1 (8) PEHMEIKKÖJEN PAKSUUSTULKINNAT JA OMINAISVASTUSMITTAUKSET Säävuori Maaperän rakennettavuuden kannalta oleellisia tekijöitä ovat mm maaperän kantavuus, maanpinnan kaltevuus sekä kantavan pohjan syvyys pehmeikköalueilla. Pehmeiköillä tarkoitetaan maankamaran hienorakeisia mineraalimaakerroksia sekä turvekerrostumia. Fysikaalisilta ominaisuuksiltaan ne erottuvat karkeammista maalajeista ja kallioperästä yleensä paremmin sähköä johtavina ja kallioperästä lisäksi alhaisemman tiheyden perusteella. Geofysikaalisten mittausten käyttö pehmeikköjen paksuuden arvioimisessa perustuu näiden kahden ominaisuuden mittaamiseen. Tiheyseroja voidaan havainnoida painovoimamittauksilla ja sähkönjohtavuuseroja sähkömagneettisilla mittauksilla. Laajojen alueiden kartoituksessa on oleellista, että käytettävän mittausaineiston pistetiheys on riittävä. Tähän tarkoitukseen soveltuvat parhaiten geofysikaaliset lentomittaukset, joilla saadaan mitatuksi edullisesti ja nopeasti suuriakin alueita. Geofysikaalisilla lentomittauksilla onkin kartoitettu jo koko Suomen alue käyttäen 200 m:n linjaväliä ja n. 40 metrin lentokorkeutta. Lentomittaukset suoritettiin vuosina 1972-2007. TAATAalueen mittaukset ajoittuivat useille vuosille kuvan xx (s.xx Arkimaa ja Airo) mukaisesti. Tulkittaessa sähkömagneettista lentomittausaineistoa tarvitaan lähtötietoina mittaustulosten lisäksi tieto lentokorkeudesta ja maankamaran sähkönjohtavuudesta. Lentokorkeus on mitattu eri vuosina käytetyillä laitteistokokoonpanoilla erilailla, ja tulos on aina tallennettu mittaustulosten yhteyteen. Tieto maankamaran sähkönjohtavuudesta on hankittava maastomittauksin. Johtavuus määritettiin TAATAalueella käyttäen GTK:ssa rakennettua johtavuuslämpötilaluotainta, jolla pehmeikön johtavuus ja lämpötila saadaan luodattua n. kymmenen metrin syvyyteen (kuva 1). Alueilla, joilla pintakerrosta ei pystytty lävistämään luotaimella, suoritettiin mittaus käyttäen GTK:ssa kehitettyä "johtavuusharavaa", jolla saadaan määritettyä lähellä pintaa (< 1 m) olevan kerroksen johtavuus (kuva 2). Kuva 1. Johtavuus- ja lämpötilaluotain Kuva 2. Johtavuusharava
2 (8) Maastomittauksia tehtiin vuosina 2007 ja 2008 yhteensä 71 kohteessa, joiden sijainti on esitetty kuvassa 3. Kuva 3. TAATA-alueen johtavuusluotauspaikat Tulkittaessa savikoiden paksuutta sähkömagneettisten lentomittausten ja GTK:ssa kehitetyn tulkintaohjelman avulla käytetään tulkintamallia, jossa savikon alla oleva kallioperä oletetaan huonosti johtavaksi (johtokyky <1 ms/m). Kallion päällä voi olla huonosti johtavia mineraalimaakerroksia (esim. moreenia ja hiekkaa). Mallin päällimmäisenä kerroksena on hyvin johtavaa (johtokyky yleensä 10 200 ms/m) savea, jonka paksuutta optimoimalla pyritään tulkitsemaan mittaustulokset. Tulkinta voidaan tehdä käyttäen yhdellä taajuudella tehtyjä mittauksia, mutta tarkkuus paranee, jos käytettävissä on mittaustuloksia useammalla taajuudella. Vuodesta 1996 alkaen on GTK:n lentomittauksissa käytetty kahta mittaustaajuutta. Sähkömagneettisen menetelmän käytön edellytyksenä savikoiden paksuustulkinnassa on: - alla olevan kallioperän alhainen sähkönjohtavuus (menetelmä ei sovellu alueille, joilla kallioperässä esiintyy runsaasti sähköä hyvin johtavia mustaliuskeita tai kiisuja) - maakerrosten sähkönjohtokyky (ominaisvastus) on tunnettava riittävällä tarkkuudella.
