GEOFYSISKE UNDERSØKELSER STATOIL KLETT Juni 2015
OM UNDERSØKELSENE DENNE RAPPORT ER BASERT PÅ GEOFYSISKE UNDERSØKELSER, IKKE-INTRUSIVE OG INDIREKTE METODER FRA MARKOVERFLATE ELLER VANNOVERFLATE. ALLE TOLKNINGER I DENNE RAPPORT ER BASERT PÅ OBSERVASJONER FRA GEOFYSISKE MÅLINGER, SOM VIA PROSESSERING OG TOLKNING REFLEKTERER FORHOLDENE I UNDERGRUNNEN. TIL EN VISS GRAD INFLUERER ERFARINGSGRUNNLAGET TIL VÅRE GEOFYSIKERE INN PÅ DETTE RESULTATET. DENNE RAPPORT ER DERVED ET RESULTAT AV EN SERIE PROSESSER, MED UTGANGSPUNKT I HASTIGHETEN AV ELASTISKE BØLGER I VANN, SEDIMENTER OG BERGGRUNN. DET VIL DERVED KUNNE VÆRE FORHOLD I GRUNNEN SOM IKKE RIMELIGVIS VIL VÆRE KJENT AV VÅRE GEOFYSIKERE. DETTE MÅ TAS MED I BETRAKTNING NÅR RESULTATENE FRA RAPPORTEN SKAL ANVENDES I PRAKSIS. PROSJEKTNUMMER P128-8 FORFATTER KONTROLLERT STATUS DATO BALAZS RIGLER M.SC (GEOPHYSICS), TONY LOMBARD M.SC (GEOPHYSICS), FRIDTJOV RUDEN CAND REAL (HYDROGEOLOGI) FRIDTJOV RUDEN CAND REAL. (HYDROGEOLOGI) V.01 29.05.2015 FRIDTJOV RUDEN V.02NO 16.6.2015 Prosjekt 128-8 Klett Statoil Juni 2015
INNHOLDSFORTEGNELSE SAMMENDRAG... 1 INNLEDNING... 2 1.1 Formål...2 1.2 Prosjektområdet Klett...2 1.3 Bakgrunn for undersøkelsen...3 2. RESULTATER: REFRAKSJONSSEISMIKK... 4 2.1 Gjennomføring av undersøkelsen...4 2.2 Tolkning - Seismisk refraksjon...4 3. ELEKTRISK RESISTIVITETSTOMOGRAFI (ERT)... 6 3.1 Tolkning ERT og refraksjonsseismikk...6 4. REFERANSER... 10 5. Detaljert metodologi ERT og refraksjonsseismikk... 11 5.1.1 Prinsipper - RS... 11 5.1.2 Datainnhenting - RS... 11 5.1.3 Prosessering av data - RS... 11 5.1.4 Prinsipper ERT... 11 5.1.5 Prosessering av data ERT... 12 6. Kart over prosjektområdet... 13 7. S1, S2, S4 Resultater og tolkning... 14 8. S6, S5, S3 Resultater og tolkning... 15 9. P1K ERT PROFILER... 16 10. P2KK ERT PROFILER... 17 11. P3KKK ERT PROFILER... 18 12. P4KKKK ERT PROFILER... 19 13. ERT PROFIL OMRÅDER... 20 Prosjekt 128-8 Klett Statoil Juni 2015
SAMMENDRAG I samarbeid med APEX GEOSERVICES Ltd har Ruden AS gjennomført geofysiske undersøkelser i bakken ved Statoil-stasjonen i Klett, Sør Trøndelag. Prosjektområdet er på ca. 1.7 hektar, åpent lende, endel asfalt og vegetasjon. Formålet med de seismiske refraksjonsundersøkelsene er å bestemme mektigheten til overdekning, samt dyp ned til grunnfjellet. I tillegg gir refraksjonsseismisk tomografi en pekepinn på løsmassefordeling og struktur; og derved grunnlag for vurdering av mulige forløp av forurensning, selv om dette ikke kan påvises direkte. Undersøkelsen består av seks (6) seismiske refraksjonsprofiler som tilsammen utgjør 322 meter. De refraksjonsseismiske undersøkelsene er forsterket med elektrisk resistivitetstomografi (ERT), for om mulig å påvise evt hydrokarbon-forurensning i overdekningen. Hydrokarboner vil øke resistivitetsverdiene i løsmasser. Påvisning ved ERT betinger imidlertid en minimum mektighet av forurenset grunn som er lik eller større enn en halv elektrodeavstand ved ERT; i dette tilfellet ca 0.5m. Dersom evt olje i grunnen benytter foretrukne løp (kanaler) med en mektighet mindre enn denne kan olje ikke påvises direkte ved hjelp av ERT. Dette synes å være tilfellet ved Klett, og det kan derved konkluderes med at forurensningen i betydelig grad er kanalisert. Det synes imidlertid som om en mulig forurensning kan spores på profil S4. Det undersøkte området består av løst lagret overdekning, over hard/middels fast overdekning, over fast og stiv overdekning, over berggrunn. Lag 1 beskrives som løst lagret overdekning med mektighet 0.2 2.5m. Lag 2 beskrives som hard/middels fast overdekning. Dette laget har mektighet på 3.0m 