Västlänken XRD-analys av leromvandlat berg och sprickmineral

Västlänken XRD-analys av leromvandlat berg och sprickmineral Erik Jonsson & Thomas Eliasson maj 2013 SGU-rapport 2013:07

Omslagsbild: Palygorskit, sprickmineral i prov från kärnborrhål vid Korsvägen östra (Universeum), prov KK606KBH: 16,65 m. Sveriges geologiska undersökning Box 670, 751 28 Uppsala tel: 018-17 90 00 fax: 018-17 92 10 e-post: sgu@sgu.se www.sgu.se

PROJEKT Projektledare: VÄSTLÄNKEN XRD-ANALYS AV LEROMVANDLAT BERG OCH SPRICKMINERAL Thomas Eliasson Uppdragsområde: Samhällsplanering Uppdragsgivare: Bergab Adress uppdragsgivare: Stampgatan 15 416 14 Göteborg Uppdragsgivarens beteckning: Referens uppdragsgivare: Kristian Nilsson SGU Dnr: 35-401/2013 Rapportnr: SGU projektkod: 40229 SGU projektmapp: Datum rapport: 2013-05-31 Referens/Projektledare: Thomas Eliasson Rapporten är framtagen och granskad enligt de rutiner som är specificerade i SGUs integrerade ledningssystem. SGU är certifierat för kvalitet (ISO 9001:2000), yttre miljö (ISO 14001:2004) och arbetsmiljö (AFS 2001:1) 3 (14)

4 (14)

INNEHÅLL Frågeställning... 6 Metodik... 6 Provberedning... 6 Analyser... 6 Utvärdering... 6 Material... 7 Resultat... 10 XRD-analyser av leromvandlade prov... 10 XRD-analys av vit sprickfyllnad; KK606KBH 16,65 m box 2... 10 Referenser... 10 5 (14)

FRÅGESTÄLLNING Fem prov från borrkärnor genomtvärande ler- och omvandlingszoner och sprickfyllnader påträffade under arbete med Västlänken har inlämnats för röntgendiffraktometrisk ( XRD ) analys, främst avseende påvisande av eventuella svällande lermineral till SGUs mineralogiska laboratorium i Uppsala. Totalt har 13 stycken XRD-analyser utförts, varav en på icke-lermineral. METODIK Provberedning De leromvandlade proven bröts först upp i agatmortel och slammades därefter upp i avjoniserat vatten och behandlades ca 45 minuter i ultraljud för dispergering av partikelaggregat. Suspensionen fick därefter sedimentera, varefter den översta, lerdominerade delen av suspensionen sögs av för vidare preparering. Den avsugna provmängden överfördes därefter via sugfiltrering på milliporfilter till glas, enligt Drevers (1973) metod för att framställa orienterade prov för lermineralanalys. Proven sattes därefter på torkning. Efter XRD-analys på naturligt, torkat orienterat preparat har proven därefter mättats med etylenglykol (EG) över natten, och därefter analyserats igen med identiska analysparametrar. Slutligen har proven upphettats till 400 C i ca 1,5 timme, och efter avsvalning analyserats igen. Sprickfyllnaden (KK606KBH 16,65m box 2) handpreparerades med viss svårighet p.g.a. mineralets seghet. En kombination av rivning och malning fick tillgripas för att reducera material från provet till ett pulver godtagbart för analys. Analyser Röntgenanalyserna utfördes med SGUs Siemens D5000 teta-teta diffraktometer med kopparstrålning (CuKa) och grafitmonokromator under 40 kv spänning och 40 ma strömstyrka. De orienterade lermineralpreparaten analyserades inom 2-tetaintervallet 2 35. I båda fallen har analyserna utförts med fast provhållare, 1 divergensspalt, 2 mm antiscatter -spalt samt 0,1mm mottagarspalt. Tre analyser utfördes på varje orienterat prov; på torkat obehandlat material, på material efter mättning med etylenglykol (EG-mättat), samt efter upphettning. Analysen på den vita sprickfyllnaden upptogs som en diffraktometerråfil inom 2-tetaintervallet 2 65 på ett icke-orienterat pulverpreparat, med fast provhållare, 1 divergensspalt, 2 mm antiscatter -spalt samt 0,6 mm mottagarspalt. Utvärdering Utvärdering av diffraktometerrådata gjordes medelst Bruker AXS programvarupaket DIFF- RAC plus 2.2 och programmet EVA med PDF-databasen (ver. 1994). Kompletterande data för lermineral inhämtades från Brindley & Brown (1984), Starkey m.fl. (1984) samt Jasmund & Lagaly (1993). 6 (14)

