Katsaus ikiroudan geofysikaalisiin mittauksiin GTK:ssa Heikki Vanhala

ESY Q16.2/2003/1 10.1.2006 Espoo Katsaus ikiroudan geofysikaalisiin mittauksiin GTK:ssa Heikki Vanhala

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Tekijät Heikki Vanhala KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro 10.1.2006 Raportin laji arkistoraportti Toimeksiantaja GTK Katsaus ikiroudan geofysikaalisiin mittauksiin GTK:ssa Tiivistelmä Raportissa tehdään katsaus Suomessa tehtyyn, tai suomalaisten ulkomailla tekemään, routaan ja ikiroutaan liittyvään tutkimukseen, jossa geofysiikan mittauksilla on ollut merkittävä rooli. Tarkastellaan myös GTK:n valmiuksia geofysikaalisiin tutkimuksiin ikirouta-alueilla. Raportissa käsitellään perinteisiä geofysiikan maanpinta- ja lentomenetelmiä. Kaukokartoitusmenetelmiä ja lämpötilan mittaamista ei käsitellä, ei myöskään merialueilla tehtäviä tutkimuksia. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) ikirouta, arktiset alueet, geofysiikka Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) suomi, Enontekiö Karttalehdet Muut tiedot Arkistosarjan nimi Q-raporttisarja Arkistotunnus Q 16.2/2003/1 Kokonaissivumäärä 26 Kieli suomi Hinta - Julkisuus julkinen Yksikkö ja vastuualue ESY, merigeologia ja geofysiikka, 215 Hanketunnus 2804003 (2607000)

2 Sisällysluettelo Lyhennelmä...3 1 Johdanto...4 1.1 Tausta ja tarkoitus...4 1.2 GTK:n ikiroutageofysiikasta...5 2 Katsaus geofysiikan rooliin ikiroutaan liittyvissä tutkimuksissa...9 2.1 Lähtökohta geologisten materiaalien ominaisuudet sulana ja jäätyneenä...9 2.2 Geofysiikan menetelmät ja geofysiikalla ratkaistavat ikiroutaprobleemat...12 2.2.1 Vastusluotaus...13 2.2.2 Lento- ja maanpinta-em-menetelmät...13 2.2.3 EM-luotaus (TEM, Sampo)...15 2.2.4 Maatutka...17 2.2.5 Seisminen luotaus...19 2.2.7 Saastunut maa & haudatut esineet, rakenteet & kaatopaikat...19 3 Yhteenveto...20 Kirjallisuus...22 Palsoja (kuvassa palsa Enontekiön Peerassa) esiintyy tyypillisesti laikuittaisen ja epäyhtenäisen ikiroudan alueella.

3 Lyhennelmä Tämä raportti liittyy Ympäristögeofysiikka-hankkeen (2607000) ikirouta-aiheeseen ollen kirjallisuuskatsaus joka käsittelee ikiroudan ja ikiroudassa olevan maankamaran tutkimiseen soveltuvaa geofysiikkaa ja ikirouta-alueen geologisia ja geoteknisiä ongelmia joiden kartoittamiseen geofysiikka soveltuu. Ikiroudan tutkimusmenetelmien osaaminen on perusteltua: Ikirouta peittää lähes viidenneksen maapallon maapintaalasta (24 %). Venäjällä ja Kanadassa ikiroudan peittämien alueiden osuus on noin puolet (49 % ja 50 %) maapinta-alasta. Suomessa ei yhtenäistä ikiroutaa esiinny, mutta pohjoisimpien osien käsivarren Lapissa ja Tunturi-lapissa katsotaan kuuluvat epäjatkuvan ikiroudan alueeseen. Tämän paperin tarkastelu rajautuu menetelmiin ja tekniikoihin, joita käytetään maanpinnan alla vallitsevien olosuhteiden kartoittamiseen. Kaukokartoitus- ja vastaavia tutkatekniikoita ei (niiden tärkeydestä huolimatta) käsitellä, ei myöskään lämpötilan mittaamista. Suomessa geofysiikan käyttö ikiroutatutkimuksissa rajoittuu suppeisiin testimittauksiin. GTK on kartoittanut ikiroudan paksuutta Antarktiksella ja Kanadassa. Kanadassa ja Alaskassa (ilmeisesti myös Venäjällä, helposti saatavilla oleva englanninkielinen kirjallisuus käsitteli lähinnä Kanadan ja Alaskan ikiroutatutkimuksia ) geofysiikkaa on käytetty perinteisesti ja laajasti paitsi raaka-ainevarojen etsintään ikirouta-alueilla, myös itse ikiroudan tutkimiseen. Geofysiikan hyödyntäminen perustuu muutoksiin joita jäätyminen maankamaran fysikaalisissa ominaisuuksissa aiheuttaa. Tärkeimmät muutokset ovat ominaisvastuksen ja seismisen nopeuden kasvu maan jäätyessä. Tästä johtuen tutkimuksissa on käytetty pääasiassa erilaisia sähkömagneettisia (EM), sähköisiä ja seismisiä mittaustekniikoita. Käytetyimmät menetelmät ovat maatutka, EM-luotaus (kuten Sampo ja TEM) ja refraktio- ja reflektioseisminen luotaus. Myös painovoimamittausta on käytetty. Merialueiden öljyteollisuuteen liittyvissä hankkeissa geofysiikka on lähes pelkästään seismiikkaa, myös routaan liittyvät tutkimukset. Merialueiden geofysiikka ei tässä käsitellä. Ikiroutaa on tutkittu sekä merellä että maalla sekä lentomittauksin, maanpintamittauksin että porareikämittauksilla. Geofysiikkaa on käytetty ennen kaikkea ikiroudan paksuuden määrittämiseen, aktiivisen kerroksen paksuuden määrittämiseen ja roudan sisäisten sulakohtien kartoittamiseen. Kokemusta ikiroutaolosuhteista ja geofysiikan käytöstä ikiroudassa olevan maankamaran tutkimiseen GTK:lla on niukasti, mutta sekä geofysiikan laitteistojen että yleisen mittaus/tulkintaosaamisen puolesta GTK:lla on hyvät valmiudet osallistua erilaisiin routa- ja ikiroutahankkeisiin. Viime vuosien ulkomaisissa raporteissa esiintyneet geofysiikan menetelmät vastaavat hyvin tai tietyin rajoituksin GTK:n valmiuksia lentogeofysiikassa, seismisessä luotauksessa ja sähköisissä sekä maanpinta-em-menetelmissä (Sampo, Max-Min slingram, vastusluotaus, maatutka). GTK:n painovoimamittaus on korkeaa kansainvälistä tasoa ja lentomagneettinen mittaus ja UXO soveltuvat sellaisenaan myös ikirouta-alueille.

