1. No category

Sovelletun geofysiikan XIX neuvottelupäivät
24.-25.9.2013
Vuojoen kartano ja Olkiluodon Vierailukeskus
Eurajoki
Abstraktikokoelma
Toimittanut Mari Lahti
Sarja B, Nro 96, Eurajoki 2013
ISBN 978-952-9618-93-4
ISSN 0783-1331
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Ohjelma
24.9. 2013, Vuojoen kartano, Eurajoki
13:30 Vuojoen auditorio, Posivan ja Vuorimiesyhdistyksen tervehdykset
GTK:n geofysiikkaa (pj Aimo Hattula)
13:40 Tuire Valjus: Geofysiikan kuulumisia GTK:n Espoon yksiköstä
14:00 Jarkko Jokinen: Sähkömagneettinen malminetsintämenetelmä GTK-FrEM
14:20 Ilkka Suppala: Sähkömagneettisen mittauksen resoluution ja vaikutusalan huomioivaa 2D/3D
tulkintaa johtavasta ja magnetoituvasta maankamarasta
14:40 Hanna Leväniemi: Li-pegmatiittien prospektiivisuusmallinnuksesta
15:00 Kahvitauko
GTK:n geofysiikkaa (pj Pauli Saksa)
15:20 Aimo Ruotsalainen: Potentiaalikenttien 3D-inversiosta
15:40 Eija Hyvönen: Suomen aerogeofysikaaliseen aineistoon perustuvia mustaliuskeiden mallinnustuloksia
16:00 Hilkka Arkimaa: Kedonojankulman Cu-Au esiintymän kairasydänten analysointi kuvantavalla heijastusspektrimenetelmällä
16:20 Taija Huotari-Halkosaari: Hanke: Integroitujen geofysikaalisten ja kallioperägeologisten tutkimusmenetelmien kehittäminen yhdyskuntarakentamisen tarpeisiin
Jaloittelutauko
Muita aiheita (pj Mari Lahti)
16:50 Kimmo Korhonen: Lämpökaivotarkasteluja
17:10 Elina Ahokangas: Korkean resoluution heijastusluotaus landstreamer-kalustolla Virttaankankaan pohjavesiesiintymän rakenteen ja hydrogeologisten ominaisuuksien tutkimuksessa
17:30 Seppo Elo: Gravimetrian uudet standardit ja GTK:n päivitetty APV-rekisteri
17:50 Tiedonannot ja posterit (5-10 min)
Heikki Forss: GTK:n "langaton" reikämittauslaitteisto
Pekka Kantia: Geofcon
Eero Heikkinen: Pöyryn kuulumiset
Olli Okko: Säteilyturvakeskuksen seismisiä selvityksiä, SGY:n ja NOFTIGin kuulumisia
Eeva Huuskonen-Snicker: Aalto-yliopiston kuulumiset
P. Hakala, A. Martinkauppi, I. Martinkauppi: Evaluation of Distributed Thermal Response Test
(DTRT) method – Nupurinkartano as a case study
18:30-21:00 Iltapala ja posterit Orangeriassa
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
25.9.2013 Olkiluodon Vierailukeskus
Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitukseen liittyvät tutkimukset ja kalliomekaniikka (pj
Turo Ahokas)
09:00 Tomas Lehtimäki: SKB:n toiminnan esittely, käytetyn ydinjätteen loppusijoituslaitoksen tilanne ja lopuksi hieman geofysiikkaakin
09:20 Antti Joutsen: ONKALOn demonstraatioalueen geofysikaaliset tutkimukset
09:40 Markku Paananen: Olkiluodon uusi lineamenttitulkinta
10:00 Sanna Mustonen: EDZ yleensä ja geofysiikka
10:20 Kahvitauko
Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitukseen liittyvät tutkimukset ja kalliomekaniikka (pj
Eero Heikkinen)
10:40 Pekka Kantia: Louhinnan laadunvalvonta maatutkalla
11:00 Topias Siren: POSE in situ -kokeen AE-seurantatulokset sekä GPR-tutkimusten korrelointi
hydraulisiin yhteyksiin
11:20 Ville Sipola: Hydraulinen murtaminen
11:40 Juhani Korkealaakso: Toistettavien DC/IP mittausten toteutuksien ja inversiotulkinnan kehittämisestä
12:00 Lounas Vierailukeskuksessa
13:00 Posivan toiminnan esittely
13:30 Yhteenvetokeskustelu
14:00 Vierailukeskuksen näyttely ja lähtökahvit
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Osallistujat:
1
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
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
Elina
Turo
Hilkka
Seppo
Heikki
Petri
Aimo
Eero
Voitto
Taija
Eeva
Eija
Jarkko
Antti
Arto
Pekka
Antti
Kimmo
Juhani
Jukka-Pekka
Maija
Minna
Mari
Tero
Tomas
Jouni
Hanna
Annu
Ilkka
Juha
Sanna
Matti
Maarit
Keijo
Olli
Markku
Aimo
Pauli
Ville
Topias
Ilkka
Anna
Jalle
Petri
Tuire
Ahokangas
Ahokas
Arkimaa
Elo
Forss
Hakala
Hattula
Heikkinen
Heiskanen
Huotari-Halkosaari
Huuskonen-Snicker
Hyvönen
Jokinen
Joutsen
Julkunen
Kantia
Kivinen
Korhonen
Korkealaakso
Kujasalo
Kurimo
Kuusisto
Lahti
Laurila
Lehtimäki
Lerssi
Leväniemi
Martinkauppi
Martinkauppi
Mursu
Mustonen
Niskanen
Nousiainen
Nuutinen
Okko
Paananen
Ruotsalainen
Saksa
Sipola
Siren
Suppala
Tarvainen
Tammenmaa
Valasti
Valjus
Turun yliopisto
Astrock Oy
GTK
GTK
GTK
Astrock Oy
Pöyry Finland Oy
GTK
Aalto
GTK
GTK
Posiva
Astrock Oy
Geofcon
Suomen Malmi Oy
GTK
VTT
GTK
GTK
Astrock Oy
Posiva
Suomen Malmi Oy
SKB
GTK
GTK
GTK
GTK
GTK
Posiva
GTK
Geobotnia Oy
Miranet
STUK
GTK
GTK
Geosto
Suomen Malmi Oy
Posiva
GTK
Suomen Malmi Oy
Suomen Malmi Oy
FQM FinnEx Oy
GTK
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Geofysiikan kuulumisia GTK:n Espoon yksiköstä
Tuire Valjus, Heikki Vanhala ja Satu Mertanen
Geologian tutkimuskeskus (GTK)
Geofysiikan asema itsenäisenä toimialana GTK:ssa päättyi vuoden 2013 alussa ja toiminnot jaettiin
Espoon yksikön kolmelle muulle toimialalle - Kallioperä ja raaka-aineet, Maankäyttö ja ympäristö
ja Tutkimuslaboratorio.
Kallioperä ja raaka-aineet toimialalla on geofyysikon tehtävissä noin 10 tutkijaa. Työn painopiste
on erilaisissa raaka-ainehankkeissa ja raaka-ainetutkimusta tukevissa hankkeissa. Karkeasti toiminta
voidaan jakaa kolmeen kategoriaan – T&K, ulkomaan toiminta sekä asiantuntijapalvelut GTK:n
sisällä ja asiakkaille. T&K-hankkeista merkittävin on Tekes/Green-Mining-hanke, jossa rakennetaan 3D-mallia Outokummun alueesta. GTK:n omissa hankkeissa kehitetään mm "Malmityyppien
geofysikaalista profilointia" (Meri-Liisa Airo), "Sähkömagneettista syvätutkimuslaitetta, GTK
FrEM'ä (Jarkko Jokinen) ja yleisiä asioita (Heikki Vanhala). Kaivossektoriin liittyvät ulkomaanprojektit mm. Afganistanissa, Boliviassa ja Ukrainassa ovat merkittävin toimialan geofyysikkojen työllistäjä noin kolmanneksen osuudella.
Maankäyttö ja ympäristö toimialalla työskentelee 7 geofyysikkoa. Työ painottuu erilaisiin ympäristötutkimuksiin, pohjavesi- ja taajama-alueiden geofysiikkaan (Ympäristögeofysiikan ryhmä, Tuire
Valjus) sekä ydinjätteiden loppusijoitustutkimuksiin (Markku Paananen). Suuri osa työstä tehdään
ulkopuolisille asiakkaille. Viimeaikaisia asiakastöitä ovat olleet mm. Kokkolan UXO -tutkimukset
sekä lukuisat pohjavesialueiden rakenneselvitykset. GTK:n omana hankkeena tutkitaan ”Geofysiikan ja kallioperägeologian yhdistämistä yhdyskuntarakentamisen tarpeisiin” (Taija HuotariHalkosaari). Osa geofyysikoista toimii myös edellä mainituissa T&K- ja ulkomaan projekteissa
sekä turve- ja geoenergiatutkimuksen parissa.
Geofysiikan laboratorio muodostaa osan Tutkimuslaboratorion mittaus- ja analyysitoimintaa.
ESY:n Geofysiikan laboratoriossa on viisi henkilöä, joista tutkijan tehtävissä yksi henkilö. Laboratorio tuottaa mittauspalveluja sekä GTK:n omille hankkeille että ulkopuolisille asiakkaille. GTK:n
omissa hankkeissa ovat painottuneet malmityyppien petrofysikaalisten ominaisuuksien mittaukset
sekä järvisedimenteistä tehtävät gamma-säteilymittaukset (137Cs). Tärkeimpiä ulkopuolisia asiakkaita ovat olleet Posiva, Pöyry ja GeoVista (Ruotsi). Omassa tutkimustoiminnassa (Satu Mertanen) on
keskitytty Etelä-Suomen kultamineralisaatioiden tutkimuksiin, joissa peruspetrofysiikan lisäksi kivimagneettisilla ja suskeptibiliteetin anisotropian tutkimuksilla on merkittävä osuus.
Toimintojen jakautuminen eri toimialoille on osittain selkeyttänyt geofyysikkojen tehtäväkenttää.
Geofyysikkojen toiminta ulottuu kuitenkin useimmiten yli GTK:n toimiala- tai jopa aluetoimistorajojen. Projektiluontoisissa töissä hyödynnetään ja yhdistellään aina tarvelähtöisesti henkilöstön erityisosaamista.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Sähkömagneettinen malminetsintämenetelmä GTK-FrEM
Jarkko Jokinen
Geologian tutkimuskeskus, PL 96, 02151 Espoo, Jarkko.jokinen@gtk.fi
Geologian tutkimuskeskus (GTK) on rakentanut uuden sähkömagneettisen malminetsintämenetelmän GTK-FrEM. Kirjainyhdistelmä FrEM on lyhennys sanoista FRequency ElectroMagnetic. Mittalaitteiston elektroniikan on suunnitellut ja rakentanut J-Embedded Oy. Mekaniikka, hankkeen
rahoitus ja tietokoneohjelmat ovat olleet GTK:n vastuulla.
Mittausmenetelmässä tuotetaan suurella maanpintalähettimellä harmonisesti värähtelevä magneettikenttä, joka ulottuu laajalle alueelle ja indusoi sähköäjohtaviin rakenteisiin sähkövirtoja. Poranreiässä tai maanpinnalla liikutettavalla vastaanottimella kerätään havaintoaineistoa ( B/ t), joka sisältää sekä lähdekentän että johteiden tuottaman sekundäärikentän. Havainnot tallennetaan kolmessa
toisilleen kohtisuorassa suunnassa. Vastaanottimen kallistus- ja pyörähdysasento sekä suunta mitataan kiihtyvyysanturilla ja magnetometrillä. Jokainen mittaustulos sisältää reaali- ja imaginäärikomponentin.
Gps-synkronoitu mittalaite tallentaa lähettimeen syötetyn sähkövirran vaihtelun 22 kHz taajuudella.
Samalla näytetiheydellä kerätään myös vastaanottimen havainnot. Lähetinvirran ja vastaanottimen
tulokset synkronoidaan niin, että reaali- ja imaginäärikomponentit saadaan eroteltua toisistaan jälkikäsittelyn avulla. Kaikki mittaushavainnot ovat kalibroituja ja toteutuneita arvoja. Tulokset lasketaan ja kohdistetaan havaintopaikkaansa yhden sekunnin mittaiselta havaintojaksolta. Mittauspistetiheys reiässä on tyypillisesti 10-20 cm ja maanpinnalla 0.5-1.0 m. Tarvittaessa havainnot voidaan
esittää kiinteällä pistevälillä kuten 1 mm tai 20 m. Kohina saadaan pienemmäksi, kun laite pysäytetään mittauspisteissä.
Reikämittausten testit on tehty Pyhäsalmen kaivoksessa. Reikämittaukset tuottivat hyviä mittaustuloksia, mutta niiden tulkinta osoittautui turhankin haastavaksi. Reikävastaanottimen juuttuminen
reikään käänsi mielenkiinnon maanpintavastaanottimen suuntaan. Maanpintavastaanotin rakennettiin keväällä 2013 ja sillä on tehty yksi testimittaus.
Testimittaus toteutettiin Kellojärvellä Kuhmon vihreäkivivyöhykkeen reunalla olevassa GTK:n
malminetsintäkohteessa. Lentomittausten perusteella tutkimuskohteessa tiedettiin olevan sekä magneettinen että sähköinen anomalia. Paikalle oli tilattu sekä kairausta sekä geofysiikkaan, joten kohde
vaikutti hyvältä testipaikalta laajan vertailuaineistonsa ansiosta. Talven myötä helppokulkuiseksi
muuttunut tutkimusalue edesauttoivat kohteen valintaa.
Lähettimenä käytettiin 700 m x 700 m suorakulmaista jäänpinnalle rakennettua virtajohdinsilmukkaa. Vastaanotinta liikutettiin ahkioiden varaan rakennetulla lavetilla (Kuva 1). Jatkuvasti kävellen
kartoitettiin 400 m x 400 m kokoinen alue lähetinsilmukan sisältä. Lisäksi tehtiin profiilimittaus 20
m pistevälillä. Linja aloitettiin 100 m lähetinsilmukan ulkopuolelta. Linja kulki lähetinsilmukan yli
ja päättyi 100m päähän silmukan toiselle puolelle. Ensimmäisessä mittauksessa käytettiin viittä taajuutta, jotka olivat 116, 330, 992, 3189 ja 8929 Hz. Toisessa mittauksessa käytettiin 41 erillistä taajuutta välillä 116 - 9921 Hz.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Kuva 1. GTK-FrEM ensimmäisessä testimittauksessa Kellojärven jäällä keväällä 2013
(Kuva: Matti Niskanen).
