GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Ydinjatteiden sijoitustutkirnukset Tiedonanto YST-44 Ilmo Kukkonen LAMPOTILAMITTAUKSIA KALLIOPORAKAIVOISTA ETELA- JA KESKI-SUOMESTA : POHJAVEDEN VIRTAUSHAVAINNOT JA GEOTERMISET TULOKSET Raportti kauppa- ja teollisuusministerion rahoittarnasta tutkimuksesta Abstract: Temperature measurements in shallow boreholes in southern and central Finland: Observations of ground-water flow in bedrock and geothermal results i Espoo, joulukuu 1985
Kukkonen, Ilmo, 1985. Temperature measurements in shallow boreholes in southern and central Finland: Observations of ground-water flow in bedrock and geothermal results. Geological Survey of Finland, Nuclear Waste Disposal Research, Report YST-44. 24 pages, 9 figures, 2 tables, appendix. ABSTRACT The ground-water flow in bedrock was studied by making temperature measurements in 26 shallow boreholes (with depths of less than 170 m). The holes are abandoned wells situated in Precambrian rapakivi granite and migmatitic areas in southern Finland and in metamorphic schist areas in central Finland. Characteristic temperature anomalies indicating ground-water flow were observed only in rapakivi granite areas. Ground water was observed to flow through the holes into and out of fracture zones. Apart from this, temperature anomalies and resistivity measurements in the holes indicate a nearly horizontal local flow along a fracture zone at depths of 46-64 m in the rapakivi granite. The geothermal gradients were calculated fro the temperature profiles -91 with results ranging from 6.37 to 17.10 mkm. Corresponding heat flow values were estimated using conductivity data taken from the literature because no cores were obtained in boring. T e uncorrected apparent heat -4 flow values range from 8.8 to 58.8 mwm. In general, temperature measurements in shallow bored wells can be applied to geothermal mapping in homogeneous rock formations if the thermal conductivity values of nearby outcrop samples can be considered representative of the holes. Apart from this, climatological disturbances to the gradients should be estimated to get heat-flow values comparable to deep drill-hole data. Ilmo Kukkonen Geological Survey of Finland SF-02150 ESPOO, Finland.
Kukkonen, Ilmo, 1985. Lampotilamittauksia kallioporakaivoista Etela- ja Keski-Suomesta: Pohjaveden virtaushavainnot ja geotermiset tulokset. Geologian tutkimuskeskus, ydinjatteiden sijoitustutkimukset, tiedonanto YST-44, 24 sivua, 9 kuvaa, 2 taulukkoa, liite. Kalliopohjaveden virtausta tutkittiin 26:sta kallioporakaivosta tehtyjen lampotilamittausten avulla. Kaivot sijaitsevat Etela-Suomen rapakivi- ja migmatiittialueilla seka Pohjanmaan, Tampereen ja Savon liuskejaksoilla. Kaivojen syvyys vaihtelee valilla 50-170 m. Selvia pohjaveden virtausta osoittavia lampotila-anomalioita todettiin vain rapakivialueen kaivoissa Ruotsinpyhtaan Tesjoella. Tehdyn tulkinnan mukaan virtausta tapahtuu kaivoista useisiin rakovyohykkeisiin ja pitkin lahes vaaka-asentoista rakovyohyketta 46-64 m syvyydella. Virtaustilanteessa tapahtui muutoksia vuodenaikojen vaihtuessa. Syvyys-lampotilakayrista on la kettu geotermisen gradientin arvoja -7 (vaihtelu ali 6.37-17.10 mkm ) ja edelleen lampovuoarviot (8.8 - -3 58.8 mwm ) kirjallisuudesta poimittujen lammonjohtavuusarvojen avulla. Kallioporakaivoja voidaan kayttaa hyvaksi geotermisessa kartoituksessa, mutta se edellyttaa homogeenista kivilajiymparistoa, jolloin lammonjohtavuudet voidaan rnitata luotettavasti paljastumanaytteista. Ilrnastomuutosten (mm. jaakaudet) vaikutus geotermisiin gradientteihin on rnyos huomioitava. Ilrno Kukkonen Geologian tutkimuskeskus 02150 ESP00
