännitys ja Ea siirtymä näytteen akselin suunnassa. Poissonin luku v määritetään kaavalla: V= E r / E a (2), jossa Er on siirtymä näytteen säteen suunnassa. cra mitataan paineanturilla. Ea ja Er mitataan venymäliuskoilla ja laskentayksikkö suorittaa laskutoimitukset yllä esitettyjen kaavojen mukaan. Yksiaksiaalinen puristusmurtolujuus crc määritettiin epäsuorasti pistekuormituskokeen avulla. Kokeesta saatu pistekuormitusindeksi Isso 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 murtoon tarvittavan kuormituksen avulla. Testin tulos tulee hyväksyä ainoastaan, jos murtopinta kulkee molempien kuormituspisteiden kautta. Pistekuormitusluku Is lasketaan kaavalla:
22 p ls =-2 D (3), missä 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. sso = F X s (4) F=(:or.. (5) + D L > 0,5D ' Kuva 2. Pistekuormituskoe
23 3. REIÄN TEKNISET TIEDOT 3. Reiän sijainti ja taipuma Reiän HH-KR lähtösuunta on 307,0 astetta ja lähtökaltevuus 60,7 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. Liitteessä 7.6 kuva sivulla /3 esittää reiän taipumaa sivusuunnassa maanpintatasoon projisoituna sekä kuvat sivulla 2/3 ja 3/3 taipumaa sivu- ja pystysuunoissa projisoituna X- ja Y-akseleiden suunnissa. Boremac-mittaus on esitetty listauksena liitteissä 7. 7 ja projektiopiirroksina liitteessä 7.8. Liitteessä 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. D-akselin pituus on. * reiän esityspituus. Maxibor-mittaustulosten mukaan reikäsyvyydessä 977,00 m saadaan sivusuuntapoikkeamaksi 37,68 m oikealle ja pystypoikkeamaksi 93,68 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeamaksi lähtösuunnasta saatiin Maxibor - laitteistolla 0,3 %. Boremac D2 -taipumamittarilla saatiin reikäsyvyydessä 977,00 m saadaan sivusuuntapoikkeamaksi 98,22 m oikealle ja pystypoikkeamaksi 4,20 m ylöspäin reiän lähtösuuntaan nähden. Kokonaispoikkeamaksi lähtösuunnasta saatiin Boremac - laitteistolla 7,6 %. Eri laitteilla saaduissa tuloksissa oleva ero johtuu laitteistojen asettumistarkkuudesta halkaisijaltaan 56 mm:n reikään sekä vähäisistä magneettisista häiriöistä, jotka vaikuttivat
Boremac-tuloksiin. Maxibor -mittauksen perusteella lasketut koordinaatit valtakunnallisessa XYZ koordinaatistossa syvyydeltä 98 m on esitetty taulukossa 2. 24 Taulukko 2. Reiän llli-kr koordinaatit Pisteen sijainti X Lähtöpiste, maanpinta 6.695.97,0 Lähtöpiste, putken suu 6.695.970,82 Loppupiste (98 m) 6.696.337,5 y 3.464.057,86 3.464.058,2 3.463.634,66 z 6,55 7,3-795,45 3.2 Reiän yläosan rakenne Reiän yläosa kairattiin maapeitteiden läpi 90/77 -maaputkella syvyyteen 3,74 m. Maaputki terineen jätettiin reikään. T -66 -kalustolla lävistettiin VLJ-luolan lastauspaikan katto syvyydessä 37,25 m. Lattian pinnasta reikäsyvyydestä 4,62 m reikää jatkettiin kairaamalla 74/67-suojaputkilla lattian läpi reikäsyvyyteen 42,98 m. T-66 kalustolla jatkettiin edelleen syvyyteen 46,45 m, minkä jälkeen 66 mm:n kallioreikä putkitettiin 64/57 -suojaputkilla ja molemmat suojaputket (74/67 ja 64/57) sementoitiin lattiapinnan alapuolelta kallioon. Suojaputken 74/67 mukana reikään jäi terä (76/67). Lastauspaikan katon yläpuolista putkea ei sementoitu kallioon, vaan veden tulo luolaan ehkäistiin tiivistämällä putken ja kallion väli kumimassalla. Luolan kattoon ja 64/57 -suojaputkeen kiinnitettiin korvakkeet, joiden avulla taijaa käyttäen putkisto pystytään nostamaan ilman ulkopuolista apua. Alkureiän rakenne on esitetty liitteessä 7.4 a. VLJ-luolaan lastauspaikalle asennettiin venttiililaitteisto, joka koostuu kahdesta sulkuventtiilistä ja niiden välissä olevasta ulosotto haarasta. Ulosottohaaraan (halk ") on asennettu manometri ja säätöventtiili näytteenottoa varten. Venttiilit on kiinnitetty 64/57 - suojaputkeen laipoilla. Ulosottohaara on samoin kiinnitetty 64/57 -suojaputkeen. Venttiililaitteiston kaavakuva on esitetty liitteessä 7.4 b. Venttiilin kaaviokuva on liitteessä 7.4 c. Työn lopuksi reiän yläpäähän vaiettiin teräsbetonilaatta, pinta-alaltaan,0 x,0 m 2, maapeitteen päälle. Betonilaatta ankkuroitiin raudoituksilla 90/77 mm:n maaputkeen ja maahan. Putken suu suljettiin lukittavalla tulpalla.