2 000
Imaginary component of East direction
Line N 7131275
1 500
1 000
]
/sT
[n
t
d
/
B
d
500
0
3598200
3598300
3598400
3598500
3598600
3598700
3598800
3598900
3599000
3599100
3599200
3599300
-500
-1 000
Eim-9921
Eim-8929
Eim-8117
Eim-6868
Eim-6266
Eim-5669
Eim-5176
Eim-4464
Eim-3968
Eim-3571
Eim-3189
Eim-2834
Eim-2480
Eim-2232
Eim-1962
Eim-1786
Eim-1587
Eim-1417
Eim-1276
Eim-1120
Eim-992
Eim-893
Eim-794
Eim-709
Eim-630
Eim-560
Eim-493
Eim-441
Eim-404
Eim-372
Eim-330
Eim-293
Eim-265
Eim-236
Eim-215
Eim-192
Eim-173
Eim-157
Eim-142
Eim-129
Eim-116
-1 500
Easting [m]
Kuva 2. Itäsuuntaisen imaginäärikomponentin mittausprofiili testilinjalta.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Esimerkki mittaustuloksesta on esitetty kuvassa 2. Lineaarisella asteikolla on 41 käyrää, joista jokainen käyrä esittää yhdellä taajuudella mitattua tulosta. Voimakkaimmat värit edustavat korkeimpia taajuuksia ja himmeät värit matalan taajuuden tuloksia. Kuvassa on esitetty kokonaiskentästä
itäsuuntaan osoittavan komponentin imaginäärivaihtelu. Vastaavanlainen esitys voidaan piirtää pystysuunnan ja pohjoissuunnan tuloksesta sekä kaikissa suunnissa reaaliaikaisesta vaihtelusta. Suuntien laskemisessa on käytetty gps-dataa, mutta yhtä hyvin voidaan hyödyntää magneettikentän mittaustuloksia.
Esimerkkidatan (kuva 2) käyräparvessa suurimmat muutokset aiheutuvat lähdekentästä. Lähetinkaapelin ylimenokohdat erottuvat voimakkaina piikkeinä lähellä mittauslinjan alkua ja loppua. Mittauslukemat vaimentuvat taajuuden mukaan ja etumerkki vaihtuu silmukan keskellä. Mitä kauemmaksi lähetinkaapelista mennään, sitä pienemmäksi lähdekenttä vaimenee. Vaimentuminen on pääosin geometrian aiheuttamaa, mutta tulokseen vaikuttaa myös ympäristön ominaisuudet. Kallioperässä olevat sähkönjohteet ja magneettiset rakenteet aiheuttavat ympärilleen paikallisen sekundäärikentän, joka erottuu tulosten paikallisvaihteluna. Testiaineisto vaikuttaa sisältävän sekä korkean
taajuuden että matalan taajuuden anomalioita, jotka ovat profiilin eri kohdissa. Tämä on hyvä lähtökohta tulkinnalle.
Mittausmenetelmän ensimmäisen testin tulokset vaikuttavat lupaavilta, mutta aika näyttää onko
mittausmenetelmästä tuotantokäyttöön. Tulevaisuudessa tehdään lisää mittauksia ja kerätään käyttökokemusta erilaisista tutkimuskohteista. Kehitystyön painopiste siirtyy vähitellen mittalaitteiston
ja tuloskäsittelyn kehittämisestä mittaustulosten tulkintaan ja hyödyntämiseen.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Sähkömagneettisen mittauksen resoluution ja vaikutusalan huomioivaa 2D/3D
tulkintaa johtavasta ja magnetoituvasta maankamarasta
Ilkka Suppala1
1
Geologian tutkimuskeskus, PL 96, 02151 Espoo (ilkka.suppala@gtk.fi)
Johdanto
Sähkömagneettisen (EM) mittauksen tavoitteena on hankkia tietoa maa- ja kallioperän sähkönjohtavuusrakenteesta. EM tulkinnassa toimiva inversiomalli voi olla 1D, 2D tai 3D rakenne, vaikkakin
2D ja 3D tulkinta on vielä 1D tulkintaa aikaa vievempää ja haasteellisempaa. Mittausaineiston
informaatiosisältö ja laatu määrävät sen resoluution, mihin on järkevä pyrkiä tulkintaprosessissa.
Käytettävissä oleva tausta-aineisto, geologinen ja muu kartoitusaineisto, tarkka korkeusmalli ym.
mittaukset ja määritykset, ohjaa tulkintaproseduuria pyrkimyksenä hyödyntää mittauksen
informaatiosisältö maksimaalisesti mittaustulokseen liittyvän virheen rajoissa.
Laajoja sähkönjohtavia ja magneettisia muodostumia voidaan mallintaa 1D rakenteena. Geologisen
rakenteen ollessa 3D vaatii uskottava geofysikaalinen tulkinta vähintään 2D malleihin perustuvaa
päättelyä, ja lopulta 3D malleja. Numeeriseen sähkömagneettiseen 2D/3D mallinnukseen ja
inversioon löytyy ilmaisohjelmia, esim CSIRO/AMIRA P223 ohjelmat, jotka GTK:ssa ovat olleet
käytettävissä jo yli vuosikymmenen. Tässä työssä on muokattu yhtä 3D EM mallinnusohjelmaa
askeleen käytännön tulkinnan vaatimaan suuntaan. Sovelletut periaatteet on julkaistu eri papereissa,
ehkä osin riippumatta toisistaan, ja ne edustavat lähinnä arkijärjen käyttöä. Kun laskenta on
suorittettava perus-pc:llä (Windows XP 32-bit), on laskentatehtävää järkevää yksinkertaistaa
kuitenkaan tinkimättä liiaksi tarkkuudesta. Perusajatuksena on erottaa toisistaan numeerinen
laskennallinen malli eli laskentaverkko ja tulkittava sähkönjohtavuus- ja magneettinen
permeabiliteetijakauma ( -µ-malli). Samoja periaatteita on tässä sovellettu myös magneettisen
anomalian laskennassa.
Tässä työssä EM mallinnus on tehty ohjelmalla EH3D (MATLAB-versio, Haber and Ascher, 2001).
Differentiaaliyhtälöryhmä diskretisoidaan staggered grid finite volume -menetelmällä ja näin muodostettu lineaarinen yhtälöryhmä ratkaistaan iteratiivisesti kullekin lähettimelle ja taajuudelle. Ohjelmassa 3-D rakenne (ilma ja puoliavaruus) muodostetaan suorakulmaisista särmiöistä, joissa aineparametrit, , µ, sekä permittiivisyys , ovat vakioita. Ohjelma laskee anomaalisen -µ- -rakenteen
vaikutuksen. Vaihtoehtoisina ohjelmina olisi ollut CSIRO/AMIRA P223 ohjelmat Loki tai LokiAir,
joilla laskenta suoriutuu nopeammin, mutta niillä ei voi tarkastellaa anomaalisen µ-rakenteen vaikutusta.
Mittauksen resoluution ja vaikutusalan huomioiminen
Sovelletun geofysiikan EM mittalaitteiden matalilla taajuuksilla EM kenttä etenee ns. diffuusiyhtälön mukaisesti (esim. Eloranta, 2007). Saavutettava resoluutio riippuu käytetystä taajuudesta sekä
lähettimen ja vastaanottimen sijainnista suhteessa anomaaliseen -µ-rakenteeseen. EM kentän sähköistä vaimenemista kuvataan tunkeutumissyvyydellä (2 (µ )). Huomioimalla tunkeutumissyvyys yhdessä mitattavan kentän geometrisen vaimenemisen kanssa voidaan määrittää "optimaalinen" laskentaverkko (esim. Plessix et al. 2007) yhdelle mittauspisteelle ja taajuudelle.
AEM mittalaitteen vaikutusalan määritelmillä on luotu intuitiivista pohjaa EM mittausten kvalitatiiviseen tulkitsemiseen. Kvantitatiivinen vaikutusala (-määritelmä) on riippuvainen 3D johtavuusrakenteesta ja mittausgeometriasta, se on määritettävissä vain 3D mallinnuksen avulla. Tässä EM mittauksen lähetin-vastaanotinparin vaikutusala, herkkyysalue, määrittää riittävän suuren mallinnetta-
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
van tilavuuden maankamaraa, sen ulkopuolelle jäävillä rakenteilla ei ole käytännössä merkitystä
vasteeseen. Laajojen mittausalueiden vasteiden ja mallin herkkyyksien laskenta voidaan siis jakaa
pienempiin laskettaviin osiin (Plessix et al. 2007; Wilson et al. 2012). Tässä työssä laskentaverkko
on laadittu "sopivasti" EM lähettimen ja vastaanottimen ympärille tunkeutumissyvyys ja vaikutusala huomioiden. Seuraavissa esimerkeissä maanpintamittausten mallinnuksessa on käytetty taajuuksittain aina samaa jakoa, lentomittauksille verkko ottaa huomioon vaihtelevan lentokorkeuden.
Tulkintamallin siirto laskentaverkolle – ominaisuuksien homogenisointi (upscaling)
Maankamaran tulkintamalli muodostuu kolmiulotteisista kappaleista, joissa aineparametrit ( ,µ, )
ovat vakioita. Tämä rakenne siirretään laskentaverkolle suorakulmaisiin särmiöihin. Käytännössä
3D malli, eli eri materiaalien rajapinnat ja laskentamallin 3D verkko eivät ole yhteneväiset. Laskentasoluihin, joita eri materiaalien rajapinnat leikkaavat, määritetään ekvivalentit efektiiviset ominaisuudet: särmiön sisäinen -µ- -rakenne homogenisoidaan (upscaling) särmiöllä kuvattaviksi -µ- arvoiksi alkuperäistä mahdollisimman vastaavaksi. Tässä käytettyä sekoituskaavaa ovat soveltaneet
mm. Commer ja Newman (2008) sekä Abubakar el al. (2009).
Seuraavissa esimerkeissä on käytetty (äärellisiä) 2D malleja, jolloin rakenne määräytyy 2D monikulmioiden avulla. Täysin monikulmion sisällä oleva särmiö saa monikulmion aineparametrit, leikatuille särmiöille saadaan särmiön mittakaavassa anisotrooppiset aineparametrit. Niiden laskenta
on yksinkertaista esim. Abubakar el al :n (2009) esittämällä tavalla: Jaetaan kukin solu pienempiin
elementteihin, joiden ominaisuudet määräytyvät alueen mukaan. Esimerkiksi särmiön (i,j,k) sähkönjohtavuudeksi x-suuntaan saadaan x(i,j,k)=
. Edellä lasketaan ensin yzsuuntaisten siivujen sähköjohtavuudet (x-suuntaan rinnankytkentä), lopuksi peräkkäisten siivujen
efektiivinen sähkönjohtavuus (x-suuntaan sarjankytkentä). z(i,j,k) saadaan vastaavasti, 2D tapauksessa y(i,j,k) on materiaalien xz-tason pinta-aloilla painotettu keskiarvo. Anisotrooppiset µ ja
saadaan vastaavasti. EH3D:ssa käytetään vain isotrooppista µ-arvoa, joka on särmiön erisuuntaisten
µ-arvojen geometrinen keskiarvo.
Abubakar el al. (2009) käytti yllä esitettyä homogenisointia malliin perustuvassa inversiossa, eli
monikulmion sijainnin, muodon ja sähkönjohtavuuden estimoinnissa, kun mallin vaste ja 2D solujen herkkyydet laskettiin 2D staggered grid finite difference -menetelmällä.
2D/3D tulkintaa johtavasta ja magnetoituvasta maankamarasta
Riippuen mittalaitteen herkkyysjakaumasta sekä rakenteesta 2D tulkinta voi riittää. Se voi toimia
myös lähtökohtana varsinaiselle 3D tulkinnalle. Yllä esitetyillä periaatteilla siirtyminen 3D rakenteeseen on suoraviivaista. Kuvassa 1 esitetään Twin Otterin (3113 Hz) AEM tuloksia lentolinjalta
Kellojärveltä Kuhmon vihreäkivivyöhykkeen länsireunalta. Tuloksista saatu -µ-malli esitetään
kuvissa 1b ja 1c. Itäisin kairanreikä ja keskimmäisen loppu ovat serpentiniitissä. Kairatuista
serpentiniittinäytteistä (5 kpl) mitatut suskeptibiliteetit ovat 0.03-0.22 [SI] ja Q-arvot 1.2-17.
Suurimmat Q-arvot liittyvät suurimpiin määritettyihin suskeptibiliteettiarvoihin.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
a
b
c
Kuva 1. a) AEM mittaustulos ja sovitus, IP on reaali-, Q imaginaarikomponentti b) Tulkittu 2D
ominaisvastus ( m). c) Tulkittu 2D suskeptibiliteetti (SI).
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Kuvassa 2 esitetään vastaavalta kohtaa aeromagneettiset tulokset sekä µ-mallista laskettu B, kun
rakennetta on jatkettu 1500 m syvyyteen. Jos oletetaan remanenssin suunnan olevan kentän
suuntainen, saataisiin Q-arvolla 2 jo samansuuruisia anomalioita. Kuvan 2 pienillä "Hjeltin
prismoilla" lasketuissa tuloksissa demagnetoitumista ei ole huomioitu. Rakenteen (mm.
topografian) huomioiminen 3D mallein parantaisi tulosta. Samasta kohtaa mitatuissa Slingram
tuloksissa (3520 ja 14080 Hz, 100 m kelavälillä) anomaalisen µ:n vaikutus näkyy
reaalikomponenteissa, muttei niin selvänä kuin AEM tuloksissa. AEM, Slingram ja magneettisista
mittauksista sekä niiden tulkinnoista näkyy eri mittausmenetelmien erilaiset herkkyydet mallin
parametreihin. EM tulkinnat ovat yhteneväiset lento- ja maanpintamittauksille niiden
ominaisuuksien puitteissa.
Kuva 2. Aeromagneettiset tulokset (vasen ja oikea magnetometri) ja kuvan 1c suskeptibiliteetimallilla laskettu anomaalinen B, kun Q-arvo olisi 0 tai 2 (samansuuntainen).
Kirjallisuusviitteet
Abubakar, A., Habashy, T. M., Li, M., and Liu, J., 2009, Inversion algorithms for large-scale geophysical
electromagnetic measurements: Inverse Problems, 25, 123012, doi:10.1088/0266-5611/25/12/123012.
Commer, M., and Newman, G. A., 2008. New advances in three-dimensional controlled-source electromagnetic inversion, Geophys. J. Int., 172,513-535.
Eloranta, E., 2007. Geofysiikan kenttäteoria. Säteilyturvakeskus, STUK-A198, 409 p.
Haber, E., and Ascher, U. M., 2001. Fast finite volume simulation of 3D electromagnetic problems with
highly discontinuous coefficients: SIAM Journal of Scientific Computations, 22, 1943-1961.
Plessix, R.E., Darnet, M., and Mulder, W. A., 2007. An approach for 3D multisource multifrequency CSEM
modeling, Geophysics, 72 (5), SM177–SM184.
