EXARBETETv5 - gvc.gu.se · PDF fileoch två markradarmätningar vars ... Material är uppbyggt av atomer som enkelt sett kan ses som små positivt ... laddningar i balans och ger

2

Sammanfattning Under våren 2007 genomfördes med hjälp av tillämpad geofysik en undersökning av marken i området runt ett före detta saltförråd beläget i Dyrehög, Brålanda, Dalsland. Undersökningen gjordes för att upptäcka en eventuell förorening i form av en saltplym och eventuell risk för förorening av grundvattentäkt i närheten. Undersökningen är en del av ett 10 poängs examensarbete i geofysik vid Göteborgs Universitet i samarbete med Sandström Miljö & Säkerhetskonsult AB som utför miljöteknisk markundersökning och sanering. Under fältarbetet gjordes fyra resistivitetsprofiler (Continous Vertical Electrical Sounding) och två markradarmätningar vars insamlade mätdata sedan bearbetades i programmen Res2dinv respektive ReflexWin för att sedan tolkas. Utrustningen som användes bestod av SAS 4000 med inbyggd voltmeter och amperemeter, elektrodväljare, batteri och kablage med tillhörande kontakter. Ett större antal borrprover samlades också in för analys. I resistivitetsundersökning är det flödet av laddningar genom marken som är intressant. Resistivitet är en materialegenskap som beror på materialet och inte dess form som räknas bort via geometrifaktor. Resistivitetsresultaten visade ett samband mellan hög salthalt i grundvattnet och låg resistivitet vilket ses i resistivitetsprofilerna. Markradarundersökningen, som i fält utfördes av Sandström Miljö & Säkerhetskonsult AB, gjordes som komplement till resistivitetsundersökningen och borrprovtagningen eftersom marken på vissa ställen nära saltladan var svårborrad och inte gav borrdata från mer än ca 3 m. Elektromagnetiska radarvågor släcktes dock till stora delar ut redan på ca 1,5 m djup troligen på grund av salts höga elektriska konduktivitet. Tillämpad yttäckande geofysik är ett bra komplement till direkta men mer tidskrävande och kostsamma metoder som borrning. Med vetskapen att salt vatten har mycket låg resistivitet till skillnad från andra i området vanligt förekommande material och genom att tolka och jämföra mätdata från de tre metoderna fastställdes den troliga utbredningen av en saltplym och att den närliggande vattentäkten sannolikt är utom risk för saltförorening. Det kan inte påstås med 100 procents säkerhet att brunnen är utom risk eftersom påståendet till största del endast bygger på resultatet från profil 2. Profilen är dock dragen närmaste väg mellan saltplymen och brunnen och med tanke på att 1) saltets densitet är högre än sött grundvatten, 2) berggrunden stiger mot brunnen och 3) det är inte sannolikt att marken i närheten av profil 2 och brunnen är tillräckligt geologiskt avvikande för att orsaka risk för saltförorening i brunnen. Nyckelord: Tillämpad geofysik, resistivitet, CVES, saltplym, Dyrehög.

