GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Ydin-jatteiden si joitus' tutkiinukset

arkisto.gsf.fi

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Ydin-jatteiden si joitus' tutkiinukset

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS

Ydin-jatteiden si joitus'tutkiinukset

Tiedonanto YST-50

Pekka Nurmi, Ilmo Kukkonen, Pertti Lahermo,

Martti Salmi ja Pekka Rahkola

KALLIOPOHJAVESIEN GEOKEMIA:

ALUSTAVAT TULOKSET SYVISTX KAIRAREI'ISTX OUTOKUMMUN,

KERIMXEN, PARAISTEN JA LIMINGAN ALUEELTA

Raportti kauppa- ja teolli'suusministerion rahoittamasta

'tutkimuksesta

Abstract: Geochemistry of groundwater in bedrock:

Preliminary results of ground water sampling in

deep drill holes at Outokumpu, Kerimaki, Parainen

and Liminka

~spoo, jou'lukuu 1 9 8 5


Nurmi, Pekka, Kukkonen, Ilmo, Lahermo, Pertti, Salmi, Martti

and Rahkola, Pekka, 1985. Geochemistry of ground water in

bedrock: Preliminary re'sults of ground-water sampling in

deep drill holes at Outokumpu, Kerimaki, Parainen and

Liminka. Geological 'Survey of Finland, Nuclear Waste Disposal

Research, Report YST-50, 25 pages, 34 appendices.

ABSTRACT

Presented are the results of ground-water sampling and analysis

of water and dissolved gases from four drill holes: Outokumpu

(vertical depth 11 00 m) , Kerimaki (700 m) , Parainen (501 m)

and Liminka (780 m). Outokumpu and Kerimaki are located in

inland areas, where the holes penetrate mica gneisses and

mafic/ultramafic rocks. Parainen and Liminka are in the

immediate vicinity of the sea. The Parainen hole penetrates

mica and hornblende gneisses and skarn rocks. The Liminka

hole penetrates unmetamorphosed silt and shale.

The sampling was done using a tube technique that makes it

possible to obtain a continuous profile of the water existing

in a drill hole. At Liminka,the ground water is saline even

at the upper parts of the hole. The salinity increases threefold

at depths of 350 - 500 m. In the other areas, there is

a fresh water layer down to a depth of 250 - 350 m, below which

the salinity increases from10-to 100-foldat a 100-m depth interval.

At Outokumpu, two saline water layers were observed, the

zone of alteration between them being at a depth of 900 - 980 m.

The pH is above 7 in the saline ground waters with the exception

of Liminka, where the pH is mainly below 7. The Eh decreases

asa function of increasing depth and has negative values in

saline ground water. However, at Outokumpu, positive Eh values

were registered at the bottom parts of the hole below a negative

minimum at 500 - 700 m. At Outokumpu, the saline ground water

is either Ca-Na-C1 water (upper saline water layer) or Ca-Na-

Mg-C1 water (lower saline water layer); at Kerimaki and Parainen,

it is Na-Ca-C1 water; and at Liminka, the saline ground water

is Na-Ca-C1-SO4 water. The highest concentrations were generally

observed at the bottom of the holes: Outokumpu, Ca = 5700, Na =

3200 and C1 = 16800 mg/l; Liminka, Na = 8300, Ca = 5500, C1 =

22100 and SO4 = 4100 mg/l. At Kerimaki and Parainen, the

concentrations are lower. Na, Ca, Mg, Sr, Cl, Br and I concentrations

have a positive correlation to the electric conductivity

of the ground water, whereas HC03, Si02 and F have a

negative correlation to conductivity. At Parainen and Liminka,

the SO4 concentrations increase as a function of depth. At

Outokumpu and Kerimaki, the SO4 is very low in saline ground

water, with no increase as a function of depth.

2

In the S180 - s H diagram, the samples are very near or on

the global mean water line (GMWL), with the exception of the

lower saline water-layer samples from Outokumpu. They are

clearlyabove theGMWL-line. The trit'ium concentrations are

low (0.6 - 16 TU) at Outokumpu, Kerimaki and Liminka. At

Parainen, high tritium concentrations (39 - 50 TU) were registered.


The dissolved gases in saline water consists mainly of

methane and nitrogen. However, at Parainen, the gases are

atmospheric in composition.