Wilson, G.A., Cox, L.H., Cuma, M. and Zhdanov, M.S., 2012. Inverting airborne geophysical data for megacell and giga-cell 3D Earth models. The Leading Edge, 31 (3), 316–321.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Li-pegmatiittien prospektiivisuusmallinnuksesta
Hanna Leväniemi, Geologian tutkimuskeskus
Mineraalipotentiaalikartoitukseen liittyvässä spatiaalisessa prospektiivisuusmallinnuksessa tuotetaan ennustettavuuskarttoja valitulle mineralisaatiotyypille. Mallinnuksessa pyritään arvioimaan
lähtöaineistoista esiintymille ominaisia/suotuisia arvoalueita, joiden avulla luodaan esiintymäsuotuisuutta kuvaava prospektiivisuusmalli. Mallinnus voidaan tehdä joko ohjattuna, ts. käyttäen
tunnettuja kohteita (opetuspisteitä) aineiston suodattamiseen, tai ohjaamattomana, jolloin esiintymille suotuisien ominaisuuksien arviointi perustuu asiantuntijan näkemykseen. Suomessa prospektiivisuusmallinnusta on tehty erityisesti Pohjois-Suomessa (esim. Nykänen ja muut, 2008a, Nykänen ja muut, 2008b).
Esitellyn mallinnustyön tarkoituksena oli tutkia testialueen avulla mahdollisuutta Li-pegmatiittien
prospektiivisuusmallinnukseen alueellisen mittakaavan aineistoja hyödyntämällä. Työ tehtiin ohjattuna mallinnuksena käyttämällä opetuspisteinä tutkimusalueen tunnettuja pegmatiittijuonia. Mallinnusmenetelmänä käytetyssä painoarvomenetelmässä (Bonham-Carter, 1994) lasketaan kullekin syöterasterille ns. painoarvoparametrit, jotka kertovat aineiston eri arvoalueiden suotuisuudesta opetuspisteiden esiintymiselle. Lopullisessa mallissa yhdistetään painoarvoparametrien avulla valitut syöteaineistot yhdeksi ennustekartaksi. Mallin toimivuuden arviointi on myös tärkeä osa työtä. Mallinnus tehtiin ArcGIS-ympäristössä julkisesti saatavissa olevilla ArcSDM-työkaluilla.
Pegmatiittijuonet ovat mittasuhteiltaan pieniä, ja mittakaavaero alueellisten aineistojen resoluution
kanssa rajoitti osaltaan tiettyjen aineistojen käyttöä. Dimensioiden lisäksi juonet ovat haasteellisia
geofysiikan kannalta, koska niistä ei yleensä saada vastetta geofysikaalisissa mittauksissa ( erný &
Trueman, 1982). Objektiivinen painoarvomenetelmä soveltuu tämäntyyppiseen tilanteeseen missä
aineiston ja opetuspisteiden mahdollista yhteyttä on vaikea arvioida; statistiikkaan perustuvat painoarvot kertovat mahdollisesta korrelaatiosta jolloin mallinnuksen lähtöaineistot voidaan valita painoarvoparametrien avulla.
Mallinnuksen tuloksena saatiin rajoituksiin nähden kohtuullisen hyvä ennustemalli. Jatkossa mallia
voidaan edelleen kehittää mikäli alueelta saadaan esim. uusia aineistoja.
Lähteet:
Bonham-Carter, G.F., 1994. Geographic Information Systems for Geoscientists - modelling with GIS.
Pergamin, New York, 398 p.
erný, P. and Trueman, D.L., 1982. Exploration For Rare-element Granitic Pegmatites. In: erný, P. (ed):
Short Course In Granitic Pegmatites In Science And Industry. Mineralogical Association of Canada, Short
Course Handbook, 8, 463-493.
Nykänen, V., Groves, D.I., Ojala, V.J, Gardoll, S.J., 2008a. Combined conceptual/empirical prospectivity
mapping for orogenic gold in the northern Fennoscandian Shield, Finland. Australian Journal of Earth Sciences: An International Geoscience Journal of the Geological Society of Australia, 55, 1, 39-59.
Nykänen, V., Groves, D.I., Ojala, J.V., Eilu, P., Gardoll, S.J., 2008b. Reconnaissance-scale conceptual
fuzzy-logic prospectivity modeling for iron oxide copper-gold deposits in the northern Fennoscandian
Shield, Finland. Australian Journal of Earth Sciences: An International Geoscience Journal of the Geological
Society of Australia, 55, 1, 25-38.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Potentiaalikenttien 3D-inversiosta GTK:ssa
Aimo Ruotsalainen, Eeva-Liisa Laine ja Sami Niemi
Geologian tutkimuskeskus
(aimo.ruotsalainen@gtk.fi, eevaliisa.laine@gtk.fi, sami.niemi@gtk.fi)
Voxel-tulkinnassa malliavaruus jaetaan suorakulmaisiin tilavuusalkioihin (voxel=volume pixel).
Varsinaisen mallinnusalueen ulkopuolelle voidaan lisätä haluttu määrä suurempia alkioita joiden
avulla mallinnus reunoilla toimii paremmin. Alkioiden materiaalivakioita muuttamalla pyritään saavuttamaan hyvä sovitus tulkittavan ja mallin teoreettisen anomalian välille.
GTK:ssa on viime vuosina hankittu muutamia potentiaalikenttien 3D-inversio-ohjelmia. Useimmissa niistä varsinainen laskenta tehdään University of British Columbiassa (UBC) kehitetyillä ohjelmilla (Li and Oldenburg 1996, Li and Oldenburg 1998). Käyttöliittymiä kauppaavat mm. Geosoft, Encom (Pitney Bowes) ja Mira GeoScience. UBC-ohjelmat ovat DOS-ajalta mutta niihin on
olemassa myös oma pieni Windows-käyttöliittymä. Itsenäinen ohjelmistonsa on Petros Eikonin
Emigma kuten myös Intrepidin GeoModeller.
Geosoftin Oasikseen integroitu VOXI Earth Modelling (Burns 2012) sisältää runsaasti mallin ja
reunaehtojen rakenteluun tarvittavia osia. VOXI:lla työskentely on helppoa ja työhön pääsee käsiksi
pienellä harjoittelulla. Oletusarvoilla tapahtuva inversio tuottaa mallin, jossa tiheys tai suskeptibiliteetti muuttuu tasaisesti mallin sisällä eikä selviä kontakteja synny. Erilaisten reunaehtojen avulla
mallia voi ohjata geologisesti mielekkäämpään suuntaan. Mallien tarkastelu ja visualisointi on helppoa. Malleja voi Oasiksessa konvertoida moniin muihin formaatteihin.
VOXI sisältyy jokaiseen Oasiksen Advanced-lisenssiin. Laskenta tapahtuu pilvipalvelussa suurilla
tietokoneilla. Haluamaansa käyttötarkoitukseen voi ostaa lisenssin jonka hinta riippuu laskentamallin koosta (150x150 – 500x500 solua), laskentojen määrästä sekä muutamista lisäoptioista
(magnetization vector inversion MVI, gravity gradient support, iterative reweighting inversion).
Malleja joiden koko on korkeintaan 50x50 solua voi laskea ilmaiseksi. Geosoftilla tuki käyttäjille
on toiminut hyvin.
Myös australialaisen Encomin Model Vision potentiaalikenttien mallinnusohjelmaan on integroitu
UBC:n Mag3D ja Grav3D. Lähtömalli voidaan rakennella esimerkiksi geofysikaaliselta tai geologiselta kartalta prismoiksi joiden parametrit asetetaan halutuiksi. Myös mallinnuksella saatuja kappaleita voidaan käyttää. Malli muunnetaan UBC Model Mesh Designerilla UBC-ohjelmien vaatimiksi voxel-tiedostoiksi. Varsinainen inversio tapahtuu suoraan UBC:n ohjelmilla joiden parametrien hallinta vaatii kohtalaista perehtyneisyyttä. Koska kaikki inversioon liittyvät ohjelmat joutuu
ostamaan tapahtuu laskenta omalla koneella joka vie koneaikaa mutta ei euroja. Mesh Designerissa
on useita käyttöä hankaloittavia bugeja ja ohjelmatalon reagointi reklamaatioihin on ollut nihkeää
eikä tukea UBC-inversioon ole tarjolla.
PetrRos EiKonin Emigma (PetRos EiKon 2006) on monipuolinen ohjelmisto joka sisältää tulkintamahdollisuudet gravimetriseen, magneettiseen, EM-, DC-, IP-, CAMT-, MT-, MTEM- ja CSEMdataan. Mallinnusta voi tehdä 1D- ja 3D-inversioiden lisäksi myös levyillä ja prismoilla. Ohjelmisto
sisältää monipuolisen valikoiman työkaluja geofysikaalisen datan manipulointiin. Parametrien asettelu ja data käsittely vaatii käyttäjältä paljon perehtymistä ja käsityötä. Käyttö on hankalahkoa ja
ohjelma kaatuilee usein. Laskentaprosessi vie paljon enemmän koneaikaa kuin UBC:n ohjelmilla.
Käyttöohjeet jättävät toivomisen varaa.
Paradigm GoCad on monipuolinen geologinen 3D-mallinnusohjelmisto. Mira GeoScience on luonut siihen useita erilaisia lisätoimintoja mm. mahdollisuuden käyttää geofysikaalisia UBC-inversio-
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
ohjelmiston tuottamia tulosgridejä 3D-mallinnuksessa ja toisaalta ajaa ja luoda geologisten 3D-mallien pohjalta estimoitujen petrofysikaalisten ominaisuuksien jakaumia UBC-inversion lähtötiedoiksi. GoCadissa tehtävä geofysikaalinen inversio tukee geologista mallinnusta. GoCadin ja
UBC-koodin käyttö edellyttää hyvää yhteistyötä geologisen 3D-mallintajan ja geofyysikon kesken.
Kumpikaan ohjelma ei toimi automaattisesti vaan ne vaativat käyttäjältä sekä ohjelman käytön että
oman alansa hyvää perehtyneisyyttä. Monimutkaisuutensa takia varsinkin GoCadia käytetään tutkimuslaitoksissa yleisesti tutkimuskäytössä, mutta ei välttämättä rutiininomaisessa 3D-mallinnuksessa. GoCadista löytyy tietoa GoGad konsortiumiun (http://www.gocad.org/ ), Mira GeoSciencen
ja Paradigman verkkosivuilta.
Intrepidin GeoModellerilla geologinen mallinnus on helpompaa, sillä se perustuu leikkaustulkintoihin ja automaattiseen kivilajikontaktien interpolointiin, mutta siihen liittyvä geofysikaalinen inversio vaatii käyttäjältään sekä geofysiikan että tilastomatematiikan osaamista. GeoModeller yhdistää
geologista mallinnusta ja geofysikaalista inversiota (BRGM & Desmond Fitzgerald and Associates
Pty Ltd 2012). Tässä inversio tehdään stokastisesti kun taas UBC-koodi perustuu optimointiin. Ohjelmalla voi rakennella ja laskea monimutkaisia rakenteita mutta niiden konstruoiminen on aikaa
vievää ja prosessointi vaatii tietokoneelta paljon resursseja ja vielä enemmän aikaa.
Laanilan juonen VOXI-tulkinta
Basalttinen juoni Inarin Laanilassa koostuu ilmenomagnetiitista (Mertanen et al. 1996) Sen aiheuttama magneettinen anomalia erottuu muodoltaan poikkeavana magneettisella kartalla (Kuva1). Paleomagneettisten mittausten mukaan siinä on voimakas remanentti magnetoituma. Laanilassa remanenssin deklinaatio on keskimäärin 350.5 ja inklinaatio -34.4 astetta, Q-arvo on 10.5 ja suskeptibiliteetti 0.0258 SI (Mertanen et al.1996). Kuvassa 2a esitetty Model Visionilla tehty tulkinta levymallille em. parametreilla toteuttaa hyvin mitatun anomalian. Geosoftin 3D-suskeptibiliteettiinversio (Kuva 2b) antaa virheellisesti sekä negatiivisen että positiivisen suskeptibiliteetin omaavan
muodostuman. Magnetoitumavektori-inversio (Kuva 3) toimii paremmin ja antaa lähellä profiilimallia olevan ratkaisun.
Kuva 1. Laanilan basalttinen juoni indusoi voimakkaan magneettisen anomalian. Juoni (valkea
katkoviiva) on piirretty analyyttisen signaalin maksimiamplitudin mukaan. Tulkittu profiili on merkitty valkealla kokoviivalla.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Kuva 2. Laanilan juonen levymallitulkinta (a) jossa on käytetty havaittuja magneettisia materiaalivakioita ja eräs 3D-suskeptibiliteetti-inversion leikkaus (b).
Kuva 3. Laanilan juonen magneoitumavektori-inversio Geosoftin VOXI:lla tulkittuna. Eräs indusoivalla kentällä normeeratun magnetoituman sama-arvopinta (0.008) on merkitty keltaisella. Alempi
anomalia on 50 metriä ylösjatkettu TMI(RTP) ja ylempi 3D-mallin vastaava anomalia.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Lampinsaaren magneettinen tulkinta GoCad-UBC
0.01
N
0.02
5 500 m
0.03
0.04
SI
Kuva 4. Lampinsaaren kaivoksen ympäristön magneettisten mittausten inversiotulos kahden leikkauksen avulla ja sama-arvopinnoilla (=0.036 SI). Geologisella kartalla harmaalla ja vihreän eri
sävyillä on merkitty metavulkaanisia kivilajeja, graniitit on esitetty punaisella, granodioriitit vaalean ruskealla ja gabrot tummanruskealla värillä. Metasedimentit on esitetty sinisen eri sävyin (Kousa ja Luukas 2004).
Kirjallisuusviitteet
BRGM & Desmond Fitzgerald and Associates Pty Ltd, 2012, 3D GeoModeller User Manuals and Tutorials
(http://www.intrepid-geophysics.com/ig/index.php?page=geomodeller).
Burns, Carmela, 2012, Introduction of VOXI Earth Modelling Technology. Earth Explorer
(http://www.earthexplorer.com/2012/Introduction_of_VOXI_Earth_Modelling_technology.asp)
Ellis, R.G., de Wet, B. and Macleod, I. N., 2012. Inversion of Magnetic Data from Remanent and Induced
Sources, 22th International Conference and Exhibition, 26-29. February 2012 –Brisbane, Australia.
Kousa, Jukka and Luukas, Jouni (eds) 2004. Vihannin ympäristön kallioperä- ja malmitutkimukset vuosina
1992-2003. 142 s. GTK, Raportti, M 10.4/2004/2
Li, Y. and Oldenburg, D. W., 1996, 3-D inversion of magnetic data, Geophysics, 61, no. 02, 394-408.
Li, Y. and Oldenburg, D. W., 1998, 3-D inversion of gravity data, Geophysics, 63, no. 01, 109-119.
Mertanen, S., Pesonen, L. J. and Huhma, H., 1996. Paleomagnetism and Sm-Nd ages of the Neoproterozoic
diabase in Laanila and Kautokeino, northern Fennoscandia. Geological Society , London, Special Publications 1996, v.112, 331-358.