4 Kuva 1.1a. Ikiroudan levinneisyys pohjoisella pallonpuoliskolla. (kuva monisteesta: POHJOISET JÄRJESTELMÄT- Pohjoisia alueita ja globaalimuutosta käsittelevän tutkimustoiminnan ja opetuksen tarpeet ja kehittäminen - Oulun yliopiston linjaukset pohjoisuustutkimuksen strategiaksi. Oulun yliopisto 1 Johdanto 1.1 Tausta ja tarkoitus Routaantuneen maan geofysiikan kehitystyö alkoi GTK:n Ympäristögeofysiikkahankkeessa vuonna 1999 pienimuotoisilla kokeilulla Peeran palsalla ja Saanatunturilla käsivarren Lapissa. Kohteet sijaitsevat ns. epäjatkuvan ikiroudan alueella 1. Mittausten tavoitteena oli selvittää sähköisten ja sähkömagneettisten menetelmien soveltuvuutta routaantuneen maan rakenteen ja roudan ominaisuuksien tutkimiseen. Tässä vaiheessa katsottiin että sovelluskohteita olisivat lähinnä saastuneet maat routa- ja ikiroutaalueilla, samoin kuin jäässä olevaan maahan tukeutuvat rakennetut kohteet (tiet, kaivospadot, öljyjohdot, ym.) routa- ja ikirouta-alueilla. Erityisesti työhypoteesina oli roudan ja ikiroudan osittainen sulaminen (ilmastomuutoksen seurauksena tai muuten) ja sulamisen ja sulamiseen liittyvien routaantuneen maan rakenteiden mittaaminen ja monitorointi geofysiikan keinoin. Kiinnostuksen kohteena oli maankamaran ylin kerros metristä muutamaan kymmeneen metriin. Aihe raportoitiin 2000 2. Vuosien 2001 ja 2002 aikana, kun tuloksia esiteltiin ulkomailla 3 ja Suomessa 4, tarve routaantuneen maan ja ikirouta-olosuhteiden geofysiikan kehitystyön jatkamiseksi kävi ilmeiseksi ja vuoden 2003 ympäristögeofysiikan hankesuunnitelmaan (hanke 2607000) liitettiin kehitystyön jatkamiseen, kirjallisuusselvitykseen ja tutkimusyhteistyöhön tähtäävä osio.

5 Tässä raportissa käsitellään Suomessa tehtyjä routaan liittyviä geofysiikan mittauksia ja jäätyneen maan tutkimiseen soveltuvaa geofysiikka. Tämän kirjallisuusselvityksen perusteella vuonna 1999 asetetut tavoitteet routa-olosuhteiden ja sovelluskohteiden osalta ovat edelleen hyvin ajankohtaisia. Ikirouta-alueen ongelmat kärjistyvät ohuen ikiroudan ja osittaisen ikiroudan alueella ja geofysiikan sovellukset liittyvät paljolti juuri sulana olevien kerrosten ja paikkojen määrittämiseen ja monitorointiin. Ikiroutaan liittyvien geofysiikan tutkimusmenetelmien osaaminen on monessakin mielessä hyvin perusteltua - EU:n pohjoinen ulottuvuus, ikirouta-alueiden laajuus (ks. kuvat 1.1a ja 1.1b) ja merkittävyys Euroopan energiahuollossa, kasvihuonekaasujen ja ikiroudan välinen yhteys. Maapallon maapinta-alasta noin neljännes (24 %) kuuluu ikirouta-alueisiin. Tärkeimmät ikiroutamaat ja alueet ovat: Venäjä 49 % maapinta-alasta 11 000 000 km 2 Kanada 50 % maapinta-alasta 5.7 000 000 km 2 Kiina 22 % maapinta-alasta 2.1 000 000 km 2 Alaska Etelämanner Grönlanti Huippuvuoret Vuoristoalueet kuten, Köli, Alpit, Pyreneet, Andit, Kalliovuoret, Himalaja, Kaukasus, Lisäksi osa valtaerien pohjasta on ikiroudassa (mm Itä-Siperian meret ja Laptevin, Beaufortin meri). 1.2 GTK:n ikiroutageofysiikasta GTK:ssa on tehty jäätyneeseen maankamaraan (ikiroutaan) liittyvää geofysiikkaa edellä mainittujen Peeran palsan ja Saanatunturin lisäksi (ja huomattavasti laajemmassa mittakaavassa) Etelämantereella ja Lupinissa Kanadan ikirouta-alueella. Seuraavassa esitetään lyhyesti ensin Peeran ja sitten Etelämantereen ja Kanadan mittaukset ja tulokset. Saanan ja Peeran mittausten kimmokkeena oli ainakin osittain King n ja Seppälän 5 artikkeli, jossa esitettiin että vastusluotauksella voidaan kartoittaa kiteisen kallion olosuhteissa ikiroudan paksuutta. Julkaisussa esitettyjä vastusluotausten tulkintoja (sähkönjohtavuuden kerrosmalleja), enempää kuin sähkönjohtavuusmallien geologisia tulkintoja, ei voida pitää luotettavina eivätkä mittaukset todista Saanan ikiroudan olemassaoloa tai sen puuttumista (mm. siksi että tulkitut ominaisvastukset eivät sinällään viittaa jäätyneeseen kallioon, vaan ovat tyypillisiä myös ehjälle kalliolle ja siksi että 1D-vastusluotaus ja kerrosmaatulkinta on erittäin virhealtis menetelmä vaihtelevan topografian ja pystyrakenteiden alueella). Toisaalta, on mainittava että vuonna 1999 Ympäristögeofysiikkahankkeessa tehtyjen 1D vastus- ja IP-luotausten tulokset olivat samansuuntaisia kun King n ja Seppälän esittämät. Peeralla testattiin paitsi vastusluotausta, myös maatutkaa (kuva 2.9). Gobra-kairauksin selvitettiin jään paksuutta ja maalajeja. Ohessa esimerkki vastusluotauksen antamasta

6 sähkönjohtavuusleikkauksesta ja tulkinnasta palsalla. Peeran palsan halkaisevalla maantiellä on lisäksi tutkittu 1980-luvulla ja 1990-luvun alussa tien ikiroudan päällä olevan tien käyttäytymistä 6 7 8. Kuva 1.1b. Ikiroudan paksuus Venäjällä (entisen Neuvostoliiton) alueella 9.

7 Kuva 1.2. Sähköinen leikkaus Peeran palsalta. Korkea ominaisvastus palsan alla kalliossa viittaa ikiroutaan. Palsan sulaneet ja osittain sulaneet osat erottuvat paremmin sähkö johtavina. Leikkauksen syvyys noin 15 metriä ja pituus 40 metriä. Suomessa ikiroudan paksuuden määrittämiseen tähtääviä mittauksia (Sampoluotauksia) on tehty Yllästunturilla, mutta roudan paksuutta ei voitu tulkita kallion mineraalisten johteiden ja ympäristön häiriöiden (hiihtokeskuksen?) takia. Laajemmin geofysiikkaa (Sampo-luotauksia ja painovoimamittauksia) on käytetty ikiroutakerroksen kerroksen paksuuden määrittämiseen Etelä-mantereella 10 11 12 13 14 15 ja Kanadassa 16 Lupinissa. Kummassakin tapauksessa asetelma oli sähkömagneettisen (EM) luotauksen tulkinnan kannalta otollinen resistiivinen pintakerros, jonka alla hyvin sähköä johtava, vaaka-asentoinen, kerros. Lupinissa ikiroutakerros oli noin 500 metrin paksuinen koostuen kalliosta (kuva 3), etelämantereella vastaavasti 500-1000 metriä (kuva 4) koostuen pääasiassa jäästä. Kummassakin tapauksessa jäätyneen kerroksen alapuolinen kohonnut sähkönjohtavuus on katsottu johtuvan pohjaveden kohonneesta suolapitoisuudesta jään alapuolisissa kerroksissa. Lupinin EM-luotausten tulkinta - sulan kerroksen syvyys (tai ikiroudan paksuus) noin 500 metrissä - vastaa hyvin vallitsevaa kuvaa kohteen ikiroudasta 12. Etelämantereen tulkintaa ei ole vastaavalla tavalla todennettu. Mittaus- ja tulkintateknisesti merkittävää kummassakin tuloksessa on syvyys jolta sula kerros on todettu. Sampo-luotaus (ks. luku 2.2.3) on sähkömagneettisena syväluotausmenetelmänä teknisesti erittäin kilpailukykyinen ja parhaimmillaan tyypillisessä ikiroutakohteessa, eli tilanteessa jossa pintakerros on huonosti sähköä johtavaa materiaalia ja 100-1000 metrin syvyydessä oleva vaaka-asentoinen kerros on hyvin sähköä johtava.

