FORUNDERSØKELSER. by Harald Elvebakk Dalsegg, E., Ganerød, G.V., Reiser, F. & Rønning, J.S. Norges geologiske undersøkelse.

Transkript

1 FORUNDERSØKELSER. by Harald Elvebakk Dalsegg, E., Ganerød, G.V., Reiser, F. & Rønning, J.S. Norges geologiske undersøkelse. SVV Teknologidagene 2011, Tunnel, betong og geologi. Royal Garden Hotel, Trondheim, Okt

2 Innhold Historikk Muligheter og begrensninger refraksjonsseismikk Muligheter og begrensninger resistivitet Petrofysikk fra borehullslogging Resistivitet Seismiske hastigheter Naturlig gammastråling Eksempler Rise, Vestvågøy Bjarkøy ved Harstad Mannen, ustabilt fjellparti i Romsdalen

3 Historikk : Miljø- og samfunnstjenlige tunneler NGU introduserte 2D resistivitet og borehullslogging : Mindre oppfølgende prosjekter 2006: Aktsomhetskart tunnelplanlegging Østlandet 4 tunneler sjekket, 90 % av problemsoner påvist (Olesen 2007) : ForForUT, Forbedrede ForUndersøkelser Tunneler Sammenstilling av resistivitet og seismiske hastigheter i norske bergarter Modellering av resistivitetsresponser med forskjellige elektrodekonfigurasjoner Modellering av forskjellige geologiske modeller Sammenstilling av vanngiverevne i forskjellige bergarter Revidering av Aktsomhetskart for tunnelplanlegging Vurdering av refraksjonsseismiske tolkingsteknikker Undersøkelser i felt, resistivitet og borehullslogging Analyse av kjernemateriale fra Atlanterhavstunnelen Oppsummering av erfaring.

4 Historikk : Miljø- og samfunnstjenlige tunneler NGU introduserte 2D resistivitet og borehullslogging : Mindre oppfølgende prosjekter 2006: Aktsomhetskart tunnelplanlegging Østlandet 4 tunneler sjekket, 90 % av problemsoner detektert (Olesen 2007) : ForForUT, Forbedrede ForUndersøkelser Tunneler Sammenstilling av resistivitet og seismiske hastigheter i norske bergarter Modellering av resistivitetsresponser med forskjellige elektrodekonfigurasjoner Modellering av forskjellige geologiske modeller Sammenstilling av vanngiverevne i forskjellige bergarter Revidering av Aktsomhetskart for tunnelplanlegging Vurdering av refraksjonsseismiske tolkingsteknikker Undersøkelser i felt, resistivitet og borehullslogging Analyse av kjernemateriale fra Atlanterhavstunnelen Oppsummering av erfaring.

5 Muligheter og begrensninger med tradisjonell refraksjonsseismikk Lokalisering, sonenes bredde og hastighet (Q-verdi?)

6 Interpretation of rock mass quality Vp = lg Q + 3,5 (km/s) Barton 1995: ISRM Congress Proceedings, TOKYO

7 Theoretical model Synthetic data Muligheter og begrensninger. Modellering av syntetiske data. Add on noise Inversion Inverted model

8 Seismic modelling 1800 m/s 4m 1800 m/s 10m 5000 m/s 15m Modell 1 Tolkning modell 1 Trench in bedrock was interpreted as fracture zone. Westerdahl 2003: Seismic modelling, NGI Internal report 2328.

9 Test on seismic tomographic inversion: Procedure Initial model Generate syntetic data from the model 101 shots, 100 geophones, spacing 3 m Added noise to the data Distributed to people working with seismic tomography Info given: Near surface, carst environment, unconsolidated sediments, water table varies, flat surface Response from 12 partisipants 10 algorithms used 18 inversion models presented From Colin Zelt, Rice University. SAGEEP 2011 Charleston, SC

10 Er det mulig å kartlegge soners fall med refraksjonsseismisk tomografi? Konklusjoner: 1. Beste besvarelse antyder sonens fall. 2. Ingen av de andre 17 gir signaler om sonens fall. 3. Grunne deler av modellen relativt godt bestemt. From Colin Zelt, Rice University. SAGEEP 2011 Charleston, SC

11 Modellering av svakhetssoner i fjell med forskjellige elektrodekonfigurasjoner Se: Reiser m. fl., NGU Rapport

12 Vertical zone, all configurations Thickness 10 m Depth extend 150 m Resistivity in zone 500 Ωm Resistivity in rock: 5000 Ωm Vertical/Horizontal filter = 2 Dipol/dipol Gradient Pole/dipol Wenner

13 Thickness 10 m, Dip 90, Contrast 10, V/H=2. Depth 10, 40, 80 og 150 m It s possible to get information on depth extend of fracture zones!

14 Depth 150 m, Dip 90, Contrast 10, V/H=2. Thickness 5, 10, 20 og 40 m It s possible to see the thickness of fracture zones!

15 Thickness 10 m, Depth 150 m, Contrast 10, V/H=1. Dip 75, 60, 45 og 30 It s possible to do qualitative dip interpretations!

16 Thicness 10 m, Depth 150 m, Dip 90, Contrast 10, V/H=2, Overburdon 5 m. Soil resistivity 500, 100, 50 og 10 Ωm. It s possible to see a fracture zone below 5 m of moraine, but not clay!