Petros Eikon, 2006. EMIGMA v7.8 Manual, PetRos EiKon Inc., 134 p
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Suomen aerogeofysikaaliseen aineistoon perustuvia mustaliuskeiden mallinnustuloksia
Eija Hyvönen(1), Meri-Liisa Airo(2), Hilkka Arkimaa(2), Jouni Lerssi(3), Kirsti Loukola-Ruskeeniemi(2),
Jouko Vanne(3) & Satu Vuoriainen(2)
(1)
Geologian tutkimuskeskus, PL 77, 96101 Rovaniemi (eija.hyvonen@gtk.fi)
(2)
Geologian tutkimuskeskus, PL 97, 02151 Espoo
(3)
Geologian tutkimuskeskus, PL 1237, 70211 Kuopio
Johdanto
Malmipotentiaalisesti mustaliuskeet ovat mielenkiintoisia, koska monet Suomen sulfidimalmeista
sijaitsevat niiden läheisyydessä. Ympäristönäkökulmasta ne sen sijaan voivat aiheuttaa ongelmia
sekä pintavesiin että pohjavesiin. Mustaliuskeet rapautuvat helpommin kuin useimmat Suomen kivilajeista ja niiden sisältämät sulfidit voivat aiheuttaa pintavesien happamoitumista, jos ne joutuvat
ilman ja veden kanssa kosketuksiin.
Mustaliuskeet sisältävät runsaasti grafiittia ja sulfideja ja siksi ne ovat hyviä johteita. Lisäksi magneettikiisupitoiset mustaliuskeet aiheuttavat myös magneettisia anomalioita, joten ne voi helposti
havaita geofysikaalisilla mittauksilla. Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) koko maan kattava
alueellinen matalalentoaineisto tarjoaa erinomaisen lähtökohdan mustaliuskeiden kartoitukseen ja
ensimmäinen versio Suomen mustaliuskekartasta valmistui vuonna 2000. Mustaliuskeiden tulkinta
perustui GTK:n aeromagneettiseen ja aerosähkömagneettiseen matalalentoaineistoon ja olemassa
oleviin petrofysikaalisiin ja geologisiin paljastuma- ja kairaustietoihin. Näiden lisäksi tulkinnan
tueksi valittiin uusia mustaliuskenäytteitä (~130 kpl) kairasydämistä ympäri Suomea ja ne analysoitiin geokemiallisesti ja petrofysikaalisesti. Näiden tietojen pohjalta mustaliuskeet luokiteltiin tunnettuihin grafiitti- ja sulfidipitoisiin yksikköihin sekä tulkittuihin geofysikaalisilta ominaisuuksiltaan
vastaavan tyyppisiin yksikköihin. Alueellisen lentomittausohjelman valmistuttua vuonna 2007 mustaliusketietokanta päätettiin päivittää ja samalla liittää se osaksi DigiKP200-tietokantaa. Uuden tulkinnan pohjaksi valittiin uusista syväkairauksista lisää mustaliuskenäytteitä petrofysikaalisiin ja
kemiallisiin analyyseihin. Uusi tietokanta sisältää nyt kaikkiaan noin 800 mustaliuskenäytteen petrofysikaaliset ja geokemialliset tiedot eripuolilta Suomea.
Mustaliuskeiden geofysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Mustaliuskeiden petrofysikaaliset ominaisuudet vaihtelevat niiden mineraalikoostumuksen, erityisesti grafiitti- ja sulfidipitoisuuden, ja rakenteen esim. liuskeisuuden ja raekoon mukaan. Mustaliuskeiden keskimääräinen tiheys on 2800 kg/m3 ja se kasvaa sulfidipitoisuuden lisääntyessä. Mustaliuskeiden keskimääräinen suskeptibiliteetti on noin 6000 x 10-6 SI ja se on suoraan verrannollinen ferrimagneettisen magneettikiisun määrään. Vastaavasti remanentti magnetoituma on suuruusluokkaa 3 A/m. Mustaliuskeiden ominaisvastus on alle yksi Ohm-m.
Analysoiduissa mustaliuskenäytteissä oli keskimäärin hiiltä 6 % ja rikkiä 4 %. Mustaliuskeiden
koostumus vaihtelee myös yksikön sisällä kerrostumisolosuhteiden vaihtuessa. Muista esiintymistä
ei tavattu yhtä korkeita Ni, Cu, Zn, Co ja Mn pitoisuuksia kuin Talvivaaran malmista.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
NMDS skaalaus
Uuden näytteenoton (428 kairasydännäytettä) petrofysiikan ja geokemian tulokset analysoitiin käyttäen moniulotteista ei-parametrista tilastollista luokitusta (Non-metric multidimensional scaling,
NMDS). NMDS on epäsuora ordinaatiomenetelmä, jossa näytteiden väliset suhteet rekonstruoidaan
niiden samankaltaisuuden perusteella. Analyysin tuloksena saatiin viisi mustaliuskeluokkaa (Taulukko 1).
Kuva 1. NMDS -mallinnustulokset geologisella kartalla (Koistinen et al. 2001).
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Taulukko 1. NMDS luokkien tunnusomaisia piirteitä.
Luokka
Suuret arvot
Musta
Sininen
Vihreä
Magenta
Na2 O, Al2 O3, SiO2 , K2O
CaO, Carbonate C
MgO, TiO2
P2 O5, MnO, Ni, Cu, Zn
Fe2 O3 , V,C, S, suskeptibiliteetti,
remanenssi,johtavuus
Punainen
Pienet arvot
CaO, P2 O5, MnO, Fe2 O3, S, tiheys,
suskeptibiliteetti, remanenssi, johtavuus
Carbonate C
Na2 O, MgO, Al2 O3
SiO2, K2 O
Geofysikaalisten ominaisuuksien perusteella punainen luokka edustaa hyvin johtavia ja voimakkaasti ferrimagneettisia muodostumia ja sen vastakohtana on musta luokka. Muut luokat ovat luokittuneet pelkästään geokemiallisten ominaisuuksien perusteella. Sininen luokka edustaa karbonaattirikkaita muodostumia ja magenta -luokka Talvivaara-tyyppisiä esiintymiä. Vihreä luokka on magnesium-rikas ja niitä samoin kuin mustia esiintyy etupäässä Pohjois- ja Länsi Suomessa. Punaiset ja
siniset luokat ovat yleisiä Etelä-Suomessa. NMDS -mallinnustulokset on esitetty kuvassa 1.
Mallinnustuloksia
NMDS–analyysin perusteella tunnettujen mustaliuske-esiintymien joukosta valittiin kutakin luokkaa parhaiten edustavat yksiköt, joita käytettiin mallinnuksen opetuksessa. Mallinnusaineistoon
valittiin lentogeofysiikasta aeromagneettinen aineisto, sähkömagneettisesta aineistosta laskettu reaali-imaginäärisuhde sekä radiometrisestä aineistosta uraani. Mallinnukseen käytettiin mustaliusketasosta 100 metrin ’bufferilla’ leikattuja aineistoja. Mallinnus tehtiin käyttäen sekä lineaarista ’maximum likelihoodia’ sekä kasviekologiassa paljon käytettyä epälineaarista SVM (Support Vector
Machine) -mallinnusta.
Luokitustuloksia verrattiin NMDS–tuloksiin. Mallinnustulokset olivat hyvin samankaltaisia molemmilla menetelmillä ja heikoiten luokittui musta-luokka ja parhaiten magenta-luokka. Maximum
likelihood–menetelmällä sininen luokka oli luokittanut paremmin kuin SVM–mallinnuksessa, mutta
punainen luokka huonosti. Molemmilla menetelmillä päästiin keskimäärin noin 60 % onnistumisprosenttiin.
Yhteenveto
Vaikka mustaliuskeet on helppo tunnistaa lentogeofysikaalisen aineiston perusteella, niiden luokittaminen erityyppisiin esiintymiin käyttäen pelkästään lentogeofysiikan aineistoa on haastavaa. Lentoaineiston fysikaaliset vasteet riippuvat paitsi alueen geologiasta ja rakenteista myös irtomaapeitteen paksuudesta sekä soista ja kosteikoista. Mustaliuskeiden ominaisuudet vaihtelevat myös yksikön sisällä, joten tulkinta voi olla vaikeaa. Lisäksi erityyppisten mustaliuskeiden fysikaaliset ominaisuudet ovat hyvin samankaltaiset. Kuitenkin mustaliuskeiden luokittelu onnistui yllättävän hyvin
pelkästään lentogeofysiikan aineistojen perusteella. Mallinnuksen tueksi lentoaineiston rinnalle
kannattaa ottaa myös muita geoaineistoja. Tämä tarkoittaa kuitenkin isompia aineistokokonaisuuksia, mikä edellyttää entistä tehokkaampia mallinnusohjelmia ja tietokoneita.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Kuva 2. Mallinnustuloksia. 2 A) Maximum likelihood ja 2 B) SVM-mallinnustulos Kittilästä. 2 C)
Maximum likelihood ja 2 D) SVM mallinnustulos Outokummusta.
Koistinen T (comp.), Stephens M (comp.), Bogatchev V (comp.), Nordgulen Ø (comp.), Wennerström M
(comp.), Korhonen J (comp.) (2001) Geological map of the Fennoscandian Shield, scale 1 : 2 000 000. Espoo, Trondheim, Uppsala, Moscow, Geological Survey of Finland, Geological Survey of Norway, Geological Survey of Sweden, Ministry of Natural Resources of Russia.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Kedonojankulman Cu-Au esiintymän kairansydänten analysointi kuvantavalla
heijastusspektrimenetelmällä
Hilkka Arkimaa1, Viljo Kuosmanen1, Markku Tiainen1 & Rainer Bärs2
1
Geologian tutkimuskeskus, PL 96, 02151 Espoo,
2
SPECIM, Spectral Imaging Ltd, Teknologiantie 18A, 90590 OULU
ABSTRAKTI
Kedonojankulman malmiaihe
Kedonojankulman porfyyrikupari esiintymä sijaitsee Hämeen Paleoproterotsooisessa vulkaanisintrusiivisessa vyöhykkeessä. Malmiesiintymän isäntäkivi on 1.5x1 km laajuinen kalkkialkaalisen
sarjan saarikaarityyppinen porfyyrinen granitoidi, jonka koostumus vaihtelee granodioriitista tonaliittiin. Aeromagneettisella anomaliakartalla se erottuu selkeästi ei-magneettisena alueena ympäröivistä vulkaniiteista ja Koijärven magneettisesta granodioriitista.
Malminmuodostus liittyy intruusion pohjoisreunan voimakkaaseen hydrotermiseen muuttumiseen.
Selkeimmin todettavia muuttumisia ovat kvartsiutuminen, serisiittiytyminen, albiittiutuminen, karbonaattiutuminen, epidoottiutuminen ja malmiutumista laajemmalla alueella esiintyvä punertava
muuttuminen. Kvartsiutumista on tapahtunut useammassa vaiheessa. Kupari- ja molybdeenimineralisaatio liittyvät varhaiseen kvartsiutumiseen. Kvartsijuonia ja kvartsibreksiaa esiintyy myös
myöhäisen vaiheen muuttumisena, johon ei liity malminmuodostusta. Varhaista malmiutumista
leikkaavat hiertovyöhykkeet, joissa kuparimineralisaatio on lievästi mobiloitunut. Serisiittiytyminen
on tyypillistä malmiesiintymän yhteydessä, mutta on alustavan arvion mukaan Cumalminmuodostuksen jälkeen tapahtunutta. Karbonatiittiutuminen ja epidoottiutuminen ovat hiertymisen jälkeen tapahtuneita myöhäisen vaiheen muuttumisia. Punertava laaja-alainen muuttuminen
on hapettavan fluidin aiheuttamaa, johon näyttäisi liittyvän kuparimalmin sekundääristä rikastumista, mm. kuparikiisun muuttuminen kuparihohteeksi.
Kuvantava heijastusspektrimenetelmä
Heijastusspektrometria tarkoittaa kiinteästä aineesta heijastuvan valon tutkimista valon aallonpituuden funktiona. Kuvantavassa spektrometriassa muodostetaan samalla koko tutkittavasta kappaleesta
tai kohteesta kuva, jonka jokainen pikseli sisältää täydellisen spektri-informaation. SWIR- eli Short
Wave Infrared-aallonpituusalueella tarkoitetaan normaalisti aallonpituusaluetta n. 1000 nm – 2500
nm. Se on yleisimmin käytetty aallonpituusalue geologiassa, koska useiden mineraalien kemiallisten sidosten ominaisvärähtelytaajuudet sattuvat tälle aallonpituusalueelle ja eri mineraalit absorboivat valoa hyvin spesifisillä aallonpituuksilla.
SisuROCK on Specimin kehittämä, kairasydänlaatikoiden skannaamiseen tarkoitettu instrumentti.
Siinä voidaan joustavasti yhdistää kolmen eri aallonpituusalueen kameraa sovellutuksen tarpeesta
riippuen: VNIR (400 – 1000 nm), SWIR (970 – 2500 nm), yhdistetty VNIR+SWIR (380 – 2500
nm), LWIR (8 – 12 µm) tai korkearesoluutioinen RGB (kuvaviivalla 4000 pikseliä). Näytteen valaistus heijastusmittauksia varten on RGB-, VNIR- ja SWIR-alueilla järjestetty suunnatuilla halogeenivalaisimilla. LWIR-alueen valaistuksessa käytetään kaarevan peilin avulla näytteeseen fokusoitua lämpövastusta. Mitattavan kairasydänlaatikon suurin mahdollinen koko on 64 cm * 150 cm.
Näissä mittauksissa käytetty kamera oli normaali Specim SWIR spektraalikamera. Mittauksen alussa kairasydänlaatikko asetetaan SisuROCKin mittauspöydälle ja laatikon tunnistetiedot syötetään
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
mittaustietokoneelle, joka tallettaa ne yhdessä kuvadatan kanssa. Kun operaattori käynnistää mittauksen, SisuROCK mittaa ensiksi kaikille kameroille pimeäreferenssin ja valkoisen referenssin ja
tallettaa ne omiksi tiedostoikseen. Näiden avulla varsinaisesta kuvasta saadaan poistettua valaisu- ja
kamerafunktiot ja se saadaan normalisoitua heijastuskertoimeksi eli reflektanssiksi. Referenssien
mittaamisen jälkeen SisuROCK skannaa kairasydänlaatikon, kaikilla kameroilla samanaikaisesti.
Yhden laatikon mittaus kestää tyypillisesti alle 2 minuuttia, riippuen hieman kameratyypistä. Kaikki
tulokset tallentuvat digitaalimuodossa tietokoneelle mineraalitulkintaa varten.
Mineraalien näkyvyys/erottuvuus SWIR-alueella ja vertailu LWIR-erottuvuuteen
Mikäli käytettävissä olisi sähkömagneettisen säteilyn spektrialueet näkyvästä valosta lämpöinfraan
(350-15 000 nm, VNIR-SWIR-LWIR), niin kaikki mineraalit voitaisiin tunnistaan niiden reflektanssi-emittanssi ominaisuuksien perusteella. Tässä työssä käytetty SWIR (970-2500 nm) aallonpituusväli antaa mahdollisuuden rajatumman mineraalijoukon tunnistamiseen: Kvartsin, maasälpien,
oksidien ja sulfidien teoreettinen erottuvuus on matala, granaattien ja pyrokseenien kohtalainen,
amfibolien ja karbonaattien hyvä/kohtalainen sekä kiilteiden ja savimineraalien erottuvuus on hyvä.
Käytännössä sekä maasälvät että kvartsi sisältävät muita mineraaleja ja ”nestekuplia” sulkeumina,
jolloin maasälville ja kvartsille muodostuu paikallista karakteristiikkaa myös SWIR-alueella, mikä
parantaa niiden erottuvuutta.