8 Kuva 1.3. Tulkittu ikiroudan alapuolisen johteen syvyys (ikiroudan paksuus), Sampo-luotaus, Lupin, Kanada 12 Kuva 1.4. Tulkittu ikiroudan alapuolisen johteen syvyys (ikiroudan paksuus), Sampo-luotaus, Etelämanner. Jään ja kallion raja perustuu painovoimatulkintaan.

9 2 Katsaus geofysiikan rooliin ikiroutaan liittyvissä tutkimuksissa 2.1 Lähtökohta geologisten materiaalien ominaisuudet sulana ja jäätyneenä Geofysiikan kannalta merkittävät fysikaaliset ominaisuudet joita jäätyminen muuttaa ovat sähkönjohtokyky, suhteellinen permittiivisyys (dielektrinen vakio) ja seismisen aallon nopeus, seuraavasti: Sähkönjohtokyky (Ominaisvastus Suhteellinen permittiivisyys Seismisen aallon nopeus heikkenee kasvaa) pienenee kasvaa Edellisten lisäksi tiheys voi muuttua materiaalin jäätyessä ja sulaessa. Irtomaakerroksissa (turve, moreeni, lajittuneet maalajit) veden jäätyminen estää sähköisesti varautuneiden partikkeleiden liikkeen ja materiaalin sähkönjohtavuus heikkenee merkittävästi, tyypillisesti 1-2 dekadia sulasta 10 o C lämpötilaan. Sedimenttikivissä ja kiteisessä kalliossa mekanismi on sama, mutta tulkinta ei aina yhtä yksiselitteinen kuin vedessä ja huokoisissa irtomaissa. Kiteisen kallion ominaisvastus, mikäli kivi on riittävän ehjä, voi olla erittäin korkea vaikka kivi ei olisikaan jäässä. Toisaalta, jäätyminen ei juurikaan muuta kiteisen kallion ominaisvastusta, jos sähkönjohtavuusmekanismi on muu kuin elektrolyyttinen, siis elektroninen eli kivessä on grafiittia, kiisuja tai sähköä johtavia oksidimineraaleja. Kirjallisuuden mukaan maan sähkönjohtavuus ei muutu nolla-asteessa epäjatkuvasti vaan kasvaa tasaisesti lämpötilan laskiessa. Kuvassa 2.1a karkeimmilla lajitteilla soralla ja hiekalla sekä siltillä ja turpeella ominaisvastus kasvaa noin kymmenkertaiseksi lämpötilan laskiessa 0 o C asteesta -5 o C asteeseen. Savella ja savi-moreenilla ominaisvastuksen kasvu lämpötilan laskiessa on pienempää ja kiteisillä kivillä suurempaa kuin hiekoilla ja turpeella (kuva 2.1a). Kuvassa 2.1a näkyy että ominaisvastus kasvaa lämpötilan madaltuessa vaikka materiaali pysyy sulana. Kuvassa 2.1b, jossa on esitetty veden ominaisvastuksen muuttuminen lämpötilan funktiona, näkyy että ominaisvastus kasvaa merkittävästi lähestyttäessä nollapistettä. Verrattuna jäätymisen yhteydessä tapahtuvaan ominaisvastuksen muutokseen sulassa tilassa tapahtuva ominaisvastuksen kasvu on kuitenkin vähäistä.

10 Kuva 2.1a Ominaisvastuksen riippuvuus lämpötilasta eräillä maa- ja kivilajeilla Olhoeft n (1979) 17, Hoekstra and McNeill n (1973) 18 ja Scott and Kay n (1988) 19 mukaan. Dependence of electrical resistivity on temperature (Gulf of Finland, sea water) 4.00 3.50 Resistivity (Ohmm) 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Temperature (C) Kuva 2.1b Veden ominaisvastuksen riippuvuus lämpötilasta Kellerin ja Frischknechtin (1966) mukaan 20.

11 Kuva 2.2. Saven suhteellisen permittiivisyyden riippuvuus lämpötilasta Annan ja Davis n (1978) 21 mukaan. Kuva 2.2 esittää suhteellisen permittiivisyyden riippuvuutta lämpötilasta yhdellä savinäytteellä tässä esimerkissä arvo puolittuu lämpötilan laskiessa nollasta 5 o C:een. On huomattava että laboratoriomittaukset kuvaavat vain yksittäisiä näytteitä ja ominaisvastuksen ja permittiivisyyden muutos riippuu elektrolyytin koostumuksesta ja jäätymispisteestä. Toisin kuin sähkönjohtavuus ja suhteellinen permittiivisyys, seisminen nopeus muuttuu jyrkästi heti aineksen jäätyessä (kuva 2.3). Vesipitoisen maa-aineksen tiheys pienenee sen jäätyessä. Jään ja jääpitoisen maan tiheyseroja kallion ja sulaan maahan voidaan hyödyntää esimerkiksi määritettäessä jäämassan paksuutta.

12 Kuva 2.3. Seismisen nopeuden riippuvuus lämpötilasta savella, siltillä, hiekalla ja hiekkakivellä Aptikaev n (1964) 22 mukaan. 2.2 Geofysiikan menetelmät ja geofysiikalla ratkaistavat ikiroutaprobleemat Routatutkimuksissa yleisimmin käytettyjä menetelmiä ovat sähkömagneettinen luotaus (kuten TEM ja Sampo), maatutka ja seisminen luotaus (refraktio ja reflektio). Galvaanisia (kuten vastusluotaus) ja painovoimamittauksia käytetään erikoistapauksissa. Merialueilla öljyteollisuuteen liittyvissä tutkimuksissa heijastusseisminen on hallitseva menetelmä. Geofysiikalla ratkaistavat ongelmat voidaan jakaa kahteen pääluokkaan: ikiroudan (1) paksuuden ja levinneisyyden määrittäminen ja (2) ominaisuuksien määrittäminen. Ikirouta-alueen rajojen (ja roudan paksuuden) tuntemisen tärkeys liittyy ikiroutaalueiden geoteknisiin ratkaisuihin (mm. tiet, padot), ja on erityisen tärkeää ikiroutaalueen eteläreunalla ja osittaisen ikiroudan alueella, jossa jäätyneet ja sulat alueet voivat paikallisesti vaihdella arvaamattomasti ja sulaminen olla nopeampaa kuin paksun ikiroudan alueella. Yhtenäisen ikiroudan alueella tärkeimpiä kartoituskohteita ovat ikiroudan sisällä olevat sulat kerrokset sekä sulan pintakerroksen (aktiivisen kerroksen) laajuuden ja paksuuden ja ikiroutakerroksen paksuuden määrittäminen. Geofysiikan kannalta tilanne on periaatteessa hyvin yksinkertainen, sulan ja jäätyneen materiaalin erottaminen, eli hyvin ja huonosti sähköä johtavan materiaalin erottaminen korkean ja matalan suhteellisen permittiivisyyden omaavan materiaalin erottaminen matalan ja korkean seismisen nopeuden materiaalin erottaminen ja

