Kerkkoo 2004 : Kiinteän maan geofysiikan kenttäkurssi

Kerkkoo 2004 : Kiinteän maan geofysiikan kenttäkurssi E. Piispa 1, I. Öhman 2, K. Karkkulainen 3 J. Tammenmaa 2, L.J. Pesonen 1 T. Jokinen 4 ja Kerkkoo 2004 ryhmä* 1 Geofysiikan osasto, Helsingin yliopisto, Helsinki, elisa.piispa@helsinki,fi 2 Rakennus ja ympäristötekniikan osasto, Teknillinen korkeakoulu, Espoo 3 Seismologian laitos, Helsingin yliopisto, Helsinki 4 Geologian tutkimuskeskus, Espoo Abstract A new solid earth geophysics field course took place in the autumn of 2004 in Kerkkoo, southern Finland. The "Kerkkoo 2004" field course was organized in a joint co operation between Geophysics Division of University of Helsinki, Institute of Seismology of UH, Department of Materials Sciences of the Helsinki University of Technology and Geological Survey of Finland. The aim of the course was to get the geophysics students (MSc or PhD level) familiar with available geophysical field methods and instrumentations. The course also emphasized for the students how the field data are stored and used in interpreting the results. Eleven students from three institutes (Geophysics Division of UH, Institute of Seismology of UH and Geophysics laboratory of DMS of HUT) participated. The course was given by experts from the organizing institutes. The content of the course consisted of (i) theoretical introductions, (ii) instrument demonstrations, (iii) practical field works and (iv) data processing and interpretations. The geophysical methods dealt with this first field course were: gravimetry, magnetics, seismic, electric resistivity, induced polarization and ground penetrating radar. As a prework for the course, a geophysical testline (700m N S profile) was surveyed following the old profile of Lehtimäki (1980). Moreover, oriented hand samples from the outcrops along the profile were collected and used to constrain the geophysical interpretations. Here we show some highlights of the activities during the field course. 1. JOHDANTO Vuorimiesyhdistyksen Geologijaoston XIV Neuvottelupäivillä Rovaniemellä, Pekka Nurmi (GTK) teki ehdotuksen hankkeesta, jossa järjestetään geofysiikan kenttäkurssi yhteistyössä GTK:n, HY:n Geofysiikan osaston, HY:n Seismologian laitoksen sekä TKK:n Rakennus ja ympäristötekniikan osaston/geoympäristötekniikan kanssa. * Ohjaajat: Seppo Elo, Taija Huotari, Tarmo Jokinen, Jukka Keskinen, Lauri Pesonen, Reijo Sormunen, Jalle Tammenmaa ja Heikki Vanhala. Taustatyö: Fabio Donadini, Pekka Heikkinen, Jukka Lehtimäki, Pekka Nurmi ja Markku Peltoniemi. Opiskelijat: Romain Candela, Kati Karkkulainen, Emilia Koivisto, Minna Kuusisto, Antti Lakio, Marianne Malm, Elisa Piispa, Petra Roiha, Anna Maria Tarvainen, Maaria Tervo ja Ida Öhman. 175

Päätettiin, että tällainen yhteistyössä järjestettävä kenttäkurssi on paitsi taloudellisesti edullinen niin myös synergiaa lisäävä yhteistyön muoto. Lauri Pesonen nimitettiin suunnittelemaan kurssia ja vetämään työryhmää, jonka muina jäseninä olivat Jukka Lehtimäki, Markku Peltoniemi ja Tarmo Jokinen. Motivointeja uuden kurssin järjestämiseksi: 1. Geofysiikan opiskelijat ovat kauan toivoneet kenttäkurssia, erityisesti HY:n opiskelijat, joilta vastaava kurssi puuttuu. 2. Tällaisen osaamisen tarjoaminen sopii hyvin GTK:n uuteen strategiaan lisätä opetusta, kuten mm. Geotieteiden evaluointikomitea toteaa raportissaan (Finnish Geosciences EVALUATION RAPORT, 2003) 3. Kurssin ajoittaminen syksylle 2004 oli ajankohtaista, koska yliopistot parhaillaan muokkasivat opetusohjelmiaan Bolognan sopimuksen mukaisiksi ja uusi kurssi saatiin luontevasti ohjelmiin sekä HY:ssä että TKK:ssa 4. Tuleva geofyysikkosukupolvi saa käytännön kosketuksen kenttämittausten suorittamiseen ja instrumentteihin. 5. TKK:n ja HY:n opiskelijat tutustuvat toisiinsa ja oppivat ryhmätyötaitoja. 2. TOTEUTUS Kurssi päätettiin pitää seuraamalla Lehtimäen vuonna 1977 mittaamaa testilinjaa (Kuva 1b) (Lehtimäki, 1980). Tämä sijaitsee Kerkkoossa, Porvoon lähellä (Kuva 1a). Alueelta oli vuonna 1975 löydetty kuparipitoinen lohkare, joka käynnisti malmitutkimukset. Näissä tutkimuksissa tehtiin geokemiallisia ja geofysikaalisia mittauksia ja porattiin kaksi kairareikää (Oivanen, 1976). Kuva 1a. Kerkkoon sijainti Suomen kartalla. Kuva 1b. Perä Pohjakan N S suuntainen profiili (700m) geologisella kartalla Laitalan (1964) mukaan. 176