9.4m. Lag 3 beskrives som fast/stiv overdekning med mektighet på 6.2 10.8m med et gjennomsnitt på 7.5m. Dette laget er mest omfattende i den sørøstlige delen av prosjektområdet. Basert på opplysninger fra oppdragsgiver består sannsynligvis lag 3 fyllmasse og steinblokker. Lag 4 tolkes som moderat svakt forvitret berggrunn. Dyp til dette laget varierer fra 9.8 16.7m over prosjektområdet. Mektigheten øker fra 9.8m i øst til en maksimal mektighet på 16.7m mot sørvest. Mulige forurensninger fra oljelekkasjer er beskrevet under de enkelte avsnitt. De geofysiske observasjonene i denne rapporten bør verifiseres mot senere grunnboringer 1
INNLEDNING Ruden AS har utført geofysiske målinger innenfor området til Statoil-stasjonen i Klett, Sør Trøndelag. Undersøkelsene har bestått av seismisk refraksjonsprofilering for kartlegging av løsmasser og struktur, supplementert med elektrisk resistivitetstomografi (ERT) i et forsøk på påvisning av evt hydrokarbonforurensede masser. Grunnet tidspress har vi engasjert Apex Geoservices til å assistere med seismiske målinger. Undersøkelsen er gjennomført med et minimalt budsjett, som ledd i en metodevurdering. 1.1 Formål Undersøkelsene har som formål å: 1. Kartlegge mektighet av overdekning. 2. Kartlegge berggrunnflaten. 3. Vurdere løsmassekvalitet 4. Vurdere evt forurensning i løsmasser 1.2 Prosjektområdet Klett Prosjektområdet består av grunnen rundt Statoil bensinstasjon og dekker et område på ca. 1.7 hektar. De geofysiske undersøkelsene ble utført innenfor åpent lende, asfalt og vegetasjon. Det var utstrakt byggeaktivitet i prosjektområdet da undersøkelsene fant sted, og dette har influert på valg av traseer og generell prosjektframdrift. Området er generelt flatt og anlegget er i aktivt bruk som bensinstasjon. Dette gir derved en del seismisk støy; det meste av dette er filtrert vekk under prosessering av data. Underjordiske tanker, rørledninger, kabler og annen infrastruktur er ikke angitt av oppdragsgiver. Spesielt er ERT sensitiv for støy forårsaket av ledere og strømførende kabler i grunnen. Området for geofysiske undersøkelser er vist under i Fig. 2.1. 2
Fig 2.1: Kart over prosjektområdet Klett (rødt). 1.3 Bakgrunn for undersøkelsen For kartlegging geologien i området benyttes seismisk refraksjonsprofilering. Her måles hastigheten til elastiske bølger (P-bølger) i de forskjellige lagene, samt dyp til disse. Kunnskap om typiske hastigheter i foskjellige typer løsmasser og berggrunn gir bakgrunn for tolkning. Den seismiske hastighetsfordelingen er beregnet fra inversjon av en matematisk modell mot observerte feltdata, og er presentert som refraksjonsseismiske tomografier i denne rapporten. Refraksjonsseismikk benytter i dette tilfellet en slegge som energikilde. Både forvitring og mulige svakhetssoner i berggrunnen kan påvises. Seismiske undersøkelser gir imidlertid ingen direkte kvalitativ informasjon fra de enkelte lag. Eksempelvis vil en vannholdig morene, og en morene forurenset med hydrokarboner ha samme p- bølge-hastighet. Imidlertid kan ERT skille mellom disse da den elektriske resistiviteten påvirkes sterkt av hydrokarboner (som er meget svake ledere). Betingelsen for å kunne påvise slik forurensning er imidlertid at hydrokarboner opptrer som metning gjennom et profil i løsmassene, i en mektighet som er minst like stor som elektrodeavstanden i profilet. Et forurenset lag kan derved som regel kunne påvises ved å minske elektrodeavstanden til mindre enn tilsvarende dette lagets mektighet. Imidlertid reduseres undersøkelsesdypet ved profilet samtidig, og man kan risikere å ha tilstrekkelig oppløsning men uten å kunne se tilstrekkelig dypt. Her må et til et kompromiss. Ved tilfellet Klett var det ikke mulig, entydig og direkte, å påvise hydrokarbonforurensning ved hjelp av ERT idet forurensningen åpenbart er kanalisert. Dette er imidlertid også et resultat. 3