Mineraaliluokkien tulkinta SisuROCK kuvista
Matched Filtering menetelmä
Matched Filtering on osittainen unmixing menetelmä, jossa etsitään käyttäjän määrittelemiä ns.
endmembereitä. Termi unmixing tarkoittaa, että datapikselit eivät aina sisällä vain yhtä materiaalia
vaan ovat sekoituksia eri materiaaleista ns. endmembereistä, puhtaista päätejäsenistä. Täydellinen
unmixing menetelmä pyrkii selvittämään kaikki materiaalit mitä kukin pikseli sisältää. Osittaista
unmixing menetelmää voidaan käyttää silloin kun ollaan kiinnostuneita vain osasta materiaaleja.
Endmemberit eli mallispektrit tulkintaa varten valittiin SisuROCK- aineistosta malminetsintägeologin valitsemista kohteista. Mallialueista ns. ROIsta (Region Of Interest) laskettiin keskiarvospektrit,
joita Matched Filtering käytti endmembereinä. Tuloskuvassa arvot vaihtelevat kullekin mallille välillä 0-1. Lähellä ykköstä olevat arvot merkitsevät suurta samankaltaisuutta mallin kanssa.
Malminetsinnällisesti tärkeiden mineraaliluokkien löytyminen SisuROCK kuvista
Optimaalisin tulos saavutettaisiin mikäli sekä muuttumaton porfyyrigranitoidi että sen pohjoisreunan voimakkaaseen hydrotermiseen toimintaan liittyvä muuttuminen voitaisiin kartoittaa. Kairasydämistä havaittiin SR SWIR-kuvista tehtyjen Matched Filtering tulkintatulosten ja MLA määritysten avulla seuraavaa (merkintä M,V osoittaa niitä mineraalien luokkia, joista tehtiin Mallinnus ja
tulkinta ja se pystyttiin Validoimaan eli tulkinnan tulos varmistettiin toisella menetelmällä):
Muuttumaton kivilaji on kvartsi-plagioklaasiporfyyri, joko harmaa tai punertava (so. myöhäisessä
vaiheessa oksidoitunut), hajarakeiden ja perusmassan suhde vaihtelee. SR-SWIR löytää tämän luokan hyvin (M,V), mutta ei erottele punertavaa ja harmaata tyyppiä. Viimeksi mainittuun erotteluun
tarvitaan VNIR-alue, mikä todettiin FieldSpecillä tehdyn erillisen pistemittauksen avulla.
Seuraavat varhain muuttuneet kivilajit SR-SWIR löytää kohtalaisesti: 1) serisiittiytyneet kivet
(M,V), 2) kvartsiutuneet kivet, joissa varhaisen vaiheen kvartsijuoniin ja ohuiden kvartsijuonten
verkostoon liittyy malminmuodostusta (M,V). 3) Kalimetasomatoosin tulos ilmenee hienorakeisen
kalimaasälvän lisääntymisenä (M,V) ja 4) albiittiutuminen ilmenee hienorakeisen albiitin määrän
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
kasvuna (M,V). Maasälpien esiintyminen näkyy SR-SWIR kuvista kohtalaisesti. Maasälpien keskinäinen runsaus ei kuitenkaan käy suoraan kuvista ilmi. Kuitenkin sulkeumakarakteristiikka tekee
niistä erottuvia. Jos plagioklaasi on serisiittiytynyt, tai hienorakeisen kvartsi albiittimatriksin seassa
on kloriittia, se näkyy tuloksissa. Hietutkimukset osoittavat tarkemmin onko kulloinkin kysymyksessä primäärinen vai muuttumisen tuloksena syntynyt albiitti tai kalimaasälpä
Myöhäiset muuttumiset löytyvät osittain: 1) myöhäinen juoniverkosto ja 2) karbonaatti-, laumontiitti, jne. pitoiset kivet SR-SWIR löytää hyvin (M,V), mutta 3) oksidoitumista, punaista muuttumista
käytetty SR-SWIR ei havaitse.
Tulosten validointi
Kairasydämistä valittujen 21 kohteen mineraalikoostumus määritettiin MLA (Mineral Liberation
Analysis) -menetelmällä. Osaa näistä kohteista käytettiin malleina Matched Filtering –tulkinnassa ja
osaa käytettiin tulosten validointiin, jota siis vastaa merkintä M,V edellisessä kappaleessa.
Kirjallisuusviitteet:
http://specim.fi/index.php/products/geology/sisurock
Kuosmanen, Viljo, Laitinen, Jukka, Arkimaa, Hilkka and Kuosmanen, Eira (2000). Hyperspectral characterization of selected remote detection targets in the mines of HYDO partners. Geological Survey of Finland,
Archive report RS/2000/02. 56 p.
Kuosmanen, Viljo V.; Laitinen, L. Jukka 2008. Quantitative mineral assessment of apatite, calcite/dolomite,
and phlogopite powder mixtures by using VSWIR reflectance. IEEE transactions on geoscience and remote
sensing 46 (6), 1774-1782.
Kuosmanen, Viljo; Laitinen, Jukka; Bärs, Rainer 2009. Comparison of quantitative assessment of mineral
powder components using SisuROCK hyperspectral scanner and FieldSpec portable spectrometer [Electronic
resource]. In: 6th EARSeL Imaging Spectroscopy SIG Workshop : innovative tool for scientific and commercial environmental applications, Tel Aviv, Israel, March 16-18, 2009. 7 p. Electronic publication.
Laitinen, Jukka; Kuosmanen, Viljo; Ojala, Juhani 2008. Kultakohteen kairasydänten muuttumismineralogian
kartoitus lyhytaaltoinfrasäteilyn avulla. Materia 66 (3), 56-60.
Tiainen, Markku, Ferenc, Molnar, Kärkkäinen, Niilo and Koistinen, Esko, 2013. The Forssa-Jokioinen CuAu-Zn Province, with special emphasis on the Kedonojankulma Cu deposit. Geologian tutkimuskeskus,
Tutkimusraportti 198 – Geological Survey of Finland, Report of Investigation 198, pp. 179-184.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Hanke: Integroitujen geofysikaalisten ja kallioperägeologisten tutkimusmenetelmien kehittäminen yhdyskuntarakentamisen tarpeisiin
Taija Huotari-Halkosaari ja Marit Wennerström
Geologian tutkimuskeskus, PL 96, 02151 Espoo (etunimi.sukunimi@gtk.fi)
Hankkeen tavoitteena on kehittää integroituja menetelmiä kallioperän rikkonaisuuden arvioimiseksi
sekä tehostaa geofysiikan menetelmien sovellettua käyttöä erityisesti kallioperän heikkousvyöhykkeiden paikallistamiseksi. Erityistarkastelussa ovat loivakaateiset ongelmavyöhykkeet. Hankkeessa
testataan mittakaavaltaan erityyppisiä menetelmiä reikägeofysiikasta aina laaja-alaisiin alueellisiin
aerogeofysiikan tulkintoihin.
Hankkeen valmistelu aloitettiin ideariihellä syksyllä 2012, missä kartoitettiin geofysiikan käyttömahdollisuuksia yhdyskuntarakentamisessa. Varsinaisesti hankkeen toiminta lähti käyntiin vuoden
2013 alussa. Hankkeen aloituskokouksessa kartoitettiin hankkeeseen osallistujien taustaa ja tarkennettiin hankkeen sisältöä. Päätettiin alkuvaiheessa perustaa esiselvitystyöryhmät, joihin kuhunkin
kuului sekä geologeja että geofyysikkoja. Esiselvitysvaiheen kohteita oli 5 ja ne valittiin sen perusteella, että niistä oli olemassa GTK:n kartoittamaa kallioperägeologista aineistoa. Esiselvitysvaiheessa hyödynnettiin geofysiikan aineistosta pääasiassa lentogeofysiikan matalalehtoaineistoa, jota
prosessoitiin uudelleen.
Esiselvitysvaiheen tulosten sekä maastokatselmusten perusteella valittiin 2 pilotointialuetta Espoosta. Pilotointitutkimuskohteiksi valittiin Länsimetron jatkeelta Hannusjärven ja Finnoon alueet sekä
Blominmäki, joka on HSY Vesihuollon uuden jätevedenpuhdistamon suunniteltu sijoitusalue. Pilotointikohteisiin tehtiin geofysiikan mittaussuunnitelmat sekä rakennegeologiset kartoitussuunnitelmat.
Kenttätutkimukset pääsivät käyntiin kesällä ja ne pyritään saamaan valmiiksi syyskuun loppuun
mennessä. Kenttätutkimukset sisältävät mm. kallioperän rakennegeologista kartoitusta, erityisesti
heikkousvyöhykkeiden paikallistamista, maatutkaluotauksia, vastusluotauksia, sähkömagneettisia
mittauksia, painovoimamittauksia, magneettisia mittauksia, latauspotentiaalimittauksia sekä reikämittauksia.
Hankkeesta saatujen kokemusten ja tulosten perusteella on tarkoitus kehittää kallioperän heikkousrakenteiden 3D-tulkintaa sijainnin ja ominaisuuksien suhteen ja laatia ohjeistusta kalliorakennuskohteiden tarkoituksenmukaisista geofysikaalisista tutkimuksista sekä geofysikaalisten ja geologisten tutkimustulosten integroidusta käytöstä.
Vastusluotausmittaukset Hannusjärven alueella.
Kuva: K. Nyman, GTK 2013
Latauspotentiaalimittaukset Blominmäellä.
Kuva: T. Huotari-Halkosaari, GTK 2013
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Lämpökaivotarkasteluja
Kimmo Korhonen, Geologian Tutkimuskeskus (GTK)
Kallioperään on aikojen saatossa varastoitunut huomattava määrä lämpöä, jota voidaan hyödyntää
kiinteistöjen ja käyttöveden lämmittämiseen. Tätä ilmaista, kallioon varastoitunutta, lämpöä hyödynnetään maalämpöpumpun ja siihen kytketyn, kallioon poratun, lämpökaivon avulla. Maalämpöpumppujen osuus uusien pientalojen lämmitysjärjestelmistä lähentelee nykyään jo viittäkymmentä
prosenttia. Tästä syystä onkin hyödyllistä tarkastella lämpökaivojärjestelmien tehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä.
Maalämpöpumpun tehokkuutta voidaan arvioida lämpökertoimen avulla (englanniksi Coefficient of
Performance eli COP). Se kertoo kuinka suuri osuus kiinteistön lämmitykseen tarvittavasta lämpöenergiasta saadaan kallioon varastoituneesta ilmaisesta lämmöstä, ja kuinka suuri osuus tuotetaan
maksullisella sähköenergialla. Lämpökerroin on nykypumpuilla yli kolme. Tämä tarkoittaa sitä, että
alle kolmasosa lämmöstä tuotetaan sähköllä ja yli kaksi kolmasosaa saadaan kallioperästä.
Kallioperään varastoitunutta lämpöä keräävä lämpökaivo alentaa kallion lämpötilaa ajan saatossa.
Jos lämpökaivoja on useita lähekkäin, ne käyttävät hyväksi samaa lämpöreserviä, mikä alentaa kallion lämpötilaa entistä enemmän. Koska maalämpöpumpun lämpökerroin on kytköksissä maankamaran lämpötilaan, vierekkäiset lämpökaivot vaikuttavat tarvittavan maksullisen sähköenergian
määrään, kasvattaen sitä. Tässä esitelmässä tarkastellaan sitä, kuinka paljon enemmän kahden lähekkäisen lämpökaivon tapauksessa tarvitaan sähköenergiaa verrattuna yhden lämpökaivon tapaukseen, ja mikä on lisääntyneen sähkönkäytön taloudellinen vaikutus.
Lämpökaivo alentaa kallion lämpötilaa ja aiheuttaa häiriön (anomalian) kallion luonnolliseen lämpötilakenttään. Esitelmässä tarkastellaan myös tämän häiriön avaruudellista ja ajallista etenemistä,
sen vaikutusta kallioperän lämpövirtaan, sekä häiriön palautumista, kun lämmönkeruu on lopetettu.
Esitelmässä pyritään vastaamaan erityisesti kysymyksiin:
Miten paljon vierekkäiset lämpökaivot vaikuttavat maalämpöpumpun lämpökertoimeen.
Mikä on vierekkäisten lämpökaivojen taloudellinen vaikutus.
Mikä on lämpökaivojen sopiva minimietäisyys.
Mistä lämpökaivolla hyödynnettävä lämpö on peräisin.
Miten pitkään lämpökaivon aiheuttaman lämpötilahäiriön palautuminen kestää.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Korkean resoluution heijastusluotaus landstreamer-kalustolla Virttaankankaan
pohjavesiesiintymän rakenteen ja hydrogeologisten ominaisuuksien tutkimuksessa
Elina Ahokangas
Maantieteen ja geologian laitos
Turun yliopisto
Tämän tutkimushankkeen tavoitteena oli ensimmäistä kertaa Suomessa selvittää liikkuvalla kalustolla tehtävän korkean resoluution seismisen heijastusluotauksen (HRSR eli High-Resolution Seismic Reflection) käyttömahdollisuuksia pohjavesiesiintymien rakenteen ja hydrologisten ominaisuuksien tutkimuksessa. Korkean resoluution (optimioloissa jopa 1-2 m vertikaaliresoluutio) seisminen tutkimusmenetelmä mahdollistaa laajojen ja kerrospaksuudeltaan suurien muodostumien
nopean rakennetutkimuksen. Menetelmän korkea resoluutio pyritään saavuttamaan käyttämällä
seismisenä lähteenä vibraattoria, jolla on esim. rajäytyksiin verrattuna laajempi taajuuskaista. Käytettäessä liikkuvaa kalustoa kaikki geofonit on sijoitettu ja yhdistetty toisiinsa nk. streamerin avulla,
jolloin koko geofonilevitys liikkuu yhtenäisesti mittauspisteeltä toiselle, mikä nopeuttaa varsinaista
mittausta huomattavasti.
Tutkimuskohteena oli Säkylänharjun-Virttaankankaan huomattava harjumuodostuma. Alueelle sijoittuva Turun seudun tekopohjavesihanke tarjoaa kallio-, maaperä-, ja pohjavesiolosuhteiltaan
vaihtelevan testialueen sekä monipuolisen referenssiaineiston, johon sisältyy myös alueen rakennetta ja sen syntyä kuvaava kerrostumismalli. Lisäksi tutkimuksen tulokset ovat suoraan hyödynnettävissä alueen kolmiulotteiseen hydrogeologiseen malliin, joka toimii perustana pohjaveden 60kerroksiselle virtausmallille. Virttaankankaan harjuaineksen paksuus on yleisesti 20–60 m, mutta
yltää jopa 100 m syvän kallioperän murroslinjan kohdalla, jonka pohjaosissa sijaitsevat pohjavesiesiintymän vaikeimmin tutkittavissa olevat kerrostumat. Korkean resoluution seismistä heijastusluotausta testattiin liikkuvalla landstreamer-kalustolla Virttaankankaan tekopohjavesialueella 29.8.–
3.9.2011 välisenä aikana ensimmäistä kertaa Suomessa. Luotauslinjoja ajettiin yhteensä 9 kpl ja
niiden yhteispituus oli 8,2 km. Virttaankankaan 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. Resoluutiota heikentää oleellisesti korkeampien taajuuksien vaimeneminen paksun ja kuivan maaperäkerroksen vaikutuksesta.