3

Abstract During the spring 2007 an investigation by using applied geophysics was carried out in the area surrounding a former road salt storage in Dyrehög, Brålanda, Dalsland. The investigation was carried out to localise a possible salt pollution plume and to determinate the pollution risk of a nearby watersupply. The investigation is a 10 points exam project in geophysics carried out at Gothenburg University and in cooperation with Sandström AB who performs environmental technical ground investigations and decontamination. In the field work four Continous Vertical Electrical Sounding profiles, two radarprofiles, a greater number of boreholes were made and the resulting data were worked on in Res2dinv respectively Reflex to later be interpreted. The equipment used consists of ABEM SAS 4000 with built in voltmeter och amperemeter, terrameter, battery and cables with belonging contacts. A large number of borehole samples were also made for analysis. In resistivity surveying it is the flow of charges through the ground that is interesting. Resitivity is a characteristic of material and depends of the material but not its shape which is accounted for by a geomethrical factor. The results of the resistivity survey showed a connection between high salinity in the groundwater and low resistivity which can be seen in the resistivity profiles. The radar survey, which in field was carried out by Sandström Miljö & Säkerhetskonsult AB, were done as a complement to the resistivity survey and borehole sampling because the ground at various places in the proximity of the former road salt storage was hard to drill and did not give borehole data from more than a depth of 3 m. Electromagnetical radarwaves were at large parts put out already at a depth of 1,5 m, probably because of the high electrical conductivity of salt. Applied surface covering geophysics is a good complement to direct but more time comsuming and costly methods like borehole drilling. With the knowledge that salt water has a very low resistivity compared to other in the area common materials and by interpreting and comparing the data from the three methods, the probable spread of a salt plume and that the nearby water supply was out of risk for pollution was concluded. It can not be stated with 100% certanity that the well is safe from risk of pollution because the statement is almost only built on the result from profile 2. The profile though is drawn the closest way between the salt plume and the well and considering 1) salt density is higher than fresh water, 2) the bedrock is ascending toward the well and 3) it is not probable that the ground in the vicinity of profile 2 and the well is geologically deviant enough to cause a risk for salt pollution in the well. Keywords: applied geophysics, resistivity, salt plume, Dyrehög, CVES.

4

Innehållsförteckning

Sammanfattning ....................................................................................................................... 1 Nyckelord: tillämpad geofysik, resistivitet, saltplym, Dyrehög, CVES................................ 2

Abstract ..................................................................................................................................... 3 Keywords: applied geophysics, resistivity, salt plume, Dyrehög, CVES. ............................. 3

Innehållsförteckning ................................................................................................................ 4 Inledning ................................................................................................................................... 5 Orienteringskartor ................................................................................................................... 6 Princip och teori för resistivitetsundersökning ..................................................................... 8

Värden på resistivitet för några vanliga material (Musset & Khan, 2000): ........................ 9 Princip och teori för markradar ........................................................................................... 12 Utrustning och metod............................................................................................................. 13

CVES fältutrustningen består av .......................................................................................... 13 Metoden i fält ....................................................................................................................... 14 Databearbetningen............................................................................................................... 17

Resistivitetsresultat ................................................................................................................ 18 Profil 1.................................................................................................................................. 19 Profil 2.................................................................................................................................. 20 Profil 3.................................................................................................................................. 21 Profil 4.................................................................................................................................. 22

Radarresultat .......................................................................................................................... 23 Radarprofil 1 ........................................................................................................................ 23 Radarprofil 2 ........................................................................................................................ 24

Diskussion ............................................................................................................................... 25 Tack ......................................................................................................................................... 27 Referenser ............................................................................................................................... 28 Bilaga provtagningsprotokoll................................................................................................ 29

5

Inledning

Arbetet är ett 10 poängs examensarbete i geofysik utfört under våren 2007 vid Institutionen för Geovetenskap vid Göteborgs Universitet i samarbete med Sandström Miljö & Säkerhetskonsult.

Syftet med arbetet är att undersöka marken under ett nedlagt vägsaltförråd i Dyrehög, Brålanda, Dalsland, genom att använda tillämpad geofysik, resistivitet. Frågeställningen i undersökningen är att undersöka om det existerar en saltplym i marken runt saltförrådet, dess eventuella utbredning och om det finns risk för förorening av en grundvattentäkt ca 400 meter ifrån saltförrådet. Metoden är att göra ett antal CVES mätningar (Continous vertical electrical sounding) för att sedan modellera mätdata i dataprogram där 2D sektioner av undersökningsplatsen kan skapas och tolkas samt att jämföra med modellerad data från markradar och med borrprover från platsen.

CVES undersökningen och handborrprov 17 och 18 utfördes av mig medan borrmaskin, vattenprovtagning och markradar sköttes av Sandström AB som senare gav mig data att jobba med efter deras laboratorieanalysering av borr- och vattenprov.