Vuonna 1977 Lehtimäki suoritti alueella lisätutkimuksia 700 m:n pituista N S suuntaista profiilia (Kuva 1b) pitkin ja vertasi tuloksia kairarei istä otettuihin näytteisiin. Kenttäkurssia varten linja paalutettiin uudelleen 1.10.2004 ja siitä mitattiin puuttuvat geofysiikan mittaukset (mm. painovoima). Linjalta otettiin nyrkkinäytteitä petrofysikaalisten ominaisuuksien selvittämiseksi (F. Donadini, L. J. Pesonen). Näin opiskelijoilla tulisi olemaan profiililta sekä vanhat että uudet (omat) mittaustulokset. Kurssin suunnitellut työryhmä päätti, että kurssilla käydään läpi sovelletun geofysiikan mittausmenetelmiä kiinteän maan geofysiikan näkökulmasta katsottuna. Näitä ovat mm. gravimetriset, magneettiset, sähköiset, sähkömagneettiset, IP ja seismiset menetelmät sekä maatutkaluotaus. Maastomittaustekniikoiden lisäksi opiskelijat perehdytetään mittausprofiilin suunnitteluun, mittalaitteisiin, maastomittausdatan keruuseen sekä datan prosessointiin. Opiskelijat myös tutustuvat profiilitulkintojen tekoon käyttäen apuna alueen geologista tietoa maa ja kallioperästä sekä kivistä määritettyjä petrofysikaalisia ominaisvakioita. Kenttäkurssi Kerkkoo 2004 järjestettiin periodikurssina 10 15.10.2004. Kurssille valittiiin 11 opiskelijaa, tasaisesti eri laitoksilta: HY/Geofysiikka 4, HY/Seismologia 4 ja TKK 3. Opiskelijat jaettiin ryhmiin pyrkien sekoittamaan saman laitoksen opiskelijat. Kenttäkurssin logistiikka järjestyi lähellä profiilia sijaitsevan Prestbackan kartanon tiloissa, jonka historia ulottuu aina 1500 luvulle asti. Tyyliltään päärakennus edustaa myöhäis empireä (Kuva 2). Isäntäväki, Merja ja Mauri Anttila, majoitti kurssilaiset Tiiläänjärven rannalla olevaan Mörknäs mökkiin ja päärakennuksen lähellä sijaitsevaan vierashuoneeseen. Ruokailut olivat kartanon päärakennuksen tiloissa, lukuunottamatta kenttälounasta Ruoat olivat aivan erinomaisia. Erikoisuutena pääsimme vielä viimeisenä iltana tutustumaan Anttiloiden maatilamuseoon sekä nauttimaan normaalin saunan lisäksi puulämmitteisestä ulkoaltaasta tähtitaivaan alla. 3. PÄIVITTÄINEN OHJELMA Kuva 2. Prestbackan kartano (Kuva: A. Lakio). Jokaisen työpäivän aloitti sen aihepiiriin (painovoimamittaukset, magnetometraus jne.) johdatteleva aamuluento. Luennoitsijoina toimivat mm L.J. Pesonen (kurssin johdanto ja petrofysiikka), Seppo Elo (painovoimamittaukset), Tarmo Jokinen (magnetometraus), Jalle Tammenmaa (maatutkamittaus), sekä Tarja Huotari (sähköiset mittaukset). Tämän jälkeen 177

siirryttiin profiilille suorittamaan kunkin aiheen kenttämittauksia. Iltapäivällä mökille palattua suoritettiin datan siirto/purku sekä käytiin läpi päivän mittaustulokset. Iltaisin tehtiin myös alustavia tulkintoja. Kunkin päivän vastuuryhmä piti päivän päätteeksi lyhyehkön seminaarin päivän kulusta, tehdyistä mittauksista ja tulkinnoista. 4. RYHMÄTYÖT Mittauksia tehtiin neljänä päivänä, joten opiskelijat oli jaettu neljän ryhmään. Kurssin suoritus tapahtui ottamalla aktiivisesti osaa kaikkiin luentoihin ja mittauksiin. Iltaesitysten lisäksi kaikki ryhmät pitivät viimeisenä pitivät suullisen loppuseminaarin omista aiheistaan. Nämä noin 15 minuutin pituiset esitykset toimivat pohjana kirjalliselle loppuraportille, joka oli käytännössä laaja työselostus, sisältäen mm. teorian, mittalaitteet, mittaukset, tulkinnat ja pohdinnat. Jokaiselle ryhmälle oli nimetty omat ohjaajat loppuraportin tekoa varten. Ryhmät olivat: 1) Maanantai 11.10.2004, painovoimamittaukset (ryhmä Gravi : E. Piispa & M. Tervo sekä ohjaajat S. Elo & R. Sormunen). Ensimmäisenä mittauspäivänä tehtiin painovoimamittaukset Scintrex CG 3 Autograv gravimetrillä (Kuva 3a). Kokonaisuudessaan mitattiin 240 metrin mittainen pätkä profiilia pitkin. Vaadittavat korkeudenmääritykset tehtiin samanaikaisesti hydrostaattisella korkeuseromittari LEVA 20:lla. Mallinnus mittaustuloksista tehtiin ModelVision 4 ohjelmalla. Tämän tulkinnan tulokset ovat nähtävissä kuvassa 3b. Kuva 3a. A. Lakio gravimetraamassa R. Sormusen ja M. Kuusiston seuratessa vieressä. (Kuva: M. Tervo) Kuva 3b. M. Tervon ja E. Piispan ModelVisionilla tekemä tulkinta painovoima anomaliasta. Rasteilla merkitty viiva on todellinen anomalia ja sitä myötäilevä viiva mallin aiheuttama anomalia. 178