MATERIAL Totalt analyserades fyra leromvandlade bergprov (fig. 1 4) och ett vitt sprickmineral (fig. 5), se sammanställning nedan. 4 prov för leranalys Okulärbeskrivning XRD analys KK610KBH: 33,55 m Vittrat, 2 3 cm stort fragment av borrkärna. Gröngrå fint medelkornig, ojämnkornig till småporfyrisk granodiorit till granit. Tunt band eller lins av ljusröd kalifältspat. Plagioklas synes till stor del ha vittrat till ljust grön lerhaltigt Analys av mjukt, grönt, lerhaltig massa. Troligen bildad från vittrad plagioklas. massa. KA613KBH: 13,65 m Skivigt material och vittrat berg och sprickfyllnad från borrkärna. Gröngrå med rödbruna (FeOOH etc.) fläckar. Analys av mjukt, grönt, lerhaltigt material. UKO2b Vittrat granodiorit från P-hus Otterhällan. Lerhaltigt material Vittrat berg med mycket finkornig till fint medelkornig textur. Material till stor del ihopsittande eller sammanklumpat till större mjuka aggregat. Gröngrå färg med gråvita delar. Rester av rosa Kalifältspat och transparent kvarts kan identifieras. UKO7a Vittrad granodiorit från P-hus Otterhällan. Materialet består av lermineralhaltiga korn och aggregat. Gröngrå med finkornig till fint medelkornig textur. Ställvis spåras ursprunglig textur av en finkornig till fint medelkornig, förskiffrad granodioritisk bergart med rester av biotit, kvarts och fältspat. Lerhaltigt material Prov för mineralidentifikation KK606KBH: 16,65 m, Liten bit av borrkärna. box 2 Vit finkornigt sprickmineral, massivt till ställvis något fibrigt. Sprickfyllnaden, totalt ca 1 till 2 mm tjock, innehåller mikroklaster (vanligen <1 mm långa) av kalifältspat och glimmer. Ställvis är sprickmineralisering något zonerad med vitt mineral på kanterna och klastrikare material i mitten Vitt sprickmineral Figur 1. XRD-analyserat bergprov KK610KBH: 33,55 m med ljust röd relativt välbevarad kalifältspat. Millimeterskala i nederdel av högra bilden. 7 (14)

Figur 2. XRD-analyserat bergprov KA613KBH: 13,65 m. Millimeterskala i nederdel av bilden. Figur 3. XRD-analyserat leromvandlad granodioritisk till dioritisk gnejs från Otterhällan, prov UKO2b. Millimeterskala i nederdel av bilden. 8 (14)

Figur 4. XRD-analyserat leromvandlad gnejsig diorit från Otterhällan, prov UKO7a. Millimeterskala i nederdel av bilden. A B Figur 5. A. Undersökt sprickmineralmineralisering av palygorskit från borrkärna (KK606KBH: 16,65 m. B. Baksidan av stuff med sprickmineral i figur 5A. Ställvis är sprickmineralisering något zonerad med palygorskit längs kanterna. I mitten finns klaster av fältspat och kvarts från omgivande granit. 9 (14)

