Korkean resoluution seismisen heijastusluotauksen käyttö pohjavesiesiintymien rakenteen ja hydrogeologisten ominaisuuksien tutkimuksessa Suomessa.
Kehittämisrahaston rahoitusosuus: 15000 €
Rahoituspäätös tehty: 2011-03-11
Hakijan toimittamat tiedot
| Hankkeen nimi | Korkean resoluution seismisen heijastusluotauksen käyttö pohjavesiesiintymien rakenteen ja hydrogeologisten ominaisuuksien tutkimuksessa Suomessa. |
| Yhteyshenkilön nimi | |
| Toteuttajaorganisaatio | Turun yliopisto |
| Hankkeen muut toteuttajat | |
| Hankkeen koko budjetti (sis alv) | 0,00 € |
| Hankkeen aikataulu | 2011-2012 |
| Hankkeen aihepiiri | Talousveden hankinta ja käsittely |
| Tavoitteet | |
| Toteutus | Suomen tärkeimpien pohjavesiesiintymien hyödyntäminen ja suojelu tulevat lisääntyvässä määrin perustumaan niiden rakenteen ja hydrogeologisten yksiköiden kolmiulotteiseen mallintamiseen. Hankkeen tavoitteena on ensimmäistä kertaa Suomessa tutkia liikkuvan, monikomponenttianalyysiin perustuvan matalaseismisen heijastusluotauksen (HRSR) käyttömahdollisuuksia pohjavesiesiintymien rakenteen ja hydrologisten ominaisuuksien tutkimuksessa sekä pohjaveden hankinnassa. Heijastusluotaus, toisin kuin taittumisluotaus, perustuu koko aaltomuodon hyväksikäyttöön eikä edellytä seismisen nopeuden kasvua syvyyden funktiona, joten myös hitaan nopeuden kerrokset sekä kerrospaksuudeltaan ohuet kerrokset voidaan mahdollisesti havaita. Menetelmän etuna on myös pieni lähde-energian tarve. Matalaheijastusluotaus vaatii riittävän korkeataajuisen lähdesignaalin noin 1.5-6 m välein, jotta mahdolliset rajapinnat voidaan teoriassa havaita. Tutkimuksessa käytetään ajoneuvoon kiinnitettyä hydraulista, tärytintyyppistä “Vibroseis” –energialähdettä (IVI minivib minibuggy), joka laajentaa taajuuskaistaa (10–550 Hz) lähdesignaalin osalta ja siten teoriassa myös resoluutiota. Tässä tutkimuksessa merkittävä kehitysaskel resoluution kannalta tehdään käyttämällä hyväksi P–aaltojen lisäksi myös S-aaltoja ja niiden horisontaali- (SH) ja vertikaalikomponentteja (SV). Liikkuva mittauskalusto (landstreamer) käsittää tutkimustarpeen mukaan useita (24-72) 0,75–3 m välein jonoon sijoitettuja vastaanottoyksiköitä, joissa kussakin on kolme sisäänrakennettua, eri suuntaan kuuntelevaa geofonia. Käytettävän tutkimuskaluston täysimittaisen geofonijonon pituus on 200 m. Säkylänharjun-Virttaankankaan harjumuodostuma ja sinne sijoittuva Turun seudun tekopohjavesihanke tarjoavat kallio-, maaperä-, ja pohjavesiolosuhteiltaan vaihtelevan testialueen sekä monipuolisen referenssiaineiston, johon sisältyy myös alueen rakennetta ja sen syntyä kuvaava kerrostumismalli. Lisäksi tutkimuksen tulokset ovat suoraan hyödy |
| Tulokset | 7.1 Seismisen heijastusluotausaineiston keruu, prosessointi ja tulkinta Seismisen heijastusaineiston keruu landstreamer tekniikkaa hyödyntäen on huomattavasti nopeampaa ja vähemmän työvoimaa vaativaa kuin perinteisen heijastusseismiikan käyttö. Jotta irtomaakerroksesta saadaan yksityiskohtaisempi ja tarkempi kuva, on aineistoa prosessoitava uudelleen siltä osalta linjaa, mistä yksityiskohtaista tietoa tarvitaan. Tällä hetkellä esimerkiksi Geologian tutkimuskeskuksessa on kuitenkin hyvin vähän matalaheijastusseismisen aineiston käsittely- ja tulkintaosaamista, mikä tarkoittaa prosessoinnin koulutuksen lisäämistarvetta. Seismisen heijastusaineiston prosessointi ja tulkinta on riippuvainen maankamaran seismisten nopeuksien tuntemuksesta, jotka saattavat pohjavesimuodostumissamme vaihdella paljon lyhyellä matkaa. Nopeuksien määrittäminen muilla menetelmillä (esim. refraktioluotaus, muut mittaukset, tuntemus kerrostumien raekokovaihtelusta) helpottaa aineiston prosessointia ja tulkintaa. Aineiston tulkinta vaatii ymmärtämystä muodostuman syntyolosuhteista ja kerrostumisympäristöstä. Tulkinnan onnistuminen vaatii lisäksi kairareferenssiaineistoa. Rakenteeltaan ja kallioperältään nopeasti vaihtelevilla alueilla tulisi referenssikairausten sijoittua mahdollisimman lähelle ajettua linjaa. Syvällä oleva pohjavedenpinta ja paksu kuiva maakerros aiheuttavat ongelmia vertikaaliresoluution osalta. Haasteeksi muodostuu myös harjun ydinosan sijainti hyvin syvällä, jolloin kalliopintaa on vaikeaa havaita luotettavasti ydinosan alapuolelta. 