Etelä-Suomen yksikkö Q16.1/1244/2008/66 20.11.2008 Espoo IP-mittaukset ja 3D-tulkinta Ilmajoen Välikorven tutkimuskohteelta Taija Huotari-Halkosaari
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro 20.11.2008 Tekijät Taija Huotari-Halkosaari Raportin laji Arkistoraportti Toimeksiantaja Raportin nimi IP-mittaukset ja 3D-tulkinta Ilmajoen Välikorven tutkimuskohteelta Tiivistelmä Raportissa käsitellään Ilmajoen Nopankylän Välikorven kultakohteella tehtyä IP testimittausta. Välikorvessa mitattiin 5 600 metrin pituista pohjois-etelä suuntaista linjaa ABEM Terrameter SAS 4000 laitteistolla. Mittausten linjaväli oli 50 metriä. Linjojen 3D-tulkinta tehtiin Res3DInv-ohjelmalla. Tulokset visualisoitiin vokseleina Geosoft Oasis Montaj ohjelmalla. Mittaukset olivat jatkoa vuonna 2007 tehdyille testimittauksille Sikakankaan kultakohteessa. Monielektrodilaitteistolla tehdyillä mittauksilla päästään parempaan mittausresoluutioon ja suurempaan syvyysulottuvuuteen kuin perinteisillä IP:n rutiinimittauksilla. Menetelmä on kuitenkin huomattavasti hitaampi kuin rutiinimittaukset, joten monielektrodilaitteistolla tehtävät mittaukset joudutaan kohdentamaan pienemmille alueille esimerkiksi rutiinimittausten perusteella. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Kulta, Välikorpi, monielektrodivastusluotaus, IP, ominaisvastus, monigradientti, 3D-inversio, vokseli Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Ilmajoki, Nopankylä, Välikorpi Karttalehdet 1244 08 Muut tiedot Arkistosarjan nimi Q-raporttisarja (geofysiikka) Kokonaissivumäärä 7 Kieli Suomi Yksikkö ja vastuualue ESY, Merigeologia ja Geofysiikka, 215 Allekirjoitus/nimen selvennys Arkistotunnus Q16.1/1244/2008/66 Hinta Hanketunnus 2801021/2901014 Allekirjoitus/nimen selvennys Julkisuus Ei julkinen ainakin 2011 asti
Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 JOHDANTO 1 2 MENETELMÄKUVAUS 2 3 TULKINTATULOKSET VÄLIKORVEN MITTAUKSISTA 3 3.1 Tuloksista 6 KIRJALLISUUSLUETTELO 7
1 1 JOHDANTO Vuoden 2005 lopulla GTK:lle hankittiin ABEM Terrameter SAS 4000 monielektrodivastusluotauslaitteisto, jolla voidaan mitata myös IP (Indusoitu Polarisaatio). Vuoden 2007 syksyllä Geologian tutkimuskeskus (GTK) teki Sikakankaalla ABEMin laitteistolla 3D-testauksen (Huotari, 2007), jonka seurauksena IP-mittausten 3D-tulkintatestausta päätettiin jatkaa uudella kohteella vuonna 2008. Vuoden 2008 elokuussa GTK mittasi 5 samansuuntaista 600 metrin pituista linjaa Ilmajoen Nopankylän Välikorven kultakohteella. Linjojen sijainnin kohdentaminen tehtiin lohkarenäytteiden pitoisuuden perusteella sekä geofysiikan kenttämiesten vuonna 2007 tekemien IP-mittausten perusteella. IP-menetelmä on ollut jo vuosia yksi päätutkimusmenetelmä kultakohteilla. IP:tä käytetään kultatutkimuksissa, koska menetelmä toimii erityisesti pirotteisten malmien kohdalla. Tavallisesti tutkimuksissa käytetään menetelmiä, joilla mittaus on nopeaa. Sen seurauksena mittauksissa käytetty elektrodiväli on harva ja elektrodien määrä pieni. Samalla, kun syvyysulottuvuutta kasvatetaan, niin siinä kärsii mittauksista saatavien yksityiskohtien määrä eli resoluutio huononee. Monielektrodivastusluotausta on testattu kultakohteilla, koska yleinen pyrkimys on saada tietoa syvemmältä ja tarkemmin. Monielektrodivastusluotaus mahdollistaa tämän, koska yhdellä linjalla on enemmän elektrodeja käytettävissä ja näin saadaan tarkempaa tietoa maankamaran yksityiskohdista sekä suurempi syvyysulottuvuus, jota rajoittaa kuitenkin 5 metriin rajoitettu minielektrodiväli. Yhdellä kaapelien vedolla saadaan siis maksimissaan 400 metrin pituinen linja, jolla syvyysulottuvuus riippuu luonnollisesti käytetystä elektrodikonfiguraatiosta. Tutkimusta on haluttu kehittää 3D-suuntaan ja 3D-inversio 2D-tuloksille mahdollistaa sen. 3D-tulkinta tehtiin Res3DInv-tulkintaohjelmalla (Geotomo Software, 2008). Ja tulokset visualisoitiin Geosoft Oasis Montaj v.7.0.1 -ohjelmalla Sikakankaalla vuonna 2007 tehtyjä IP-mittauksia ja niiden 3D-tulkintatuloksia sekä synteettisten mallien 3D-tuloksia on käsitelty laajemmin T. Huotarin raportissa "3D-IP tulkinnan testaus" (2007).