Svenska Vägverket är Sveriges nationella myndighet med ansvar för hela vägtransportsystemet och dess miljöpåverkan. Över hela Sverige har Vägverket förråd med vägsalt som används under vinterförhållanden för att förhindra störningar i vägtransportsystemet. På senare tid har Vägverket lagt ned flera av dessa saltförråd. Ett av dessa nedlagda saltförråd var sedan 1950-talet beläget i Dyrehög, Brålanda, 400 m från en grundvattentäkt på åkermark. För att utvärdera saltförrådets miljöpåverkan och eventuellt genomföra en sanering anlitades Sandström AB av Vägverket.

Beroende på borrmetod erhålls varierande men oftast mycket bra information om marklagrens mäktighet och sammansättning. När ett större område ska undersökas krävs det många borrningar vilket kan bli mycket kostsamt,. Tillämpad geofysik är ett bra komplement eftersom dessa metoder ofta är effektivare i tid och pengar. Geofysik ger dock en tolkad bild av marken till skillnad från borrning som ger ett verkligt prov.

I mätområdet i Dyrehög gjordes fyra CVES profiler i fyra vädersträck delvis parallella och korsande med två markradarprofiler och ett större antal dokumenterade borrprovningar. Resistivitet och markradardata överfördes till programmen Res2dinv respektive ReflexWin där de bearbetades, analyserades, tolkades och sedan korrelerades med borrprovsprotokoll.

6

Orienteringskartor

Figur 1. Dyrehög ligger vid markeringen på kartan.

Figur 2. Undersökningsplatsen ligger inom den röda cirkeln.

7

Figur 3. Mätpunktskarta med profilsträckningar. P1 - P4 i rött är CVES profilerna och R1 - R2 i blått är radarprofilerna. Punkterna 9 – 18 i lila visar borrpunkterna.

8

Princip och teori för resistivitetsundersökning Material är uppbyggt av atomer som enkelt sett kan ses som små positivt laddade kärnor som omges av negativt laddade elektroner. Vanligtvis är mängden positiva och negativa laddningar i balans och ger elektrisk neutralitet. Bara när det finns en obalans så har en kropp en laddning och dess elektriska egenskaper blir uppenbara. I resistivitetsundersökning är det flödet av laddningar genom marken som är intressant, och det som bestämmer resistiviteten i marken är vattenhalt, löst salt i vattnet, porositet och halten ledande mineral som lermineral. Hög vatten-, salt- och lermineralhalt sänker resistiviteten, liksom hög porositet förutsatt att porerna är vattenfyllda. Elektriska laddningar flödar runt i en strömkrets. Precis som vatten är en ström så är flödet av laddningar en elektrisk ström. Elektrisk ström mäts i ampere, den mängd ström som passerar i vilken som helst punkt i strömkretsen i en sekund. Precis som en tryckskillnad behövs för att få vatten att flöda krävs också en elektrisk tryckskillnad som kallas potentialskillnad och som mäts i volt. I de flesta material ökar strömmen proportionellt med potentialskillnaden, alltså om potentialskillnaden dubblas så dubblas strömmen. Detta samband kallas Ohm’s lag, R (resistans) = U (spänning) / I (ström). Värdet på resistansen beror på både materialet och dess form. En koppartråd har mindre resistans än en av bly med samma dimensioner medan en lång tunn ledning har större resistans än en kort, tjock av samma material. En dubblering av längden dubblerar resistansen men en dubblering av tvärsnittsarean halverar den precis som en dubblering av ett vattenrör skulle dubblera vattenflödet genom det. Resistivitet däremot som används i resistivitetsundersökning karakteriserar ett material oberoende av dess form, resistivitet mäts i Ohm-meter. Inversen till resistivitet är konduktivitet. I naturen finns mycket bra ledare och isolatorer som silver respektive kvarts men de flesta material har resistiviteter där emellan. Eftersom det oftast finns en tunn film av grundvatten mellan mineralkornen så beror resistiviteten till stor del på porositeten, hur mättade porerna är och hur konduktivt grundvattnet är. Berg i naturen vittrar och löst salt sprider sig i grundvatten som ofta innehåller oftast mycket lösta joner. Jonerna leder till elektrolytisk ledning som skapar en ström av joner och gör salt grundvatten mer ledande än rent vatten. Elektrolytisk ledning skiljer sig från elektronisk ledning där strömmen skapas av enbart elektroner. (Musset & Khan, 2000)