ABSTRACT 1. JOHDANTO... 5 2. LAWOTILAMITTAUSTEN TULKINTAPERIAATTEET... 5 3. MITTAUKSET... 8 3.1. Porakaivot... 8 3.2. Laitteisto ja mittaukset... 10 4. TULOKSET... 11 4.1. Yleista... 11 4.2. Pohjaveden virtaus... 11 4.3. Lampotilagradientit ja lampovuoarviot... 18 5. TULOSTEN TARKASTELU... 21 6. LAHDEVIITTEET... 23 LIITE: Kaivojen syvyys-lampotilakayrat
1. JOHDANTO Tama tutkimus liittyy Geologian tutkimuskeskuksen ydinjatteiden sijoitustutkimusten osaan "Pohjavesitutkimukset: Havaintoverkosto'l (G-1.4.1). Tyo on tehty kauppa- ja teollisuusministerion rahoituksella. Tutkimuksessa on selvitetty kalliopohjaveden virtausta alle 170 m syvissa kallioporakaivoissa tehtyjen lampotilamittausten avulla. Edelleen on tutkittu porakaivojen kayttokelpoisuutta geotermiseen kartoitukseen. Kallioperassa tapahtuvien pohjavesivirtausten selvittaminen on keskeinen tehtava ydinjatteen loppusijoitusta suunniteltaessa. Pohjavesivirtauksia tutkitaan tavallisesti kayttaen hydraulisia vesimenekki-, paine- ja pumppausmittauksia seka merkkiainekokeita. Lampotilamittausten hyvaksikaytto virtaustutkimuksissa perustuu siihen, etta virtaava vesi siirtaa lampoa, jolloin kairareiasta tai porakaivosta mitattu lampotila poikkeaa normaalin geotermisen gradientin mukaisesta lampotilasta. Lampotila-anomalioiden avulla voidaan tehda paatelmia veden virtauksesta. Pora- ja kairausrei'issa tehtyja lampotilamittauksia on Suomessa toistaiseksi sovellettu etupaassa maan lampovuon kartoittamiseen (Jarvimaki ja Puranen 1979). Loppusijoitustutkimuksissa on lampotilamittauksia hyodynnetty pohjavesivirtausten tutkimiseen mm. Hastholmenissa ja Olkiluodossa (Poikonen 1983) seka Laviassa (Saksa 1985, Nurmi et al. 1985). 2. LAMPOTILAMITTAUSTEN TULKINTAPERIAATE Hairiytymattomassa tilanteessa, jolloin reiassa tai rakovyohykkeessa ei tapahdu virtausta, lampotila kasvaa lammonjohtokyvyltaan homogeenisessa muodostumassa lineaarisesti syvyyden funktiona. Virtaavan veden aiheuttama lammon siirtyminen muuttaa reian lampotilaa virtauksesta karakteristisesti riippuvalla tavalla. Kallioon porattu reika muodostaa hydraulisen oikosulun vetta johtavien vyohykkeiden (raot, ruhjeet) valille. Veden virtaus reikaan, pitkin reikaa ja reiasta pois synnyttaa tyypin A anomalian (kuva 1). Kuvassa 1 esitetyssa tapauksessa kylma vesi virtaa reikaan kohdassa a ja poistuu 1 siita kohdassa a Lampotila T joka mitataan reiassa etaisyydella z 2 ' z ' sisaanvirtauskohdan yla- tai alapuolella, saadaan kaavalla
missa T on lampotila sisaanvirtauskohdassa, g on geoterminen gradi- 0 entti ja D on lamrnonsiirtymista kuvaava pararnetri (Rarney 1962, Drury 1982). Parametri D on aikariippuva ja verrannollinen mm. virtaus- nopeuteen: Kaavassa (2) u on virtausnopeus, 9 on veden tiheys, C on veden larnpokapasiteetti, r on porareian sade, K on muodostuman larnrnonjohtokyky ja f(t) on aikariippuva funktio. Kun virtaus on jatkunut yli 10 vuorokautta, voidaan funktio f(t) arvioida riittavalla tarkkuudella kaavasta missa t on aika ja s