7.2 Virttaankankaan tulokset Virttaankankaan tyyppisissä olosuhteissa pääpaino on P-aaltojen tuottaman jatkuvan linjadatan tulkinnassa, joskin paikoin S-aaltojen avulla saatiin tarkempaa tietoa kerrostumien rakenteesta (varsinkin kun pohjavesi oli lähimmillään maanpintaa eli noin 10 m pinnasta). Virttaankankaan luotausaineiston vertikaaliresoluutio on noin 5 m. Tämä tarkoittaa, että tätä etäisyyttä lähempänä olevia rakenteita ei pystytä aineistosta enää erottamaan yksittäisiksi heijasteiksi. Resoluutiota voi parantaa tarkemmalla prosessoinnilla linjojen valituista osista. Virttaankankaan tapauksessa resoluutiota heikentää korkeampien taajuuksien vaimeneminen paksun kuivan maaperäkerroksen vaikutuksesta. Virttaankankaan alueella kallionpinta tavoitettiin jokaisella heijastusluotauslinjalla. Sen syvyys vaihteli 6 m jopa 120 m maanpinnasta. Virttaankankaan itäosassa kulkeva ruhjelaakso havaittiin selvästi luotauslinjoilla. Saimme myös viitteitä kallioperän litologisesta vaihtelusta ja rakoilusta luotauslinjojen alueella. Tämän tutkimuksen kalliopinnan tason havaintojen ja referenssikairauksen 1 pohjalta mahdollisesti tavatun 1 m paksun hiekkakiven perusteella on oletettavissa, että Virttaankankaan alla on vielä entuudestaan tuntemattomia hiekkakiven satelliittialueita. Paikoitellen on heijastusaineistossa havaittavissa selvästi rikkonaisempaa kallionpintaa, jossa on voimakasta rakoilua ja rikkoutumista. Näiden kohdalla yläpuolisten, kalliota peittävien sedimenttien tuottamat heijasteet saattavat osittain sekoittua varsinaiseen kalliopinnan heijasteeseen. Kalliopinnan tulkinnassa muita ongelmallisia alueita ovat erityisesti karkean harjuytimen alapuoliset osat. Harjuytimessä on usein erittäin suuria lohkareita, jotka ovat seismistä aallonpituutta suurempia. Tällöin suuri osa aaltoenergiasta absorboituu ytimeen, jolloin sen alapuolelta tuleva kalliopinnan heijaste heikkenee selvästi. Harjun kivinen ydin on yleensä kohtalaisen hyvin erotettavissa heijastusaineistosta, varsinkin jos alueelta on jo tulkintaa tukevaa aiempaa rakennetietoa. Paikoin ydinosan voi tulkita suoraan heijastusaineistosta. Seismisessä profiilissa muinaisen aallokon muovaamat ja harjuytimeen rajoittuvat ns. piilosupat erottuvat kuppimaisina rakenteina, joiden reunojen kontaktit ovat terävät. Virttaankankaan osalta heijastusluotausaineisto vahvisti aiemmin maatutka- ja kairausaineiston tulkinnalla saatua kuvaa ytimen ja piilosuppien mittasuhteista ja sijainnista. Erityisen tärkeä havainto pohjavesimallinnuksen ja vedenhankinnan kannalta oli ytimen sijainnin ja muodon hahmottuminen kallioperän syvän murroslinjan kohdalla. Kivistä ydintä peittävät viuhkamaiset harjulaajentumat ovat erotettavissa maatutkaluotaukseen perustuvan sedimentologisen mallin tuntemuksen perusteella. Näiden rajapintojen ja/tai sisärakenteiden ominaisuuksien luotettava erottaminen heijastusaineistosta ei alustavalla prosessoinnilla ole mahdollista. Osasyynä tähän on kerrosten paksuusvaihtelu ja kerrostumien sisäisten rakenteiden monimutkaisuus. Virttaankankaan suuressa ruhjevyöhykkeessä on kalliopinnan ja harjuytimen välissä paikoitellen vanhempia moreenimaisia kerrostumia, joiden paksuus on referenssikairauksen perusteella jopa 20 metriä . Ruhjeessa olleet vanhemmat sedimentit ovat nostaneet kerrostumisalustan tasoa ylemmäksi kuin mitä se ol |
| Tietoa hankkeesta muualla internetissä | |
| Loppuraportti (julkinen) | |
| Yhteenvetokalvot ja tiedote (julkiset) |