Ymp rist geologia ja geotekniikka
Download
1 / 35

Ympäristögeologia ja -geotekniikka - PowerPoint PPT Presentation


  • 120 Views
  • Uploaded on

Ympäristögeologia ja -geotekniikka. Tero Hokkanen. Geofysiikka ja Sovellettu geofysiikka. Geofysiikka Tutkii Maan fysiikkaa Lähteinä maan omat kentät, geologia ja petrofysiikka sekä ulkopuoliset tekijät, kuten kentät, hiukkassäteily.. Sovellettu geofysiikka

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Ympäristögeologia ja -geotekniikka' - shira


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Ymp rist geologia ja geotekniikka

Ympäristögeologia ja -geotekniikka

Tero Hokkanen


Geofysiikka ja sovellettu geofysiikka
Geofysiikka ja Sovellettu geofysiikka

Geofysiikka

  • Tutkii Maan fysiikkaa

  • Lähteinä maan omat kentät, geologia ja petrofysiikka sekä ulkopuoliset tekijät, kuten kentät, hiukkassäteily..

    Sovellettu geofysiikka

  • Hyödynnetään/tutkitaan maankamaran fysiikkaa arvoaineiden etsinnässä, ympäristötutkimuksissa, geotekniikassa ...

  • Lähteet voivat olla ja usein ovat keinotekoisia

  • Yhdistetään geologian (GEO) ja fysiikan (FYSIIKKA) hyvät puolet


Sovelluskohteet
Sovelluskohteet

  • Perustutkimus

  • Malmin (öljyn) etsintä

  • Ympäristögeofysiikka

  • Pohjatutkimukset

  • Veden etsintä

  • Kallion laatututkimukset

  • Erikoissovellukset (UXOt, militaari yms.)

    Maalla, merellä, ilmassa, labrassa sekä maan alla


Ymp rist geofysiikan vahvuudet
Ympäristögeofysiikan vahvuudet

  • Usein kohtuullisen hyvä syvyysulottuvuus

  • Tietoa saadaan vahingoittamatta itse kohdetta

  • Toisinaan turvallinen tutkittaessa myrkyllisiä kohteita

  • Alueellinen edustavuus

  • Nopeasti ja edullisesti kattavat mittaukset

  • Jo olevista kairarei’istä ja niiden ympäristöstä tietoa pienin lisäkustannuksin


Ymp rist geofysiikan heikkoudet
Ympäristögeofysiikan heikkoudet

  • Tulkinnan monikäsitteisyys. Geofysiikalla vahva, eksakti fysikaalinen perusta, mutta väliaineen epähomogeeni-syys (mm. geologia) => monikäsitteisyyttä.

  • Monet menetelmät ovat alttiita erilaisille häiriöille: mm. sivilisaatiohäiriöt, luonnonkenttähäiriöt, geologinen kohina ja varjostus.

  • Alueellisten mittaustulosten huono resoluutio => pienet piirteet häviävät

  • Fysikaalisten ominaisuuksien ja ympäristöparametrien yhteys

  • Edellä mainittujen syiden tähden hyvältä geofyysikolta vaaditaan teorian lisäksi riittävää käytännön kokemusta


Tutkimukset liittyv t usein
Tutkimukset liittyvät usein

  • Saastuneen maan tai pohjaveden kartoitukseen ja monitorointiin

  • Erilaisten maaperään joutuneiden ihmisen tekemien kappaleiden tai rakennelmien paikantaminen

  • Ennalta ehkäisevään ja ympäristöongelmaan vaikuttavien geologisten tekijöiden selvittämiseen.

    Esim. Maakerrosten paksuudet, ominaisuudet

    Kalliopinnan topografia, rapautuneisuus ja rikkonaisuus

    Hydrogeologisten tekijöiden mm. veden virtausreittien selvittäminen

    Routa


Fysikaalisten ominaisuuksien ja ymp ris t tutkimusparametrien v liset yhteydet
Fysikaalisten ominaisuuksien ja ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

• Yhteydet usein kokeellisia. Esim. maaperän sähkönjoh-tavuus riippuu mm. huokoisuudesta, savipitoisuudesta, liuenneiden suolojen määrästä sekä vesikylläisyydestä ja fluidien ominaisuuksista => Archien-lain


Puhdas maaper vs ep puhdas maaper
Puhdas maaperä vs. epäpuhdas maaperä ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Kohteen havaitseminen edellyttää sen riittävää fysikaalista poikkeamaa ympäristöstä