13 normaalin ja anomaalisen tiheyden omaavan materiaalin erottaminen. Käytännössä tilanne on luonnollisesti ongelmallisempi, etenkin kun pyritään tulkitsemaan mitattuja maankamaran fysikaalisia ominaisuuksia maalajeiksi ja rakenteiksi. Fysikaaliset ominaisuudet riippuvat paitsi lämpötilasta, monimutkaisesti materiaalin koostumuksesta (mm suolapitoisuudesta), tekstuurista, rakenteesta ym. Käytännössä tämä tulkintaan ongelma on ratkaistavissa vain työkokemuksella ikiroutaolosuhteissa. Tilanteeseen soveltuva geofysiikan menetelmä tai menetelmien yhdistelmä riippuu ensisijaisesti tutkittavan kohteen syvyydestä ja laajuudesta. 2.2.1 Vastusluotaus Vastusluotaus soveltuu erittäin hyvin lähellä pintaa (< 50 metriä) oleviin pienialaisiin tutkimuksiin, sekä sulakohtien paikantamiseen että materiaalin laadun tulkintaan. Vastusluotauksella saadaan tarkka kuva ominaisvastusvaihtelusta sekä horisontaaliettä vertikaalisuunnissa. Menetelmä edellyttää kuitenkin hyvää elektrodikontaktia ja sopii käytettäväksi kesäaikana alueilla joilla aktiivinen kerros on sulana. Vastusluotausta on käytetty ikiroutatutkimuksissa menestyksekkäästi jo 1940-luvulta lähtien sekä maa- että matalilla vesialueilla 23. Nykyään vastusluotauksen rooli on korostunut lento-em-mittausta 24, seismistä 25 ja painovoimamittausta tukevana, referenssitietoa antavana menetelmänä. Edelleen, toisin kuin EM-menetelmät, vastusluotaus toimii kiitettävästi hyvinkin myös resistiivisessä (korkea ominaisvastus) ympäristössä ja laajentaa näin olosuhteita joissa ikiroudan ominaisuuksia voidaan kartoittaa. Muita sähköisiä menetelmiä, kuten IP ja SP, on kokeiltu mutta ne eivät ole koskaan olleet yleisessä käytössä. Uutena ikiroudan pintaosien tutkimusmenetelmänä voidaan mainita ns. OhmiMapper, joka ei edellytä galvaanista maadoitusta ja sopii erittäin hyvin korkean ominaisvastuksen kohteisiin. Laitteiston kehitystyö alkoi Venäjällä 1990- luvulla nimenomaan ikiroutatutkimuksia silmällä pitäen 26. Menetelmän syvyysulottuvuus on alle 50 metriä. Nykyisin laitetta valmistaa mm. Geonix 27, ja kiinnostusta sen hankkimiseen on esiintynyt myös GTK:ssa. 2.2.2 Lento- ja maanpinta-em-menetelmät Lento-EM- ja maanpinta-em-menetelmillä tarkoitetaan tässä menetelmiä joiden syvyysulottuvuus on muutamia kymmeniä metrejä, erotukseksi EM-luotausmenetelmistä (Sampo ja TEM) joiden syvyysulottuvuus on joitain satoja metrejä, ja parhaimmillaan yli kilometrin. Syvyysulottuvuuden rajaaminen pinnasta muutamaan kymmeneen metriin rajaan tutkittavat ongelmat epäjatkuvan ikiroudan ja ohuen ikiroudan alueelle (ikirouta-alueen eteläreunalle) ja jatkuvan ikiroudan alueella aktiivikerrokseen ja pinnassa ja lähellä pintaa olevien sulakerrosten ja taskujen kartoitukseen. Sähkömagneettisia menetelmiä on käytetty erilaisiin ikiroutatutkimuksiin jo pitkään 28 29. Nykyiset monitaajuus maanpinta- ja lento-em-systeemit, kuten GTK:n 2-taajuuslento-EM-systeemi ja käytössä oleva maanpintalaitteisto Max-Min-slingram, tuottavat

14 dataa, josta voidaan määrittää sähkönjohtavuuden vaihtelu myös syvyyssuunnassa (kuva 2.4). Kuva 2.4. Esimerkki GTK:n lento- ja maanpinta-em-mittauksiin perustuvasta sähkönjohtavuusmallista, Kyrönjokijoki-laakso, Ilmajoki 30. Kuva ja tulkinta I.Suppala Palacky ja Stephens (1992) 31 ovat verranneet Max-Min-slingram tulkintoja reflektioja refraktioseismisiin tulkintoihin ja kairareikämittauksiin merenalaisen ikiroudan kartoitushankkeessa Beaufourtin merellä. Tutkimusalueella ikirouta oli 20-40 metrin syvyydessä. EM-mittauksista tulkittu ikiroudan syvyys vastasi hyvin seismisillä menetelmillä ja kairaamalla saatuja syvyyksiä. Myös alueilla joilla ikiroutaa ei esiintynyt seisminen ja EM-tulos vastasivat toisiaan. EM-mittauksella saatiin määrättyä myös ikiroudan paksuus (alapinnan taso), mutta referenssitiedon puuttuessa tuloksen oikeellisuutta ei voitu todeta kuin yhdessä kairauspisteessä. GTK:n nykyisessä lento-em-systeemissä on 2 taajuutta (3.1 khz ja 14.4 khz). Suunnitelmat kahden lisätaajuuden rakentamisesta ovat käynnissä. 4-taajuus EM-systeemi tulee toteutuessaan oleellisesti parantamaan lentodatan tulkittavuutta. GTK:n lentosysteemiä on testattu merijään paksuuden määrittämiseen 32 33 34, mutta varsinaisissa ikiroutatutkimuksissa sitä ei ole käytetty. Merijäämittauksia on tehty myös Venäjällä, Obin lahdella. Kellet ja muut (2000) 35 ovat esittäneet tuloksia, joissa 3-taajuus helikopteri-em (HEM, 900, 7 000 ja 56 000 Hz) mittausten perusteella kartoitettiin ikiroudan paksuutta 45 km 2 alueella Kanadan sub-arktisella osittaisen ikiroudan alueella (kuva 2.5). Työssä korostetaan maanpinta- porareikä- ja lentogeofysiikan yhteiskäytön tarpeellisuutta. Kuvassa 2.6 on esimerkki vastusluotauksesta kyseisellä lentoalueelta.

15 Kuva 2.5. 3-taajuus-helikopteri-EM (HEM) dataan perustuva ikiroudan paksuusmalli Kanadasta Kellet n ja muiden (2000) mukaan (viite 29). (vertaa kuva 2.4). Kuva 2.6. Kuvan 2.5 HEM-datan tulkinnassa käytetty vastusluotaus-tulos lentomittausalueelta. Viite sama kuin kuvassa 2.5. (vrt. kuva 1.2 Peeran palsalta). 2.2.3 EM-luotaus (TEM, Sampo) Aiemmin kuvissa 2.3 ja 2.4 esiteltiin Sampo-luotaustuloksia Etelämantereelta ja Kanadasta ikirouta-alueelta. Sampo 36 ei ole menetelmänä ja ideana uusi vaan perustuu vanhaan ja tunnettuun Maxi-Probe menetelmään ja laitteistoon 37 38. Sampo on taajuusalueen sähkömagneettinen luotaussysteemi jota on, huolimatta sen eittämättömistä eduista syvärakenteiden tutkimuksissa, viime vuosina ja vuosikymmeninä käytetty ja kehitetty lähes pelkästään GTK:n ja Outokumpu Oy:n toimesta. Maailmalla Sammon sijalla käytetään aika-alueen sähkömagneettista luotausta, TEM:ä. Näkyvin ulkoinen ero menetelmien välillä on lähetinsilmukan koossa Sammossa se on hal-