Pekka Nurmi

Ilmo Kukkonen

Pertti Lahermo

Martti Salmi

Pekka Rahkola

Geological 'Survey of Finland

SF-02 1 50 ESP00

Finland


Nurmi, Pekka; Kukkonen, Ilmo; Lahermo, Pertti; Salmi, Martti

ja Rahkola, Pekka, 1985. Kalliopohjavesien geokemia: a'lustavat

'tulokset syvista kairarei'ista 'Outokuminun, Kerimaen,

Paraisten ja Limingan a'lueelta. Geologian 'tutkimuskeskus,

ydinjatteiden sijoi'tus'tutkimukset, tiedonanto YST-50, 25

sivua, 34 liitetta.

Tassa raportissa esitetaan tulokset pohjaveden ja siihen liuenneiden

kaa'sujen koos'tumuksesta neljasta kairareiasta Outokuminun

(vertikaalisyvyys 1100 m), Kerimaen (700 m), Paraisten (501 m)

ja Limingan (780 m) a'lueelta. Outokuminun ja Kerimaen reiat

sijaitsevat sisamaassa lavistaen kiillegneisseista ja emaksisista/ultraemaksisista

kivista koos'tuvaa kallioperaa. Paraisten

ja Limingan reiat ovat merenrannan valittomassa laheisyydessa.

Paraisilla kalliopera koos'tuu kiille- ja sarvivalkegneisseista

seka karsikivista ja Limingalla metamorfoi'tumattomasta savikivesta.

Naytteet otettiin letkunaytteenottimella, jolla saadaan jatlcuva

profiilinayte kairareiassa olevasta vedesta. Limingan reiassa

pohjavesi on 'suolaista pintaosista alkaen 'suolapitoisuuden

kasvaessa noin kolminkertaiseksi 300-500 m:n syvyydella. Muissa

rei'issa pintaosien makea vesi muut't'uu 250-350 m:n syvyydella

'suolaiseksi. Sahkonjohtokyky kasvaa alle 100 m:a paksussa

vaihettumisvyohykkeessa 10-100 -kertaiseksi. Outokummussa

voitiin erottaa kaksi 'suolaisen veden kerrosta, joiden valinen

vaihettumisvyohyke on 900-980 m:n syvyydella. Suolaisten vesien

pH on selvasti emaksinen paitsi Limingalla, jossa pH on enimmakseen

alle 7. Eh laskee yleensa syvyyden kasvaessa ja saa negatiivisia

arvoja 'suolaisessa vedessa 'lukuun ottamatta 'Outokumpua.

Siella Eh muut'tuu' uudelleen positiiviseksi reian alaosassa.

Suolainen pohjavesi on koos'tumukseltaan Outokummussa joko Ca-

Na-C1 -vetta (ylempi 'suolavesikerros) tai Ca-Na-Mg-C1 -vetta

(alempi 'suolavesikerros), Kerimaella ja Paraisilla Na-Ca-C1-

vetta ja Limingalla Na-Ca-C1-SO4 -vetta. Maksimi'suolapitoi'suudet

ovat yleensa reian pohjalla: Outokuminussa Ca = 5700, Na =

3200 ja C1 = 16 800 mg/l seka Limingalla Na = 8300, Ca = 5500,

C1 = 22 100 ja SO4 = 4100 mg/l. Kerimaella ja Paraisilla veden

'suo~apitoi'suus on selvasti pienempi. Natn, Mg:n, Sr:n, Cl:n,

Br:n seka I:n pitoi'suudet korreloivat positiivisesti ja HC03:n,

Si02:n seka F:n negatiivisesti sahkonjohtavuuden kanssa. SO4

kasvaa Paraisilla ja Limingalla syvyyden mukaan, mutta on hyvin

alhainen sisamaan 'suolaisissa pohjavesissa.

18

B 0 - 6 H -diagrammissa pohjavesinaytteet asettuvat "global

mean water line (GIYWL)" -'suoran laheisyyteen siten, etta raskaiden

isotooppien suhteellinen o'suus kasvaa yleensa syvyyden

kasvaessa. 'Outokuminun alempi 'suolaisen veden kerros poikkeaa

isotooppikoos'tuinuksensa pe'rusteella muista naytteista pisteiden

sijoittuessa selvasti GMWL-'suoran yla'puolelle. Trit'ium-pitoisuudet

ovat alhaisia (0,6 - 16 TU) 'lukuun ottamatta Paraisten

naytteita (39 - 50 TU) .


'Suolaiseen veteen l'iuenneet kaa'sut koos'tuvat paaasiassa metaanista

ja typesta. Paraisilla kaa'sun koos'tuinus vastaa kuitenkin ilmakehan

koos'tuinusta.