  • Kaikilla menetelmillä ei voi erottaa jokaista kontrastia

  • Menetelmävalinta riippuu kohteesta

  • Saastuneen osan rajat eivät välttämättä yhdy alueen geologisiin rakenteisiin


Suomessa k ytettyj menetelmi
Suomessa käytettyjä menetelmiä ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • geofysikaaliset matalalentomittaukset

    • aeromagneettinen mittaus

    • aerosähköiset mittaukset

    • aeroradiometriset mittaukset

  • maan pinnalta tehtävät geofysikaaliset mittaukset

    • EM-johtavuusmittarit

    • magnetometraus

    • seisminen taittumisluotaus

    • sähköinen maavastusluotaus

    • maatutkaus

    • gravimetraus

  • kairarei’issä tehtävät geofysikaaliset mittaukset


Aeromagneettinen menetelm
Aeromagneettinen menetelmä ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Maan magneettivuon tiheyden totaaliarvoa

  • Tietoa magneettisten mineraalien jakautumasta => tietoa geologisista muodostumista

  • Ympäristötutkimuksissa käytetty kallioperän ruhjeiden paikallistamiseen ja metalli-esineiden havaitsemiseen esimerkiksi kaatopaikalla


Aem ja aeroradiometrinen menetelm
AEM- ja aeroradiometrinen menetelmä ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • AEM:llä voidaan paikantaa hyvin sähköä johtavia maa- ja kivilajeja sekä ruhjevyöhykkeitä

  • Käytetty mm. kaatopaikkojen suotoveden kulkeutumis-suunnan ja –alueen laajuuden määrittämisee

  • Aeroradiometristen mittausten hyödyntäminen perustuu lähinnä siihen, että radioaktiivinen säteily vaimenee sitä tehokkaammin mitä kosteamman vyöhykkeen se joutuu lävistämään. Tällöin siis vuotavat alueet voivat paljastua säteilyn vaimentumisen kautta


S hk magneettiset em johtavuusmittarit
Sähkömagneettiset (EM-) johtavuusmittarit ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Mittaavat maapohjan sähkönjohtokykyä

  • Perustuu EM-induktioon

  • Pilaantuneiden maiden tutkiminen ja metallikap-paleiden paikantaminen

  • Helppokäyttöisiä

  • Lähellä pintaa olevat kohteet (< 10 m)


Magneettiset mittaukset
Magneettiset mittaukset ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Perustuvat kohteen suskeptiivisyyden poikkeamaan

  • Kohteina usein ihmisen tekemät kappaleet, kuten säiliöt, putket, UXOt jne...

  • Syvyysulottuvuus on samaa suuruusluokka EM-johtavuusmittareiden kanssa

  • Gradienttimittaukset mahdollisia


Seisminen taittumisluotaus
Seisminen taittumisluotaus ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Perustuu aikaansaadun P-aallon nopeuden mittaamiseen, mikä riippuu maaperän kimmo-ominaisuuksista ja tiheydestä

  • Voidaan määrittää pohjaveden-pinta, kallionpinta, kerrospaksuu-det, ruhjeet, maalaji ja geoteknis-ten ominaisuuksien suuruusluokka

  • Hiekka- ja sora-alueiden sekä tie-, tunneli- ja metrolinjaustutkimuksiin

  • Talvella routa vaikeuttaa mittauksia


S hk inen maavastusluotaus
Sähköinen maavastusluotaus ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Perustuu maan sähköisen ominaistastuksen mittaamiseen

  • Kaksi virtaelektrodia ja kaksi potentiaalielektrodia

  • Nykyään monieletrodijärjestelmät

  • Vastusarvo riippuu mm. maaperän ja maaveden sähköisistä ominaisuuksista, lienneista aineista ja lämpötilasta

  • Eri maalajien rajat ja maakerrosten paksuudet, arvio kerrosten geoteknisistä ominaisuuksista ja useiden haitta-aineiden aiheuttamaa maan pilaantuneisuutta.


S hk inen maavastusluotaus1
Sähköinen maavastusluotaus ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet


Maatutkaluotaus
Maatutkaluotaus ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Perustuu EM-aallon heijastumiseen sähköisiltä rajapinnoilta (vrt. seismiset)

  • Lähetin-vastaanotinotinantennit

  • Taajuusalue 10 MHz – 1 GHz

  • Rekisteröidään signaalin kulkuaika

  • kallionpinnan sijainti, kerrosrajojen ja pohjavedenpinnan sijainti, lohkareiden, vieraiden esineiden, putkien tms. Sijainti, nykyisten teiden rakennekerrosten paksuus, kallion eheys, maan pilaantuneisuutta: Nestemäisten polttoaineiden ja sähköä johtavien aineiden esiintymistä.