------ --- -- 26 Pyterliitin ja viborgiitin perusmassa on raekooltaan keskirakeista,... 5. Rakenteeltaan se on massamaista ja suuntautumatonta, MO. Perusmassa koostuu maasälvistä, kvartsista, kiilteestä ja sarvivälkkeestä. Kaikissa alueella tavatuissa rapakivityypeissä et esiinny ovoideja. Tasarakeista muunnostyyppiä esiintyi muutamissa kohdin ja paksuin lävistys oli reiän alussa noin 29 m. Muutoin lävistykset olivat muutamien metrien paksuisia. Tasarakeisissa muunnoksissa raekoko vaihteli keskirakeisesta,.. 3 mm, karkearakeiseen, 3.. 8 mm. Rakenteeltaan kivi oli suuntautumatonta. Tasarakeisissakin muunnoksissa esiintyy paikoin pieniä ovoideja, jotka yleensä eivät ole kehällisiä. Päämineraaleina ovat maasälvät, kvartsi, biotiitti ja jonkin verran on myös sarvivälkettä. Kontaktit ovat normaalisti teräviä, mutta reiän alussa esiintyvän tasarakeisen graniitin kontakti pyterliittiin oli vaihettuva. Lisäksi esiintyi karkearakeisia pegmatiitteja pieninä pahkuina ja yksi kapea hienorakeinen apliittiinen juoni. Pegmatiitti on raekooltaan karkearakeista. Pegmatiitissa päämineraaleina ovat maasälvät ja kvartsi, lisäksi esiintyy paikoin kiilteitä. Apliitin päämineraalit ovat maasälvät ja kvartsi, kiilteitä on vain vähän. Myloniittisiä vyöhykkeitä lävistettiin muutamia. Osassa vyöhykkeitä oli onteloita, joihin oli kiteytynyt omamuotoisia kiteitä. Myloniittisia vyöhykkeitä oli eniten reiän loppuosassa välillä 875,00-935,32 m. Näytteet ovat pääosin rapautumattomia tai lievästi rapautuneita. Kohtalaisesti rapautuneita vyöhykkeitä lävistettiin viisi kappaletta, jotka enimmäkseen sijaitsivat tiheärakoisten, rikkanaisten tai myloniittiutuneiden vyöhykkeiden yhteydessä. Lievästi rapautuneita vyöhykkeitä oli runsaasti. Yleensä niissä oli hematiittiutumista, kloriittiutumista, kiilteiden syöpymistä, ja plagioklaasin samentumista ja muuttumista. Paikoin tosin oli rapautumattomissakin osuuksissa nähtävissä plagioklaasikehien ja plagioklaasikiteiden värin samentumista ja talkkiutumista. Liitteessä 7. 5 on esitetty kivilajien rapautuneisuusaste. Kivilajien kuvaus syvyyksittäin on esitetty liitteessä 7.2. Kuvassa 3 on esitetty kivilajit ja rakotiheysjakauma graafisesti.