16 kaisijaltaan 20-50 metriä, TEM:ssä 50-1000 metriä. GTK:n kokemukset TEMmittauksista ja tulkinnasta ovat tuoreita perustuen lähinnä vuonna 2002 hankittuun venäläiseen velkakonversio-tem-laitteistoon ja testimittauksiin ja tulkinnan kehitystyöhön jota kuluvan ja edellisen vuoden aikana on tehty 39 40. Kuva 2.7. Sampo-luotauksen tulkinta, Etelämanner, Base-Fossilryggen. Hyvin sähköä johtava sulaksi tulkittu kerros noin 600 metrin syvyydessä hyvin resistiivisen (ikirouta) kerroksen alla. Sampo- ja TEM-luotausten tulkinta on perustunut kerrosmaa-oletukseen (1Dinversio), eli maankamara luotauspisteen alapuolella oletetaan horisontaalisesti kerrostuneeksi. 1D-luotaus- ja tulkintatuloksia yhdistelemällä sähkönjohtavuuden vaihtelu voidaan esittää 2- tai 3-dimensionaalisena kuvana (kuva 2.3, 2.4). Paremmin maankamaran 3D-luonteen huomioonottavia 3D-mittaus- ja tulkintarutiineja on viime vuosina kehitelty etenkin TEM-luotaukseen. Sampo- ja TEM ovat nimenomaan syvärakenteiden luotausmenetelmiä. Tämänhetkisen käsityksen mukaan TEM olisi parhaimmillaan 50 metristä muutaman sadan metrin syvyyteen, Sampo muutamasta sadasta metristä aina 1-1.5 km syvyyteen. TEMlaitteiston heikkoutena on pidetty nimenomaan suuresta lähetinsilmukasta (esimerkiksi 400x400 m 2 ) aiheutuvaa mittauksen hitautta. Itse mittaustapahtuma on TEM:ssä nopea kestäen muutaman sekunnin. On huomattava että esimerkiksi Brian n ja muiden (1998) 41 esittämät TEM-tulkinnat ovat syvyysulottuvuudeltaan ja luonteeltaan samantyyppisiä kuin edellä mainitut GTK:n Sampo-tulokset (kuva 2.8).

17 Kuva 2.8. TEM-tulkinta ikirouta-alueelta Mackenzie deltalta, Kanadasta Todd n ja Dallimoren (1998) mukaan. Vrt. kuvien 1.3 ja 1.4 sampotulkintoihin. 2.2.4 Maatutka Ikirouta on korkean resistiivisyytensä takia maatutkalle periaatteessa erittäin otollinen kohde koska signaalin vaimeneminen on vähäistä ja niin ollen signaali/kohina-suhde ja syvyysulottuvuus suuri. Lisäksi ero jään ja veden dielektrisissä ominaisuuksissa on suuri (jäällä dielektrinen vakio on 3-4, vedellä 80). Tutkaa onkin käytetty Kanadassa ja USA:ssa ikirouta- ja routatutkimuksissa erityisesti detaljitietoa vaativissa insinöörigeologisissa rakennuskohteissa laajamittaisesti ja systemaattisesti. Tyypillisiä tutkakohteita ovat olleet mm. öljyputkien aiheuttamat sulamisvyöhykkeet 42 (kuva 2.10), turvemaat epäjatkuvan ikiroudan alueella 43 ja glasiofluviaalisten muodostumien rakenteiden kartoitukseen liittyvät kohteet 44. Jään paksuuden mittaamiseen tutka on erittäin nopea ja tarkka menetelmä riippumatta jään paksuudesta. Suomessa maatutkaa on käytetty mm. edellä mainitulla Peeran kohteella Kilpisjärven lähellä (kuva 2.9) tietutkimuksissa 45 46 ja Haltitunturin lähellä Ridnitsohkkan alueella 47. Okko ja muut (1999 48, 2000 49 ), Okko ja Hassinen (1999 50 ) ja Bondarev, Okko ja Rokos (1999 51 ) ovat raportoineet tutkan käytöstä ikiroutarakenteiden rajapintojen ja sedimentin laadun kartoitukseen Siperian rannikkoalueella.

18 Kuva 2.9. Esimerkki vastusluotauksen ja maatutkan yhteiskäytöstä. Tutkakuvasta tulkittu ikiroudan syvyys on sopusoinnussa vastusluotauksen kanssa, lisäksi tutkakuvasta voidaan tulkita rakoilua ja sisäistä rakennetta, Peeran palsa. Vuonna 2001 päättyneessä eurooppalaisesen EU PACE ikiroutaprojektin Work Package 2:ssa (Geophysical Mapping of Permafrost Distribution, Depth and Character) mitattiin ikiroutakohteilla maatutkalla, EM-31:lä, vastusluotaus- ja refraktioseismisellä laitteistolla, mutta tuloksia mittauksista ei juuri ole raportoitu. Yleensä routatutkimuksissa on käytetty samoja laitteita ja antenneja kuin maaperätutkimuksissa (50-500 MHz), useassa tapauksessa 50 MHz. Jäätikkötutkimuksissa on käytetty myös nimenomaan jään rakenteen ja paksuuden tutkimiseen viritettyjä maatutkasovelluksia ja tutkaa on liikutettu myös helikopterilla. Kuva 2.10. Esimerkki 52 maatutkaprofiilin tulkinnasta ikirouta-alueella Kanadassa. Hankkeessa käytettiin maatutkaa öljyputken aiheuttamien sulamien paikantamiseen.

19 2.2.5 Seisminen luotaus Seismisten menetelmien todettiin edellä (luvussa 2.1, ks. kuva 2.3) kuuluvan keskeisiin ikiroutageofysiikan menetelmiin sähköisten ja sähkömagneettisten menetelmien ohella. Seismisen ääniaallon nopeus maa-aineksessa kasvaa voimakkaasti aineksen jäätyessä ja jäätymisen jälkeen maa-aineksen lämpötilan edelleen laskiessa. Useissa tutkimuksissa on havaittu että nopeuden kasvu on hienorakeisilla sedimenteillä, kuten savella, hitaampaa kuin karkeilla sedimenteillä. Refraktiota on käytetty mm. routaantuneen kerroksen syvyyden määrittämiseen ja sedimentin jääpitoisuuden, lämpötilan ja koostumuksen arviointiin. Voimakas nopeuskontrasti sulan ja jäätyneen sedimentin välillä tekee refraktiosta erityisen sopivan menetelmän mm. aktiivikerroksen paksuusvaihteluiden seuraamiseen ja sulakerrosten tutkimiseen rakennetuilla kohteilla. Useassa tapauksessa, seismisen ja luotauksen rinnalla on käytetty muita menetelmiä kuten sähköistä luotausta. Edellä mainitussa Lupinin ikiroutatutkimuksessa tehtiin Sampoluotausten lisäksi refraktio-seismisiä luotauksia 53. Sulan aktiivikerroksen nopeudeksi mitattiin noin 300 m/s ja jäässä olevan sedimenttikerroksen nopeudeksi 3500-4000 m/s. Ikiroudassa olevassa kalliossa mitattiin kerroksia joissa nopeus oli ympäröivään kallioon nähden alentunut 500-1000 m/s. Nämä alentuneen nopeuden kohdat tulkittiin rikkoutuneeksi kallioksi. Reflektio- ja refraktioseisminen luotaus ovat laajemmissa rakennus ja mm. öljyputkiprojekteissa perusmenetelmiä sekä maa-alueiden että merialueiden ikiroudan ominaisuuksia kartoitettaessa. 2.2.7 Saastunut maa & haudatut esineet, rakenteet & kaatopaikat Geofysiikan käytöstä saastuneen maan tutkimuksiin ikirouta-alueella on niukalti julkaisuja. Dyke ja muut (2000) käyttivät ikirouta-alueella Kanadassa vanhan kaivoksen ympäristötutkimuksien ja jälkihoidon yhteydessä maanpinta ja poreikä EMmittauksia 54. Metallikappaleiden paikantamiseen on käytetty magneetista mittausta ja maatutkaa. Saastuneen maan tutkimusmenetelmät ikirouta-alueella eivät poikkea sulan maan menetelmistä. Hyvin sähköä johtavien suotovesien ja valumareittien kartoittaminen on resistiivisessä ikiroutaympäristössä periaatteessa jopa helpompaa kuin sulan maan alueella. Saastuneen maan geofysiikan tutkimusmenetelmistä oleva kokemus (vaikkakin eiikirouta-alueilta) on GTK:ssa laajaa ja monipuolista ja on pienin muutoksin tai sellaisenaan siirrettävissä myös ikirouta-alueille. Magneettista lento- ja maanpintamittausta (myös vesialueilla) on GTK:ssa käytetty menestyksekkäästi haudatun metalliromun ja hylättyjen kaatopaikkojen ja mm. räjähtämättömien ammusten paikantamiseen. Menetelmä soveltuu sellaisenaan myös ikirouta-alueen tutkimuksiin. Samoin lentomittauksen radiometrinen systeemi ja mittaus