Virttaankankaan alueella kallionpinta tavoitettiin jokaisella heijastusluotauslinjalla. Sen syvyys
vaihteli 6 m jopa 120 m maanpinnasta. Virttaankankaan itäosassa kulkeva ruhjelaakso havaittiin
niin ikään selvästi luotauslinjoilla. Tässä suuressa ruhjevyöhykkeessä havaittiin kalliopinnan ja harjuytimen välissä paikoitellen vanhempia moreenimaisia kerrostumia, joiden paksuus on referenssikairauksen perusteella jopa 20 metriä. Harjun varsinainen ydinosa ja sitä peittävät viuhkamaiset
harjulaajentumat ovat kerrostuneet niiden päälle. Harjun kivinen ydin on yleensä kohtalaisen hyvin
erotettavissa heijastusaineistosta, varsinkin jos alueelta on jo tulkintaa tukevaa aiempaa rakennetietoa. Paikoin ydinosan voitiin tulkita suoraan heijastusaineistosta tai ytimen molemmin puolin sijaitsevien, Virttaankankaan tapauksessa rantavoimien muokkaamien piilosuppien perusteella. Ydintä
peittävät viuhkamaiset harjulaajentumat voitiin tunnistaa maatutkaluotaukseen perustuvan sedimentologisen mallin tuntemuksen perusteella. Niiden rajapintojen ja/tai sisärakenteiden ominaisuuksien
luotettava erottaminen heijastusaineistosta ei alustavalla prosessoinnilla ole mahdollista. Pohjavedenpinta on jossain määrin erotettavissa seismisiltä heijastusluotauslinjoilta. Huomionarvoista oli
myös hienoainespitoisten harjukerrostumien sekä niiden päällä olevien orsivesien selvä erottuminen
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
S-aaltokuvista. Uusi luotausaineisto vahvisti maatutka- ja kairausaineiston tulkinnalla saatua kuvaa
ytimen mittasuhteista ja sijainnista. Erityisen tärkeä havainto pohjavesimallinnuksen ja vedenhankinnan kannalta oli ytimen sijainnin ja muodon hahmottuminen kallioperän syvän murroslinjan
kohdalla sekä käsitys ytimen alapuolisista kerrostumista.
Virttaankankaan luotauskokemuksen perusteella toteamme, että menetelmä on käyttökelpoinen
Suomen olosuhteissa. Pääpaino on kallionpinnan tason ja harjujen suurten geometristen rakenteiden
hahmottamisessa ja jatkotutkimusten ohjaamisessa. Menetelmä soveltuu hyvin alueille, joilla pohjavesi on lähellä pintaa, jolloin myös S-aaltojen prosessoinnilla ja tulkinnalla saadaan tarkempaa
tietoa kerrosrakenteesta. Näiden ohella menetelmä soveltuu erityisesti hienoainespeitteisten harjujen
tutkimukseen. Menetelmän kannalta ideaalisia olosuhteita ajatellen soveltuvia tutkimuskohteita ovat
erityisesti lounais- ja länsirannikon savikkoalueet ja niillä sijaitsevat hienoaineksen/moreenin peittämät piiloharjut sekä sedimenttikivialtaat ja niiden yläpuoliset glasiaalisedimentit (Satakuntamuodostuma ja Muhosmuodostuma). Menetelmä ei voi kuitenkaan täysin korvata maatutkaa glasifluviaalisten sedimenttien syntyprosessien ja kerrostumisvaiheiden tutkimuksessa tai rakennemallinnuksessa.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Gravimetrian uudet standardit ja GTK:n päivitetty APV-rekisteri
Seppo Elo
seppo.elo@pp.inet.fi
Suomessa on siirrytty uusiin yleiseurooppalaisiin koordinaatti-, korkeus- ja painovoimajärjestelmiin. Muutos koskee myös vanhojen tietorekisterien päivittämistä uusien standardien mukaisiksi. Maanmittauslaitos ja Geodeettinen laitos ovat luoneet internet-palveluja helpottamaan uusien järjestelmien käyttöönottoa. Valtakunnalliset digitaaliset korkeusmallit ovat mahdollistaneet
painovoimamittaustuloksille laskettavan topografiakorjauksen systemaattisen käytön. Geodeettisen
laitoksen I lk:n painovoimapisteverkon ja gravimetrien kalibrointilinjan tarkennukset luovat edellytyksiä entistä laadukkaammille mittauksille. Automaattinen tietojen käsittely yhdistyneenä parantuneeseen infrastruktuuriin on tuonut mukanaan uusia tapoja tarkastaa ja korjata vanhoja tietorekistereitä.
Uusi koordinaattijärjestelmä on EUREF-FIN, joka on yleiseurooppalaisen ETRS89 –järjestelmän
realisaatio Suomessa. EUREF-FIN –koordinaatit korvaavat 1970-luvun alussa käyttöönotetut kkjkoordinaatit. EUREF-FIN –järjestelmä on määritelty Julkisen Hallinnon Suosituksessa JHS 153:
http://www.jhs-suositukset.fi/suomi/jhs153.
Uudessa järjestelmässä käytetään UTM (Universal Transverse Mercator) –projektiota ja TM35FINlehtijakoa. Koko Suomi kuvataan yhdessä kaistassa, joten kaikki karttalehdet ovat suorakulmaisia
eikä kaistanrajoja siis ole. Projektio ja lehtijako on määritelty Julkisen hallinnon suosituksessa JHS
154:
http://www.jhs-suositukset.fi/suomi/jhs154.
Uusi korkeusjärjestelmä on N2000, joka on yleiseurooppalaisen korkeusjärjestelmän suomalainen
realisaatio. Sen lähtötaso on Amsterdamin nollapiste NAP. Järjestelmä perustuu Geodeettisen laitoksen toteuttaman Suomen III tarkkavaaituksen tuloksiin. N2000 -järjestelmän korkeuslukemat
ovat 13–43 cm suurempia N60-järjestelmään verrattuna. Järjestelmä on määritelty Julkisen hallinnon suosituksessa JHS 163:
http://www.jhs-suositukset.fi/suomi/jhs163.
Geodeettisen laitoksen koordinaattimuunnospalvelu ( http://coordtrans.fgi.fi/ ) tarjoaa välineitä ja
tietoa koordinaattien ja korkeuksien muuntamiseksi järjestelmästä toiseen.
Painovoimamittaukset sidotaan Suomen Geodeettisen laitoksen ensimmäisen luokan painovoimaverkkoon FOGN (First Order Gravity Net), jonka Geodeettinen laitos on mitannut uudelleen A10absoluuttigravimetrilla vuosina 2009 - 2011. FOGN-verkkoa on kuvattu julkaisuissa:
-Kiviniemi, A., 1964. The first order gravity net of Finland. Suomen Geodeettisen laitoksen julkaisuja, N:o 59.
-Kääriäinen, J. and Mäkinen, J., 1997. The 1979-1996 gravity survey and results of the gravity survey of Finland 1945-1996. Suomen Geodeettisen laitoksen julkaisuja, N:o 125.
sekä esitelmässä:
-Mäkinen, J., Sekowski, M., Näränen, J., Virtanen, H., Ruotsalainen, H., Raja-Halli, A., BilkerKoivula, M., 2011. Updating the First Order Network of Finland - Present status -. NKG WG of
Geoid and Height Systems, 30.-31.5.2011.
http://www.nkg.fi/nkg/sites/default/files/WGGHS2011_Mirjam_Finland_FOGN-update.pdf
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Geodeettinen laitos julkaisee lähitulevaisuudessa uudet painovoima-arvot verkon pisteille.
Gravimetrin kunto ja kalibrointivakio voidaan tarkistaa Geodeettisen laitoksen kalibrointilinjalla
Masala-Vihti. Linja koostuu kuudesta pysyvästi merkitystä pisteestä noin 10 mgalin välein. Linja
on dokumentoitu julkaisussa:
Ruotsalainen, H., Mäkinen, J. ja Kääriäinen, J., 1998. Gravimetrien kalibrointilinja Masala-Vihti.
Tiedote 20, Geodeettinen laitos.
Linjan perustamisen jälkeen useat organisaatiot ovat useilla eri gravimetreilla suorittaneet sillä suuren määrän mittauksia, joihin perustuen Geodeettinen laitos julkaisee lähitulevaisuudessa uudet
painovoima-arvot linjan pisteille.
Geologian tutkimuskeskus (GTK) on päivittämässä vanhaa alueellista painovoimarekisteriään uuteen. Painovoima-anomaliat muutetaan uusien standardien mukaiseksi, kaikille pisteille lasketaan
topografiakorjaus sekä tehdään tarkistuksia ja korjauksia. Duplikaatit ja virheelliset tiedot poistetaan.
GTK:n vanhassa järjestelmässä Bouguer-anomalia laskettiin seuraavan kaavan mukaisesti:
gB = gM(FOGN)-g0(1930,kkj)-14.00+0.3084×h(N60)-0.1119×h(N60)+TK
Vuoden 1930 normaalipainovoiman kaavasta siis vähennettiin 14.00 mgal, leveysaste oli kkjjärjestelmän ja kaikki korkeusarvot N60-järjestelmän mukaisia.
g0 (1930) / mgal = 978049 + 5149.34*sin2 +22.834*sin4 +0.124*sin6
GTK:n uudessa järjestelmässä Bouguer-anomalia lasketaan seuraavan kaavan mukaisesti:
gB = gM(FOGN)-g0(1980,EUREF-FIN)+ gatm(N2000)- gh(N2000)-0.1119×h(N2000)+TK
Määrittely noudattaa GRS80 (Geodetic Reference System 1980) –järjestelmää. Leveysaste on
EUREF-FIN -järjestelmän ja kaikki korkeudet N2000 -järjestelmän mukaisia.
g0 (1980) /mgal = 978032.67715 × (1+0.005 279 0414 sin2
+0.000 023 2718 sin4
+0.000 000 1262 sin6
+0.000 000 0007 sin8 )
gh
(0.3087691 0.0004398sin2 )×h + 7.2125×10 8 ×h2
gatm = 0.874
gB
9.9 × 10 5 ×h + 3.56 × 10 9 ×h2
= Bouguer-anomalia
gM
= mitattu painovoima
g0
= normaalipainovoima
h
= korkeus
TK
= topografiakorjaus
gatm = ilmakehäkorjaus
gh
= ilmagradientti
= leveysaste
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Vakio 0.1119 vastaa Bouguer-laatan tiheyttä 2670 kg/m3. Bouguer-reduktioon sisältyy järven jäällä
mitatuille pisteille tehtävä vesikorjaus, joka saadaan kertomalla veden syvyys kertoimella 0.07.
Käytettävät yksiköt ovat [mgal] ja [m]. Topografiakorjaus lasketaan 18.8 km:n säteellä Maanmittauslaitoksen 25 m × 25 m korkeusmallin avulla. Lumipeite on otettu huomioon painovoima-arvoa
laskettaessa.
GTK:n uudistetussa alueellisten painovoimamittausten rekisterissä on seuraavat tiedot. Kentät on
erotettu toisistaan yhdellä välilyönnillä.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
11.
12.
13.
14.
16.
KL_KKJ
NRO
X_KKJ
Y_KKJ
H_N60
G_FOGN
GB
GBTK
GVH
A8
I6
F10.2
F10.2
F7.2
F10.3
F8.3
F8.3
I3
PVM
TK
JS
LS
IMO
I8
F7.3
F6.2
F6.2
I2
17. ISEC
I2
18.
19.
20.
21.
22.
23.
F10.2
F10.2
F7.2
F8.3
F8.3
A7
XUTM
YUTM
H_N2000
GB80
GB80TK
KL_EUREF
KKJ-KARTTALEHTI
MITTAUSPISTEEN NUMERO
X-KOORDINAATTI /m /KKJ
Y-KOORDINAATTI /m /KKJ
H-KOORDINAATTI /m /N60
PAINOVOIMA FOGN-JÄRJESTELMÄSSÄ /mgal
BOUGUER-ANOMALIA /mgal, vanha järjestelmä
GB TOPOGRAFIAKORJAUKSEN JÄLKEEN /mgal
GVH-TARKKUUSLUKU (arvioitu keskivirhe
pienempi kuin annettu arvo):
PAINOVOIMA (G), KORKEUS (V), X JA Y (H)
G
V H
0 <0.010 mgal
0 0 <0.01 m
1 <0.040 mgal
1 1 <0.05 m
2 <0.100 mgal
2 2 <0.10 m
3 <0.200 mgal
3 3 <0.50 m
4 <0.300 mgal
4 4 <1.00 m
5 <0.500 mgal
5 5 <2.00 m
6 <1.000 mgal
6 6 <5.00 m
7 <2.000 mgal
7 7 <10.0 m
8 <5.000 mgal
8 8 <20.0 m
9 <10.00 mgal
9 9 <100. m
MITTAUKSEN PÄIVÄMÄÄRÄ PPKKVVV
TOPOGRAFIAKORJAUS/mgal,LASKENTASÄDE 18.8 km
JÄRVEN SYVYYS /m
LUMEN SYVYYS /m
MITTAUSORGANISAATIO
0 = Geologian tutkimuskeskus
1 = Geodeettinen laitos
2 = Suomen Malmi Oy
3 = Outokumpu Mining Oy
4 = Astrock Oy
5 = Oulun Yliopisto
6 = Helsingin Teknillinen Korkeakoulu
7 = Rautaruukki Oy
SUOJAUS
0 = kaikkien käytettävissä normaaliehdoin
1 = vain GTK:n käyttöön
3 = vain rekisterin ylläpitäjän käyttöön
X-KOORDINAATTI /m /UTM /EUREF-FIN
Y-KOORDINAATTI /m /UTM /EUREF-FIN
H-koordinaatti /m /N2000
BOUGUER-ANOMALIA /mgal /GRS80-JÄRJESTELMÄ
GB80 TOPOGRAFIAKORJAUKSEN JÄLKEEN /mgal
UTM-KARTTALEHTINUMERO
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Uuden järjestelmän mukaiset koordinaatit, korkeudet ja karttalehtinumerot on saatu vanhan järjestelmän arvoista Geodeettisen laitoksen ja Maanmittauslaitoksen julkaisemilla tarkoilla kaavoilla.
Topografiakorjaukset on laskettu 18.8 km:n säteellä Maanmittauslaitoksen 25 m x 25 m digitaalisen
korkeusmallin avulla. Anomaliat on laskettu uudestaan lähtien mitatusta painovoima-arvosta. Rekisterissä on tietoja useista lähteistä. Tietojen alkuperä ja käyttöoikeudet on ilmoitettu erillisellä
koodilla.