  • Ei sovellu savikoille


Maatutkaluotaus1
Maatutkaluotaus ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet


Gravimetrinen menetelm
Gravimetrinen menetelmä ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Perustuu maan painovoimakentän mittauksiin

  • Pohjavesi-inventointitutkimuksiin

  • Maapeitteenpaksuus, kalliopinnan topografia ja kallion ruhjevyöhykkeet sekä pohjavesipinnan taso yhdessä muiden tulkintaa auttavien menetelmien kanssa


Kairarei iss teht v t mittaukset
Kairarei’issä tehtävät mittaukset ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Monet em. mittauksista voidaan siirtää kairareikiin

  • Käytetty etenkin ydinjätteenloppu-sijoituspaikkatutkimuksissa

  • kallion heikkousvyöhykkeet, rakoilu ja vedenvirtaus sekä johtavuus


Eri menetelmien soveltuvuus
Eri menetelmien soveltuvuus ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

XX soveltuu hyvin

X mahdollinen

- ei sovellu

1) alueellinen menetelmä, linjaväliminimi 100 m

2) vaatii tietoja mittausprofiilin maapeitteen paksuudesta

3) maaperän sähkönjohtavuus rajoittaa syvyysulottuvuutta

4) soveltuu erityisesti detaljimittauksiin, syvyysulottuvuus joitain metrejä

5) lähetinaseman suunta vaikuttaa mittaustulokseen, sähkö- ja puhelinlinjat häiritsevät


Ymp rist geofysikaalisia tutkimuskohteita
Ympäristögeofysikaalisia tutkimuskohteita ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Syynä sivilisaatio tai luonnonolosuhteet

  • Suoraan tai epäsuorasti ympäristöongelman tutkimiseen

    - Haudatun metallijätteen, säiliöiden yms. etsintä

    - Kaatopaikkojen, teollisuuslaitosten ja niiden ympäristön saastuminen

    - Pohjavesialueiden kartoitus ja luokittelu yhdyskuntasuunnittelun tarpeisiin

    - Akviferien laadun ja laajuuden selvitys

    - Orgaanisten saasteiden leviäminen maaperään

    - Kaivosten ympäristövaikutusten tutkiminen

    - Vuotavat jätealtaat, vesialtaat ja padot

    - Tiesuolauksen leviäminen

    - Tienvarsien eristekalvojen eheyden monitorointi

    - Pohjaveden suolaisuus rannikkoseudulla

    - Ydinjätteen sijoituspaikkatutkimukset

    - Radioaktiiviset jätteet ja laskeumat

    - Sisäilman radonpitoisuus ja geologinen ympäristö

    - Routa ja ikijää

    - Maanvieremät

    - Erilaiset arkeologiset kohteet


Ymp rist geofysiikka suomessa
Ympäristögeofysiikka Suomessa ympäris-tötutkimusparametrien väliset yhteydet

  • Suomessa geofysikaalisia menetelmiä on käytetty monipuolisesti, vaikkakin se on määrällisesti ollut melko vähäistä. Seuraavassa kolme esimerkkiä tarkemmin

    1) Kaatopaikkojen ympäristövaikutusten kartoitus lentomittauksilla

    2) Pohjavesialueiden kartoitus geofysikaalisilla menetelmillä

    3) Ydinjätteen loppusijoituspaikkatutkimukset


Kaatopaikkojen ymp rist vaikutusten kartoitus lentomittauksilla
Kaatopaikkojen ympäristövaikutusten kartoitus lentomittauksilla

Ämmässuon kaatopaikka perustettu 1987

GTK:n matalalento-ohjelmassa vuonna 1984

  • Monitorointi nollahetkestä alkaen

    Mikäli tietoa ennen perustamista ei ole, rakennetaan malli jätekasasta => luonon vaste voidaan erottaa ja monitorointi aloittaa

    Samankaltaisia tutkimuksia ainakin Mankkaan, Vuosaaren ja Seutulan kaatopaikoilla


Kaatopaikkojen ymp rist vaikutusten kartoitus lentomittauksilla1
Kaatopaikkojen ympäristövaikutusten kartoitus lentomittauksilla

1. EM-vaste => johtava jäte ja leviävät suotovedet

2. Magneettiset mittaukset metalliromun paikantamiseen ja ruhjeiden havainnointiin

3. Radiometristen mittausten hyödyntäminen maan kosteden seurantaan


Pohjavesialueiden kartoitus geofysikaalisilla menetelmill
Pohjavesialueiden kartoitus geofysikaalisilla menetelmillä lentomittauksilla

GTK 90-luvulla uuden metodin paikallisten pohjavesivarantojen inventointiin, saastumisriskin minimointiin ja maankäytön suunnitteluun.