on muodosturnan terrninen diffusiviteetti. Veden virtausnopeus vaikuttaa selvasti anomalian rnuotoon: Nopea virtaus synnyttaa a - a valille (kuva 1) lahes isoterrnisen osan larnpo- 1 2 tilakayraan, rnutta hitaan virtauksen tapauksessa larnpotilakayran gradientti on kaukana sisaanvirtauspisteesta sarna kuin hairiyty- mattomassa tilanteessa. Toinen tyypillinen anornalia aiheutuu rakovyohykkeeseen kairauksen aikana varastoituneesta huuhteluvedesta (tyyppi B, kuva 1). Tallainen piikkimainen anornalia osoittaa, etta lavistetty rakovyohyke on vetta johtava, mutta siina ei kuitenkaan tapahdu virtausta. Mikali lampotilarnittaus uusitaan rnuutaman kuukauden valein, voidaan havaita, etta anomalian arnplitudi laskee ja puoliarvoleveys kasvaa rakoon pakkautuneen veden luovuttamaan lammon johtuessa ymparistoon. Mittaustuloksista voidaan laskea larnpolahteen voirnakkuus (Drury ja Jessop 1982).
Kuva 1. Lampotila-anomalioiden perustyypit. A = virtaus pitkin reikaa, B = rakovyohykkeeseen varastoitunut lammin vesi, C = veden virtaus rakovyohykkeessa (ylospain). Druryn et al. (1984) mukaan. Kolmas anomaliatyyppi on lampotilagradientin muutos (tyyppi C, kuva 1). Mikali muodostuman lammonjohtokyvyssa ei ole muutosta vastaavalla kohdalla, tyypin C anomalia indikoi pohjaveden virtausta rakovyohykkeessa. Esimerkiksi rakovyohykkeessa ylospain virtaava vesi toimii ylimaaraisena lammonlahteena rakovyohykkeen ylapuoliselle kallion osalle, jolloin rakovyohykkeen ylapuolella gradientti kasvaa. Vastaavasti alaspain virtaava vesi aiheuttaa gradientin kasvun rakovyohykkeen alapuolella. Mikali virtaus on jatkunut niin kauan, etta
lampotilat rakovyohykkeen yla- ja alapuolella ovat stabiileja, voidaan -1-1 virtausmaara (kgs m ) laskea rakovyohykkeen yla- ja alapuolen valisen lampovuoeron perusteella (Drury et al. 1984): F = 1 Q u - Q, I /Cg tan a (4) -1-1 Kaavassa (4) F on virtausmaara (kgs m ) ja QU ja Q1 ovat lampovuon naennaiset arvot rakovyohykkeen yla- ja alapuolella ja a on veden virtaussuunnan kaade (rakovyohykkeen kaade). Lampotilamittauksilla voidaan tutkia pohjavesivirtauksia myos sellaisessa tapauksessa, etta mittausreiat eivat lavista virtausvyohyketta. Talloin tarvitaan useita lahekkaisia reikia ja tulkinta perustuu pohjavesivirtauksen synnyttamiin lampovuoanomalioihin: Alueella, missa pohjavesi virtaa kalliossa alaspain, lampovuo on alhaisempi kuin hairiytymattomassa tilanteessa ja vastaavasti ylospain suuntautuvan virtauksen alueella kohonnut hairiytymattomaan tilanteeseen verrattuna (esim. Smith ja Chapman 1983, Domenico ja Palciauskas 1973, Lewis ja Beck 1977, Bodmer ja Rybach 1985). 3. MITTAUKSET 3.1. Porakaivot Tassa tutkimuksessa on kaytetty 26 porakaivoa Etela- ja Keski-Suomesta (kuva 2). Kaivot ovat osittain samoja kuin Salmen (1985) tutkimuksessa. Porakaivomittausten kaytolla on eraita rajoituksia: Koska kaivoja ei ole tehty kairaamalla, niista ei ole kaytettavissa kivilajitietoa eika petrofysiikkaa. Nama on arvioitava ympariston paljastumanaytteiden tai kirjallisuustietojen perusteella. Mitatut kaivot eivat ole olleet kaytossa vuoden 1979 jalkeen, joten niiden virtaustilanteet ovat sinansa luonnollisia, mutta kaivot on alkuaan hylatty hyvin eri syista ( huono antoisuus, huono vedenlaatu, liittyminen kunnan vesijohtoverkkoon jne.) Tama voi vaikeuttaa tulosten keskinaista vertailua.
