Q 19/3612/98/1/23 Erkki Lanne Ulpu Väisänen 16.2.1998 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Pohjois-Suomen aluetoimisto ARKISTORAPORTTI SEISMISET LUOTAUKSET POHJAVEDEN SEURANTAKOHTEISSA ROVANIEMEN ALUEELLA
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä 16.02.1998 Tekijät Lanne, Erkki ja Väisänen, Ulpu Raportin laji Tutkimus Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Raportin nimi Seismiset luotaukset pohjaveden seurantakohteissa Rovaniemen alueella. Tiivistelmä Rovaniemen seudulla on tehty kesällä 1997 seismisiä luotauksia neljässä kohteessa, jotka kuuluvat valtakunnallisen pohjaveden seurantatutkimukseen. Luotausten tavoitteena oli kartoittaa irtomaakerrosten paksuutta ja laatua sekä kalliopinnan topografiaa. Mittalaite oli BISON 7000 seismografi ja lähteenä käytettiin vasaraa, koska osa pisteistä on asutuksen tai rakennelmien lähellä. Luotauslinjojen pituudet olivat 100-200m. Irtomaapeitteen paksuudet vaihtelivat n. 10 metristä jopa 40 metriin. Myös kalliopinnan topografiassa havaittiin paikoin voimakasta vaihtelua, jolla on ilmeisesti pohjaveden virtausta ohjaava vaikutus. Tosin tulkintaa vaikeutti ilmeisten piilokerrosten olemassaolo. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Pohjois-Suomi, pohjavesi, geofysikaaliset tutkimukset, seismiset luotaukset Maantietellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Lapin lääni, Rovaniemi, Rovaniemi mlk. Karttalehdet 3612 Muut tiedot Arkistosarjan nimi Arkistotunnus Q 19/3612/98/1/23 Kokonaissivumäärä 10 Kieli suomi Hinta Julkisuus julkinen
GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND DOCUMENTATION PAGE Date 16.02.1998 Authors Lanne, Erkki and Väisänen, Ulpu Type of report Research report Commissioned by Geological Survey of Finland Title of report Seismic soundings at the control points of the ground water in the Rovaniemi area. Abstract In the Rovaniemi area seismic soundings have been carried out in four sites, which are sites in the nation-wide control program of ground waters. The aim of studies was to map the thicknesses of the overburden and the topography of the bedrock. The equipment was BISON 7000 seismograph and the impact source was hammer, because some sites were near to the habitated areas or other structures. The lengths of sounding lines varied from 100 meters to 200 meters. The thicknesses of the overburden varied from ten meters to 40 meters. In the bedrock topography there are slopes, which obviously control the flow of the ground water. As a drawback in the interpretations there are so-called hidden layers. Keywords North Finland, ground water, geophysical surveys, seismic soundings Geographical area North Finland, Rovaniemi Map sheet 3612 Other information Report serial Archive code Q 19/3612/98/1/23 Pages 10 Language Finnish Price Confidentiality public