3 (8) Tulkintaa vaikeuttavia tekijöitä ovat mittausalueen ns. kulttuurihäiriöt, joita ovat sähkölinjat, rautatiet sekä suuret metalliset rakennelmat. Voimakkaasti magnetoitunut kallioperä aiheuttaa muutoksia sähkömagneettisten mittausten reaalikomponenttiin, mikä täytyy tulkinnassa ottaa huomioon. Johtavia mineraaleja esim. kiisuja ja grafiittia sisältävät kallioperän osat ovat tyypillisesti kuluneet ympäristöään matalammiksi ja täyttyneet hienorakeisilla maalajeilla. Pehmeikkötulkinnassa näitä erityyppisiä johteita on vaikeaa erottaa toisistaan, jolloin varsinaisen pehmeikön paksuus tulee yliarvioiduksi. Tulkintaa tehtäessä tutkimus-alue jaettiin johtavuusluotausten perusteella viiteen johtavuusluokkaan. Eri vuosina käytettyjen mittauslaitteistojen erilaisuuden vuoksi mittausaineisto jaettiin useisiin osiin. Lopullinen tulkintakartta on kooste näiden osa-alueiden tulkinnoista. Osa-alueiden päällekkäisten reunaalueiden kohdalla on käytetty keskiarvoitettuja tulkintasyvyyksiä. Tulkintatulosta on tarkasteltu seuraavissa kuvissa kymmenen kunnan alueella. Kuvissa on esitetty tulkittu pehmeikön syvyys jaettuna viiteen luokkaan: syvyys, 2.5 m 4.5 m, 4.5 13 m, 13 m 25 m ja. Tulkintatulosta ei ole esitetty vesistöjen kohdalla eikä maaperäkartalla kalliopaljastumiksi tai moreeniksi merkityillä alueilla. Kuvissa on esitetty myös maaperäkartalla savikoiksi merkittyjen alueiden jakautuminen tulkittuihin syvyysluokkiin. Johtavuus- lämpötilaluotauspaikat on merkitty kuviin violetin värisinä ympyröinä. Tampereen alueella tehtiin luotauksia mittauksia kuudessa kohteessa (7, 31, 39, 51, 52, 53). Kohteessa 7 Vaakkolammin itäpäässä luotaus ulottui n. 4 metrin syvyyteen. Pehmeikkö koostui kerroksista, joiden johtavuus vaihteli 10 ms/m ja 45 ms/m välillä. Muissa kohteissa luotaus päättyi pehmeikön tiiviin rakenteen vuoksi etrin syvyydessä. Johtavuus oli alle 20 ms/m. Tulkinnan mukaan Tampereen alueen savikoista 15 % on yli 13 metriä syviä. Suurimmat tulkitut syvyydet sijoittuvat Tampereen keskusta-alueen läheisyyteen, missä erilaiset kulttuurihäiriöt saattavat kuitenkin vääristää tulkintaa. Tampereen savikot 13-25 m 6 % 9 % 25 % 21 % 39 %
4 (8) Orivedellä tehtiin mittauksia kuudessa kohteessa (32, 33, 34, 35, 37 ja 38). Kohteessa 34 luotaus päättyi 9.5 metriin pehmeikön pohjaa saavuttamatta. Johtavuus oli alle 15 ms/m. Kohteissa 32, 33 ja 35 luotaukset ulottuivat yli kuuden metrin syvyyteen ja päättyivät pehmeikön pohjaa saavuttamatta. Johtavuudet olivat alhaisia keskimäärin alle 15 ms/m. Tulkinnan mukaan alueen savikoista n. 10 % on yli 13 metrin syvyisiä ja vähän yli puolet (55 %) etrin syvyisiä. Oriveden savikot 13-25 m 6 % 4 % 18 % 