0 0 : ~ : 0 0 :.:..:. 0 0 0.. ~ 0 0, :;:.:: 0 ~ Q): -go c c:: _'Jl,.::,., S» ~: 7':'"? 90 = 27 0 ~ SELITYS 00..., ~0 ~ ~'C.tc/" : : w:eb:i...... :.... KIVILAJIT ED PYTERLIITTI - VIBORGllTTI 200... : : : : TASARAKEINEN RAP AKIVI MYLONIITTI, 300 400 500.. '......, 0. 0... ~ :~:::.::;~. l:&s~o 0::.... -... RAKOILU D Harvaralminen ( < ) E2. Vähärakoinen ( - 3) Rnnsasrakoinen ( 3-0) - Tiheärakoinen ( > 0 ) 600 -j ~~.......... 0.... '... /':'_~~: : : : : : ~~~~.:,......,......,. 700... i........ :. '....,~...,....,.... 800 i 900 ~ J............................. -....... 'o, t-+-+--+4-+4--.t. ~. ~.... :.... 'o 0 0 ~ iz:;;;l::i::2::il':. ~ ~ :.oooo.o,o 000 Kuva 30 Kivilajit ja rakoilu, reikä HH-KRl
28 4.3 Rakoilu Reiässä ovat vallitsevia tiiviit raot. Avoimia rakoja esiintyy yksittäisinä vain reiän alkuosassa. Täytteisiä rakoja esiintyy tasaisesti koko reiän matkalla, joskin täytteiset ovat selvästi vallitsevampia tiheärakoisissa vyöhykkeissä, kun taas tiiviit raot ovat vallitsevampia harva- ja vähärakoisissa osissa. Useimmissa täytteisissäkin raoissa rakojen vastakkaiset pinnat ovat hyvin yhtenäiset ja niillä on vain ohut silaus täytemateriaalia. Osa täytteisistä raoista oli näytteessä edelleen kiinni-iskostuneena ja ne luettiin tiiviiksi. Tällöinkin rakojen täytemateriaali on havannoitu Ja täytepaksuus huomioitu. Osa kiinni-iskostuneista raoista on todennäköisesti irronnut kairattaessa ja ne on luettu normaaleiksi täytteisiksi raoiksi. Täytteisissä raoissa täytemateriaali on yleensä väriltään tummanvihreää tai mustaa (kloriittia ja talkkia), ruskeaa (ruostetta/hematiittia), tai harmaata tai valkoista (yleensä karbonaattia). Paikoin esiintyy myös fluoriittia pieninä kiteinä, samoin karbonaatti voi paikoin esiintyä omamuotoisina kiteinä. Karbonaatin esiintyessä kiteisessä muodossa on täytteen paksuus 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 45 kpl ja savitäytteisiä rakoja 9 kpl. Yleensä muru- ja savitäytteiset raot keskittyivät rikkonaisiin, tiheärakoisiin vyöhykkeisiin, eikä niitä usein esiintynyt näiden vyöhykkeiden ulkopuolella. Haarniskapintaisia rakoja lävistettiin 44 kpl. Haarniskarakoja on kauttaaltaan reiän pituudelta, mutta eniten niitä on kuten muru - ja savitäytteisiä rakojakin muutamassa rikkanaisessa tai runsasrakoisessa vyöhykkeessä. Rikkanaisissa vyöhykkeissä haarniskapintaisia rakojaon 25 kpl. Yksityiskohtaiset tiedot raoista ovat liitteessä 7.6. Rakopintojen muoto vaihteli suuresti. Yleisin rakomuoto oli tasainen, rakopinnan ollessa puolikarkea, mutta kaikenlaiset muunnokset olivat yleisiä, etenkin tiheärakoisten, rikkanaisten tai rapautuneiden vyöhykkeiden yhteydessä. Rakoilun kaarlesuunnista voimakkaimmin ovat esillä loivat lähes vaaka-asentoiset rakoilusuunnat, kaarlesuuntien vaihdellessa välillä 270-290 gon ja 20-40 gon. Pystysuuntaisesta rakoilusuunnasta merkittävin oli kaarlesuunnassa 375-395 gon kaateen vaihdellessa
