Lars Harald Blikra, Åknes/Tafjord Beredskap

Transkript

1 ÅKNES Åknes notat: Geologisk grunnlag for boringer og instrumentering Lars Harald Blikra, Åknes/Tafjord Beredskap Innledning Det arbeides nå med en omfattende sammenstilling av alle data fra Jettan og Indre Nordnes. Dette skulle etter planen vært avsluttet slik at planene for boring og instrumentering kunne justeres. Arbeidet er noe forsinket, og for ikke å forsinke planleggingen og forberedelsene for boring og instrumentering gis det her en kort oppsummering og konklusjon fra det arbeidet som er gjort. Dette bygger i hovedsak på følgende arbeid/dokumenter: Åknes rapport : Sammenstilling av scenarier og bevegelser for Jettan og Indre Nordnes (Kristensen og Blikra, 2011) Åknes rapport : Sammenstilling av eksisterende data fra Jettan og Indre Nordnes for vurdering av tunnel gjennom Nordnesfjellet i Kåfjord, Troms (Blikra og Bunkholt, 2012) Åknes rapport : Radarkartlegging av bevegelse på Jettan og Indre Nordnes, 2011 (Kristensen, 2012) Artikkel om permafrost og bevegelser på Jettan, 2012 (Blikra og Christiansen, 2012) Geologi, bevegelser og scenario De eksisterende data gir en god oversikt over de ustabile områdene (Figur 1). De ulike datasett for bevegelser gir også relativt entydige konklusjoner omkring de aktive områdene (Figur 2). Radardataene fra satellitt og bakke viser imidlertid at bevegelsen kan variere en del internt i området (Figur 3 og 4). Også GPS dataene viser at fallet på bevegelsene varierer en del fra ca. 20⁰ ti over 50⁰. Dette kan indikere at det aktive området er satt sammen av mange ulike delområder/blokker med mer eller mindre uavhengig bevegelser. Dersom det er slik at bevegelsene er knyttet til mindre delområder kan dybden til glideplan være mindre enn det som er antatt tidligere. De største bevegelsene er registrert i det kaotiske området i nord ved GPS 3. Videre er det helt klart at bevegelser knyttet til den store og dype sprekken innenfor GPS 4 avgrenser området med aktive bevegelser. Målingene viser også at bevegelsene langs denne strukturen utgjør store deler av totalbevegelsen for det sørlige området. Det er derfor viktig å avdekke glideplanet som knytter seg til denne store strukturen.. Basert på de geologiske dataene og bevegelsesdataene er mulige scenarier vurdert. Utfordringen med å utarbeide detaljerte scenarier er at hele område som er i bevegelse kan bestå av en rekke ulike delområder eller blokker som kan bevege seg forskjellig. For eksempel kan det fra GPS målingene og de bakkebaserte radardataene se ut til at deler av det nordlige kaotiske området (ved GPS3) beveger seg som en blokk med en underliggende glideplan som kommer ut et stykke opp i skråningen. Den store usikkerhetsfaktoren er å vite hvordan en utglidning eller brudd i denne delen påvirker resten av det ustabile området. Vi kan få en bakover virkende utglidning (retrogressivt system) som kan føre til et større skred. Vi har i det følgende forenklet mulige scenario til et i det nordlige området hvor bevegelsen er størst, og et større som omfatter hele området med bevegelse (Figur 5). Boringer og instrumentering for å måle bevegelser vil trolig gi data som viser om området er satt sammen av mindre utglidningseneheter med relativt små dyp eller om det er et eller flere større systemer med større dype til glideplan. ÅKNES/TAFJORD BEREDSKAP IKS, ØDEGÅRDSVEGEN 176, N-6200 STRANDA ORG.NR.: NO MVA

2 I figur 6 og 7 er det gitt profiler med tolkinger av mulige glideplan. Det fremgår av disse at det kan være flere tolkningsmuligheter når det gjelder geometri og størrelsen på de ustabile partiene. Det største scenariet ved Jettan har tidligere blitt estimert til et volum på millioner M 3, bygd på en dybde til glideplan på m. De reviderte profilene og mulige glideplan (Figur 6 og 7) kan tyde på at dette volumet er noe høyt. Imidlertid har vi valgt å ikke revidere volumestimatene før det er foretatt boringer som vil gi avgjørende kunnskap om dyp til glideplan. Figur 1. Geomorfologisk kart over området ved Jettan. SIDE 2 AV 11

3 Figur 2. Oversikt over de aktive områdene ved Jettan, tolket ut fra data fra radarsatellitter, bakkeradar, permanente GPS antenner og annen instrumentering. Pilene med tall viser årlig bevegelse fra GPS antennene med retning for bevegelse. Fra Blikra og Christiansen (2012). SIDE 3 AV 11

4 Figur 3. Data fra høyoppløselig radarsatellitt (TerraSAR-X) fra 2009, 2010 og Legg merke til at det er flere røde områder med stor bevegelse. Dette tyder på at det er flere blokker som beveger seg uavhengig. Det blå området i nord som indikerer heving er sannsynligvis en effekt av prosessering som ikke er reell. Tilrettelagt data fra NGU. SIDE 4 AV 11