20 toimii sulan maan olosuhteita vastaavalla tavalla ja jotakuinkin samoin rajoituksin myös ikirouta-alueiden säteilykohteiden kartoitukseen. 3 Yhteenveto Tämän kirjallisuuskatsauksen tarkoituksena oli hankkia yleiskuva ikirouta-alueilla käytettävistä geofysiikan menetelmistä ja tutkimuskohteista joihin geofysiikkaa käytetään ja arvioida GTK:n geofysiikan valmiuksia ja puutteita ikiroutatutkimuksiin. Tyypillisin tilanne jossa geofysiikka ikirouta-alueella käytetään on sulassa tilassa olevan maankamaran (joko ihmisen aiheuttaman tai luonnon aiheuttaman) laajuuden ja syvyyden kartoittaminen, eli - roudan päällä olevan sulan kerroksen (aktiivikerroksen) paksuuden ja laajuuden määrittäminen, - roudan alla olevan sulan kartoittaminen, eli routakerroksen paksuuden määrittäminen - roudan sisällä olevien sulasulkeumien paikantaminen, roudan alueellinen rajaaminen epäjatkuvan ikiroudan alueella. Ikirouta-alueilla ja tutkimuksissa käytettävät geofysiikan menetelmät ovat pääpiirteissään samoja joita GTK:ssa käytetään pohjavesi- maa-aines- ja ympäristötutkimuksissa ja malminetsinnässä. Varsinaisia ikiroutageofysikaalisia menetelmiä ei ole olemassa. Kokonaisuutena GTK:n geofysiikan laite- ja tulkintavalmiudet maa-alueiden ikiroutatutkimuksiin ovat vähintään kohtuulliset. Puutteena, ajatellen kansainvälisiä hankkeita, voidaan pitää referenssien vähäisyyttä ja alan tutkimusperinteen ja kokemuksen vähäisyyttä alan hankkeista ja tutkimusaiheista. Lentomittauksien käytöstä ikiroutatutkimuksiin on raportoitu, mutta menetelmä ei liene ollut kovinkaan yleisessä käytössä. GTK:n lentosysteemin sähkömagneettinen (EM) osa soveltuu ikirouta-aleen sulakerrosten paikantamiseen ja paksuuden tulkintaan samalla tarkkuudella kuin esimerkiksi sulan alueen savikoiden ja soiden paksuusmäärityksiin, siis hyvissä oloissa johtavan kerroksen paksuus voidaan määrittää. Nykyinen taajuuksien vähäinen määrä (2) ja nykyisiä korkeampien ja matalampien taajuuksien puutuminen on kuitenkin selvä puute joka rajoittaa systeemin soveltuvuutta mm. ikirouta-alueen tutkimuksiin. Suunnitelmat neljästä taajuudesta korjaavat toteutuessaan tilanteen. Pintaosien sähkönjohtavuuden maanpintaluotauksiin ja -mittauksiin on käytetty erilaisia tekniikoita ja eri syvyysulottuvuuden omaavia laitteistoja kevyistä EM-31- tyyppisistä malmiharavoista monitaajuuslaitteistoihin joilla saavutetaan yli 100 metrin syvyys (Max-Min-slingram). GTK:n maanpinta-em-laitteistovalikoima ja tulkintavalmius vastaa tasoltaan maailmalta raportoituja tapauksia. Vastusluotaus menetelmänä hallitaan ja menetelmää on testattu ikiroudan tutkimiseen. Raportoitua tietoa GTK:n kokemuksista maatutkan käytöstä ikiroutatutkimuksiin on niukalti. Muiden tulosten perusteella voi GTK:n laitteisto- ja tulkintavalmiuksia pitää kuitenkin hyvinä.

21 Syvä-EM-luotauksissa (200-1000 metriä) GTK:lla on käytössä Sampo ja opettelun alla maailmalla yleisessä käytössä oleva aika-alueen EM-luotaus (TEM). GTK:n raportoimat Sampo-tulokset vastaavat hyvin tasoltaan maailmalta raportoituja vastaavia tutkimustuloksia ja osin ylittävätkin nämä. GTK:n valmiudet seismisiin refraktioluotauksiin ja painovoimamittauksiin ovat hyvät. Reikäluotausosaamista on ja osa laitteistoista soveltuu myös iki-roudan tutkimiseen. Saastuneen maan geofysikaalista tutkimusmenetelmistä monet (mm. magneettinen UXO ja radiometriset mittaukset) sopivat sellaisenaan myös ikirouta-alueille.