Rekisteriä on aika ajoin täydennetty digitoimalla valituille pisteille koordinaatit ja Bougueranomalian arvot ns. systemaattisiin painovoimamittauksiin perustuvilta anomaliakartoilta. Näille
pisteille on päivityksen yhteydessä interpoloitu Maanmittauslaitoksen 25 m x 25 m digitaalisen
korkeusmallin avulla korkeus, minkä jälkeen on laskettu Bouguer-anomalian, koordinaattien ja korkeuden avulla niitä vastaava painovoima-arvo.
Päivityksen yhteydessä on suoritettu tarkistuksia ja korjauksia käyttämällä hyväksi Maanmittauslaitoksen digitaalisia korkeusmalleja, kansalaisen karttapaikkaa:
http://kansalaisen.karttapaikka.fi/koordinaatit/koordinaatit.html?e=406643&n=7195132&scale=800
0000&width=600&height=600&tool=siirra&lang=fi
ja avoimien aineistojen tiedostopalvelua:
https://tiedostopalvelu.maanmittauslaitos.fi/tp/kartta .
Rekisteriä hyväksi käytettäessä on huomioitava alkuperäisten mittausten keskivirhe ja pistejakauma
sekä interpolointivirhe. Näiden perusteella voidaan arvioida alaraja havaittavissa olevien anomalioiden suuruudelle ja puolileveydelle.
Koska noin 275 000 havaintoa käydään läpi lähes piste pisteeltä, tarkistustyö on kaikista apuvälineistä huolimatta osoittautunut melko työlääksi ja on vielä kesken. Näyttää siltä, että lopullisen päivitetyn rekisterin julkistaminen siirtyy vuoden 2014 puolelle. Väliaikaisia versioita on toki jatkuvasti käytössä.
Mitä tästä kaikesta opimme? Gravimetristen menetelmien infrastruktuuri ja standardit ovat täysin
uusiutuneet yli 40-vuotisen työurani aikana, ja varmasti kehittyvät tästä eteenkin päin. Esimerkiksi
laserkeilaukseen perustuvat uudet korkeusmallit mahdollistavat entistä tarkemman topografisen
korjauksen laskemisen. Mitä paremmin olemme valmistautuneet ja mitä sinnikkäämmin työskentelemme kehittyneiden standardien ja uusien mahdollisuuksien käyttöönottamiseksi, sitä monipuolisempaa ja laadukkaampaa tulee olemaan mittaustulosten käyttö.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
GTK:n "langaton" reikämittauslaitteisto
Heikki Forss
Geologian tutkimuskeskus, PL 1237, 70211 Kuopio, (heikki.forss@gtk.fi)
Geologian tutkimuskeskus on hankkinut vuoden 2012 lopussa uuden reikäloggauslaitteiston. Laitteiston toimitti kotimainen Vatjus-Micro Oy. Mittauslaitteisto koostuu itsenäisistä automaattisesti
tallentavista antureista, jolloin reikään laskettavalta anturilta ei tarvita langallista yhteyttä maanpinnalle. Anturin laskennassa voi käyttää kevyttä vaijeria/narua tai tankoja, jos kyseessä on vaakareikä.
Mittausta aloitettaessa mittausanturi alustetaan maastotietokoneella sekä synkronoidaan anturin ja
maastotietokoneen kellot (kuva1). Maanpinnalla, reiän suulla sijaitsevalta, matkamittarilta saadaan
syvyystieto, mikä talletetaan maastotietokoneen muistiin (kuvat 2 ja 3). Mittauksen lopuksi mittausanturin tiedot luetaan maastotietokoneelle ja yhdistetään syvyyslukemiin.
Laitteiston nykyinen kokoonpano sisältää luonnongamma-, tiheys-, suskeptiivisuus- ja ominaisvastusanturit. Tiheysanturi koostuu yhdestä gammasensorista ja CS-137 säteilylähteestä. Kokonaisuuteen kuuluu myös tiedonsiirto- ja tuloskäsittelyohjelmisto tietokoneelle.
Tällä tekniikalla toimivia antureita on toimitettu erillisinä laitteistoina suskeptiivisuus- ja tiheysanturein sekä kaltevuusmittareina, mutta tällä kokoonpanolla laitteisto on ensimmäinen laatuaan.
Kuva 1. Suskeptiivisuusanturi kytkettynä
maastotietokoneeseen anturin alustusta
/tiedon lukua varten.
Kuva 3 (oikealla). Mittaustapahtuma, anturi
on tallennustilassa reiässä ja matkapyörän
syvyyslukemat taltioidaan
maastotietokoneelle
Kuva 2. Matkapyörä ja vaijerikela.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Evaluation of Distributed Thermal Response Test (DTRT) method –
Nupurinkartano as a case study
Petri Hakala1, Annu Martinkauppi1, Ilkka Martinkauppi1 & Nina Leppäharju2
1
Geologian tutkimuskeskus, PL 97, 67101 Kokkola (etunimi.sukunimi@gtk.fi)
2
Geologian tutkimuskeskus, PL 96, 02151 Espoo (etunimi.sukunimi@gtk.fi)
Introduction
Designing a reliable, efficient and lasting borehole heat exchanger (BHE) system requires
understanding about the thermophysical properties of the ground surrounding the boreholes. The
two most important factors are the thermal conductivity and the temperature of the ground. Both of
these vary notably not only regionally and depending on the rock type but also very locally.
Besides, the properties of the heat exchanger itself affect system efficiency creating a thermal
resistance between the heat carrier fluid and the borehole wall. These parameters need to be
measured to get in situ information.
The conventional and nowadays rather widely used method for evaluating the effective ground
thermal conductivity and the borehole thermal resistance is the Thermal Response Test (TRT). TRT
combined with temperature measurements along the borehole depth using optical fiber
thermometers is called the Distributed Thermal Response Test (DTRT). DTRT is merely a
modification of the conventional TRT enabling to determine vertical variations of the ground
thermal conductivity and the borehole thermal resistance, i.e. the layered parameters. Thus, DTRT
enables a more detailed look on the subsurface thermal properties which are significant in
heterogeneous and anisotropic environment.
In our study, the evaluation of distributed thermal response test was made in Nupurinkartano test
area (located in the northern part of Espoo). The purpose was to assess the DTRT method in total,
from measurements to interpretation and to the utilization of the results. Nupurinkartano was
selected as a test area because GTK has in situ knowledge of about the geological and geophysical
conditions and the composition and the structure of the bedrock, respectively, from the site.
The methodology of DTRT
For determining the layered thermal conductivity of the bedrock and the borehole thermal resistance, the temperature of the heat carrier fluid is logged with optical fiber cables along the borehole depth during different phases of TRT. In addition, the borehole depth needs to be divided into
sections to calculate heat transfer (
) into bedrock in a specific layer. Applying, for example, the analytical infinite line source method (Eq.1 ) to each section, fitting the calculated fluid
temperatures into the measured ones and minimizing the error between them, the layered thermal
parameters of the bedrock (thermal conductivity k and thermal resistance ) are optimized and
solved.
In our study, the borehole (depth = 200 m) was divided into nine sections, each of 20 meters thick
(Figure 1.). This way, we neglected first and last ten meters of the BHE length to eliminate the influence of the ambient air and disturbances of fiber splicing at the bottom of the borehole. DTRT
carried out consisted of four different phases and lasted almost 310 hours in total. In the first phase,
the undisturbed ground temperature was measured without circulating heat carrier fluid. Followed
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
by the second phase, where a pre-circulation of the fluid without heating was carried out for one
hour. Subsequently, in the third phase, a constant heat power was injected for 94 hours. Finally, in
the fourth phase, the borehole recovery was observed measuring the temperature with no heating or
fluid circulation during 216 hours. Applying the line source function to each layer as mentioned
above, the layered thermal conductivity of the bedrock was optimized and solved from the fitting
period of 10-90 hours i.e. the heating period first and then from the fitting period of 105-145 hours
i.e. the recovery period.
Figure 1. Multilayered model of the borehole.
The average temperature of the heat carrier fluid during each thermal phase was calculated with six
temperature values i.e. three in each pipe within each layer (points located at the top, middle and
bottom). Temperatures in different layers are presented in Figure 2. When heating elements in the
TRT rig were switched off (time instance 94 h) fluid temperature began to approach the initial
temperature profile of the bedrock as presented in Figure 3. Recovery is clearly more rapid at early
hours than at late times.
Figure 2. The temperature profile of each
layer. Differences between fluid average
temperatures at different layers are more
obvious in the recovery phase than in the
heating phase. The average initial temperature of the BHE is marked on a solid red
line.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Figure 3. The temperature profiles following the heating phase i.e. recovery profiles
vs. undisturbed initial temperature. Bedrock temperature gradually approaches the
undisturbed initial state.
During the recovery phase, borehole thermal resistance cancels because injected heat power is
almost zero and temperature in the borehole homogenizes rapidly. Temperatures measured during
the recovery period are therefore independent of borehole resistance and only parameter which can
be calculated from recovery data is the bedrock thermal conductivity. However, the evaluation of
the recovery period is usually more recommendable. Also, during the heating period, the unknown
positions of optical fiber cables may have some influence on the measured temperatures. Hence,
thermal conductivity determination from recovery data is more reliable than with the case of heating
data. Utilizing thermal conductivities acquired from the heating and recovery period as an input
parameter, the layered borehole thermal resistance was evaluated thereafter from heating period 10 90 h.
The infinite line source method is valid only when injected heat flux remains constant over the
whole heating period in the thermal response test. If there are large variations in the heat power,
constant power assumption will not be valid. The line source method can be used if variable heat
injection rates are taken into account with the superposition technique which means heat power is
divided into several pulses with a constant heat rate and the same time step. If the DTRT consists of
both heating and recovery periods, there is change in the heat power right after the heating period.
That is why a temporal superposition method was used in our study.
Results
Figure 4 reveals the DTRT results. The layered thermal conductivity varied between 2.8 - 4.2
W/(m·K) at different sections of the bedrock depending on whether or not the variable heat rate
effects were taken into account. The layered thermal resistance of the borehole varied between 0.06
- 0.11 K/(W/m), respectively. Figure 4 shows that thermal conductivities solved using variable heat
rates, i.e. the superposition technique applied to the recovery data (blue solid line), are smaller than
infinite line source results solved using constant heat power applied to the heat injection data (red
solid line) on five first layers but gives larger value in the last sections. The red dash line presents
the average value of all nine layers achieved using constant heat power i.e. the conventional TRT.
The blue dash line presents the average value of all nine layers achieved using the variable heat rate
respectively.
Geologically the study area was considered homogeneous granite. Also, the borehole geophysical
investigations made earlier showed the bedrock is homogeneous and solid where notable changes in
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
rock type were not detected. The results we got from the scanning electronic microscope analysis
(SEM) indicated a good thermal conductivity because of reasonably high quartz content. Thus, the
differences in the estimation of the layered thermal conductivity may be attributed to find the
appropriate fitting period and layer sectioning as well.
The variations in the estimation of the borehole thermal resistance can be due to the convective
heat, which was not considered, and the possibly lateral deviation of U-pipe along the borehole
depth on the other hand. There were also high thermal variations between heat rates in each layer.
Due to these variations thermal powers were averaged over the whole heating period which may
also have effect on the acquired layered borehole thermal resistance values.
Obviously, the DTRT method offers a more detailed overview along the borehole which is more
significant in heterogeneous and anisotropic environment. However, with DTRT it is possible to
detect fissures and cracks where groundwater movements occur which is not the case in a
conventional method. On the other hand, the DTRT procedure takes the longer time than the
conventional TRT procedure due to the recovery phase. So, using simply optical fiber cables
measuring the true average temperature enables the more accurate estimation of the effective
thermal parameters.
Figure 2.
Figure 4. The layered thermal conductivities achieved from the recovery and heat injection data alike (on
the left) and the layered thermal resistance of the borehole (on the right). The layered thermal conductivity
calculated from the recovery period is marked on blue solid line and the layered thermal conductivity
calculated from the heating period is marked on red solid line. The dashed lines present the averaged value
of all nine layers achieved using constant heat power and variable heat rate correspondingly.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Olkiluodon uusi lineamenttitulkinta
Markku Paananen
Geologian tutkimuskeskus
Paikkatutkimukset Olkiluodossa ovat jatkuneet n. 25 vuotta, ja niissä on käytetty hyvin laajaa geofysikaalisten tutkimusmenetelmien valikoimaa eri geometrioilla ja eri mittakaavoissa. Mittauksia on
tehty ilmasta, maanpinnalta, kairanrei’istä sekä ONKALO-tunnelista. Osana täydentäviä paikkatutkimuksia Olkiluodon alueella tehtiin geofysikaalisia matalalentomittauksia kahdessa eri vaiheessa
vuosina 2008 ja 2009 (Kuva 1). Vuoden 2008 mittaukset kohdistuivat Eurajoensalmen alueelle pohjoiseen ja luoteeseen Olkiluodosta. Vuoden 2009 mittaus kattoi suuren osa Olkiluodon saarta sekä
merialuetta ja saaristoa lännessä, lounaassa ja etelässä Olkiluodon ympärillä. Mittauksissa käytetty
linjaväli oli 50 m. Vertailu vanhaan GTK:n lentoaineistoon osoitti uuden aineiston tuovan esiin
huomattavasti enemmän yksityiskohtia, vaikka osa keskeistä aluetta Olkiluodon saarella jouduttiin
jättämään mittaamatta lentorajoitusten vuoksi.
Uusi lineamenttitulkinta perustuu näihin uusiin geofysikaalisiin mittauksiin. Tulkintaa varten geofysikaalista aineistoa prosessoitiin paljon laskemalla mm. erilaisia gradientteja ja suodatuksia ja
laatimalla niistä karttoja. Työssä tarkasteltiin myös kaarevuusanalyysiin perustuvan automaattisen
lineamenttitulkinnan mahdollisuuksia. Lisäksi tehtiin kvantitatiivista profiilitulkintaa kaateiden ja
kontaktien paikkojen selvittämiseksi.
Kvalitatiivinen lineamenttitulkinta tehtiin tarkastelemalla visuaalisesti erilaisia geofysikaalisia karttaversioita ja digitoimalla kunkin tulkitun lineamentin geometria. Erityistä huomiota on kiinnitetty
lineamentteihin liittyvien mahdollisten deformaatiovyöhykkeiden geologisen luonteen arvioimiseen. Lineamentit on kerätty kahteen ArcGIS-teemaan (magneettiset ja sähkömagneettiset erikseen), joihin liittyy attribuuttitaulukko. Taulukkoon on dokumentoitu tulkittujen piirteiden ominaisuuksia, kuten lineamentin tunnus, viittaus käytettyyn aineistoon, epävarmuus, pituus, keskimääräinen suunta sekä todennäköinen geologinen luonne. Epävarmuuden perusteella lineamentit jaettiin
kolmeen luokkaan (1 = low uncertainty, 2 = medium uncertainty, 3 = high uncertainty) sen perusteella, kuinka voimakkaina piirteinä ne näkyvät aineistossa.
Tulkittujen lineamenttien kokonaismäärä on 125 magneettista ja 33 sähkömagneettista lineamenttia.