Kuva 2. Kallioporakaivojen sijainti. Pohjakarttana yksinkertaistettu Suomen kallioperakartta Simosen (1980) mukaan. 1 = presvekokarjalaiset granitoidit, 2 = svekokarjalaiset suprakrustiset kivet, 3 = svekokarjalaiset syvakivet (etupaassa granitoideja), 4 = rapakivi, 5 = jotuniset sedimenttikivet. Toisaalta porakaivoilla on eraita etuja: Ne ovat pystysuoria, mika helpottaa mittauksia. Taipumakorjauksia ei tarvita. Porakaivoja on olemassa hyvin runsaasti ja tarvittaessa niiden avulla voidaan tehda mittauksia hyvinkin yksityiskohtaisessa verkossa eri tutkimuskohteissa. Tama on katevaa varsinkin homogeenisissa muodostumissa, jossa ei ole merkittavaa kivilajivaihtelua ja kairasydannaytteita ei valttamatta tarvi ta.
Porakaivoista 8 sijaitsee rapakivialueella, 5 graniittialueella, 5 granodioriittialueella, 2 kvartsimaasalpagneissialueella, ja 6 kiillegneissi- ja kiilleliuskealueella. Koska kaivoista itsestaan ei ole kivilajitietoa, ovat varsinkin Etela-Suomen migmatiittialueen kaivojen kivilajiymparistotiedot epavarmoja kallioperan vilkkaan litologisen vaihtelun vuoksi. Porakaivojen syvyys vaihtelee valilla 50-170 m. 3.2. Laitteisto ja mittaukset Lampotilamittaukset tehtiin GTK:n geofysiikan osastolla rakennetulla reikamittarilla "GTL-83", jonka toiminta perustuu lampotilariippuvaan mikropiiriin (Analog Device AD 590 H) (Sulkanen 1984). Laitteessa on 200m:n kaapeli ja se painaa n. 5 kg. Lampotilamittauksen lukematarkkuus ja resoluutio on O.Ol C ja absoluuttinen tarkkuus parempi kuin O.l C. Ennen mittausta laitteen toiminta varmistettiin tekemalla vesiastiassa vertailumittaus seka GTL-83:lla etta alkoholisauvalampomittarilla. Kaivot mitattiin laskemalla anturia 1 tai 2 m pistevalilla. Tulokset kirjattiin kasin. Mittauksia tehtiin 12.11.84-5.12.85 valisena aikana. Useimmat Etela-Suomessa sijaitsevat kaivot mitattiin kahdesti, seka kesalla etta syksylla, osa jopa kolme kertaa. Syksylla -84 tehdyissa mittauksissa ovat lampotilan absoluuttiarvot noin 0.5 - l.o C korkeampia kuin vuoden -85 mittaukset. Mittari oli talloin viela prototyyppivaiheessa ja sen kalibrointi oli keskenerainen. Tulokset ovat kuitenkin taysin kayttokelpoisia virtaustulkintaan ja lampotilagradienttien laskentaan. Eraissa kaivoissa tehtiin galvaaninen reikamittaus rakovyohykkeiden paikantamiseksi. Naennainen ominaisvastus mitattiin GTK:n geofysiikan osaston NORMA-maavastusmittarilla kayttaen elektrodikonfiguraationa normaalijarjestelmaa. Reiassa olevien virta- ja jannite- elektrodien valilimatka oli 60 cm. Mittaukset tehtiin 1 m pistevalilla.