2. RESULTATER: REFRAKSJONSSEISMIKK 2.1 Gjennomføring av undersøkelsen Undersøkelsen ble gjennomført 07.05.2015 og omfatter seks seismiske refraksjonsprofiler. Fire av profilene målte 46 meter med geofonavstand på 2 meter og to av profilene målte 69 meter med geofonavstand på 3 meter. Datakvaliteten er stort sett god med best kvalitet på profilene på 46 meter og geofonavstand på 2 meter. På de kortere profilene blir undersøkelsesdypet redusert og to lengre profiler ble gjennomført for å øke undersøkelsesdypet og for å danne et bilde av berggrunnsflaten. Tre av profilene (S1, S2 og S4) ble målt i retning nordvest sørøst og tre profiler (S3, S5 og S6) ble målt i retning sørvest nordøst. Oversikt over de geofysiske undersøkelsene er vist under, i fig. 3.1. Resultatene er gjengitt i modeller i vedlegg A: Drawings, Drawing No.s AGL15127_01 AGL15127_03. Fig 3.1: Oversiktskart, geofysiske undersøkelser (seismiske profiler i blått). 2.2 Tolkning - Seismisk refraksjon Data innhentet på Klett er modellert ved tomografisk invertering. P-bølgens hastighet ligger i området 280 2700m/s. Den tomografiske inverteringen er konvertert til en lag-modell slik at diskrete grenser kan fastsettes. Foruten asfalten, er lagene tolket som følger: Lag P-bølge Seismisk hastighet (m/s) Tolkning Stivhet / kvalitet Gravbarhet 4
1 280-500 Fyllmasse / Overdekning Løs Kan graves 2 600-800 Fyllmasse / Overdekning Fast / Moderat kompakt Kan graves 3 1400 1500 Fyllmasse / Overdekning Kompakt / tett Kan pigges, sannsynligvis graves 4 2500 Forvitret berg God Må sprenges 4-lags Modellen består av: Lag 1 betegnes som løs fyllmasse/overdekning med hastigheter mellom 280 500m/s. Dette laget har mektighet 0.2m 2.5m langs området med en maksimal mektighet på 2,5m målt i sørvest (se S6, Fig 3.1). Lag 2 har seismisk hastighet mellom 600 800m/s og representerer et lag fast/moderat kompakt fyllmasse/overdekning. Dette laget har mektighet på 3.0 9.4m med et gjennomsnitt på 3.5m. Høyest mektighet på 9.4m finnes mot sentrum av området (se S2, Fig. 3.1.). Lag 3 tolkes som kompakt/tett fyllmasse/overdekning med en seismisk hastighet på 1400 1500m/s. Der bunnen av dette laget er registrert ved seismiske refraksjonsundersøkelser har man en mektighet på 6.2 10.8m, med et gjennomsnitt på 7.5m. Dette laget er mest omfattende i det sørvestlige området på profil S6 (se Fig. 3.1). Informasjon fra oppdragsgiver indikerer at fyllmasse og steinblokker er utstrakt i prosjektområdet. Vurdert ut fra seismisk hastighet danner fyllmasser en vesentlig del av Lag 3. Lag 4 tolkes som noe forvitret berggrunn, evt oppsprukket berggrunn. Dyp til toppen av dette laget varierer fra 9.8m 16.7m. Mektigheten øker fra 9.8m i øst på profil S1 til en maksimal mektighet på 16.7m på profil S6 i sørvest (se oversiktskart, Fig. 3.1). 5
3. ELEKTRISK RESISTIVITETSTOMOGRAFI (ERT) 3.1 Tolkning ERT og refraksjonsseismikk Profil S1 P1K-S1 Generell lagdeling fremgår av seismisk profil S1. Det antas 8-10m fyllmasser, som vist på tolkning av S1. Det tas forbehold om elektrisk støy på idet man ikke har hatt tilgang på kart over underjords-installasjoner. Høy resistivitet på høyre del av P1K-S1 kan skyldes mulig forurensning fra hydrokarboner. Uidentifisert berggrunn har lav (blå) resistivitet, lav ladbrhet og relativt høy hastighet; mulig tolkning er forvitret berggrunn eller tørrskorpeleire under fyllmasser. Grønn (70-150Ωm) resistivitet bør undersøkes nærmere. Blå resistivitet (<50 Ωm ) med seismisk hastighet rundt 2600 m/s kan tyde på fyllitt. 6