55 % 17 % Ylöjärvellä tehtiin mittauksia 13 kohteessa (28-30, 55-63 ja 65). Syvin luotaus tehtiin kohteessa 58, missä luotaus päättyi 9 metrin syvyydessä saavuttamatta pehmeikön pohjaa. Kohteissa 55, 56, 57, 59, 63 ja 65 luotaukset ulottuivat 5-8 metrin syvyyteen saavuttamatta pehmeikön pohjaa. Johtavuudeltaan savikot jakautuivat paremmin johtavaan (n. 20-35 ms/m) ja keskimäärin alle 15 ms/m johtavaan luokkaan. Tulkinnan mukaan alueen savikoista n. puolet (48 %) on etrin syvyisiä. 23 % Ylöjärven savikot 13-25 m 2 % 0 % 48 % 27 % Pirkkalan alueella tulkinta perustuu muutamiin pintamittauksiin sekä lähiympäristössä tehtyihin luotauksiin. Luotausmittauksia ei tehty valittujen kohteiden kovasta pintamaasta johtuen. Alueen savikoista n. puolet luokittuu alle 2.5 metrin syvyisiin. Pirkkalan savikot 13-25 m 1 % 4 % 22 % 22 % 51 %
5 (8) Viljakkalan alueella mittauksia tehtiin viidessä kohteessa (23 27). Syvin luotaus tehtiin kohteessa 25 missä päästiin 7.3 metrin syvyyteen tavoittamatta kovaa pohjaa. Kohteissa 23, 24 ja 27 luodattiin 3-4.5 syvyyteen. Savikot ovat tällä alueella huonosti sähköä johtavia, johtavuus on tyypillisesti alle 15 ms/m. Tulkinnan mukaan savikoista 74 % on alle 4.5 metrin syvyisiä. Viljakkalan savikot 13-25 m 3 % 2 % 21 % 47 % 27 % Vesilahdella tehtiin luotauksia kahdessa kohteessa (1 ja 2), jotka molemmat päättyivät n. kuuden metrin syvyydessä ilman selvää kovan pohjan havaintoa. Johtavuudet vaihtelivat kuivemman pintakerroksen alapuolella 37 ms/m ja 13 ms/m välillä. Suurin osa savikoista (64 %) sijoittuu tulkinnan mukaan :n syvyysluokkaan. Vesilahden savikot 13-25 m 2 % 1 % 12 % 21 % 64 %
6 (8) Sahalahdella tehtiin luotauksia neljässä kohteessa (18, 20, 21 ja 22). Kohteessa 18 luotaus päättyi kovaan pohjaan viiden metrin syvyydessä ja muissa 3.5 4 metrin syvyydessä. Pehmeikön sähkönjohtokyky vaihteli 15 ja 30 ms/m välillä. Tulkinnan mukaan alueen savikot ovat poikkeuksellisen syviä: 76 % savikkoalueista luokittuu yli 4.5 m:n syvyisiksi. Savikot sijoittuvat vesistöjen suuntaisiin kallioperän ruhjeisiin, joihin saattaa liittyä myös kallioperän johteita. Kallioperä johteista seuraisi todellista suurempia pehmeikön syvyyksiä tehtyyn tulkintaan. Tulkinnan varmistaminen edellyttäisi lentomittausten yksityiskohtaisempaa ja monipuolisempaa tarkastelua. 13-25 m 23 % Sahalahden savikot 14 % 13 % 39 % 11 % Lempäälässä tehtiin mittauksia kahdeksassa kohteessa (3 ja 4 sekä 42 44 ja 46 48). Syvin luotaus tehtiin kohteessa 42, missä päästiin 7.8 metrin syvyyteen. Kohteissa 3, 43 ja 44 luotaus päättyi 4-5 metrin syvyydessä. Savikon johtavuus vaihteli alueella 15 ms/m ja 40 ms/välillä. Tulkinnan mukaan 86 % savikoista on alle 4.5 metrin syvyisiä. Lempäälän savikot 13-25 m 2 % 12 % 0 % 22 % 64 %