4. TULOKSET 4.1. Yleista Mittaustuloksista laaditut syvyys- larnpotilakayrat ovat liitteena. Vuosittaisen larnpotilavaihtelun vaikutus on havaittavissa yleensa 20-25 rn syvyydelle, eraissa tapauksissa 30 rn saakka. Larnpirnana vuodenaikana havaitaan pintakerroksessa alhaisernrnat larnpotilat kuin kylrnan vuodenajan rnittauksissa, rnika on seurausta larnrnonjohturnisen hitaudesta irtornaapeitteessa ja kallioperassa. Vuosittaisvaihteluun osallistuvan pintakerroksen alapuolella larnpotila kohoaa useirnrniten noin O.Ol C/rn. Eraissa tapauksissa larnpotilagradientti on selvasti pienernpi, jopa negatiivinen. Poikkearnien aiheuttajana ovat pohjavesivirtaukset (kaivot KU7 - KU10) ja rnahdollisesti pitkaaikaiset ilrnastornuutokset (KU10 (?), KT2, KKyl, KKy2 ja KV5). Ilrnastornuutoksiin viittaa selva larnpotilarninirni, joka on ko. kaivoissa 45-80 rn syvyydella. Sarnanlainen rninirni on tulkittu Kanadan kilvella tehdyissa tutkirnuksissa vuosisadan alussa vallinneen kylrnan jakson aiheuttarnaksi (Drury ja Lewis 1983). 4.2. Pohjaveden virtaus Pohjaveden virtausta selvasti osoittavia larnpotila-anornalioita havaittiin vain Tesjoella rapakiviyrnpariston kaivoissa KU7, KU8 ja KU9. Kaivot si jaitsevat alle 1500 rn etaisyydella toisistaan. Mittaukset tehtiin rnarraskuussa -84 ja kesa- seka rnarraskuussa -85. Eri vuodenaikoina tehtyjen rnittausten valilla on selvia eroja. Marraskuussa -84 larnpotilakayrissa on useita hyppayksenornaisia anornalioita, joita ei ole vuoden -85 kayrissa lukuunottarnatta KU7:aa (kuvat 3-5). Lisaksi KU7:ssa ja KU9:ssa on gradienttirnuutoksia. Anornaaliset kohdat ovat sahkoisen reikarnittauksen rnukaan rnyos orninaisvastusrninirneita (kuva 6), jotka voidaan tulkita rakovyohykkeiksi. Marraskuussa -84 kaikissa kaivoissa tapahtui pohjaveden virtausta reikaa pitkin alas veden poistuessa rakovyohykkeisiin (taulukko 1). Kesakuussa -85 alaspain tapahtuvaa virtausta on vain KU7:ssa.
Marraskuussa -85 virtaustilanne on olennaisesti sarna kuin kesakuussa, rnutta KU9:ssa tapahtuu mahdollisesti pohjaveden virtausta rakovyohykkeesta reikaan ja reikaa pitkin ylos 49 m syvyydelta. Virtausrnaaria aikayksikossa on tulkittu yhtaloiden (1) -(3) perus- teella, kayttaen rapakivelle seuraavia kirjallisuudesta saatavia -1-1 pararnetriarvoja: k = 3.47 Wrn K (Jarvirnaki ja Puranen 1979) ja s = 2-1 1.0. rn s (tyypillinen arvo graniiteille, Drury et al. 1984). Kaivojen halkaisi ja on 150 mrn. Virtausmaarat on tulkittu vain suuruusluokka-arviona, koska aikariippuvaa funktiota f(t) ei voida tarkasti rnaarata, silla virtauksen kestoaika ei tiedeta. Taulukossa 1 esitetyt tulokset on laskettu olettaen virtausten