22 Kirjallisuus 1 Seppälä, M. (1997) Distribution of permafrost in Finland. Bulletin of the Geological society of Finland. Number 69, part 1-2, 87-96 2 Vanhala, Heikki 2000. Vastusluotaus Peeran palsalla ja Saanatunturilla elokuussa 1999. 19 s., 9 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, Q 16.1/2000/3. 3 Vanhala, Heikki; Lintinen, Petri; Lehtimäki, Jukka 2001. Mapping frozen ground using electrical measurements - a case from Peera, a palsa in Finnish Lapland. In: Hill, I. (ed.) 7th Meeting Environmental and Engineering Geophysics, Birmingham, England, September 2nd-6th 2001 : proceedings. Lausanne: Environmental and Engineering Geophysical Society, European Section, 70-71. 4 Vanhala, Heikki; Lintinen, Petri 2002. Test of geophysics for monitoring frozen ground - a case from the southern limit of discontinuous permafrost in Finnish Lapland. In: The Second AMAP International Symposium on Environmental Pollution of the Arctic, Rovaniemi, Finland, October 1-4, 2002 : extended abstracts. AMAP Report 2002:2, 3 p. 5 King, Lorenz; Seppälä, Matti 1987. Permafrost thickness and distribution in Finnish Lapland - results of geoelectrical soundings. Polarforschung 57 (3), 127-147. 6 Lehtonen, J.; Saarelainen, S. 1989. Arctic road construction. In: Rathmayer, H. (ed.) Frost in geotechnical engineering : international symposium, Saariselkä, Finland, 13-15 March, 1989. Vol. 2. VTT Symposium 95, 679-689. 7 Saarelainen, S. 1989. Problems of arctic road construction and maintenance in Finland. In: Sollid, J. L. (ed.) V. International conference on permafrost, Trondheim, Norway, August 2.-5. 1988. Excursion guide: tour C to northern Finland - Norway - Sweden. Meddelelser fra Geografisk institutt, Universitetet i Oslo. Naturgeografisk serie. Rapport 12, 44-58. 8 Saarelainen, Seppo; Onninen, Heikki 2000. Long term settlement of a road built on permafrost at Kilpisjärvi, northern Finland. In: Senneset, K. (ed.) International workshop on permafrost engineering, Longyearbyen, Svalbard, Norway, 18.-21. June 2000: proceedings. Trondheim: Tapir, 129-138. 9 Kartta on esite karttasarjasta joka on myynnissä mm. seuraavan linkin kautta. http://www.freezingground.org/ 10 Ruotoistenmäki, T.; Lehtimäki, J. 1999. Analysis of flow parameters of continental ice and permafrost geometry in underlying bedrock using geodetic and geophysical ground measurements on glaciated terrain in Queen Maud Land, Antarctica. In: Skinner, D. N. B. (ed.) 8th International Symposium on Antarctic Earth Sciences, 5-9 July 1999, Wellington, New Zealand : programme & abstracts. Wellington: Royal Society of New Zealand, 273. 11 Ruotoistenmäki, T.; Lehtimäki, J. 1997. Analysis of bedrock geology and thermal gradients using geophysical ground measurements on glaciated terrain in Queen Maud Land, Antarctica. In: Ricci, C. A. (ed.) The Antarctic region : geological evolution and processes. Siena: Terra Antartica Publication, 1149-1152.

23 12 Ruotoistenmäki, Tapio; Lehtimäki, Jukka 1997. Estimation of permafrost thickness using ground geophysical measurements, and its usage for defining vertical temperature variations in continental ice and underlying bedrock. Journal of Glaciology 43 (144), 359-364 13 Ruotoistenmäki, Tapio; Lehtimäki, Jukka 1997. Estimation of permafrost thickness using ground geophysical measurements and its usage for defining vertical temperature variations in continental ice and underlying bedrock. In: King-Clayton, L.... [et al.] (eds.) Glaciation and hydrogeology : workshop on the impact of climate change & glaciations on rock stresses, groundwater flow and hydrochemistry - past, present and future, 17-19 April 1996, Stockholm, Sweden : workshop proceedings. SKI Report 97:13, A64. 14 Ruotoistenmäki, Tapio; Lehtimäki, Jukka 1996. Ikiroudan paksuuden sekä mannerjään ja kallioperän lämpögradienttien arviointi käyttäen geofysikaalisia maastomittauksia. In: Periglasiaaliset ilmiöt ja ympäristön muutos Suomessa symposio 25.- 26.10.1996 Siuntio. Helsinki: Suomen kvartääritutkimuksen kansalliskomitea, 12. 15 Lehtimäki, J.; Ruotoistenmäki, T. 1997. The depth of permafrost and saline groundwater on glaciated terrain: a geophysical case history from Antarctica. In: King-Clayton, L.... [et al.] (eds.) Glaciation and hydrogeology : workshop on the impact of climate change & glaciations on rock stresses, groundwater flow and hydrochemistry - past, present and future, 17-19 April 1996, Stockholm, Sweden : workshop proceedings. SKI Report 97:13, A39-A40 16 Paananen M. ja Ruskeeniemi T., 2003. Permafrost at Lupin Interpretation of Sampo electromagnetic soundings at Lupin. Geologian tutkimuskeskus, Ydinjätteiden sijoitustutkimukset, Tiedonanto YST-117, 22 p. (Geological Survey of Finland, Nuclear Waste Disposal Research, Report YST-117, 22p). 17 Olhoeft G.R., 1978. Electrical properties of permafrost: Proc. 3rd Internat. Conf. On Permafrost. Nat. Res. Counc. Canada. 18 Hoekstra, P and McNeill, D., 1973. Electromagnetic probing of permafrost: Proc. 2nd Internat. Conf. On Permafrost. Nat. Acad. Sci., 517-526. 19 Scott, W.J. and Kay, A.E., 1988. Earth resistivities of Canadian soils: Can. Elect Assoc., Montreal. Vol 1, Main Rep., Vol 2., Site data. 20 Keller, G.V. ja Frischknecht, F.C., 1966. Electrical methods in geophysical prospecting. Pergamon Press, Oxford. 21 Annan, A.P. and Davis, J.L., 1978. High frequency electrical methods for the detection of freeze-thaw interfaces: Proc. 3rd Internat. Conf. On Permafrost, Nat. Res. Counc. Canada, 495-500. 22 Aptikaev, F.F., 1964. Temperature field effect on the distribution of seismic velocities in the permafrost zone. Akad. Nauk SSSR Sibjskoe otd-ie. Inst. Merzlotovedeniia. (Kuva artikkelissa: Scott, W.J., Snellmann, P.V., and Hunters, J.A.,. In Geophysics in the study of permafrost, 1990, ingeotecnical and environmental geophysics, Vol 1. Ed. S.H. Ward, Society of Exploration Geophysicists (SEG), Tulsa, Usa. 23 Scott, W.J., Snellmann, P.V., and Hunters, J.A., 1990, Geophysics in the study of permafrost. In: Geotecnical and environmental geophysics, Vol 1. Ed. S.H. Ward, Society of Exploration Geophysicists (SEG), Tulsa, Usa. 24 Kellett, R.; Hinnell, A.; Gamey, J.; Hodges, G., 2000. Mapping discontinuous permafrost in the Canadian sub-arctic using a combination of airborne and surface geophysical surveys. SEG 70th 6-11 August, 2000, Calgary, expanded abstracts, Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 1351-1354