1 JOHDANTO Geologian tutkimuskeskuksen pohjaveden seurantatutkimus on valtakunnallinen hanke, jossa seurataan pohjaveden laatua ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Tutkimuskohteet ovat lähteitä ja kaivoja sekä asutuilla että luonnonvaraisilla alueilla. Pohjois-Suomessa on 33 pohjaveden seurankohdetta, jotka sijaitsevat Enontekiön, Inarin, Sodankylän ja Kittilän kunnissa, Kemijärvellä, Rovaniemellä ja Rovaniemen maalaiskunnassa. Vesinäytteet analysoidaan 21 kohteesta neljä kertaa vuodessa, muista kohteista vain kerran vuodessa. Arvioitaessa esimerkiksi maankäytön aiheuttamia muutoksia pohjavedessä tarvitaan tietoja maaperän rakenteesta. Sen vuoksi pohjaveden seurankohteiden ympäristössä suoritettavilla geofysikaalisilla tutkimuksilla pyritään selvittämään mm. maapeitteen paksuutta, kalliopinnan topografiaa ja veden läpäisevyyttä. Rovaniemen seudun tutkimusalueet sijaitsevat Rovaniemen maalaiskunnan Oikaraisessa (kuilukaivo), Kroopinpalon harjussa (lähde), Tavivaaran hautausmaan vieressä (kuilukaivo) ja Rovaniemen kaupungissa, Korkalovaarassa (lähde). Näillä alueilla selvitettiin vuonna 1997 seismisin luotauksin maapeitteen paksuutta ja koostumusta. Tässä raportissa esitetään em. kohteissa tehtyjen vasaraseismisten luotausten tulokset. Rovaniemen seudun pohjaveden seurantakohteet ja seismiset luotauslinjat on esitetty kuvissa 1 ja 2. KOHTEIDEN KUVAUS Seuraavassa on esitetty pohjaveden seurantakohteiden sijainti ja atk-tunnukset, sekä luotauslinjojen sijainti (alku- ja loppupisteen koordinaatit), mittausaika, pintamaalaji, topografisia, etäisyys pohjaveden seurantakohteeseen, ihmistoiminta ja luotauslinja ja pohjaveden havaintokohteen vedenpinnan välinen korkeusero. Kohde: Kroopinpalo, lähde, PLEKRI Karttalehti: 3612 07, x=7370 500, y=3449 75, z=120 Luotauslinja: x-alku: 7370.520, x-loppu: 7370.600 y-alku: 3449.880, y-loppu: 3449.940 Mittausaika: 1.7.1997 Pintamaalaji: hiekka Topografia: suhteellisen tasainen Etäisyys pohjaveden seurantakohteeseen: 50 m
2 Ihmistoiminta: luotauslinja sijaitsee tien reunassa soranottoalueella, noin 50 m:n etäisyydellä pohjavesipumppaamosta. Luotauslinjan ja pohjaveden havaintokohteen vedenpinnan korkeusero: noin 5 m. Tutkimusalue sijaitsee Kroopinpalon harjussa, Rovaniemen maalaiskunnassa, 10 km Rovaniemen kaupungista kaakkoon (kuva 1). Seurantakohde on harjun laidasta purkautuva lähde. Purkauskohtaan on syöpynyt 6-8 m syvä uoma, mikä osoittaa harjun pintaosan hienohiekkaisen aineksen alla olevan karkeampia, vettä hyvin johtavia kerrostumia (Kujansuu ym. 1982). Kohde: Tavivaara, kaivo, PLETA1 Karttalehti: 3612 07, x=7371 150, y=3441 520, z=105 Luotauslinja: x-alku: 7371 120, x-loppu: 7371 120 y-alku: 3441.530 y-loppu: 3441.730 Mittausaika: 1.7.1997 Pintamaalaji: hiekka Topografia: nouseva rinne, korkeusero linjalla noin 15 m Etäisyys pohjaveden seurantapisteeseen: 20 m. Ihmistoiminta: Tavivaaran hautausmaa ja metsäautotie sijaitsevat luotauslinjan vieressä. Luotauslinjan ja pohjaveden havaintokohteen vedenpinnan korkeusero: noin 3 m. Tutkimusalue sijaitsee Rovaniemen maalaiskunnassa, noin 10 km Rovaniemen kaupungista etelään, Tavivaaran harjussa (kuva 1). Seurantakohde on 3 m:n syvyinen kuilukaivo. Sen vieressä sijaitsee hautausmaa, jonka suunnasta pohjavesi virtaa kaivoin alueelle.
3 Kuva 1. Pohjaveden seurantakohteet Rovaniemen seudulla Kroopinpalossa ja Tavivaarassa, ja näillä tutkimusalueilla tehdyt seismiset luotaukset vuonna 1997.
4 Kuva 2. Pohjaveden seurantakohteet Rovaniemen seudulla Korkalovaarassa ja Jokkavaarassa, ja näillä tutkimusalueilla tehdyt seismiset luotaukset vuonna 1997.