kestaneen 1-6 kuukautta (KU8 ja 9) tai 12 kk (KU7) ennen mittaushetkea. Virtauksen kestoajan kasvaessa tulkitut virtausrnaarat pienenevat. Kaikissa Tesjoen kaivoissa on pohjaveden virtaukseen osallistuvia rakovyohykkeita syvyysalueella 46-64 rn. Kaivojen orninais- vastusprofiilit (kuva 6) ovat muodoltaan varsin sarnanlaisia. On mahdollista, etta kaivoissa todetut orninaisvastusminimit edustavat topografian kontrolloirnaa lahes vaaka-asentoista rakoilua (kaade n. lo itaan). Tallaisen tulkinnan mukaan samaa rakovyohyketta olisivat KU7:n 56 m, KU8:n 49 rn ja KU9:n 49 rn kohdalla olevat rakovyohykkeet (kuva 7). Pohjaveden virtausta voisi tapahtua pitkin tata vyohyketta alaspain (itaan). Larnpotilamittausten tulokset (taulukko 1) voidaan ymrnartaa siten, etta ko. rakovyohyke oli hydraulisesti alipaineinen (irnu) kaivojen KU7 ja KU9 kohdalla rnarraskuussa -84. KU7:ssa alipaine on sailynyt rnyos vuoden -85 aikana kaivon korkeamrnan topografisen sijainnin vuoksi, rnutta KU9: ssa alipaine on havinnyt ja rnuuttunut rnahdollisesti ylipaineeksi marraskuussa -85. KU8:ssa ei 49 m:n syvyydella ole havaittu virtausanornalioita ja syvyydella 64 rn oleva rakovyohyke ei orninaisvastusprofiilien rnukaan olisi lainkaan sarna rakovyohyke. Siten KU8:ssa tapahtuva virtaus liittyisi eri rakovyohykkeeseen.
Kuva 3. Larnpotilarnittausten tulokset kaivosta KU7 (Ruotsinpyhtaa, Tes j oki ). Kuva 4. Larnpotilarnittausten tulokset kaivosta KU8 (Ruotsinpyhtaa, Tesjoki ).
Kuva 5. Lampotilarnittausten tulokset kaivosta KU9 (Ruotsinpyhtaa, Tes joki ).
OM I NAISVASTUS (nm) 103 104 Kuva 6. Kaivojen KU8 ja KU9 naennainen ominaisvastus syvyyden funktiona. Elektrodijarjestelma: normaalijarjestelma, a = 0.6 m. Ominaisvastusarvojen tasoero kaivojen valilla johtuu maadoitusvastuseroista.
TAULUKKO 1. Larnpotilamittausten tulkinta kaivoista KU7, KU8 ja KU9 Ruotsinpyhtaan Tesjoelta. Marraskuu -84 KU7 Virtaus reikaa pitkin alas rakovyohykkeeseen 56 rn syvyydella (0.02-0.01 l/s) KU8 Virtaus reikaa pitkin alas rakovyohykkeeseen 64rn syvyydella (0.01-0.08 l/s) KU9 Virtaus reikaa pitkin alas rakovy6hykkeisiin 49 rn (0.03-0.02 l/s) 87 rn (0.005-0.006 l/s) ja 99 rn (0.008-0.010 l/s) syvyydella. Sisaanvirtaus reikaan 35 rn kohdalla (?) Kesakuu -85 KU7 Virtaus reikaa pitkin alas rakovyohykkeeseen 56 rn syvyydella (0.02-0.01 l/s) KU8 Ei virtauksia KU 9 Ei virtauksia reikaa pitkin. Gradienttirnuutos 115 rn syvyydella, virtaus rakovyohykkeessa (?) Marraskuu -85 KU7 Virtaus reikaa pitkin alas rakovyohykkeeseen 56 rn syvyydella (0.02-0.01 l/s) KU8 Ei virtauksia KU 9 Virtaus reikaa pitkin ylos 49 rn syvyydelta (n. 0.03 l/s), ulosvirtaussyvyys 0-20 rn.