5 Figur 4. Data fra bakkeradar kampanje våren 2011 (Kristensen, 2012). SIDE 5 AV 11

6 Figur 5. Scenarier for Jettan. Profiler er vist i figur 6 og 7 Figur 6. Profil sør med alternative geologiske modeller. De stiplede røde linjene viser mulige aktive utglidningsplan. Den nederste sorte stipla linje indikerer dyp til et mulig gammelt og inaktivt utglidningsplan. GPS punkter er vist med fall på bevegelse. Forslag om lokalisering av en dyp boring og en grunn boring for instrumentering av temperatursensorer (permafrost borehull) er angitt. Det er også angitt en alternativ boring lenger nede som vil gi data på om de nedre deler er uavhengige blokker. SIDE 6 AV 11

7 Figur 7. Profil nord med alternative geologiske modeller. De stiplede røde linjene viser mulige aktive utglidningsplan. Den nederste sorte stipla linje indikerer dyp til et mulig gammelt og inaktivt utglidningsplan. GPS punkter er vist med fall på bevegelse. Forslag til lokalisering av en dyp boring er angitt. Drivende krefter Det har foregått en omfattende forskningsaktivitet knyttet til kartlegging av permafrost og hvordan dette kan påvirke deformasjonen i fjellskredområdet ved Jettan. Dette er sammenfattet og dokumentert i artikkel fra Blikra og Christiansen (2012). Bevegelsesmålinger over flere år dokumenterer en systematisk sesongvariasjon. Bevegelsene øker i mai under snøsmeltingen når lufttemperaturen stiger over 0 C. Denne hastigheten varer hele sommeren og høsten, og blir lavere først sent på høsten. Siden bevegelsene som initieres under snøsmeltingen i mai ikke reduseres etter smeltingen, må det være andre prosesser enn vann som kontrollerer bevegelsene. Det er videre ingen korrelasjon mellom nedbør og bevegelse. De kontrollerende prosesser for det karakteristiske mønsteret er derfor tolket til å være smelting og frysing av is i dype sprekker. Hovedkonklusjonen fra undersøkelsene som er gjort er at det er permafrost i deler av det ustabile fjellpartiet, og at dette kontrollerer de bevegelsene som blir målt (Figur 8 og 9). Følgende prosesser er sentrale i dette: 1. Snøsmelting om våren (ofte fra midten av mai) der smeltevann renner ned i sprekkene. Dette fører til smelting og refrysing som hever is temperaturen rimelig raskt fra flere minusgrader til trykksmeltepunktet (0 ⁰C). Dette fører til en reduksjon i skjærstyrke langs sprekker og glidesoner som fører til en rask økning i bevegelsene som fortsetter til sent på høsten. 2. Når lufttemperaturen begynner å bli på minussiden på høsten begynner kald luft å synke ned i sprekkene. Dette fører til en langsom påfrysing av is og avkjøling av is temperaturen. Dette fører til økt skjærstyrke og en sakte reduksjon i bevegelsene. Bevegelsene avtar utover høsten og vinteren helt til de åpne sprekkene blir fylt igjen av snø. SIDE 7 AV 11

8 3. Stabile forhold med liten bevegelse fra tidlig vinter av vinteren da sprekkene er fylt igjen av snø og til snøsmeltingene begynner i mai. Snøen beskytter for videre avkjøling av undergrunnen, og det oppstår dermed et stabilt system Det er klart at bevegelsesmønsteret som sees på Jettan er styrt av en sterk sesongvariasjon og at dette er drevet av prosesser knyttet til permafrost. Vi kjenner imidlertid ikke til hvordan permafrosten og is er fordelt i dypet og hvordan temperaturforholdene varierer. Kunnskapen om de kontrollerende krefter er avgjørende for vurdering av stabilitet og faren for store fjellskred. Det er derfor et stort behov for et borehull som kan kartlegge og overvåke temperaturforholdene i dypet og sammenholde dette med bevegelsene. Det store spørsmålet er om tilstedeværelsen av is og prosessene knyttet til dette er nødvendig for å deformere fjellpartiet. Videre er det et spørsmål om vi har en komplisert bevegelse langs steile sprekker og langs slakere glideplan, og om hele deformasjonen skjer i mindre og uavhengige fjellkropper. Kunnskapen om dette vil ha stor betydning for vurderingen av farenivået for scenarier med store volum i forhold til mindre skredvolum. Dette vil også ha generelt stor betydning for fareklassifiseringen av fjellskredfare i områder med permafrost. Det er videre en usikkerhet knyttet til om et endret klima kan få en påvirkning på permafrostforholdene og de ustabile fjellpartiene. Figur 8. Bevegelsesmålinger og klimadata fra Jettan. Legg merke til de klare sesongvariasjonene som er sammenfallende med temperatur og snøsmelting. Fra Blikra og Christiansen (2012). SIDE 8 AV 11