5 Kohde: Korkalovaara, lähde, PLEKO1 Karttalehti: 3612 08, x=7381 650, y=3440 500, z=105 Luotauslinja x-alku: 7381 640, x-loppu: 7381 640 y-alku: 3440 640, y-loppu: 3440 440 Mittausaika: 3.7.1997 Pintamaalaji: hiekka (rantakerrostumaa moreenirinteessä) Topografia: jyrkkä rinne Etäisyys pohjaveden seurantakohteeseen: 10 m Ihmistoiminta: tiheää asutusta noin 300 m:n päässä Luotauslinjan ja pohjaveden havaintokohteen vedenpinnan välinen korkeusero: noin 5 m Tutkimusalue sijaitsee Rovaniemellä, Korkalovaarassa (kuva 1), tiheästi asutun alueen läheisyydessä. Seurantakohde on lähde, joka sijaitsee jyrkän vaaran rinteen juurella. Monet lähialueen asukkaista käyttävät lähteen vettä juomavetenään. Läheisyydessä on lenkkipolkuja ja talvella hiihtolatuja ja moottorikelkkareitti. Kohde: Jokkavaara, kaivo, PLEJO1 Karttalehti 3612 10, x=7373 700, y=3458 700, z=85 Luotauslinja: x-alku: 7373 630, x-loppu: 7373 570 y-alku: 3458 780, y-loppu: 3458 590 Mittausaika: 3.7.1997 Pintamaalaji: hieta ja hiekka Topografia: tasainen Etäisyys pohjaveden seurantakohteeseen: 50 m Ihmistoiminta: asutusta noin 50 m:n etäisyydellä, luotauslinja sijaitsee maantien vieressä. Luotauslinjan ja pohjaveden havaintokohteen vedenpinnan välinen korkeusero: alle 10 m Tutkimusalue sijaitsee Rovaniemen maalaiskunnassa Jokkavaaran harjussa ja sen lievealueella, noin 15 km Rovaniemeltä kaakkoon (kuva 1). Seurantakohde on 7 m:n syvyinen kuilukaivo, joka sijaitsee harjun liepeellä hiekkaisessa ja hietaisessa maaperässä. Pohjavesi virtaa harjualueelta kaivon suuntaan. Seurantakohteen läheisyydessä on kaksi pohjavedenottamoa, joiden veden laatu on hyvä.
6 TUTKIMUSMENETELMÄ Tutkimusmenetelmänä käytettiin seismistä refraktioluotausta, jolla voidaan selvittää irtomaakerrosten rakennetta, kalliopinnan muotoja sekä kallion eheyttä. Mittauslaite oligeologian tutkimuskeskuksen BISON 7000 seismografi, signaalilähteinä käytettiin lekan iskuja. Laitteessa on ns. pinoamismahdollisuus eli signaali-kohinasuhdetta voidaan parantaa toistamalla iskuja samassa paikassa. Seismogrammit taltioituvat laitteeseen, josta ne voidaan purkaa PC-tyyppiseen tietokoneeseen. Kulkuaikojen lukua ja varsinaista tulkintaa varten on omat ohjelmistot. TULOSKÄSITTELY Tavanomaisista kulkuaikakuvaajista määritettiin seismiset nopeudet ja leikkausajat. Varsinainentulkinta tapahtui GTK:ssa Heikki Forssin ja Jukka Lehtimäen laatimalla ohjelmalla. Tulkinta on ns. paalutulkinta ts. se perustuu kerrosmalliin, jossa kerrosrajat ovat suoria. Tulkintaa haittasi ns. piilokerrosten (esim. hienorakeisia kerrostumia) olemassaolo. TULOKSET Tulkintatulokset on esitetty taulukoissa 1-4. Kerrosten 1-3 seismiset nopeudet (V m/s) on esitetty linja alkupisteestä lähtien väleillä 0-50 m, 50-100 m, 100-150 m ja 150-200 m. Taulukoissa kirjain z ilmaisee ko. kerrostuman alarajan syvyyden metreinä. Taulukko 1. Kroopinpalo. Huom. 2. kerros on piilokerros, todennäköisesti silttiä. z V z V z (m) (m/s) (m) (m/s) (m) x 0m 50m 100m 1. 4 350 3 400 3 2. 10 1250-1250 6 3. 5000 5000 Kroopinpalossa pohjavesikerroksen paksuus on korkeintaan muutamia metrejä ja kallio on melko ehjää. Tämän perusteella alueella ei liene kovin mittavaa pohjavesipotentiaalia. Sitä osoittaa myös seikka, että vedenottamon rakentamisen jälkeen lähteen antoisuus on selvästi vähentynyt. Rovaniemen kaupungin tarpeisiin otetaankin pohjavettä laajemmalta alueelta, myös Kroopinpalon harjun jatkeena olevasta Palovaaran harjusta. Näistä harjuista saatava pohjavesi kattaa vain osan Rovaniemen veden tarpeesta.