2 2 MENETELMÄKUVAUS IP-mittauksessa mitataan jännitteen vaimenemisaikaa siitä kun lähetetty virta katkaistaan. ABEMin laite mittaa aika-alueen suuretta, jota kutsutaan varautuvuudeksi M t i t i+, joka määritetään 1 seuraavasti: i + 1 1 M t = ( ) it V t dt [msec] (1) i+ 1 V 0 t t i missä V(t) on vaimeneva jännite, t i ja t i+1 ovat intervallin alku ja loppuaika, ja V 0 on jännite, joka mitattiin ennen virran katkaisua. Varautuvuus laitteella mitataan msec yksikössä. Mittauksen periaatekuva on kuvassa 2. Vaihtoehtoisesti, varautuvuus voidaan esittää myös muodossa mv/v: ti + 1 1 t = ( ) it V t i+ 1 V0 ( ti+ 1 ti ) ti M dt [mv/v] (2) Lisätietoa IP:n teoriasta löytyy mm. teoksista Sharma (1997), Parasnis (1979) ja Peltoniemi (1988). Mittalaite mittaa samalla myös näennäisen ominaisvastuksen. Ominaisvastusmittaus tapahtuu siis samalla elektrodikonfiguraatiolla kuin IP:n mittauskin. Teoriaa on esitetty mm. Sharman (1997), Parasniksen (1979) ja Peltoniemen (1988) julkaisuissa. ABEM Terrameter SAS 4000 laitteisto on 4-kanavainen monielektrodivastusluotauslaitteisto. Laitteen suurin minimielektrodiväli on GTK:n kaapeleilla 5 m, joten maksimilinjapituus yhdellä levityksellä on 400 metriä. Mittauksissa on käytettävissä 81 elektrodia. Laitteella on mahdollisuus mitata ominaisvastuksen lisäksi myös IP (Indusoitu Polarisaatio) tai omapotentiaali (SP). ABEM:in laitteella mitattaessa käytettiin monigradienttimenetelmää (ks. Kuva 1), joka on poolidipoli- ja Schlumberger-järjestelmän eräänlainen yhdistelmä. Järjestelmässä syötetään virtaa maahan kahden ulomman elektrodin avulla ja syntynyttä potentiaalieroa mitataan neljällä elektrodiparilla virtaelektrodien välissä. Kuvasta 1 näemme, että potentiaalielektrodit eivät mittauksessa sijaitse symmetrisesti virtaelektrodien keskellä. Kuvan s-kerroin viittaa mittauksen potentiaalilukemien maksimimäärään yhdellä virran syötöllä. Monielektrodigradienttimittauksessa suurta määrää virtaelektrodiyhdistelmiä käytetään elektrodilevityksen läpikäymiseen usealla eri a:n ja s:n etäisyyksien arvoilla. Laitteella mitattaessa saadaan 4 lukemaa kerrallaan (4-kanavaa). Laite käy automaattisesti läpi valitun mittausohjelman hyödyntäen kaikki 81 käytössä olevaa elektrodia. Laitteella mitattaessa tasavirtapulssien pituudeksi voidaan määrittää maksimissaan 8 s, jonka sisään mahtuu maksimissaan 10 aikaikkunaa. Syötetyn virran suuruuden säätö on laitteessa automaattinen, mutta virta voidaan määrittää myös manuaalisesti. Virran suuruus voidaan valita väliltä 1-1000 ma. Mitattaessa syöttöjännite on maksimissaan 400 V. Kuva 1. Monigradienttijärjestelmä.