9 Figur 9: Modell for hvordan prosesser knyttet til permafrost styrer bevegelsene i de ustabile fjellpartiene ved Jettan. Fra Blikra og Christiansen (2012). Boringer og logging NNFO er i gang med en anbudsrunde for boringene. Dette inkluderer kjerneboring av flere hull. Ut fra den nye sammenstillingen er følgende kunnskap viktig å få avklart gjennom dype boringer: Kjerneboringer og borehullslogging for å kartlegge den strukturelle oppbygging av undergrunnen og for å dokumentere glideplan Avklare mulige scenarier, både mindre blokkscenarier og større utglidninger. Borehull som kan instrumenteres for å kartlegge bevegelser Borehull med mindre diameter som kan nyttes til kartlegging av temperatur for å avklare permafrostforhold Det foreslås følgende prioritering av borehull: 1. Dypt borehull i det sørlige aktive området, like nedenfor den store og dype aktive baksprekken (se lokalisering av B1 i figur 6 og 10). Dette foreslås som 98 (101) mm kjernehull, ned til en dybde på ca 200 SIDE 9 AV 11

10 m. Dette hullet vil kunne trenge gjennom mange av de aktuelle glideplan. Det foreslås at dette gjøres så dypt som mulig for eventuelt å få dokumentert det inaktive, gamle og dypeste glideplanet. 2. Et grunnere permafrosthull på ca 50 m. Det trengs her kun en hulldiameter på 45 mm eller mindre for instrumentering av temperatursensorer (se figur 7 og 10). En temperaturstreng er kun ca 1 cm i diameter og settes i en plastcasing. Dette hullet kan bores først slik at en får informasjon om de geologiske forholdene før det dype borehullet B1 utføres 3. Et borehull i det nordlige området hvor bevegelsene er størst (Borehull B2 i figur 3 og 5). Dette foreslås også utført med diameter 98/101 mm. Dette hullet trenger ikke gå så dypt (ca 100 m) og vil være viktig for avgrensing av glidesoner i dette området. 4. Alternativt borehull er anbefalt lenger nede i det nordlige området, se lokalisering i figur 6 og 10. Dette vil gi informasjon om dybde og avgrensing av de ustabile områdene i nedre deler. Det foreslås at boringene i 2012 blir konsentrert til det sørlige området (B1 og permafrosthull). Dette vil gi informasjon og erfaring som kan benyttes for oppfølgende boringer i 2013, eventuelt om en boring ved Indre Nordnes bør prioriteres. Borekjernene må behandles på vanlig måte og legges i kjernekasser for videre logging. Det er en fordel om det gjøres en kontinuerlig logging under boring (bl.annet boretrykk og vanntrykk). Borehullene må logges med televiewer for dokumentasjon av foliasjon og sprekker, i tillegg til retninger og fall. Det bør være televiewer lett tilgjengelig for raskt å kunne gjøre logging underveis i boringene. Eventuelle andre geofysiske metoder må vurderes ut fra borehullets beskaffenhet. Instrumentering NNFO har inngått avtale om bruk av instrumenteringen DMS. Det vil være fornuftig at en i utgangspunktet legger opp til en 120 m lang kolonne med sensorer for hver meter (inclinometer og temperatur). Det må også installeres pietzometer i minst 2 av enhetene for å kunne måle vanntrykk. Lokalisering av disse vil være avhengig av om det er vann i borehullet og i hvilket dyp. DMS kolonnen kan installeres i det dype borehullet B1 i en 90 mm plastcasing. Dersom det blir utført flere boringer i 2012, for eksempel B2, bør det vurderes å leie en kolonne det første året, alternativt andre instrumenteringsløsninger. Lengden på denne bør bestemmes etter at en har fått informasjon fra kjerneboringen og loggingen av borehull. Det kan være tilstrekkelig med en for eksempel 50 m lang instrumentering. Permafrosthullet bør instrumenteres i casing med en 50 m lang temperaturstreng med høyoppløselige sensorer. SIDE 10 AV 11

11 Figur 10. Lokalisering av boringene B1, B2, B3 og et permafrosthull ved B1. Referanser Blikra, L.H. og Bunkholt, H.S. 2012: Tunnel gjennom Nordnesfjellet i Kåfjord, Troms: Oversikt over nærliggende ustabile fjellparti og påvirkning på stabilitet Åknes rapport : Blikra, L.H. & Christiansen, H. (2012): A field based model of the influence of snow and frozen ground on seasonal rockslide deformation in the Nordnes area, northern Norway. Geomorphology (innsendt for review). Kristensen, L. 2012: Radarkartlegging av bevegelse på Jettan og Indre Nordnes, Åknes rapport Kristensen, L. & Blikra, L.H. 2011: The unstable rockslopes at Nordnesfjellet in Troms: Displacements, reviced scenarios and early-warning levels. Åknes report SIDE 11 AV 11