9

Värden på resistivitet för några vanliga material (Musset & Khan, 2000): Material Resistivitet (ohm-m) Sedimentära Kalk 50 - 150 Lera 1 - 100 Grus 100 - 5000 Kalksten 50 - 107 Sand 500 - 5000 Sandsten 1 - 108 Magmatiska och metamorfa material Basalt 10 - 107 Gabbro 1000 - 106 Granit 100 - 106 Marmor 100 - 108 Vatten och effekt av vatteninnehåll Naturellt vatten 1 - 103 Havsvatten 0.2 Saltvatten är mer elektriskt konduktivt än sötvatten och har mycket låg resistivitet som kan upptäckas med resistivitetsundersökning och modellering. Resistivitetsmetoden CVES är en lämplig metod som kan ge en bra tvådimensionell bild av marken. Resistivitetsmetoden går ut på att en lågfrekvent växlande ström leds ned i marken genom två elektroder av stål som är kopplade till portabla instrument. En lågfrekvent växelström används för att undvika elektrisk polarisering. Den resulterande potentialfördelning i marken som mäts med två potentialelektroder (också stålelektroder) ger genom att ta med geometrifaktor i beräkningen fördelningen av skenbar elektrisk resistivitet i marken. (Parasnis, 1997) Genom att jämföra, analysera, modellera data från CVES och verifiera tolkningen med borrprov kan en bra översikt av markprofilens uppbyggnad erhållas. Saltvatten har högre densitet än sött grundvatten och sprids normalt nedåt i form av en plym från en enstaka källa. I detta projekt är källan ett nedlagt vägsaltförråd. I CVES undersökning mäts förhållandet mellan ström och spänning (ΔV / I) med ökande separering av elektroder. Detta förhållande ändras av två anledningar, p.g.a. att resistiviteten ändras med djupet men också för att elektroderna helt enkelt flyttas isär. Den sistnämnda effekten måste beräknas och kompenseras för innan den första som är själva målet med undersökningen kan bestämmas När strömmen sprids genom marken så divergerar den från en strömelektrod för att sedan konvergera vid den andra. Detta kan ses som att vägarna som strömmen tar utgör formen av en banan. Resistansen av ’strömbananen’ är proportionell med dess längd men inverterat proportionell med dess tvärsnittsarea. Anta att avståndet mellan elektroderna dubblas, i homogen mark så förstoras i så fall helt enkelt diagrammet och ’strömbananen’ blir dubbelt så lång men tvärsnittsarean blir fyra gånger större. Den större ökningen av tvärsnittsarean

10

jämfört med ökningen av längden gör att resistansen ΔV / I halveras, tvärtom mot tron att resistansen ökar ju större volym den måste gå igenom. För att räkna med denna effekt så multipliceras förhållandet ΔV / I med en geometrisk faktor som beror på elektrodavståndet. Faktorn är sådan att i en homogen mark så är ρa (skenbar resistivitet) konstant när elektrodavståndet ändras och är lika med markens resistivitet. ρa = geometrisk faktor × ΔV / I.