Profil S2 P1K-S2 Generell lagdeling fremgår av seismisk profil S2. Det antas 8-10m fyllmasser, som vist på tolkning av S2. Det tas forbehold om elektrisk støy på idet man ikke har hatt tilgang på kart over underjords-installasjoner. Det kan ikke sees åpenbar forurensning fra hydrokarboner. Merk at resistivitetsverdier avhenger av hvorvidt vann var tilstede før en evt introduksjon av hydrokarboner. (Resistivitet av en formasjon bestående av våte partikler påvirkes i liten grad av f.eks olje; i sterk motsetning til tørre partikler). Grønn resistivitet (70-150Ωm) kan bety forurenset grunn, men dette må verifiseres ved boring. Blå resistivitet (<50 Ωm ) med seismisk hastighet rundt 2600 m/s kan tyde på fyllitt. 7
Profil S4 P1K-S4 Generell lagdeling fremgår av seismisk profil S4. Det antas 8-10m fyllmasser, som vist på tolkning av S2. Det tas forbehold om elektrisk støy på idet man ikke har hatt tilgang på kart over underjords-installasjoner. En mulig kanalisering av hydrokarbon-forurensning er indikert av stiplede linjer. Dette profilet er nær tankinstallasjonen i prosjektområdets nordre del. Blå resistivitet (<50 Ωm ) med seismisk hastighet rundt 2600 m/s kan tyde på fyllitt. 8
Profil S6 P1K-S6 Generell lagdeling fremgår av seismisk profil S2. Det antas 10-15m fyllmasser, som vist på tolkning av S6. Profilet skiller seg fra de øvrige profiler ved en mer homogen oppbygning. Dette kan skylde tilstedeværelse av fyllmasser av ukjent karakter. Det tas forbehold om elektrisk støy på idet man ikke har hatt tilgang på kart over underjords-installasjoner. Blå resistivitet (<50 Ωm) med seismisk hastighet rundt 2600 m/s kan tyde på fyllitt. Det kan ikke sees tegn på forurensning i profil 6. 9
4. REFERANSER Bell F.G., 1993; Engineering Geology, Blackwell Scientific Press. Hagedoorn, J.G., 1959; The plus - minus method of interpreting seismic refraction sections, Geophysical Prospecting, 7, 158-182. Loke, M H, 1997: Res2Dinv-Res3Dinv: Electrical imaging surveys for environmental and engineering studies. A practical guide to 2-D and 3-D surveys. email : mhloke@pc.jaring.my. Palmer, D., 1980; The Generalized Reciprocal Method of seismic refraction interpretation, SEG. Redpath, B.B., 1973; Seismic refraction exploration for engineering site investigations, NTIS, U.S. Dept. of Commerce Soske, J.L., 1959; The blind zone problem in engineering geophysics, Geophysics, 24, pp 359-365. 10
5. Detaljert metodologi ERT og refraksjonsseismikk De geofysiske undersøkelsene er gjennomført ved anvendelse av refraksjonsseismikk (RS), supplementert med elektrisk resistivitetstomografi (ERT) og indusert polarisasjon (IP). 5.1.1 Prinsipper - RS Metoden måler hastigheten til refrakterte seismiske bølger gjennom overdekke og berg, og muliggjør en vurdering av mektighet og kvaliteten av overdekket, samt svakhetssoner i berggrunnen. Seismiske (p) bølger har som regel høyere hastighet i stivere og fastere materialer; tilsvarende lavere hastighet i løse eller oppsprukne formasjoner. Målinger utføres ved hjelp av (24) geofoner koblet til en seismograf. En innledende (matematisk) modell etableres, og en inversjonsprosess modifiserer denne slik at forskjellen mellom observerte data og modelldata (seismiske hastigheter) blir minst mulig. Deretter lages et kotekart over dette; profilet representerer derved et 2-dimensjonalt tomografi. Disse er presentert som vedlegg i rapporten. 