Pekka Nurmi

Ilmo Kukkonen

Pertti Lahermo

Martti Salmi

Pekka Rahkola

Geologian tutkimuskeskus

02150 ESP00


ABSTRACT

TIIVISTELPfi

JOHDANTO ........................................ 7

3.1. Outokumpu .................................. 9

3.2. Kerimaki .................................. 11

3.3. Parainen .................................. 13

3.4. Liminka .................................. 14

TULOSTEN TARKASTELU JA YHTEENVETO

KIITOSMAININNAT ................................. 25

LIITTEET


1. JOHDANTO

Tama tutkimus liittyy Geologian 'tutkimuskeskuksen ydinjatteiden

si joi'tus'tutkimusten osaan "Kallion ja poh javesier, geokemia"

G.1.4.4. Tutkimus on tehty kauppa- ja teolli'suusministerion

rahoi'tuksella. Osa rahoituksesta saatiiii Teolli'suuden Voima

0y:sta ja Neste 0y:sta.

Ydinjatteiden loppusijoi'tustutkimuksissa on kalliopohjavesien

koos'tumuksen ja virtausten 'tunteminen tarkeaa. Taman tycn

tavoitteena on syvalla olevien kalliopohjavesien koostumuksen

a'lustava selvittaminen erilaisissa geologisissa muodos'tumissa

kayttaen hyvaksi jo olemassaolevia kairareikia. Eraana keskeisena

tarkoi'tuksena on pohjaveden koos'tumuksen syvyysvaihte'lun

tutkiminen.

Tahanastiset tiedot syvalla olevien kalliopohjavesien koos'tu-

inuksesta ovat pe'rus'tuneet lahinna kallioporakaivoista ja

joistakin vuotavista syvakairarei'ista mm. kaivoksissa otet-

tuihin pohjavesinaytteisiin. Maassamme on 'runsaasti malmin-

etsintahankkeissa kairat'tuja 400-1100 m syvia kairareikia,

joiden halkaisija on 46 tai 56 mm. Naiden reikien kayttamisen

pohjavesinaytteenottoon on estanyt sopivan naytteenottomene-

telman puuttuminen. Geologian 'tutkimuskeskuksen ydinjatteiden

sijoi'tus'tutkimuksissa kehitettiin vuonna 1985 yksinkertainen

menetelma, jonka avulla saadaan yli kilometrin syvyisista

kairarei'ista seka pohjavesi- etta kaa'sunaytteet jatkuvana

profiilina (Nurmi ja Kukkonen, 1986). Tama 'tutkimus liittyy

Geologian tutkimuskeskuksessa kaynnistettyyn laajaan kallio-

pohjavesitutkimukseen, jossa 'tullaan 'suorittamaan pohjavesi-

naytteenotto 'Suomen syvista kairarei'ista. Tassa yhteydessa

esitetaan a'lustavat 'tulokset vuonna 1985 tutki'tusta neljasta

reiasta. Tulosten tarkempi kasittely ja tulkinta raportoidaan

er ikseen.


2. NXYTTEENOTTO JA ANALYSOINTI

Pohjavesinaytteet otettiin kairarei'issa olevasta vedesta

letkunaytteenottimella Nurmen ja Kukkosen (1985) kuvaamalla

tavalla. Naytteet otettiin paasaantoisesti letkun alimmasta

200 m:sta tehden' useita nostoja ja laskuja alkaen reian ylapaasta.

Nayteletku tyhjennettiin 380 ml:n erissa, joka vastaa

10 m reikapi't'uutta. Kustakin 380 ml:n erasta 80 ml kaytettiin

kenttamittauksiin (pH ja sahkonjohtavuus), 100 ml 'suodatettiin

(0,45pm), hapotettiin ja pullotettiin ja 200 ml pullotettiin

sellaisenaan. Valittomasti kunkin noston jalkeen mitattiin

Eh letkun alimman kolmen metrin naytteesta kayttaen argonia

suojakaasuna. Sahkonjohtavuuden, pH:n ja Eh:n mittaus 'suoritettiin

WTW-mittareilla. L'iuosfaasista irronneiden kaa'sujen

naytteenotto 'suoritettiin vesitaytteisiin lasiastioihin antamalla

kaa'sun syrjayttaa astiasta vetta. Yksityiskohdissaan

kaa'sunaytteenotto on hieman vaihdel'lut eri kohteissa.

