Rapport från refraktions- och reflektionsseismiska mätningar i området Färgaren 3, Kristianstad Emil Lundberg, Bojan Brodic, Alireza Malehmir Uppsala Universitet 2014-06-04 1
Innehållsförteckning 2 1. Kort beskrivning av mätmetod 3 2. Datainhämtning 4 3. Resultat och tolkning 5 4. Diskussion 10 5. Referenser 11
1. Kort beskrivning av mätmetod Seismiska mätningar genomförs genom att en seismisk signal (en seismisk våg) genereras och dess utbredning mäts med ett flertal geofoner. Geofonerna placeras normalt sett ut längs en rak profil. Geofonerna mäter vibrationerna i marken. På detta sätt kan hastigheten, med vilken den seismiska vågen utbreder sig, mätas. Den seismiska våghastigheten varierar beroende på vilket material som den seismiska vågen färdas i. Ett fastare material som till exempel berg ger en högre våghastighet än ett lösare material såsom sand eller jord. Denna typ av mätning kallas refraktionsseismik eller tomografi. De seismiska vågorna kan också reflekteras mot gränsskikt där våghastigheten snabbt ändras, till exempel vid gränsskiktet mellan lösa jordar och fast berg. När de reflekterade vågorna analyseras kallas metoden reflektionsseismik. Med hjälp av resultaten från dessa metoder kan en tolkning av existerande gränsskikt mellan olika material i marken göras och de individuella hastigheterna i de olika skikten kan ge en uppfattning om vilka material som skikten består av. Ett avbrott i en reflektion från ett gränskikt i/till berg i kombination med lägre våghastighet för detta område kan indikera en sprickzon. 3
2. Datainhämtning Syftet med de seismiska mätningarna i området Färgaren 3 var att få en uppfattning om djupet till berggrunden samt eventuella sprickzoner i berget. Två seismiska profiler mättes in mellan den 12 och 13 mars 2014 (se figur 1). Profil 1 sträcker sig från västra delen av Färgaren 3 och mot öster fram till ån. Profil 1 är ca 400 m lång. I den västra delen (0-120 m, CDP 100-160) är avståndet mellan geofonerna 2 m. Mellan ca 120 och 200 m (CDP 160-200) är avståndet mellan geofonerna 4 m. Österut (ca 200 400 m) är 12 trådlösa geofoner utplacerade med ca 4 m mellanrum. 4 av dessa är placerade öster om ån. På profil 1 sköts skottpunkter med ca 4 meters mellanrum. Den sista skottpunkten var väster om ån. Profil 2 består av 60 geofoner med 2 meters mellanrum norr om husen från CDP 540-597. Söder om husen placerades 12 trådlösa geofoner med ca 4 meters mellanrum. (CDP 500-520). På profil två sköts skottpunkter med 4 meters mellanrum längs hela profilen. 4
Figur 1. Flygfoto från undersökningsområdet. Röda cirklar visar var geofoner varit placerade. De gula linjerna visar de CDP linjer som reflektionsseismiskt data har stackats på. Profil 1 går från CDP 100 till 300 och Profil 2 går från 500 till 597. Blå stjärna visar borrhål SL402. 3. Resultat och tolkning Tomografin visar i huvudsak en generell ökning av P-vågshastigheten med djupet. En indelning i tre skikt kan göras. Det översta skiktet har en hastighet mellan ca 300 m/s och 2000 m/s och en linjär ökning sker med djupet. Figur 2 visar P-vågshastigheten från tomografimodellen i närheten av borrhål SL402. I Figur 2 syns en tydlig brytpunkt där den linjära ökningen ändras. Detta sker vid ca 18 m djup. Från denna brytpunkt har skikt två tolkats. Detta skikt har en hastighet mellan ca 2000 m/s och 2700 m/s. Det största djup som de seimsiak vågorna når är ca 5
45 m längs profil 1. På detta djup sker ett hopp i hastgheten till ca 3000 m/s. Här börjar skikt tre. Jämförelsen med borrhål SL402 och tomografimodellen visar god korrelation. Skikt ett från tomografimodellen motsvarar lösa jordlager enligt borrhålsloggen. Vid ca 18 m sker en övergång mot fast berg. Denna övergångszon motsvarar skikt två i tomografimodellen (se Figur 3). Figur 2. Hastighetsprofilen visar en ökande hastighet med djupet, men den linjära ökningen ändras tydligt vid ca 18 m djup och tolkas där som brytpunkt mellan skikt ett och två i tomografimodellen. Detta djup motsvaras av en en övergång från lösa jordarter till en övergångszon mot fast berg i borrhål SL402. I Figur 3 visas en jämförelse mellan tomografimodellen, borrhål SL402 och reflektionsseismiken från profil 1. I reflektionsseismiska stacken syns en tydlig reflektion på mellan 30 m och 60 m djup. En sådan stark reflektion indikerar en tydlig gräns till ett material 6