KU8 poikkeaa muista kaivoista rnyos pohjaveden koostumuksen suhteen: 64 rn:n alapuolella pohjavesi on lievasti suolaista (sahkonjohtavuus 260-320 rns/rn), kun taas KU7:ssa ja KU9:ssa pohjavesi on kauttaaltaan rnakeaa (v. Hakkarainen, henkilokohtainen tiedonanto 1985). Edella tulkittu horisontaalinen virtaus ei synnyta larnpotilakayriin gradienttimuutoksia, koska larnpoa ei siirry vertikaalisuunnassa (vrt. yhtalo (4)). Kaivojen KU7 ja KU9 kayrissa on gradienttirnuutoksia esirn. kesakuun 1985 mittauksissa (KU7, 46 m ja KU9, 115 rn). Ne eivat kuitenkaan liity ylla tulkittuun rakovyohykkeeseen, eivatka myoskaan ole havaittavissa kaikissa rnittauksissa. KO. gradienttirnuutokset ovat todennakoisesti heikkojen reikavirtausten ja lampotilan vuosittaisvaihtelun (KU9) tai larnrnonjohtavuuserojen (KU7) aiheuttarnia. 1 KU7' Kcrkeus NBo (rn) = Rakovydhyke Kuva 7. Larnpotila- ja orninaisvastusrnittauksiin perustuva kalliopohjaveden virtaustulkinta Ruotsinpyhtaan Tesjoelta. Kaivo KU9 ei sijaitse sarnalla linjalla KU7:n ja KU8:n kanssa vaan poikkeaa siita n. 400 m etelakaakkoon.
4.3. Lampotilagradientit ja lampovuoarviot Mittaustuloksista laskettiin lampotilagradientin arvot sovittamalla lampotilakayrien lineaarisiin osiin pienemman neliosumman suora. Laskenta tehtiin IMSL-aliohjelmalla RLONE. Lampovuon arvot maarattiin geotermisen gradientin ja kirjallisuudesta kerattyjen ko. kivilajeja vastaavien lammonjohtavuusarvojen tulona -2 missa Q on (naennainen) lampovuo (mwm, g on lampotilagradientti -1-1 (m~m-l) ja k on lrimm6njohtavuus (Wm K ) (taulukko 2). -1 Kaivojen lampotilagradienttien keskiarvo on 11.3 _+ 3.2mKm, mika on varsin lahella muualta Suomesta mitattujen kairareikien keskiarvoa 12.6 * 0.9 mkm-l ( Jarvimaki ja Puranen 1979). Gradientin arvo kasvaa keskimaarin syvemmalle mentaessa (kuva 81, mika johtunee jaakausien aiheuttamasta kallion ylimman osan jaahtymisesta (vrt. Jessop 1971, Parasnis 1975) ja lyhytaikaisemmista ilmastomuutoksista (vrt. 4.1). SYVYYS ( m ) Kuva 8. Porakaivojen lampotilagradienttien riippuvuus syvyydesta. Syvyysarvot ovat gradienttien laskentavalien mediaaneja (vrt. taulukko 2).
Verrattaessa kaivojen antoisuuksia ja lampotilagradientteja havaitaan gradienttien hajoavan laajemmalle alueelle antoisuuden kasvaessa (kuva 9). Ts. niissa kaivoissa, joissa veden vaihtuvuus kaivon lavistamissa rakovyohykkeissa on suurinta, on myos virtausten aiheuttamia gradienttimuutoksia. On kuitenkin otettava huomioon, etta pienempien gradienttiarvojen aiheuttajana ovat myos ylla mainitut ilmaston kylmat jaksot eika pelkka pohjavesivirtaus. Esitettya yhteytta antoisuuden ja lampotilagradientin valilla on toistaiseksi pidettava vain indikaationa pienen havaintomaaran vuoksi. I GRADIENTTI ( mkrn-') -0-5 -10 >20 ANTOISUUSLUOKKA ( m3/vrk ) Kuva 9. Porakaivoj en lampotilagradienttien riippuvuus kaivojen antoisuudesta. Antoisuustiedot Salmen (1985) ja V. Hakkaraisen (henkilokohtainen tiedonanto 1985) mukaan. Pilkkuviivat rajaavat syvista kairarei'ista rnitattujen gradienttien vaihtelualuetta Jarvimaen ja Purasen (1979) mukaan. (Muhoksen savikiven anomaalinen arvo jatetty pois. ) Lampotilagradienteissa ja lampovuoarvioissa (taulukko 2) ei ole havaittavissa systemaattista alueellista tai kivilajeista johtuvaa vaihtelua, vaikka tuloksissa onkin varsin paljon eroa kaivosta toiseen.
KAIVOJEN SYVYYS-L#MPOTILAKAYRAT LIITE