GEOFYSISKA TJÄNSTER OCH MÄTMETODER

Transkript

1 GEOFYSISKA TJÄNSTER OCH MÄTMETODER

2 ELEKTROMAGNETISKA METODER De geofysiska metoderna som utnyttjar det underliggande jord- och bergmaterialens elektriska egenskaper kallas elektromagnetiska metoder. De kräver ingen markkontakt, d.v.s. kan framföras ovanför marken och ger därför snabbt översiktliga resultat. Stångslingram är en snabb metod för enklare kartering och lokalisering av förorenad mark. GEOFYSISKA TJÄNSTER SOM GOLDER TILLHANDAHÅLLER: Stångslingram VLF Markradar Geoelektriska metoder (CVES) Seismiska metoder STÅNGSLINGRAM En stångslingram utnyttjar markmineralens elektriska egenskaper. Slingramen är ett lågfrekvent elektromagnetiskt mätinstrument som producerar elektromagnetiska vågor för att inducera sekundära strömmar i marken. De sekundära strömmarna inducerar i sin tur ett magnetfält vars styrka registreras i slingramen. Stångslingramen består i regel av 2-3 antenner som är fästa på en lång stav som hålls horisontellt över markytan. Sökdjupet består av avståndet mellan antennerna (D) och är ungefär lika med 1,5*D. Två antenner ger ett sökdjup och tre antenner ger tre. Stångslingramens stora styrka är dess förmåga att snabbt samla in data över stora områden. Den kan användas för att avgränsa jonhaltiga föroreningar, lerområden, grundvattenströmning samt lokalisera metallföremål. Nedan illustreras den magnetiska avvikelsen på ett ungefärligt djup av 2,5 m i en nedlagd torvtäkt. Syftet med undersökningen var att lokalisera nedgrävda järntunnor innehållande farligt avfall. Platsen för tunnorna identifierades och verifierades med provgropsgrävning. Ovan illustreras medelvärdet av konduktiviten ner till ett djup av ca. 5,5 m under markytan. Syftet med undersökningen var att hitta sekundär kopparmalm i en dammvall runt ett nedlagt dagbrott i Norrland. De högkonduktiva områdena till vänster i bilden antogs vara malmen vilket verifierades med provgropsgrävning. GOLDER GEOPHYSICS TEAM UNDERSTAND THE ECONOMIC REALITIES OUR CLIENTS ARE FACING AND THE DIFFERENCE BETWEEN NICE TO HAVE AND NEED TO HAVE.

3 VLF VLF-mottagare (Very Low Frequency) är huvudsakligen ett prospekteringsinstrument för kartering av vattenförande bergsprickor och används ofta vid grundvattenprospektering. Instrumentet arbetar med lågfrekventa, elektromagnetiska radiovågor i intervallet 3-30 khz avsedda för radiokommunikation med ubåtar. Sändare finns i bl.a. Norge, Finland, Ryssland, USA och Storbritannien. Den låga frekvensen innebär att de elektromagnetiska radiovågorna kan tränga ner ansenligt mycket djupare i mark och vatten än radiovågor för kommersiella radiostationer som är högre än 150 MHz. När radiovågen träffar en mer eller mindre vertikal ledare induceras sekundära elektriska strömmar vilka i sin tur skapar ett magnetfält. En vertikal, vattenfylld sprickzon fungerar som en god elektrisk ledare i förhållande till omgivande berg vilket gör att dessa kan identifieras med VLFinstrumentet. I bilden ovan redovisas resultatet av en VLF-undersökning kring ett sandmagasin. Syftet var att finna potentiellt vattenförande zoner. Ett par parallella sprickzoner synliggörs tydligt i resultatet. Området runt ett sandmagasin undersöks med VLF för att lokalisera vattenförande sprickzoner i berggrunden. Markradarn är en effektiv metod för att bestämma vad som finns under markytan utan behöva att gräva upp det. MARKRADAR En markradar består av en sändare som sänder ut elektromagnetiska vågor(impulser) med en bestämd frekvens, riktad ner i marken och en mottagare som registrerar reflektioner. Reflektioner uppstår varje gång en impuls möter ett material vars elektriska egenskaper avviker från det överliggande materialet. Avvikande egenskaper kan bestå av t.ex. tätare jordlager än överlagrande jordart alternativt högre vattenhalt. Ju större skillnaden är i elektrisk ledningsförmåga, desto mer av energin i den elektromagnetiska impulsen reflekteras. Vid ett visst djup återstår så lite av den nersända energin att den reflekterade signalen inte längre kan detekteras av mottagaren. En hög frekvens ger en hög upplösning men sämre nedträngningsdjup och vice versa. En markradar används med fördel för att kartlägga jorddjup i friktionsjord eller för att lokalisera underjordsinstallationer och objekt. Nedan syns ett radargram med reflektioner från radarsignaler som illustreras i x- och y-led där x är avstånd från startpunkt (m) och y är djup (m under markytan). Mätningen utfördes över en nedlagd torvtäkt för att hitta nedgrävda tunnor samt bestämma djupet av täkten. De kraftiga reflektionerna som löper horisontellt längs hela bilden i den nedre tredjedelen utgörs av torvtäktens botten. Till höger syns en serie kraftiga reflektioner som har tolkats som eventuellt nedgrävda tunnor.