5.1.2 Datainnhenting - RS Utstyr benyttet ved prosjektområdet er en Geode digital seismograf, tilkoplet 24 stk. 10Hz vertikale geofoner med 3-meters innbyrdes avstand. Energikilde var en 10 kg slegge. Målingene baseres på registrering av førsteankomst P-bølger. Utstyret krever et mannskap på to personer. Nedre observasjonsgrense i profilet begrenses i noen grad av profilets lengde. Som regel ved refraksjonsseismikk vil maksimalt undersøkelsesdyp dyp være en tredel av profillengden (f.eks. vil et 33m langt profil kunne observere geologien ved opptil 11m dyp). For å sikre optimale målinger induseres syv seismiske bølger to fra hver ende av profilen, samt tre midt på. Alle profiler måles opp ved hjelp av GPS. 5.1.3 Prosessering av data - RS Datasett fra målingene prosesseres og tolkes ved hjelp av algoritmer for valg av førstenkomst og tomografiske inverteringsmetoder. Ut fra dette beregnes dyp til grenser mellom de respektive lag og hastigheten til P-bølgen i hvert av disse. Her benyttes programvaren Seislmager/2D fra Geometrics. Seislmager/2D tolker dataene fra de seismiske undersøkelsene Bsert på forutsetningen at strukturer og variasjon av egenskaper er tilnærmet horisontale. Inversjonsprosessen som beskrevet ovenfor kan oppnå en nøyaktighet på 10% i hastighetsmodellen, og 20% i lagenes mektighet. Mulige feil som følge av skjulte lag eller velocity inversion kan forekomme. 5.1.4 Prinsipper ERT Ved måling med elektrisk resistivitetstomografi (ERT) benyttes et større antall elektroder langs et profil, vanligvis 72 stk, og med varierende innbyrdes avstand. Målingene utføres ved å sette strøm på ett par elektroder samtidig som spenningen måles i et annet par. På grunn av antallet elektroder gir dette et utall av kombinasjonsmuligheter; hver av disse måler resistivitetsverdien i et punkt i undergrunnen. Utstyret benytter 10 kanaler, dette innebærer at det måles 10 elektrode- 11
kombinasjoner samtidig, vanligvis pr sekund eller pr halve sekund. Det måles derved til sammen ca 2000 punkter for et enkelt utlegg. Ved ERT profilering måles 2 parametere: Resistivitet, i Ωm Ladbarhet (indusert polarisasjon), i mv/v Både berggrunn og løsmasser kan klassifiseres på bakgrunn av både resistivitet og ladbarhet. Se eget avsnitt om tolkning. I enkelte tilfeller er det nødvendig å redusere ntall elektroder, f eks av plasshensyn. I prosjektområdet ble det derfor anvendt 36 elektroders utlegg, med 1m elektrodeavstand og med ca 10m undersøkelsesdyp. 5.1.5 Prosessering av data ERT Prosessering av data fra ERT og IP skjer i prinsippet etter de samme retningslinjer som for seismikk. Begge metodene baserer seg på innhenting av noen tusen observasjoner. En matematisk modell opprettes, og inverteres inn mot de observerte datasettene, inntil forskjellen blir minst mulig, i en inverteringsprosess. Deretter opprettes et kotekart over hhv ERT og IP verdier, i form av tomografier, hvor de respektive verdiene presenteres i 2D. Oppløsningen ved ERT og IP er en funksjon av elektrodeavstand. Sistnevnte, i kombinasjon med antall elektroder i systemet bestemmer også hvor dypt metoden kan nå. Forholdet mellom oppløsning og undersøkelsesdyp er et kompromiss. Ved prosjektområdet består dette kompromisset av 1m elektrodeavstand, som med 72 elektroder gir en oppløsning på ca 0.5m og et maksimalt undersøkelsesdyp (i midten av profilet) på ca 10m. Merk at ved ERT og IP vil undersøkelsesdypet avta til begge sider, fra midten av profilet. 12
6. Kart over prosjektområdet 13
7. S1, S2, S4 Resultater og tolkning 14
8. S6, S5, S3 Resultater og tolkning 15
9. P1K ERT PROFILER 16
10. P2KK ERT PROFILER 17
11. P3KKK ERT PROFILER 18
12. P4KKKK ERT PROFILER 19
13. ERT PROFIL OMRÅDER 20