med högre densitet och seismisk våghastighet. Denna reflektion skulle därför kunna tolkas som gränsen till fast berg. Fast berg brukar ha en högre hastighet än de högsta hastigheterna i tomografimodellen, någonstans mellan 3000 m/s och 5000 m/s. Den nedre delen av tomografimodellen korrelerar relativt väl med reflektionen i profil 1. Detta tolkas därför som gränsskiktet till fast berg. I Figur 4 visas en jämförelse mellan tomografimodellen och reflektionsseismiken från profil 2. De tolkade skikten i de södra delarna av profil 2 överenstämmer med tolkningen från profil 1, vilket också framgår då profilerna sätts samman (se figur 5). I de norra delarna av profil 2 skulle man förvänta sig reflektionen strax under skikt två, men här överlappar skikt två reflektionen. Avbrott i den tolkade berggrundsreflektionen sker dels i de östra delarna av profil 1, och här förekommer även en lägre hastighet i de övre skikten av tomografimodellen. Detta skulle kunna tolkas som en möjlig sprickzon, men eftersom datatäckningen är låg i änden av profilen råder stor osäkerhet här. I profil 2 förekommer avbrott i berggrundsreflektionen mellan CDP 540 och 550. Även här är hastigheten i tomografimodellen lägre och detta skulle kunna indikera en sprickzon. 7
Figur 3. a) Tomografimodell längs profil 1 med tolkad gräns mellan skikt ett och två. b) Tomografimodell längs profil 1 som visar hur pass väl datatäckningen är. På större djup är modellen glesare och osäkerheten ökar. Under ån där inga geofoner placerats är modellen mycket gles. c) Reflektionsseismisk stack med skikt ett (gul) och skikt två (röd) överlagda. Borrhål SL402 visar tydlig korrelation mellan lös jord och skikt ett. 8
Figur 4. a) Tomografimodell längs profil 2 med tolkad gräns mellan skikt ett och två. b) Tomografimodell längs profil 2 som visar hur pass väl datatäckningen är. På större djup är modellen glesare och osäkerheten ökar. c) Reflektionsseismisk stack med skikt ett (gul) och skikt två (röd) överlagda. 9
Figur 5. Både tomografi och reflektionsseismik överensstämmer väl där profil 1 och 2 möts. 4. Diskussion Tomografimodellen från området ger en uppfattning om i huvudsak två skikt. Det översta skiktet (gul färg i figurerna 3, 4 och 5) motsvaras av lösa jordarter med P-vågshastigheter mellan ca 300 m/s och 2000 m/s. Det andra skiktet (röd färg i figurerna 3, 4 och 5) motsvaras av en övergångszon mot fast berg med en P-vågshastighet mellan ca 2000 m/s och 2700 m/s. I de nedre delarna av tomografimodellen nås en del högre hastigheter uppemot 3000 m/s vilket skulle kunna motsvara ett fastare berg. Överensstämmelsen mellan den nedre delen av tomografimodellen och den tydliga reflektionen i reflektionsseismiska stacken tyder på att reflektionen motsvarar ett gränsskikt mot fast berg. Avbrott i reflektion sker i östra delen av profil 1 och i mitten av profil 2. Då dessa avbrott också sammanfaller med låga hastigheter i tomografimodellen kan de tolkas som potentiella sprickzoner. I de östra delarna av profil 1 är dock datatäckningen låg och osäkerheten stor. I de norra delarna av profil 2 är överensstämmelsen mellan tomografi och reflektion sämre. Detta skulle kunna påverkas av en sprickzon med låga hastigheter i kombination med låg datatäckning på detta djup i tomografimodellen. En modell med lägre hatighet i den potentiella sprickzonen skulle då kräva 10
högre hastigheter längre norrut där reflektionen från bergrunden också syns ytligare än vad som indikeras av tomografimodellen. Om bergrundsytan antas ligga där den starka reflektionen syns ligger den på ett djup mellan ca 20 m och 60 m. Berggrundsytan lutar svagt mot sydost. Nogrannheten i djupbestämningen beror dels på våglängden eller frekvensen på den observerade reflektionen, men också på hur väl hastigheten i materialet ovanför reflektionen kan bestämmas. Med en våghastighet på 1200 m/s och en frekvens på 30 Hz fås en våglängd på 40 m. Då antas vertikala nogrannheten vara ca 10-15 m. För att omvandla tiden där reflektionen ses till ett djup, används en antagen hastighet i de ovanliggande lagren. I detta fall har en konstant hastighet på 1200 m/s använts. Denna hastighet kan dock variera utmed profilen vilket skulle kunna påverka djupbestämningen lokalt. Djupbestämningen i tomografimodellen är generellt sett bättre vilket syns på den goda korrelationen med borrhål SL402 längs profil 1. Där tomografiodellen matchar reflektionen kan man anta att djupbestämningen är relativt god, men i de norra delarna av profil 2 samt de östra delarna av profil 1 är osäkerheten större. 5. Referenser F D KEMTVÄTT FÄRGAREN 3 KRISTIANSTADS KOMMUN, Resultatrapport Detaljerade miljötekniska undersökningar. Uppdragsnummer 314881 11