17 Bredde 10 m, Dybde 150 m, Fall 90, Kontrast 10, V/H=2, Overdekke 100 Ω m. Tykkelse 5, 10, 20 og 40 m. Sonene skjermes av 20 m siltige masser, 5 m marin leire!

18 Thicness 10 m, Depth 150 m, Dip 90, V/H=2. Contrast 20, 10, 5 og 2,5 It is possible with the resistivity method to locate and do geometric characterization of fracture zones in bedrock. A successful result relay on a contrast in resistivity (> 5 )!

19 Fracture zones in bedrock Refraction seismics and 2D resistivity, eastern part of the Lunner tunnel

20 At the Lunner tunnel Three borehols with resistivity < 500 ohmm, all collapsed, and there were serious construction problems Three zones with resistivity from 1000 to 3000 ohmm, all with water problems during tunnel construction Proposed interpretation model from the Lunner tunnel: ρ > 3000 Ωm: Stable bedrock 3000 < ρ >500 Ωm: Water problems ρ < 500 Ωm: Water problems and unstable bedrock Model confirmed at 10 other problem zones in other areas.

21 Resistivitet i urbane strøk, Ekeberg i Oslo Meget lave resistivitetsverdier Varierende verdier Stedvis IP-effekt Tvilsomme data, påvirket av tekniske anlegg.

22 Oslo Ski, åpent lende Normale resistivitetsverdier Stabile verdier Lite IP-effekt Pålitelige data, indikerer løsmasser og svakhetssone.

23 Begrensninger resistivitet Må ha god resistivitetskontrast (>5) Viktig å vite forutsetningene Trenger ikke gjennom tykke lag av leire (max 5 m) Ikke alltid like lett å vite på forhånd Påvirkes av tekniske anlegg og elektronledende mineraler Kontrolleres med å måle IP-effekt

24 Geofysisk borehullslogging Se: Elvebakk 2011, NGU Rapport

25 Geofysisk borehullslogging, sonder. Optisk televiewer, optisk bilde av borehullsveggen. Akustisk televiewer, akustisk bilde av borehullsveggen TCN-sonde, temperatur, vannets ledningsevne (conductivity) og naturlig gammastråling Vannkvalitetssonde, temperatur, ledningsevne, vanntrykk, ph, Eh Resistivitet, elektrisk motstand (resistivitet) i fjell + naturlig gamma Seismisk sonde, seismisk hastighet(lydhastighet) i fjell, P- og S-bølgehastighet. Avvikssonde, måler horisontal- og vertikalavvik, retning og fallvinkel Strømningsmåler, måler vannstrøm langs borehull Vannprøvetaker, kan ta vannprøver på 1 liter i dype borehull Vinsjer, NGU har to vinsjer, 500 m og 1100 m.

26 Undersøkte borehull Antall hull 85 Lengder m Resistivitet 60 Seismisk hastighet 50 Naturlig gamma 85

27 Eksempel på geofysisk logg, Arnestad skole i Asker Geofysiske logger av temperatur, elektrisk ledningsevne i vann, resistivitet, seismiske hastigheter og tilsynelatende porøsitet (for detaljer se Elvebakk 2011).

28 Sammenstilling av petrofysiske data Hamar borehull.

29 Berger, Skedsmo Kommune Akershus

30 Resistivitet

31 Seismiske hastigheter

32 Naturlig gammastråling

33 Resistivitet, refraksjonsseismikk og borehullslogging Leknes, Vestvågøy. Rise, Mangeritt 1,7 1,95 mrd. år Skullbru, Monzonittisk gneis (fra mangeritt) 1,7 1,95 mrd. år

34 P- og S- bølge hastigheter i norske bergarter.

35 Resistivitet i noen norske bergarter

36 Rise, Vestvågøy resistivitet + seismikk Mulig forvitring/dypforvitring Resistivitet: Forventet Ωm, observert < 1000 Ωm. P-bølgehastighet: Forventet ca m/s, observert < 5000 m/s

37 Eksempel: Bjarkøy 2011 Foto fra Edvard Iversen

38 Bjarkøy Profil 1

39 MANNEN, Romsdal Fjellområde i bevegelse

40 MANNEN, Romsdal Fjellområde i bevegelse Baksprekk Borehull Borehull

41 Øvre boreplass

42

43 Televiewer fra øvre borehull

44 Televiewer fra øvre borehull

45 Televiewer fra nedre borehull

46 Borekjerner fra øvre borehull, m

47 Oppsummering: Resistivitet kan karakterisere svakhetssoner i fjell Geometrisk karakterisering Sonens dyptgående Sonens tykkelse Sonens fall Løsmasseoverdekke Mineralogisk karakterisering Vannproblem og/eller ustabilitet Begrensninger knyttet til resistivitetsmålinger Må ha god resistivitetskontrast (> 5) Trenger ikke gjennom tykke lag av leire (max 5 m) Påvirkes av tekniske anlegg og elektronledende mineraler Må arbeide videre med å teste ut tolkningsmodeller Må utarbeide veiledere for hvordan målinger bør utføres Takk for oppmerksomheten!