3 3 TULKINTATULOKSET VÄLIKORVEN MITTAUKSISTA Välikorven kohteella mitattiin 5 600 metrin pituista linjaa 50 metrin linjavälillä (ks. Kuva 2). Minimielektrodiväli a Välikorvessa oli a=5 m elektrodikonfiguraation ollessa monigradientti (multiple gradient, ABEM Instruments AB, 2007). Pulssiaika oli 1,5 s ja neljä aikaikkunaa mittauksessa välillä 0,6-2100 ms. Kaikkien neljän aikaikkunan tulokset on summattu. Kuva 2. Välikorven mittauslinjat, Pohjakartat: Maanmittauslaitos, lupanro 13/MML/08
4 Mittausaineistolle tehtiin 3D-inversio Res3DInv-ohjelmalla (Loke & Barker, 1996). Tulokset on visualisoitu vokseleina Geosoft Oasis Montaj ohjelmalla. Kuvissa 3 ja 4 on 3D-inversiotulkintatulos vokseleina esitettynä Välikorven mittaustuloksille. Kuvassa 3 on IP-tulos ja kuvassa 4 ominaisvastustulos. Tulkinnoissa on otettu huomioon maaston topografia. Lisäksi kuvassa 5 on esitetty suurimmat IP-arvot ja kuvassa 6 pienimmät ominaisvastusarvot. Kuva 3. Välikorven 3D-IP inversiotulos. Väriskaala 0-50 msec. Punainen väri viittaavat suureen IParvoon ja sininen pieneen. Kuva 4. Välikorven 3D-ominaisvastusinversiotulos. Väriskaala 0-20000 ohmm. Punainen väri viittaavat suureen ominaisvastusarvoon ja sininen pieneen.
5 Kuva 5. Välikorven 3D-IP inversiotulos. Väriskaala 40-50 msec. Kuva 6. Välikorven 3D-ominaisvastusinversiotulos. Väriskaala 0-4000 ohmm.
6 3.1 Tuloksista Välikorven kultakohteen tutkimukset ovat vasta alkuvaiheessa. Tutkimusalueen kairaustulokset eivät valmistuneet vielä tämän raportin tekoon mennessä, joten vertailuja ei päästä vielä tekemään. Kairauksia kuitenkin suunnattiin 3D-IP mittausten tulosten avulla. Maastomiesten tekemien IP-mittausten tulkinta ei sisälly tähän raporttiin. Yleisesti voidaan todeta, että 3D-IP tulkintatulokset vaikuttavat lupaavilta myös tässä kohteessa kuten Sikakankaallakin. Tulevaisuudessa tuloksia on tarkoitus verrata kairaustulosten kanssa. Kohteen geologista mallia voidaan myös mahdollisesti tarkentaa geofysiikan tulkintojen avulla. Välikorven kohteella suurimmat IParvot ovat hieman pintaa syvemmällä ja rakenteellisesti suurimmat arvot keskittyvät pääosin itälänsisuuntaisiksi vyöhykkeiksi (ks. kuva 5) erityisesti mittauslinjojen kohdalla.
7 Kirjallisuusluettelo ABEM Instrument AB, 2007. Terrameter SAS 1000/4000 Instruction Manual. URL: http://www.abem.se/files/upload/manual_terrameter.pdf, [Available online: viitattu 17.11.2008] Geotomo Software, 2008. Res3DInv ver. 2.16 manual: Rapid 3D Resistivity & IP inversion using the least-squares method. Geoelectrical Imaging 2D & 3D, Geotomo Software, Malaysia. URL: http://www.geoelectrical.com/. [Available online: viitattu 17.11.2008] Huotari, Taija, 2007. 3D-IP -tulkinnan testaus. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, Q16.1/2007/67. 29 s. Loke, M.H and Barker, R.D, 1996. Rapid least squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-newton method. Geophysical Prospecting Vol. 44, pp. 131-152. Loke, M.H., 2004. Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys. URL: http://www.geoelectrical.com/. [Available online: viitattu 17.11.2008] Parasnis, D.S., 1979. Prinsiples of Applied Geophysics. Chapman and Hall, London, third edition. 275 p. Peltoniemi, Markku, 1988. Maa- ja kallioperän geofysikaaliset tutkimusmenetelmät. Otakustantamo, 411 s. Sharma, Prem, V., 1997. Environmental and engineering geophysics. Cambridge University Press, Cambridge. 475 p.