29 välillä 80-00 gon, kaateen välillä muuttuessa niin että rakoilun kaadesuunta kääntyy välille 75-95 gon. Kuvassa 4 reiän taipumamittaustulosten mukaan korjatut rakojen kaadesuunnat/kaateet on esitetty alapalloprojektiona. Kallion rakoluku on keskimäärin,9 kpvm ja RQD -luku on 95 %. Reiän alussa kallio on yleensä runsasrakoisesta vähärakoiseen sisältäen kuitenkin useita tiheärakoisia osuuksia. Kallion rakoluku on reiän alussa, reikävälillä 3,07... 9 m, keskimäärin 4,3 kpvm ja RQD on 87 %. Tämän jälkeen, reikävälillä 9-530 m, kallion rakoluku on harva-vähärakoista sisältäen muutamia kapeita runsasrakoisia vyöhykkeitä ja kaksi tiheärakoista osuutta. Välillä 9-530 m kallion rakoluku on keskimäärin!, kpvm ja RQD on 98 %. Loppureiän osalta kallio on pääosin vähä-runsasrakoista, jossa on tiheärakoisia vyöhykkeitä. Reiän loppuosalla kallion rakoilutiheys on keskimäärin 2, kpvm ja RQD on 95 %. Kuvassa 3 on kallion rakoluku ja kivilajit esitetty graafisesti. Liitteessä 7. 7 esitetään rako luku, katkossumma ja RQD-luku. Rikkanaisia osuuksia lävistettiin 9 kpl. Osuudet ovat kaikki murrosrakenteisia, täytemateriaalin ollessa raoissa vähäistä. Rikkanaisten osuuksien pituudet vaihtelevat välillä 0,40... 3, m. Yhteensä rikkanaisia osuuksia on 23,09 m, joka on 2,3 % reiän kokonaisnäytemäärästä. Liitteeseen 7. 8 on merkitty kallion rikkonaisuusvyöhykkeet. N Prosenttikäyrät 2, 4, 6 Kuva 4. Taipumamittaustulosten (Maxibor -mittaus) mukaan kotjattujen rakojen kaadesuunnat/kaateet alapalloprojektiona
30 4.4 Näytteiden lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet Näytteistä määritettiin lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksia vähintään 30 m:n pistevälein sekä myös kivilajin vaihtuessa. Yhteensä määrityksiä tehtiin 36 kpl. Näytteiden muodonmuutos- Ja lujuusominaisuudet vaihtelevat mm. mineraalikoostumuksen ja raekoen vaihdellessa näytteessä. Pyterliitin ja viborgiitin suuri raekoko aiheutti suurta hajontaa varsinkin kimmokertoimen määrityksessä. Lisäksi runsas mikrorakoilu aiheutti hajontaa. Laboratoriokokeiden tulokset on esitetty syvyyden funktiona kuvassa 5. Taulukossa 3 on esitetty tulokset numeerisesti. Lisäksi taulukossa 3 on laskettu lujuus- ja muodonmuutosominaisuuksien keskiarvot kivilajeittain. cs... 300,00 -- Kimmokerroin Puristuslujuus [MPa] (GPa] :: 250,00 --* - Poissonin luku... Q)..:.:: 0 E 200,00 E ~ ns - -ns... ns o.. o..c) 50,00 :ri!...... rn ::::J ::::J "5' 00,00 c;; ::::J.i: -rn ::::J 0.. 50,00 0,70 0,60 0,50 ::::J.X 0,40.=.E :: 0 rn 0,30 rn 0,20 0,0 cs 0.. 0,00 +------+-------+------+-----+-------+L 0,00 0 200 400 600 800 000 Syvyys [m] Kuva 5. Kiven lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet syvyyden funktiona