2) Tiistai 12.10.2004, magnetometraus ja sähkömagneettiset mittaukset (ryhmä Magne : K. Karkkulainen, A. Lakio & A. M. Tarvainen sekä ohjaajat T. Jokinen & R. Sormunen). Toinen päivä aloitettiin asentamalla linjan läheisyyteen magneettinen maa asema. Magneettinen anomalia (240 m) mitattiin Scintrex ENVI magnetometrillä. Tämä mittaus epäonnistui laitehäiriöiden takia. Onneksi käytettävissä oli kuitenkin aikaisempi Tarmo Jokisen mittaama data. Iltapäivällä suoritettiin onnistuneesti sähkömagneettisen anomalian mittaus (110 m) APEX:in MaxMin tyylisellä Slingram laitteistolla (horisontaalikelapari, useita taajuuksia). Onnistuneen sähkömagneettisen ja vanhan magneettisen datan tulkinta tapahtui ModelVision 4 ohjelmalla. 3) Keskiviikko 13.10.2004, seisminen ja maatutkaluotaus (ryhmä Seismo : M. Kuusisto, R. Candela & P. Roiha, ohjaajat J. Keskinen & J. Tammenmaa). Seismiset räjäytysmittaukset (10 kpl) suoritettiin 75,5 n metrin mittaista linjaa pitkin käyttämällä heijastusseismistä menetelmää. Datan keruu tapahtui Terraloc Mark VI vastaanottoyksiköstä ja 24 geofonista koostuvalla laitteistolla. Seismisenä lähteenä käytettiin dynamiittia. Puolet räjäytysten rekisteröinneistä epäonnistui. Jäljelle jäänyt data tulkittiin ensin GRM menetelmää käyttäen ViewSeis ohjelmalla ja myöhemmin tulokset laskettiin myös refraktioseismiikan peruskaavoja käyttäen. Maatutkamittaus tehtiin RAMAC/GPR vastaanottimella kolmea eri linjaa pitkin. GPR tulkinnoissa käytettiin apuna Ground Vision ohjelmaa. 4) Torstai 14.10.2004, sähköinen luotaus ja IP mittaus (ryhmä IP : I. Öhman, E. Koivisto & M. Malm sekä ohjaajat T. Huotari & H. Vanhala) Viimeisen kenttäpäivänä oli vuorossa sähköinen resistiivisyysluotaus STING R1 mittarilla (254 elektrodia) n. 280 metrin matkalta. IP efektin mittaus suoritettiin Scintrex IPR12 vastaanottimella (dipoli dipoli eloktrodi konfiguraatio) ja Scintrex IPC 9/200W lähettimellä. Molemmat mittaukset tulkittiin RES2DINV ohjelmalla. 6. LOPUKSI Kerkkoo 2004 oli ensimmäinen kiinteän maan geofysiikan kenttäkurssi (HY) ja onnistui erittäin hyvin. Kurssi otetaan vakiokurssiksi (pidetään joka toinen vuosi) HY:n ja TKK:n geofysiikan osastojen opinto ohjelmaan (Pesonen ja muut, 2004). Suurkiitokset Prestbackan isäntäväelle eli Mauri ja Merja Anttilalle. LÄHTEET Huttula, T., (Editor), 2003, Finnish Geosciences EVALUATION RAPORT, + Liite, Publications of Academy of Finland 14/03, Painopörssi Oy, Helsinki, Finland, 88p. (+ Liite 19p.) Laitala, M., 1964. Kokkola. Suomen Geologinen kartta 1:100 000: kallioperäkartta = Geological map of Finland 1:100 000: pre Quaternary rocks lehti, sheet 3021. 179

Lehtimäki, J. 1976 (/1980). Kymmenen aluetta geofysikaalisten mittalaitteiden testausta varten. TKK:n vuoriteollisuusosastolla taloudellisen geologian ja sovelletun geofysiikan opintosuunta. DI työ, pp 9 20. Oivanen, P., 1976. Selostus malmitutkimuksista Porvoon maalaiskunnan Perä Pohjakan alueella vv. 1975 1976. Porvoon mlk., 6s. Pesonen, L.J., Hjelt, S. E., ja Peltoniemi, M., 2004. Uusia tuulia kiinteän maan geofysiikan opetuksessa ja tutkimuksessa. VMY:n Laivaseminaari, 2. 4.2., 2004, 4 s. 180