1. Ruhjevyöhykkeiden paikannus

Alueellinen rakennetulkinta käyttäen topografista aineistoa, ilmakuvia ja aerogeofysikaalisia karttoja. =>paikantaa ruhjevyöhykkeet.

2. Maapeitteen paksuuden ja kalliopinnan topografian karkea arviointi gravimetrisesti

Painovoimaprofiileja huomioiden topografia ja ruhjeet. Linjat siten, että ne risteävät ja siten, että ne alkaisivat ja /tai päätyisikalliopaljastumaan. Keskitiheys eri tyyppisille alueille. Huomioidaan pohjaveden vaikutus.


Pohjavesialueiden kartoitus geofysikaalisilla menetelmill1
Pohjavesialueiden kartoitus geofysikaalisilla menetelmillä lentomittauksilla

3. Painovoimatulkinnan varmennus ja tarkennus muiden menetelmien avulla

Mm. seiminen refraktioluotaus, maatutkaus ja kairaus =>tarkempi arvio pohjavesipinnasta ja kallion topografiasta.

4. Lopullinen painovoimamittausten tulkinta

Sovittamalla laskettu malli todellisiin mitatuksiin (Kuva).

5. Pohjavesialueen 3D mallin rakentaminen

2D tulkinnat + muu data => 3D malli ja arvio pohjaveden määrästä, sopivista paikoista hyödyntää pohjavettä sekä mahdollisista pohjaveden saastumisriskeistä.


Esimerkki mallinnus
Esimerkki mallinnus lentomittauksilla

Useita tutkimuksia seutukaavaliittojen ympäristökeskusten kanssa (mm. Virttaan-Oripäänharju, Kiikalannummi, Köyliö-Ulvila, Vehoniemenharju.


Ydinj tteen loppusijoituspaikkatutkimukset
Ydinjätteen loppusijoituspaikkatutkimukset lentomittauksilla

  • Vuosina1983 – 1985 aluevalintaselvityksen 1. vaihe, => 100 tutkimusaluetta, joista edelleen 5 jatkotutkimuksiin

  • Vuosina1987 – 1992 alustavat sijoituspaikkatutkimukset, => 3 paikkaa: Olkiluoto, Kivetty, Romuvaara

  • Vuosina 1993- 2000 yksityiskohtaisia sijoituspaikkatut-kimuksia, kohteena myös Hästholmen vuodesta 1997

  • Vuonna 2000 sijoituspaikaksi valittiin Olkiluoto

  • Vuoden 2012 loppuun mennessä rakentamiseen liittyvien selvitysten oltava valmiina

  • Vuonna 2020 loppusijoituksen tarkoitus alkaa.


Ydinj tteen loppusijoituspaikkatutkimukset1
Ydinjätteen loppusijoituspaikkatutkimukset lentomittauksilla

  • Geofysiikan lisäksi geologian ja hydrogeologian tutkimus

  • Aluepoliittiset näkemykset, suojelualueet, maanomistusolot ja infrastruktuuri (tiet jätteen kuljetuksiin)

  • Tavoite turvallinen ja vakaa säilytysympäristö ja eristää jäte biosfääristä tuhansiksi vuosiksi => riitävän suuri ja ehyt kalliolohko heikkousvyöhykkeiden ympäröimänä. Lisäksi tilassa ei saisi olla liikkuvaa ja/tai suolaista vettä

  • Kuljetusmatka mahdollisimman lyhyt

  • Suuri merkitys geofysiikalle: lento-, maanpinta- ja reikämittauksilla (taulukot 2.3, 2.4 ja 2.5).





Arvio ymp rist tutkimusten m r st
Arvio ympäristötutkimusten määrästä lentomittauksilla

SAMASE- raportti, 1994: Suomessa on noin 1200 saastunutta maa-aluetta, jotka tulisi kunnostaa vuoteen 2015 mennessä.  

- 810 likaantunutta teollisuus- ym. aluetta

- 330 kaatopaikkaa

- 35 kaivosjätealuetta

Kokonaiskustannus tästä olisi 5,4 mrd mk, joka jakautuisi seuraavasti:

- likaantuneet teollisuusalueet 3,0 mrd mk

- kaatopaikat 1,1 mrd mk

- kaivosjätealueet 1,4 mrd mk

Yhteiskunnalle tulevien kustannusten määrä lähes 2,2 mrd mk

- likaantuneet teollisuusalueet 0,78 mrd mk

- kaatopaikat 0,62 mrd mk

- kaivosjätealueet 0,76 mrd mk

SAMASE-raportti 2000: saastuneita alueita jopa 18 100 kpl ja kustannusarvio vajaat 2 miljardia €.



ad