7 (8) Nokialla luotauksia tehtiin kymmenessä kohteessa (5 ja 6, 40, 41 ja 66-71). Kohteessa 67 luodattiin 8 metrin syvyyteen tavoittamatta pehmeikön pohjaa. Johtoky vaihteli 13 ms/ 33 ms/m välillä. Kohteissa 41 ja 69 päästiin yli viiden metrin syvyyteen ja muissa kohteissa luotaukset päättyvät alle kahden metrin syvyyteen. Savikoiden johtokyky vaihteli alueella 10 ms/m ja 33 ms/m välillä. Tulkinnan mukaan alueen savikoista 22 % on yli 4.5 m syviä Nokian savikot 13-25 m 4 % 16 % 2 % 22 % 56 % Kangasalla luotauksia tehtiin kymmenessä eri kohteessa (kohteet 8-17). Luodattu pehmeikön paksuus vaihteli 1.2 m ja 5.4 m välillä. Kohtessa 15 luotaus päättyi 5.4 metrin syvyydessä tavoittamatta kovempaa pohjaa. Kohteissa 13 ja 17 luotaus päättyi n. 3 m:n turvekerroksen jälkeen tiiviiseen saveen. Monin paikoin pehmeikkö muodostui turvekerroksista ja niiden alla olevista savista. Saven johtavuudet olivat alle 20 ms/m. Savikoista yli puolet (55 %) sijoittuu matalimpaan etrin luokkaan. Kangasalan savikot 13-25 m 5 % 1 % 18 % 55 % 21 %
8 (8) Yhteenveto Sähkömagneettisten lentomittausten avulla saadaan edullisesti ja nopeasti kartoitetuksi johtavien irtomaiden laaja-alaiset paksuusvaihtelut kohtuullisella tarkkuudella. Lentomittauksissa käytetty linjaväli 200 m asettaa kuitenkin rajoituksia pienimuotoisten rakenteiden tulkinnalle. Tulkintaa voidaan tehdä käyttäen pelkästään alueen sähkömagneettisten mittausten imaginäärikomponenttikarttaa, missä laajaalaiset ja syvät savikkoalueet näkyvät voimakkaimpina anomalioina. Tarkempaan tulokseen päästään käyttämällä apuna lentokorkeuden sekä reaali- että imaginäärikomponentin huomioivaa tulkintaohjelmaa. Tulkintaohjelmaa käytettäessä on eri vuosina erilaisilla mittauskalustoilla suoritetut mittaukset käsiteltävä erillisinä alueina. Mittausaineistolle on myös tehty eri alueilla toisistaan poikkeavia korjauksia mikä on myös otettava huomioon. Tarkkuus paranee myös kun käytössä on uudemmat kahdella taajuudella suoritetut mittaukset. Pehmeikkö-tulkintakarttoja käytettäessä on muistettava, että tulkinnan tarkkuuteen vaikuttaa aina oleellisesti maankamaran sähkönjohtokyvyn tarkka tunteminen. Mitä paremmin johtavuusvaihtelut tunnetaan, sitä tarkempaan tulokseen paksuustulkinnassa voidaan päästä. Johtavuudet voidaan joko luodata maastossa tai käyttää apuna aikaisemmin tehtyjä luotaus- ja laboratoriomittauksia. Laajempien alueiden pehmeikköjen paksuusvaihtelusta saadaan esitetyllä tulkintamenetelmällä hyvä yleiskuva vähäisemmilläkin maastotöillä, mutta yksityiskohtaisempi tulkinta edellyttää aina enemmän johtavuusmittauksia.