3 Taulukko 3. Reiän näytteistä mitatut lujuus- ja muodonmuutosominaisuudet Syvyys E V lsso lsso crc crc2 Smax Kivilaji m GPa MPa MPa MPa MPa MPa 4,9 55,9 0,24 6,68 7,73 60,24 85,40 2,4 tasarakeinen graniitti 33,0 49,23 0,6 8,63 7,58 207,4 8,98,89 tasarakeinen graniitti 62,7 53,5 0,26 8,24 6,84 97,70 64,20,08 pyterliitti 93,0 66,35 0,36 5,73 7,32 37,57 75,74 8,23 pyterliitti 23,0 24,54 0,4 7,33 6,92 75,96 66,20 8,0 pyterliitti 53,0 57,57 0,27 6,8 6,78 48,22 62,65 7,8 pyterliitti 82,6 57,58 0,25 6,25 6,42 50,00 53,99 7,25 pyterliitti 2,9 47,0 0,29 5, 5,66 22,70 35,80 9,43 pyterliitti 238,3 44,76 0,28 8,62 6,89 206,80 65,3 7,46 pyterliitti 267,3 35,53 0,23 5,9 6,80 24,48 63,09,87 pyterliitti 297,3 3,85 0,9 9,3 4,37 29,23 04,95 9,20 pyterliitti 326,5 45,89 0,26 9,0 8,86 26,2 22,57 3,25 pyterliitti 356,0 5,32 0,25 4,42 7,03 06,06 68,64 8,60 pyterliitti 385,5 63,56 0,23 5,00 6,30 20,04 5 ' 6,70 pyterliitti 45,5 75,53 0,27 0,25 5,84 246,08 40,23 '8 pyterliitti 445,2 44,27 0,2 5,8 5,65 39,35 35,57 4,53 pyterliitti 472,0 62,37 0,9,24 0,72 269,82 257,7 20,9 tasarakeinen graniitti 50,5 6,39 0,25 6,62 5,67 58,87 36,02 2,77 pyterliitti 529,5 68,5 0,34 7,08 5,73 69,97 37,57 4,25 pyterliitti 557,0 69,98 0,24 9,6 9,2 230,54 22,00 4,22 tasarakeinen graniitti 575,0 7,86 0,6 7,76 7,3 86,7 75,5 6,32 tasarakeinen graniitti 602,3 34,90 0,24 5,94 5,55 42,68 33,3 0,83 pyterliitti 632,0 55,63 0,30 5,26 5,4 26,26 29,8 0,0 pyterliitti 662,0 32,56 0,20 8,69 7,5 208,58 80,7 2,24 pyterliitti 69,0 67,45 0,44 8,44 6,74 202,59 6,76 2,2 pyterliitti 720,0 45,0 0,4 5,32 5,24 27,59 25,8 4,57 pyterliitti 750,0 42,92 0,20 5,95 5, 42,90 22,70 2,26 pyterliitti 780,0 8,23 0,24 6,04 5,96 44,89 43,2 8,68 pyterli itti 80,0 68,0 0,23 5,88 6,72 4,2 6,3 9,4 pyterliitti 839,5 58,92 0,2 7,06,54 69,52 276,92 7,4 pyterliitti 868,5 68,44 0,20 7,26 6,9 74,8 65,75 6,5 pyterliitti 897,5 5-,20 0,8 7,4 7,90 77,96 89,72 5,4 viborgiitti 926,8 72,62 0,23 5,56 7,67 33,36 84,7 8,86 viborgiitti 954,0 7,8 0,2 6,90 5,6 65,53 34,69 2,5 pyterliitti 987,5 47,80 0,20 8,2 7,7 97,04 72,9 9,05 tasarakeinen graniitti 002,0 63,50 0,26 5,65 6,95 35,57 66,86 6,66 pyterliitti keskiarvo 54,53 0,24 6,96 67,02 2,32 keskihaj. 5,4 0,06,55 37,6 4,0 kaikki keskihaj.oa 28% 25% 22% 22% 33% keskiarvo 59,4 0,20 8,49 203,68 5,80 keskihaj. 0,3 0,04,44 34,5 3,64 tasarakeinen graniitti keskihaj.oa 7% 8 o/o 7% 7% 23% keskiarvo 52,95 0,25 6,62 58,86,23 keskihaj. 6,36 0,06,4 33,85 3,67 pyterliitti keskihaj.oa 3 o/o 25% 2% 2 o/o 33% keskiarvo 6,9 0,2 7,4 7,30 7,4 keskihaj. 5,5 0,04,07 25,75 2,44 viborgiitti keskihaj.oa 24% 7% 5% 5% 4% lujuuksllle on laskettu yhdistetty keskiarvo
32 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 välillä 3,0... 22,0 ms/m. Tulokset on esitetty liitteessä 7. 3. Palautuneen veden sähkönjohtokyky vaihteli erittäin runsaasti, sen vaihteluväli oli 7,5... 407,0 ms/m. Reiän alkuosissa veden sähkönjohtavuus oli matala, lähellä puhtaan huuhteluveden sähkönjohtokyvyn arvoja. Reiän syventyesså veden sähkönjohtavuus kasvoi kohoten suurimmaksi yleensä runsas- tai tiheärakoisten vyöhykkeiden lävistämisen yhteydessä ja niiden jälkeen osoittaen suolaisen veden sekoittumista kairauksessa käytettyyn huuhteluveteen. Mittaustulokset palautuvasta huuhteluvedestä on esitetty graafisesti kuvassa 6. e... 00 e 000 ~ ::s ~.....c:: 0 "& :O 500 ~..c:: :cd 00 0 200 400 600 800 000 Reiän syvyys, m Kuva 6. Palautuneen veden sähkönjohtokyky