24 25 Benjumea, B.; Macheret, Y.; Teixido, T.; Martin, C.; Navarro, F.; Ximenis, L., 2000. Comparing seismic and RES data. SEG 70th 6-11 August, 2000, Calgary, expanded abstracts, Tulsa: Society of Exploration Geophysicists,Geophysical survey of Johnsons Glacier (Antarctica), 1343-1346 26 Timofeev, V.M, Rogozinski, A.W., Hun, J.A. Douma, M., 1994. A new ground resistivity method for engineering and environmental geophysics. Procedings of SAGEEP 94. Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems, Ed: Ronald S. Bell and C. Melvin Lepper, March 27-31, 1994 Boston, Massachusetts. 27 Geometrics, 2001, DataMap OhmMapper User Guide, 29006-01, Rev 3.0, Manual 29007-01 Rev. A. ftp://geom.geometrics.com/pub/res/literature/report-cpomdraft1.pdf http://www.geometrics.com/html/geoelectrical.html 28 Hoekstra, P., Sellmann, P.V., and Delaney, A., 1975, Ground and airborne resistivity surveys of permafrost near Fairbanks, Alaska: Geophysics, 40, 641-656. 29 Hoekstra, P., 1978, Electromagnetic methods for mapping shallow permafrost: Geophysics, 43, 782-787. 30 Suppala, I.; Vanhala, H.; Lintinen, P. 2003. Comparison between ground and airborne EM data in mapping acid sulphate soils and sulphide bearing clays in the river Kyrönjoki valley, western Finland. In: Mares, S. & Pospísil, L. (eds.) 9th Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, Prague, Czech Republic, August 31st - September 4th 2003 : proceedings. Prague: Czech Association of the Applied Geophysicists, 4 p. 31 Palacky, G.J., and Stephens, L.E., 1992, Detection of sub bottom ice-bonded permafrost on the Canadian Beaufort Shelf by ground electromagnetic measurements: Geophysics, 57, 1419-1427. 32 Multala, J.; Hautaniemi, H.; Oksama, M.; Leppäranta, M.; Haapala, J.; Herlevi, A.; Riska, K.; Lensu, M. 1996. An Airborne electromagnetic system on fixed wing aircraft for sea ice thickness mapping. Gold regions science and technology 24 (1996) 355-373. Elsevier 33 Multala, J.; Hautaniemi, H.; Oksama, M.; Leppäranta, M.; Haapala, J.; Herlevi, A.; Riska, K.; Lensu, M. 1995. Airborne electromagnetic surveying of Baltic Sea ice. University of Helsinki. Department of geophysics. Report series in geophysics 31. 58 p. 34 Oksama, Matti; Multala, Jukka; Hautaniemi, Heikki 1992. Measurement of sea ice thickness with airborne electromagnetic system. In: European Association of Exploration Geophysicists 54th meeting and technical exhibition, Paris, France 1-5 June 1992: technical programme and abstracts of papers (oral and poster presentations). Zeist: European Association of Exploration Geophysicists (EAEG), 686-687. 35 Kellett, R.; Hinnell, A.; Gamey, J.; Hodges, G., 2000. Mapping discontinuous permafrost in the Canadian sub-arctic using a combination of airborne and surface geophysical surveys. SEG 70th 6-11 August, 2000, Calgary, expanded abstracts, Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 1351-1354 36 Valli, T., Jokinen, T., Lehtimäki, J. and Vanhala H., 2003. Sampo - frequency domain wide-band EM system for deep hydrogeological and environmental studies. In: Mares, S. & Pospísil, L. (eds.) 9th Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, Prague, Czech Republic, August 31st - September 4th 2003: proceedings. Prague: Czech Association of the Applied Geophysicists, 4 p.

25 38 Sinha, A. K., 1979. Maxiprobe EMR-16: A new wide-band multifrequency ground EM system. Current research, Part B, Geol. Survey of Canada, Paper 79-1b, (23-26). 39 Vanhala, Heikki., Valli Tuire ja Taija Huotari, 2003. Kokemuksia aika-alueen EM-transienttiluotauksista pohjavesi- ja ympäristökohteella. Abstrakti, lähetetty VMTY:n XIV Sovelletun Geofysiikan Neuvottelupäiville. 1 p. 40 Hongisto, H., jokinen Oksama, M. 2003. kokemuksia GTK:n strobe-em-transienttimittauksista. Abstrakti, lähetetty VMTY:n XIV Sovelletun Geofysiikan Neuvottelupäiville. 1 p. 41 Todd, B.J., and Dallimore, S.R., 1998, Electromagnetic and geological transect across permafrost terrain, Mackenzie River delta, Canada: Geophysics, 63, 1914-1924. 42 Robinson, S.D. and Moorman, B.J., 1995. Six years of ground penetrating radar surveys along woodchip insulated slopes, Norman Wells pipeline. Geological Survey of Canada Open file report 3094, Ottawa, Ontario, 45 Pages. 43 Kettles, I.M., and Robinson, S.D., 1996. Peatland morphology in the discontinuous permafrost zone, Fort Simpson, N.W.T. Proceedings of the International Symposium on the Ecology and Management of Northern Forested Wetlands (Trettin, C.C., editor), CRC Press, New York, p.147-160. 44 Wolfe, S.A., Burgess, M.M., Douma, M., and Robinson, S.D., 1997. Geological and geophysical investications of ground ice in glaciofluvial deposits, Slave Province, District of Mackenzie, Northwest Territories. In: Current Research, 1997-C, Geological Survey of Canada, p 39-50. 45 Saarenketo, T., 1994. The use of dielectric and electrical conductivity measurements and ground penetrating radar for frost susceptibility evaluations of subgrade soils. Procedings of SAGEEP 94. Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems, Ed: Ronald S. Bell and C. Melvin Lepper, March 27-31, 1994, Boston, Massachusetts. 46 Saarenketo, T. 1994. Dielektrisyys- ja sahkonjohtokykymittausten kaytto pohjamaan routivuuden luokitteluun. FinnRA, Road District of Lapland, p. 26 (In Finnish). 47 Hirvas, Heikki; Lintinen, Petri; Kosloff, Pekka 2000. An extensive permanent snowfield and the possible occurrence of permafrost in till in the Ridnitsohkka area, Finnish Lapland. Bulletin of the Geological Society of Finland 72 (1-2), 47-56. 48 Okko, Olli; Bondarev, Vladimir; Rokos, Sergei; Lisunov, Valery 1999. Engineering geophysical studies on permafrost in the Pechora Sea. In: EAGE 61st conference and technical exhibition, Helsinki, Finland, 7-11 June 1999: extended abstracts book. Vol. 1: Oral presentations. Houten: European Association of Geoscientists & Engineers, 4 p. 49 Okko, Olli; Bondarev, Vladimir; Rokos, Sergei; Lisunov, Valery 2000. Engineering geophysical studies on permafrost in the Pechora Sea. In: Senneset, K. (ed.) International workshop on permafrost engineering, Longyearbyen, Svalbard, Norway, 18.-21. June 2000 : proceedings. Trondheim: Tapir, 299-307. 50 Okko, O.; Hassinen, P. 1999. Remote sensing of ice characteristics and bottom relief using ground penetrating radar. In: Tuhkuri, J. & Riska, K. (eds.) POAC'99 : proceedings of the 15th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, Espoo, Finland, August 23-27, 1999. Vol. 1. Espoo: Helsinki University of Technology, Ship Laboratory, 266-274. 51 Bondarev, V.; Okko, O.; Rokos, S. 1999. Engineering-geological investigations on permafrost in the Russian arctic offshore and coastal areas. In: Tuhkuri, J. & Riska, K. (eds.) POAC'99 : proceedings of the 15th International Conference on Port and

26 Ocean Engineering under Arctic Conditions, Espoo, Finland, August 23-27, 1999. Vol. 1. Espoo: Helsinki University of Technology, Ship Laboratory, 406-411. 52 Robinson, S.; Burgess, M.; Kettles, I.; Wolfe, S., 2000. The use of ground-penetrating radar in permafrost environments. SEG 70th 6-11 August, 2000, Calgary, expanded abstracts, Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 1363-1366. 53 Ruskeeniemi, Timo; Paananen, Markku; Ahonen, Lasse; Kaija, Juha; Kuivamäki, Aimo; Frape, Shaun; Moren, Lena; Degnan, Paul 2002. Permafrost at Lupin: Report of phase 1. Tiivistelmä: Lupinin ikirouta: raportti 1 tutkimusvaiheesta. Geologian tutkimuskeskus. Ydinjätteiden sijoitustutkimukset. Tiedonanto YST-112. 59 p. + 3 app. 54 Dyke, L.; Douma, M.; Hyde, C., 2000. Electromagnetic detection of subsurface contaminants in permafrost. SEG 70th 6-11 August, 2000, Calgary, expanded abstracts, Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 1355-1358