7 Taulukko 2. Tavivaara z V z V z V z V z (m) (m/s) (m) (m/s) (m) (m/s) (m) (m/s) (m) x 0m 50m 100m 150m 200m 1. 4 450 6.5 400 9 400 12 400 13 2. 35 1500 31 1500 26 1450 24 1450 18 3. 4400 4400 4400 4400 Tavivaarassa pohjaveden seurantakohde sijaitsee loivassa rinteessä ja veden laatu on fysikaaliskemiallisilta ominaisuuksiltaan hyvää. Seimisen luotauksen perusteella kallionpinta viettää maanpinnan topografian mukaisesti.. Siten pohjaveden virtauksen voi olettaa tutkimusalueella melko nopeaksi, minkä vuoksi veteen ehtii liueta vain vähän mahdollisia haitallisia aineita. Läheisyydessä sijaitsevan hautausmaan vaikutuksia ei voi havaita veden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien osalta. Taulukko 3. Korkalovaara. z V z V z V z V z (m) (m/s) (m) (m/s) (m) (m/s) (m) (m/s) (m) x 0m 50m 100m 150m 200m 1. 4 450 3 450 3 450 3 450 4 2. 6 1500 8 1500 9 1350 11 1400 13 3. 4800 4800 4750 4750 Korkalovaaran seurantakohde on lähde, joka sijaitsee vaaran rinteen juurella, suon laidassa. Alueella on useita lähteitä ja niiden yläpuolella on pienellä alueella rantakerrostumaa, joka on hyvin lajittunutta hiekkaa. Seismisen luotauksen tulkinnan mukaan hiekkakerrostumien paksuus on noin 10 metrin luokkaa. Kallionopeudet viittaavat suhteellisen ehjään kallioon, joten lähteiden vesi lienee ylärinteestä pääosin pitkin kallionpintaa valunutta vettä. Pohjaveden sähkönjohtavuus ja kloridi-, sulfaatti- ja nitraattipitoisuuden ovat suurempia kuin yleensä Pohjois-Suomen lähdevesissä. Tähän voi olla syynä läheisyydessä sijaitseva asutus ja maaperästä osittain puuttuva humuskerros, joka estäisi happamien sadevesien aiheuttamaa aineiden liukenemista maaperästä ja niiden pääsyä pohjaveteen. Korkalovaaran kallioperä on tiivistä ja kulutusta hyvin kestävää kvartsiittia (Väänänen ym. 1997).