4 GEOELEKTRISKA METODER Den geoelektriska metod som oftast används p.g.a. sin upplösning och effektivitet är CVES som står för Continous Vertical Electrical Scanning. Kortfattat består utrustningen av kablar med uttag för elektroder och en kontrollenhet. Kablarna placeras ovan marken längs vald sektion och elektroder hamras ner i marken vid uttagen, sedan kopplas kontrollenheten in. Ström induceras i marken enligt förprogrammerade algoritmer mellan ett flertal elektrodkombinationer beroende av vad som eftersöks. Potentialfallet mäts mellan elektroderna och räknas om till en resistivitet i Ωm som lagras i en matris med enheterna sträcka, djup och Ωm, på så vis byggs en pseudoprofil upp. När en mätning är klar kan den bakre kabeln flyttas fram och mätningen återupptas ifall mätlinjen behöver förlängas. Matrisen modelleras med finita element metoder i programmet Res2DInv för att beräkna den så kallade uppenbara resistiviteten i varje matriselement och minsta kvadrat metoden används för att modellera de linjära strukturerna i marken, det vill säga beräkna den verkliga resistiviteten och simulera geologiska strukturer. Resultatet illustreras med färger och återkopplas till litteraturvärden för resistivitet av geologiska material samt geologiska kunskaper om området (ex. jordartskartor, jordlagerföljd m.m.). Tvärprofil av beräknad resistivitet uppmätt nedströms ett vattenfyllt dagbrott för att identifiera eventuella läckage. Uppmätt profil visar två lågresistiva områden till vänster i tvärsektionen som bedömdes vara ytliga läckage i berggrunden. SEISMISKA METODER Ljudvågor färdas olika snabbt i olika medium. Kortfattat kan det uttryckas att en ljudvåg färdas fortare i hårda medium än i mjuka, exempelvis fortare i berg än i jord. Seismiska metoder utnyttjar detta och genom att mäta tiden det tar för ljud att transporteras bestämda sträckor kan ljudvågens medelhastighet bestämmas. Seismiska metoder används i störst utsträckning för att studera jorddjup och bergkvalitet. Geofoner placeras ut i rät linje med bestämda avstånd sinsemellan och en kraftig ljudpuls appliceras till marken. Då energipulsen avgetts fortplantar den sig i två typer av vågor, P-vågen (komprimerande) och S-vågen (skjuvande). Då både P- och S-vågshastigheter är kända kan ett flertal bergmekaniska parametrar beräknas. Då ljudvågen möter ett material med nya mekaniska egenskaper reflekteras och refrakteras den. Vid en viss infallsvinkel följer vågen kontaktzonen mellan materialen (kritisk refraktion). Detta är den snabbaste vägen för ljudet och refraktionsvågen är därmed det första som registreras av geofonen. Medelhastigheten mellan geofonerna beräknas och jämförs med erfarenhetsoch litteraturvärden för att skapa en bild av jordlager och berggrund. Resultatet återspeglar den ytliga och generellt sett mer uppspruckna region av berggrunden då det friska berget är mer homogent och därför inte refrakterar ljudvågen i samma utsträckning. Ifrån uppmätta hastigheter kan sedan ett flertal parametrar(moduler) som beskriver bergmassans mekaniska egenskaper beräknas. Tvärsektion uppmätt med refraktionsseismik och jord/berg sonderingar (jb). Rutade sektioner är tolkade sprickzoner. Beräknade bergmoduler i enheten gigapascal (GPa). Poissons tal är enhetslös.

5 GOLDER ASSOCIATES ÄR EN GLOBAL MEDARBETARÄGD ORGANISATION MED ÖVER 50 ÅRS ERFARENHET INOM MILJÖ, JORD, BERG, VATTEN OCH INFORMATIONSHANTERING. FRÅGA GOLDER David Barkels Miljökonsult För mer information om geofysiska tjänster och mätmetoder, kontakta ditt lokala Golderkontor. Våra övriga tjänster kan du läsa mer om på våra hemsidor. INGENJÖRSKONST FÖR EN HÅLLBAR SAMHÄLLSUTVECKLING Drammen Göteborg Helsinki Köpenhamn Luleå Stockholm Tampere Turku