Niiden pääsuunnat vaihtelevat välillä WNW-ESE ja NNW-SSE. Lisäksi merkittäviä suuntia ovat NS ja E-W. Sähkömagneettiset lineamentit liittyvät pääasiassa johtaviin kapeisiin merialueisiin saarten välillä, joten ne voivat olla epäsuoria viitteitä kallioperän deformaatiovyöhykkeistä.
Olkiluodon alueella lähes E-W-suuntaiset Liiklan hiertovyöhyke sekä Selkänummen deformaatiovyöhyke on parhaiten tunnetut duktiilit piirteet. Niiden olemassaolo on voitu varmentaa geologisilla havainnoilla maanpinnalta sekä kairanrei'istä. Nämä vyöhykkeet erottuvat selkeästi magneettisessa ja osin myös EM-aineistossa. Ne rajaavat Olkiluodon keskeistä tektonista yksikköä pohjoisessa ja etelässä. Magneettisen aineiston perusteella vyöhykkeet yhtyvät Olkiluodon ulkopuolella
muodostaen tektonisen linssin. Myös melko voimakkaat WNW-ESE -suuntaiset piirteet Olkiluodon
saaren eteläpuolella kuvaavat todennäköisesti duktiileja piirteitä, ja niiden on tulkittu liittyvän alueen D2-vaiheen deformaatioon. Voimakkaat lineamenttitrendit NNW-SSE, NW-SE sekä N-S on
arvioitu etupäässä hauraisiin piirteisiin liittyviksi, koska ne usein leikkaavat tai siirrostavat suhteellisen terävästi magneettisia anomalioita. Korrelointi geologisen tiedon kanssa osoittaa, että erityisesti N-S –suuntaiset vyöhykkeet ovat luonteeltaan hauraita. Kuitenkin on myös viitteitä siitä, että
N-S –suuntaiset hauraat piirteet liittyvät alueen nuorimpaan tunnettuun duktiiliin deformaatiovaiheeseen D4. Yleisemminkin voidaan todeta, että duktiilit rakenteet voivat kontrolloida myöhempää
haurasta deformaatiota.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Pelkän geofysikaalisen tulkinnan lisäksi tulkintatulos yhdistettiin aiempaan lineamenttitulkintaan,
joka pohjautuu geofysikaaliseen, topografiseen sekä meren syvyysaineistoon. Yhdistetyssä tulkinnassa (Kuva 2) on yhteensä 200 lineamenttia, ja se toimii yhtenä lähtökohtana laadittaessa Olkiluodon alueen geologista mallia.
Kuva 1. Olkiluodon alueen uusi vuosien 2008 ja 2009 lentomittaus, magneettinen totaalikenttä.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Kuva 2. Lopullinen yhdistetty lineamenttitulkinta luokiteltuna epävarmuuden perusteella.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Louhinnan laadunvalvonta maatutkalla
Pekka Kantia
Geofcon
Johdanto
Posiva Oy ja SKB (Ruotsi) valmistautuvat käytetyn ydinpolttoaineen geologiseen loppusijoitukseen. Posiva on hakenut rakentamislupaa ONKALO:n loppusijoituslaitokselle loppuvuodesta 2012.
SKB suunnittelee loppusijoitusta Forsmarkiin ja tätä koskien rakentamislupahakemus on jätetty
2011. Referenssiksi on valittu KBS-3 loppusijoitusmenetelmä. Menetelmässä käytetty polttoaine
kapseloidaan ja sijoitetaan tunneliin porattaviin sijoitusreikiin. Sijoitusreiät ja tunneli täytetään bentoniittisavella ja sijoitustunnelit suljetaan tulppaamalla.
Loppusijoitustunnelit louhitaan poraus-räjäytys menetelmällä. Louhinta vaurioittaa tunnelin pintoja.
Tätä vaihtelevaa vauriokerrosta kutsutaan louhintavaurioksi (engl. Excavation Damaged Zone EDZ). Louhintavauriolla on arvioitu olevan vaikutus loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuteen.
Tästä syystä käynnistettiin louhintavaurion karakterisointitutkimus. Maatutkamenetelmää esitettiin
louhintavaurion arviointiin. Menetelmää on testattu useissa tutkimuksissa ONKALO:ssa ja Äspö
HRL:ssa. Tutkimusten yhteydessä on määritetty louhintavaurion perusluonnetta.
Menetelmä
Louhintavaurion tutkimukseen ja louhinnan laadunvalvontaan kehitetyssä maatutkamenetelmässä
(engl. GPR EDZ method) korkeataajuusmittaus suoritetaan puhdistetulla kivipinnalla. Mittauslinjoja toteutetaan tarpeen mukaan sekä lattialla että seinillä. Maksimi tutkimussyvyys on noin yksi metri. Aineiston prosessoinnin jälkeen suoritetaan louhintavauriovasteen laskenta. Laskentaoperaatio
perustuu korkeataajuisen tutkasignaalin dispersioon. Liikkuvassa ikkunassa laskettu dispersioluku
esittää kallion vaurioitumisastetta verrattuna ympäristöönsä. Vaurioaste voidaan esittää profiilikuvina ja mikäli aineisto on mitattu tiheästi myös vauriokarttoina ja 3D visualisointina. Menetelmässä
oleellista on raja-arvon asettaminen dispersioluvulle. Raja-arvon määrityksessä on käytetty sekä
tilastollisia että muiden tutkimusmenetelmien tuottamaa aineistoa. Laskentaa ja tulosten esittämistä
varten on kehitteillä uusi ohjelmisto. Menetelmän tutkimus ja kehitystyö jatkuu edelleen.
Laadunvalvontamenetelmä on osoittautunut olevan nopea ja tehokas paikantamaan alueita, joissa
louhintavaurio poikkeaa keskimääräisestä. Yksittäisen tutkimuslinjan mittaaminen kestää vain minuutteja ja arvio louhinnan laadusta on saatavilla lähes reaaliajassa. Tämä mahdollistaa menetelmän
käytön myös louhinnan laatua ohjaavana työkaluna. Toistaiseksi ei ole esitetty muita ainetta rikkomattomia menetelmiä, joilla louhinnan laatua voidaan tarkkailla.
Menetelmää ei ole toistaiseksi testattu muissa kuin kiteisen kiven tapauksessa. Johtavien mineraalien on todettu vaikeuttavan menetelmän käyttöä. Menetelmän luonteesta johtuen se ei kykene muodostamaan luotettavaa kuvaa kallion pinnan (0-5cm) vaurioitumisesta. Edellä mainitut rajoitteet
asettavat haasteita, mutta toistaiseksi niiden ei ole merkittävästi todettu häiritsevän laadunvalvontaprosessia.
Yhteenveto
Tutkimustyön aikana louhintavaurio ONKALOssa on todettu epäjatkuvaksi ja kivilajiriippuvaiseksi. Louhintavaurioon vaikuttaa merkittävästi louhinnassa käytetty räjäytyskaavio ja panostus. GPR
EDZ menetelmän on osoitettu tehokkaaksi louhinnan laadunvalvontatyökaluksi. Tutkimus menetelmän parissa jatkuu edelleen.
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
Toistettavien DC/IP mittausten toteutuksien ja inversiotulkinnan kehittämisestä
Juhani Korkealaakso
Vastus- ja indusoidun polarisaation (DC/IP-) mittauksia käytetään paljon erilaisissa hydrogeologisissa ja ympäristögeotekniikan tutkimuksissa. Mittauksia toteutetaan niin maanpinnalta, rei’istä,
reikien väliltä kuin reikien ja maanpinnan väliltä. Maa- ja kallioperän sähköisissä ominaisuuksissa
tapahtuvat ajalliset vaihtelut liittyvät lähinnä vesipitoisuuksissa, lämpötiloissa, huokoisuuksissa ja
maavesien sähkönjohtavuuksissa tapahtuviin muutoksiin. Myös vesi/mineraali -rajapintojen varausjakaumaan (saostumis- ja liukenemisreaktiot, ioninvaihtoprosessit jne.) liittyvät muutokset voivat
olla merkittäviä. Toistomittauksissa monitoroinnit toteutetaan tekemällä samoja mittauksia eri ajanhetkillä ja jäljittämällä mittauskertojen välillä tapahtuneita muutoksia sähköisissä ominaisuuksissa.
Toistomittauksissa hyödynnetään usein kiinteitä elektrodiasennuksia. Tulkinnalla pyritään selvittämään sähköisten ominaisuuksien ajalliset ja spatiaaliset muutokset suhteessa edeltävän mittauksen
tai taustamittauksen ominaisuuksiin.
Maa- ja kallioperän sähköisiin ominaisuuksiin vaikuttavat hydrologiset ja geokemialliset prosessit
ovat useimmiten luonteeltaan 3-ulotteisia ja niiden etenemistä ohjaavat rakenteet ovat hyvin heterogeenisia. Sähköiset monitoroinnit vaativat onnistuakseen useimmiten hyvin kattavia maa- ja reikäelektrodikenttiä kaapeleineen sekä tiheitä linja- ja toistomittauksia. 3-ulotteisen tulkinnan monikäsitteisyydestä johtuen tulkintaprosessiin on syytä liittää kaikki saatavilla oleva hydrogeologinen ja
geokemiallinen piste- ja reikätieto samoin kuin muiden geofysiikan menetelmien tuottama epäsuora
informaatio.
Mallinnuskehityksessämme yritämme tehostaa DC/IP -monitorointien tuottaman tilavuusinformaation soveltuvuutta hydrogeokemiallisten prosessien ja prosessien käyttäytymisen kannalta keskeisten hydrogeologisten rakenteiden ominaisuuksien tutkimiseen. Tätä varten olemme yhdistäneet
DC/IP- vasteiden teoreettisen laskennan osaksi reaktiivista TOUGHREACT- kulkeutumismallinnusohjelmistoa. Mitatut DC/IP- vasteet käsitellään muun mittaustiedon kanssa osana kulkeutumismallin parametrien kalibrointiprosessia.
TOUGHREACT on Lawrence Berkeley Laboratorion johdolla kehitettävä numeerinen, yleiskäyttöinen simulaattorikokonaisuus (http://esd.lbl.gov/research/projects/tough/software/). Sillä voidaan
simuloida kolmessa ulottuvuudessa monifaasista ja -komponenttista aineen ja lämmön kulkeutumista sekä kulkeutumiseen liittyviä biokemiallisia reaktioita huokoisessa ja/tai rakoilleessa väliaineessa. Vesi/mineraalivuorovaikutukset voivat tapahtua tasapaino- tai kineettisinä reaktioina. Saostumis-liukenemisreaktiot voivat muuttaa huokoisuuksia ja vedenjohtavuutta. Myös kaasufaasi voi
olla kemiallisesti aktiivinen. Ohjelmaa käytetään laajasti geotermiseen energiaan, CO 2:n varastointiin, ydinjätteiden loppusijoitukseen ja ympäristöongelmiin liittyvissä tutkimuksissa.
Mittausvasteiden analysoinnissa keskeisimpänä elementtinä on inversiomallinnuksen iTOUGH2moduuli (esim. http://esd.lbl.gov/iTOUGH2). Mikä tahansa TOUGHREACT parametri voidaan
arvioida minkä tahansa mitatun vasteen ja sitä vastaavan simulaattorin laskeman teoreettisen vasteen perusteella. iTOUGH2 ratkaisee käänteisen ongelman kalibroimalla automaattisesti simuloidun
ennustevasteen mitattuihin havaintoihin. Mallivasteen ja mittausvasteen välisen eron minimointi
toteutetaan iteratiivisella prosessilla, jossa parametriarvoja muuttamalla parannetaan koko ajan vasteiden yhteensopivuutta. Parhaan parametrijoukon löydyttyä iTOUGH2 toteuttaa mittavan virheanalyysin, joka sisältää residuaalien tilastollisen informaation, epävarmuuksien arvioinnin sekä arvion
eri mallivaihtoehtojen soveltuvuuksista. Lisäksi moduuli laskee ennustusvirheen epävarmuusanalyysillä. Arvioitavina parametreina voivat olla mitkä tahansa kytkettyjä prosesseja kuvaavien yhtä-
Sovelletun Geofysiikan XIX Neuvottelupäivät, 24.-25.9.2013, Eurajoki
löiden kertoimet kuten hydrogeologiset ja termofysikaaliset parametrit, alku- ja reunaehdot, konseptuaalisen mallin parametrisoituvat tekijät jne.
TOUGHREACT/DC/IP- kytkennässämme jokaisen iTOUGH -moduulin päivitysaskeleen jälkeen
päivitetään 3D ominaisvastus- ja IP -parametrijakauma senhetkisillä hydrogeokemiallisten parametrien arvoilla. Geofysikaaliset mittausvasteet simuloidaan tämän jälkeen päivitettyjä parametreja
vastaaviksi ja vasteita verrataan kenttämittauksiin. Hydrogeokemialliset ja sähköiset attribuutit voidaan linkittää toisiinsa joko tunnettujen petrofysikaalisten mallien ja/tai laboratoriomääritysten
avulla. Kytketyssä mallinnuksessa yksittäisen DC/IP -mittauksen ajanhetki saadaan sidottua luonnollisella tavalla mallinnetun prosessin vastaavan ajanhetken tilaan.
Kytkettyä mallinnusta ja inversiota on sovellettu mm. maaperään injektoidun höyryn vaikutusten
seuraamiseksi tehdyille monitoroinneille. Sähköiset DC/IP monitoroinnit on toteutettu toistamalla
linjamittauksia maanpinnalla ja tekemällä reikien ja maanpinnan välisiä tomografiamittauksia
(ABEM Terrameter LS). Vedenjohtavuusjakauman kalibroinnin ohella on voitu arvioida hydro–
termo-kemiallisten osaprosessien merkittävyyttä havaittuihin sähköisten ominaisuuksien muutoksiin ajan funktiona.
Monitorointitoteutusten kehittämiseksi olemme testanneet langattomien sensorialustojen mahdollisuuksia toteuttaa DC/IP- mittauksia hajautettuna sensoriverkkomonitorointina. Hajautetun mittaussysteemin tuloksia on verrattu perinteisen tietokoneohjatun kytkinreletoteutuksen vastaaviin. Prototyypissä kukin sensorialusta pystyy toteuttamaan sekä potentiaalieromittaukset että syöttämään virtaa maahan siihen yhdistettyjen 2-8 elektrodin avulla. Sensorialustat voivat sijaita periaatteessa missä tahansa tutkittavan tilavuuden pinnalla ja radiokantaman sisäpuolella ilman vaikeasti ylläpidettäviä, pitkiä johtoyhteyksiä. Tarvitaan ainoastaan yhteydet kunkin alustan omiin elektrodeihin. Järjestelmä pystyy käyttämään myös ulkoisia virtalähteitä. Kaikkien sensorialustojen mittaukset ovat
synkronoitu keskenään. Monikanavaisuus ja samanaikaisuus mahdollistavat kohinan tehokkaan
prosessoinnin. Tarvittaessa virtaa pystytään syöttämään monista dipoleista samanaikaisesti. Usean
lähteen käytöllä pyritään parantamaan mittausten signaali-kohinasuhdetta ja samalla kohdentamaan
monitorointien herkkyyttä haluttuihin tilavuuksiin.