8 Taulukko 4. Oikarainen z V z V z V z V z (m) (m/s) (m) (m/s) (m) (m/s) (m) (m/s) (m) x 0m 50m 100m 150m 200m 1. 7 400 6 400 6.5 450 5 450 5 2. 39 1400 28 1500 20 1500 18 1650 19 3. 4000 4200 4200 4200 Oikaraisen tutkimuskohteessa maapeitteen paksuus on vähintään 20 metriä. Lisäksi kallionpinta alenee jyrkästi kohti Kemijokea. Pohjaveden seurantakohteessa pohjavedenpinta on suunnilleen samalla tasolla kuin läheisessä Jokkavaaran harjussa (78-80 m mpy) ja 3-5 metriä korkeammalla kuin Kemijoen pinta. Seismiset nopeudet tutkimuskohteen kallioperässä olivat noin 4000 m/s, mikä on tunnusomaista rikkonaiselle kalliolle. Tämä lisää puolestaan pohjavesivaraston kokoa. JOHTOPÄÄTÖKSIÄ Seurattaessa pitkäaikaisia muutoksia pohjaveden laadussa on otettava huomioon pohjavesivaraston koko ja rakenne. Pohjaveden muodostumiseen vaikuttavat eniten sateen määrä ja voimakkuus, haihdunta, lumen osuus sadannasta ja roudan kesto. Pohjavedeksi suotautuvan veden määrään vaikuttavat myös kasvillisuus, maanpinnan muodot, pintakerroksen koskeus, maalajien raekoko, kerrosrakenne ja tiivistyneisyys. Pohjavetta varastoituu eniten huokoisiin ja paksuin hiekka- ja sorakerrostumiin, kallioperässä ruhjeisiin ja rakoihin. Pohjaveden laatuun vaikuttavat maaperään suotautuvan veden sisältämät suolat, maa- ja kallioperän rakenne ja mineraalikoostumus. Pohjaveteen liuenneiden aineiden määrä kasvaa viipymän pidetessä. Moreenissa virranneessa pohjavedessä liuenneiden aineiden määrä on yleensä suurempi kuin hyvin vettä johtavien, lajittuneiden ja karkeiden maalajien pohjavedessä. Rovaniemen tutkimusalueiden maaperää selvitettiin seismisin luotauksin varsin pienillä alueilla ja luotauslinjat olivat lyhyitä, 100-200 metriä Toimenpiteillä voitiin kuitenkin tarkentaa olemassa oleviin tietoihin perustuvaa maaperän tuntemusta pohjaveden seurantatutkimuskohteiden ympäristössä. Kroopinpalossa ja Korkalovaarassa maaperään joutuvat ylimääräiset haitta-aineet näkyisivät todennäköisesti nopeammin ja voimakkaampina kuin Tavivaarassa ja Oikaraisessa. Tavivaarassa ja Oikaraisessa jyrkän kalliopinnan topografian vuoksi pohjaveden virtaus ja uusiutuminen on nopeaa ja paksun maapeitteen vuoksi haitallisten aineiden joutuminen pohjaveteen vähäisempää. Tässä työssä seismisissä luotauksissa kimmoaaltojen lähteenä käytetty vasara oli riittävän tehokas. Sen käyttöön päädyttiin, koska tutkimusalueet sijaitsevat lähellä asutusta tai sen keskellä. Tulosten
9 tulkinnassa piilokerrokset aiheuttivat epävarmuutta tuloksissa. Aikaisempine tutkimusten perusteella Jokkavaaran alueella maaperäkerrostumissa esiintyy yleisesti silttikerrostumia, jotka aiheuttavat ongelmia tulkinnassa. Tutkimusalueilla olisi syytä tehdä myös sähkönjohtavuuteen perustuvia geofysikaalisia tutkimuksia, koska maaperän sähkönjohtavuus korreloi hyvin sen hienoainespitoisuuden kanssa. Myös kallioperässä olevat johteet, kuten sulfidit ja niihin liittyvät raskasmetallit, saattavat vaikuttaa merkittävästi pohjaveden laatuun.
10 KIRJALLISUUTTA Kujansuu, R., Hyyppä, J. & Lappalainen, E. 1982. Rovaniemen alueen maaperä. Suomen geologinen kartta 1:100 000. Maaperäkarttojen selitykset, lehti 3612. Geologian tutkimuskeskus, 48 s. Väänänen, J., Hanski, E. & Perttunen, V. 1997. Suomen geologinen kartta. Kallioperäkartta 1:100 000. Lehti 3612 Rovaniemi. Geologian tutkimuskeskus.