RESULTAT Resultat i form av utvärderade råfiler finns i bifogade diagram (diffraktogram), vilka i fallen med lermineralanalyserna är kompositer innehållande tre olika behandlade prov, där svart kurva representerar torkat orienterat prov, blå kurva dito men efter etylenglykolbehandling, och röd kurva dito efter upphettning till 400 C. Nedanstående är en sammanfattning av erhållna analysresultat och tolkningar. XRD-analyser av leromvandlade prov Tre av proven, KK610, KK613 och UKO2b är mycket likartade; i torkad orienterad form uppvisar de breda, relativt höga toppar kring 14 Å, responderar kraftigt på etylenglykolbehandling (EG; blå kurvor), samt kollapsar under upphettning till dåligt ordnade strukturer med breda, otydliga toppar kring 10 Å. Expansionen av deras strukturer visas med förändringen från 14 Å till mycket starka toppar mellan 16,4 och 16,6 Å; det rör sig alltså om svällande lermineral, en smektit. Provet UKO7a uppvisar i princip samma systematik, med en stark, bred 14 Å-topp, kraftig expansion efter EG-behandling som visas av en kraftig topp vid 16,5 Å, samt kollaps till en dåligt ordnad illitstruktur efter upphettning. Skillnaden består häri att det utöver en smektit också ingår en normal klorit i lerfraktionen. Detta kan ses i den starka, och genom de olika behandlingarna i princip opåverkade toppen vid 7 Å, samt den svagare men också den opåverkade dito vid 14 Å (som är dold eller överlappad i diffraktogrammet för det torkade provet; svart kurva). Förhållandet mellan 7 och 14 Å-topparna antyder att det rör sig om en järnrik klorit (klinoklor). XRD-analys av vit sprickfyllnad; KK606KBH 16,65 m box 2 Provet domineras helt av magnesium-aluminiumsilikatet palygorskit, ett mineral (skiktsilikat) som typiskt bildas som sprickfyllnader eller andra sena associationer i magnesiumrika miljöer. REFERENSER Brindley, G.W. & Brown, G., 1984: Crystal structures of clay minerals and their X-ray identification. Mineralogical Society of Great Britain and Ireland, Mineralogical Society Monograph 5, 495 s. Drever, J.I., 1973: The preparation of oriented clay mineral specimens for X-ray diffraction analysis by a filter-membrane peel technique. American Mineralogist 58, 553 554. Jasmund, K. & Lagaly, G., (red.) 1993: Tonminerale und Tone. D. Steinkopff Verlag, Darmstadt, 490 s. PDF 1994: Powder Diffraction File computer database, set 1-43. International Centre for Diffraction Data, Swartmore, USA. Starkey, H.C., Blackmon, P.D. & Hauff, P.L., 1984: The routine mineralogical analysis of clay-bearing samples. USGS Bulletin 1563, 1 32. 10 (14)

XRD-analyser: tolkade diffraktogram. Västlänken, april 13. Västlänk KK606KBH 16_65 XRD vit sprfmin 500 400 Lin (Counts) 300 200 100 0 3 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KK606KBH 16_65 - File: Västlänk KK606KBH 16_65 sprf wr.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 - End: 65.000 - Step: 0.020 - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 C - Time Started: 3 s - 2 Operations: Background 1.000,1.000 Import 29-0855 (N) - Palygorskite - MgAlSi4O10(OH).4H2O - Y: 50.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 11 (14)