Figur 4. Marken i genomskärning och bild av ’strömbananen’. Den geometriska faktorn beror på vilken typ av utlägg som används. I det vanligt förekommande Wennerutlägget som har använts i detta fall, blir det mellan fyra elektroder tre jämna mellanrum med avståndet a och den geometriska faktorn är 2πa, så ρa = 2πa ΔV / I. I homogen mark ger alltså en dubblering av a en halvering av ΔV / I men ρa förändras inte. Om marken har en lagerföljd så beror värdet ρa på resistiviteterna av de olika lagren. Efterhand som elektrodavståndet ökar så ändras ρa eftersom mer ström går genom djupare lager. Denna variation används för att beräkna olika materials resistivitet. (Musset & Khan, 2000)

11

Figur 5. Skiss över Wennerutlägget. Varje litet streck motsvarar en elektrod. Översta delen visar Wenner lång och kort. Mitten visar kablaget. Den nedre delen visar hur längre profiler kan mätas genom förflyttning av utlägget. (Dahlin et al., 1999)

12

Princip för markradar Eftersom markradar inte är huvudmetoden beskriver jag inte utförligare om den utan nöjer mig med att beskriva principen för metoden. Precis som seismisk reflektion använder sig markradar av reflektion av vågor. Markradar använder de högsta frekvenserna bland de elektromagnetiska metoderna och når därmed inte så djupt. En puls av elektromagnetiska vågor skickas ned i marken, reflekteras på en yta och tiden för vågen att reflekteras och komma tillbaka till markradarn kallas tvåvägstid (two-way time). Metoden ger hög upplösning men djupnedträngningen skiftar mycket beroende på materialen i marken. I berg, grus och sand kanske djupnedträngningen är 20 m medan i material med mycket låga resistiviteter som lera eller material med stor mängd med saltvatten som runt saltladan i detta fallet kanske djupnedträngningen bara är ett par decimeter. I material med låga resistiviteter absorberas de elektromagnetiska vågorna och ger därmed blanka fält i en sektion (Musset & Khan, 2000) vilket kan ses i både radarprofil 1 och 2 (fig 11 och 12).

13

Utrustning och metod

CVES fältutrustningen består av

• 70 stålelektroder, varje ca 40 cm lång. • ABEM SAS 4000 med voltmeter och amperemeter. • Elektrodväljare. • Bilbatteri. • Fyra kabeltrummor som var har 100 m kabel och 20 kontakter, fem meter mellan varje

kontakt. • Klämmor för kontakt mellan elektroder och kablage. • Två måttband. • Två kabelkontakter (kontakter för kabeländar). • Diverse kablar för att sammankoppla enheterna.

Bild 1. Från vänster i bilden ses bilbatteri, ABEM SAS 4000 med voltmeter och amperemeter, Elektrodväljare och en kabeltrumma.

14

Metoden i fält Först mäts de planerade mätprofilerna upp med måttband. Elektroderna placeras med avstånd beroende på önskat mätdjup och upplösning enligt Wenner konfiguration. I t.ex. profil 1 som är 120 m lång användes ett elektrodavstånd på tre meter i ytterkablagen och halva avståndet 1,5 m i de två mittenkablagen då programmet först kör Wenner lång som använder alla kablagen och sedan Wenner kort som bara använder de två mittenkablagen med halva elektrodavståndet.

Bild 2. Elektrod kopplad till kontakt till kablage. De fyra kabeltrummorna placeras längs profilen med jämna avstånd enligt Wenner konfiguration. Elektroderna kopplas till kablarna med klämmor för elektrisk kontakt. För de två ytterkablagen används bara varannan kontakt på kablarna. För de två mittenkablagen med dubbelt så många elektroder används alla kontakterna till följd av det halverade elektrodavståndet. ABEM SAS 4000, elektrodväljaren och dess strömkälla bilbatteriet placeras i mitten av profilens uppställning, mellan kablage två och tre. Alla kontakter kopplas ihop vilket inkluderar två stycken kabelkontakter som utgör kontakt mellan kabel ett och två respektive tre och fyra. Viktigt är att kabelkontakternas svarvning vänds in mot profilens centrum.