33 5.2 Huuhteluveden ja paluuveden määrä Kairauksen ja reiän huuhtelun aikana käytettiin merkittyä huuhteluvettä 292,2 m 3. Kairauksen aikana vettä palautui reiästä määrämittarin kautta 34,2 m 3. Määrämittarin ohi vettä palautui kairausputkistojen nostojen yhteydessä arviolta 50 m 3. Täten kairauksen aikana palautui vettä reiästä yhteensä noin 84 m 3. Huuhtelupumppauksen aikana vettä pumpattiin reiästä noin 28 m 3 Vesinäytteiden ottojen yhteydessä vettä poistettiin reiästä 84 m 3. Yhteensä kairauksen aikana vettä pumpattiin reikään arviolta 4 m 3 vähemmän kuin reiästä poistui vettä työn aikana. Kuvassa 7 on esitetty huuhteluveden ja määrämittarin kautta palautuneen paluuveden määrät kumulatiivisesti. Myöhemmin sulkuventtiilin korjauksen yhteydessä sulkuventiili oli jäänyt auki ja reiästä oli valunut VLJ-luolan salaojajärjestelmään 338m 3 vettä ajanjakson 9.5-27.5 välisenä aikana. 400 ~ --------------------------------------------~ r<l e Ji ~ Q) c Q) e 300 200 "r;l Q) > 00 0 ~~--~------~-------L------~------~----~ 0 200 400 600 800 000 200 Reiän syvyys, m J- Huuhtelu --- Paluu Kuva 7. Käytetyn huuhteluveden ja paluuveden määrät kurnutatiivisesti
34 5.3 Huuhteluveden paine ja pohjavedenpinnan korkeus Pohjavedenpinta oli säännöllisesti noin 8, 7 m:n reikäsyvyydellä maanpinnasta mitattuna. Huuhteluveden paine kohosi tasaisesti työn aikana syvyyden lisääntyessä. Reiän alussa paine oli 0,4 MPa kohoten syvyyden lisääntyessä. Huomion arvoisia olivat muutamat rakoiluvyöhykkeet, joissa paine usein putosi voimakkaasti, kohoten kairauksen ohitettua vyöhykkeen lähes ennalleen. Merkittävin rakovyöhykkeistä lävistettiin reiän loppuosissa syvyyden 903 m jälkeen, jonka jälkeen paine vaihteli voimakkaimmin. Tämän vyöhykkeen alkuosien lävistyksen jälkeen huuhteluveden palautuminen reiästä päättyi. Huuhteluveden paineen käyttäytyminen on esitetty kuvassa 8. 5 ~ ~ 4 af c: ;s 3 0.. c: ~ "0 ~ > ==' "'i) l: ==' ==' :t 2 J 'M~lv 0 0 200 400 600 Reiän syvyys, m 800 000 Kuva 8. Huuhteluveden paineen vaihtelu 5.4 Kivijauhon määrä Reiästä poistunut kivijauho kerättiin altaaseen ja sen määrä mitattiin. Reiästä poistui noin 500 märkää kivijauhoa. Koska reikä on kairattu 66/56 mm ulkoläpimittaisilla terillä, terän työstämän alueen tilavuus eli reiästä kivijauhona irronneen kiven kiintotilavu:us on,29 ja,2 /m. Kokonaisuudessaan reiästä irtosi 22 kiveä. Jos märän kivijauhon löystymiskerroin on, 7 saadaan sen tilavuodeksi jauheena noin 90. Tällöin noin 79 % kairauksen aikana syntyneestä kivijauhosta poistui reiästä kairauksen ja sitä seuranneen huuhtelupumppauksen aikana.