Västlänken KK610KBH 33,5 orienterat prov; svart kurva=torkat prov, blå=eg-mättat, röd=upphettat 4100 4000 3900 3800 16.6 Å 3700 3600 3500 3400 3300 3200 3100 3000 2900 2800 2700 9.9 Å 2600 2500 2400 Lin (Counts) 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 14 Å 700 600 500 400 300 200 100 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 3 C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänken KK610KBH 33_5 - File: Västlänken KK610KBH 33_55 OR.RAW - T Operations: Y Scale 0.792 Y Scale 0.792 Import Y + 40.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KK610KBH 33_55 - File: Västlänk KK610KBH 33_55 O Operations: Y Scale 0.792 Y Scale 0.792 Import Y + 80.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KK610 OR EG HEA - File: Västlänk KK610 OR EG HE Operations: Y Scale 0.792 Y Scale 0.792 Import 19-0764 (D) - Corrensite - (MgFe)9(SiAl)8O20OH10.xH2O - Y: 3.44 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 42-0620 (N) - Corrensite, glycerol - Mg9(Si,Al)8O20(OH)10.2H2O - Y: 3.32 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 2-Theta - Scale 02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2 - Y: 1.15 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Västlänk KA613KBH 13,65 orienterat prov; svart kurva=torkat prov, blå=eg-mättat, röd=upphettat 3600 3500 16.4 Å 3400 3300 3200 3100 3000 2900 2800 2700 2600 2500 9.7 Å 2400 2300 2200 2100 Lin (Counts) 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 14 Å 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KA613KBH 13_65 - File: Västlänk KA613KBH 13_65 OR.RAW - Type: 2Th/Th 07-0076 locked (D) - Start: Clinoclore, 2.000 ferroan - End: 35.000 - (Mg2.8Fe1.7Al1.2)(Si2.8Al1.2)O10(OH)8 - Step: 0.020 - Step time: 1.0 s -- Y: Temp.: 2.18 % 27.0 - d C x by: - Time 1.000 Started: - WL: 1.54056 3 s - 2-Theta: 2.000 - Theta: 1.0 Operations: Y Scale 0.667 Import 02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2 - Y: 0.64 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 Y + 43.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KA613KBH 13_65 - File: Västlänk KA613KBH 13_65 OR EG.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 - End: 35.000 - Step: 0.020 - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2. 0 Operations: Y Scale 0.667 Import Y + 86.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KA613 OR EG HEA - File: Västlänk KA613 OR EG HEAT.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 - End: 35.000 - Step: 0.020 - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 Operations: Y Scale 0.667 Import 19-0764 (D) - Corrensite - (MgFe)9(SiAl)8O20OH10.xH2O - Y: 2.91 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 42-0620 (N) - Corrensite, glycerol - Mg9(Si,Al)8O20(OH)10.2H2O - Y: 4.36 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 12 (14) 2-Theta - Scale

Västlänk UKO2b orienterat prov; svart kurva=torkat prov, blå=eg-mättat, röd=upphettat 4700 4600 16.4 Å 4500 4400 4300 4200 4100 4000 3900 3800 3700 3600 3500 3400 3300 9.6 Å 3200 3100 3000 2900 2800 Lin (Counts) 2700 2600 2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 14 Å 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 2-Theta - Scale C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UKO2b OR.RAW - File: Västlänk UKO2b OR.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 - End: 35.000 - Step: 0.0 20 - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 C - Time Sta rted: 3 s - 2-Theta: 2.000 Operations: Y Scale 0.667 Import Y + 43.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UK02b OR EG.RAW - File: Västlänk UK02b OR EG.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 - End: 35.000 - Step: 0.020 - Step time: 1.0 s - Temp. : 27.0 C - Time Started: Operations: Y Scale 0.667 Import Y + 86.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk OK02b OR EG HEA - File: Västlänk OK02b OR EG HEAT.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 - End: 35.000 - Step: 0.020 - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 C - Time St Operations: Y Scale 0.667 Import 19-0764 (D) - Corrensite - (MgFe)9(SiAl)8O20OH10.xH2O - Y: 4.14 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 42-0620 (N) - Corrensite, glycerol - Mg9(Si,Al)8O20(OH)10.2H2O - Y: 2.76 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 800 Västlänk UKO7a orienterat prov; svart kurva=torkat prov; blå=eg-mättat, röd=upphettat 16.5 Å 700 14 Å 10 Å 600 500 Lin (Counts) 400 14 Å 300 7 Å 200 100 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 2-Theta - Scale C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UK07a OR.RAW - File: Västlänk UK07a OR.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 - End: 35.000 - Step: 0.0 20 - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 C - Time Sta rted: 3 s - 2-Theta: 2.000 - Theta: 1.000 - - P Operations: Y Scale 0.583 Y Scale 0.625 Import Y + 49.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UK07a OR EG.RAW - File: Västlänk UK07a OR EG.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 - End: 35.000 - Step: 0.020 - Step time: 1.0 s - Temp. : 27.0 C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 - T Operations: Y Scale 0.583 Y Scale 0.625 Import Y + 98.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UK07a OR EG HEA - File: Västlänk UK07a OR EG HEAT.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 - End: 35.000 - Step: 0.020 - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 Operations: Y Scale 0.583 Y Scale 0.625 Import 29-0701 (I) - Clinochlore-1MIIb, ferroan - (Mg,Fe)6(Si,Al)4O10(OH)8 - Y: 12.53 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 13 (14)