Naytteista analysoitiin 50 m syvyysvalein liitteessa 1 esitetyt

ionit. 1sotooppianalyysej;i (a180, 8 * H ja 3 ~ ) teetatettiin 16

valikoidusta naytteesta (Laborator'ium voor Algemene Na'tuurkunde,

Ri jk'suniversite.it, Groningen, Hollanti) . Kaa'sunaytteista ( 14 kpl)

analysoitiin N2, 02, Hz, CH3, C2H6, C3H8, Co2, CO ja Ar (VTT:n

poitto- ja voite'luainelaboratorio ja Neste Oy: 11 tutkimuskeskus) .

Ennen naytteenottoa 'suoritettiin rei'ista lampotilamittaus

2 - 2,s m:n pistevalilla reikga pitkin tapahtuvien mahdollisten

pohjavesivirtausten havaitsemiseksi.

3. TULOKSET

Naytteenotto suoritettiin neljasta syvasta kairareiasta, joiden

katsottiin e'dustavan erilaisia geologisia ymparistojz niin kallioperan

kuin pohjaveden esiintymisen suhteen. Reiat valittiin

Outokummun, Kerimaen, Paraisten ja Limingan alueelta (liite 2).

Outokummun ja Kerimaen alueet sijaitsevat sisamaassa olevilla


liuskejaksoilla Litorina-meren ylapuolisilla seuduilla. Lisaksi

esim. Outokummun alueella tiedettiin esiintyvan suolaisia pohjavesia

(Hyyppa 1984). Paraisten ja Limingan alueet sensijaan

sijaitsevat meren valittomassa lsheisyydessa kuitenkin toiaistaan

selvasti poikkeavassa kivilajiymparist6ssa.

3.1 . Outokumpu

Naytteenotto 'suoritettiin 'Suomen syvimmasta kairareiasta

Outokurhun Sukkulansalosta 16.-18.7.1985 (OKU R741, K1 4424 02,

x = 6966,24, y = 460,13 , z = 89 m). Reian lahtokaltevuus

on 76O, pituus 1297,5 m ja vertikaalisyvyys maanpinnasta 1100 m.

Reikahalkaisija on ylaosassa 56 mm ja alaosassa 46 mm.

Reian

kivilajeina ovat kiillegneissi, inustal'iuske ja ns. Outokumpu-

assosiaation kivet (serpentiniitti, karsi, kvartsiitti ja

dolomiitti). Ympariston korkeusvaihte'lut ovat alle 15 m.

Maapera on moreenia, jonka pak'suus kairauspaikalla on 9,s m.

Pohjaveden pinta oli naytteenottoaikana 8,s m:n syvyydella

maanpinnasta.

Reika on kairat'tu v. 1981. H'uuhte'luvesi otettiin n. 200 m:n

paassa olevasta n. 1000 m:n kairareiasta.

Lampotilamittausten (20.6. ja 18.7.1985) perusteella (liite 3)

reikaa pitkin ei tapah'du merkittavia pohjavesivirtauksia,

joten pohjavesinaytteita voidaan pitaa hairiytymattomina.

Sahkonjohtavuuden pe'rusteella (liitteet 4 ja 5) reiassa on

kolme erilaista pohjavesikerrosta: makean veden kerros 0-360 m

(14-15 mS/m), ylempi 'suolaisen pohjaveden kerros 430-920 m

(1340-2500 mS/m) ja alempi 'suolaisen pohjaveden kerros 1000

m:sta reian pohjaan saakka (yli 3800 mS/m). Kerrosten valiset

vaihet'tumisvyohykkeet ovat n. 80 m:n paksuisia.

Pohjaveden pH (liitteet 4 ja 6) on makean veden kerroksessa

7,7 - 8,3. 'Suolaisen pohjaveden ylaosassa (600 m:n ylapuolella)

pH on 8,O - 8,4 ja taman alapuolella 8,4 -. 8,7. Kokonai'suudessaan

pH-vaihtelu on varsin vahaista.


llOVIERAS KERI- KERI 1985-12- 9TYYPPI 0151


IlOVIERRS RTTU RTTU 1985-12- STYYPPI 0151


I

1lOVIERAS attuph attuph 1986- 1- 7TYYPPI 0161


PITOISUUS ( ppm I

w

+ 0

I- 0 0

0 0 0 I-- 0 0 0

0 0 w 0 0 0 0

0 C 0 0 0 0 0

w 0 0 0 0 0 0

0 0

v w

0 0

0 0

-w

N N

0 0 Q

0 0

G3z

CD a= 1

0 c

;; zg 0

W

u

wc-

7J

7

--(D -4

m

0 3 1--8& P 0

0 0

30 xo 0

-- C1

+ D

fl- rb-

3 m

co =cn ro cn o CD 7

rk. -0 0

3

- cn

-- x

(-0

3 I -

More magazines by this user
Similar magazines