15

Bild 3. Jag iakttar mätningen av profil 2 på åkern. Utlägget är klart och ABEM SAS 4000 gör en testkörning av utlägget där elektrodernas kontakt kontrolleras. Om allt är okej kan Wenner lång startas. En ström genereras med en styrka av ca 10-200 mA beroende på resistiviteten på platsen, t.ex. lera kräver starkare ström. Strömmen skiftar polaritet för att ta bort effekten av eventuell självpotential. Profilen delas upp i fyra kablage med jämna avstånd, vardera t.ex. 30 m i profil 1 som är 120 m. När mätningen startas körs först Wenner lång som använder alla fyra kablage för mätningen. När Wenner lång och kort körs används alla möjliga kombinationer om fyra elektroder. För varje kombination av elektroder som används mäts potentialfördelningen i marken och tillsammans ger mätningarna en två-dimensionell bild av marken och dess skenbara resistivitet längs den uppsatta profilen. När Wenner lång är klar efter ca en timma körs Wenner kort. När Wenner kort startats kan ytterkablagen (kablage ett och fyra) plockas in om så önskas då Wenner kort endast använder mittenkablagen (kablage två och tre). När Wenner kort slutförts ställer ABEM SAS 4000 frågan om en förflyttning av profilen vill göras. En förflyttning kan göras om man vill förlänga profilen för att få mer data. Om profilen ska förlängas med t.ex. ytterligare 30 m (en kablagelängd i profil 1) så förflyttar man hela utlägget och dess kablage ett steg framåt genom att ta upp kablage ett och dess elektroder och ansluta dem till slutet av profilen. När förflyttningen är genomförd väljs alternativ förflyttning

16

uppåt i databoxen. Förlängningsmätningen startar och totalt har nu uppmäts fem kablage om till exempel 30 m vardera för en 150 m lång profil. Profil 1 är 120 m lång med minsta elektrodavstånd 1,5 m. Sträckningen är från saltladans en gång nordöstra kant och ca 80 m ut på åkern. Ytan utgörs av grusplan fram till ca 43 m där staketet och åkern tar vid (fig 3). Profil 2 är 300 m lång med minsta elektrodavstånd 3 m för att nå dubbelt så djupt ned i marken. Sträckningen är från provborrning 13 till vattentäkten på åkern. Ytan utgörs enbart av åkermark (fig 3). Profil 3 är 180 m lång med minsta elektrodavstånd 1,5 m. Här gjordes två förflyttningar för att få med en sträcka parallell med profil 1 i syfte att kunna jämföra dessa . Första utlägget var 120 m. De två förlängningarna är vardera 30 m. Sträckningen är från 15 m sydväst om provborrning 11 till en bit ut på åkern. Ytan längs profilen utgörs av gräsmatta till 27 m där asfaltsyta börjar och fortsätter till 55 m där ytan utgörs av grus / sten / block. Vid 79 m sluttar det brant två m ned och framåt och vid 83 m börjar en grop där saltladan stått. Markytan är helt vattenmättad här. Vid 117 m slutar saltladegropen (fig 3). Profil 4 är 120 m lång med minsta elektrodavstånd 1,5 m. Sträckningen är längs staketets nordöstsida på åkerns kant och slutar vid provborrning 13 (fig 3).

17

Databearbetningen Bearbetning av CVES resistivitetsdata sker vanligtvis med geofysisk inversmodellering där en tvådimensionell blockmodell optimeras med avseende på blocken. En modell accepteras när dataresidualen har kommit ner till en förutbestämd nivå, d.v.s. när modellresponsen är tillräckligt nära de i fält uppmätta data. Detta ger en tvådimensionell resistivitetsmodell med gradvisa variationer både vertikalt och horisontellt. Ett problem med denna typ av modellering är svårigheten att tolka skarpa lagergränser. (Wisén, Dahlin, 2004) Den insamlade mätdatan importeras och bearbetas i programmet Res2Dinv (www.geoelectrical.com) Ett första steg i programmet är att plocka bort mätpunkter med väldigt avvikande uppmätta värden på grund av till exempel dålig kontakt eller kontakt med strömförande föremål som metallstaket. Vidare sätts den första elektroden på profilen som origo för att få rätta längder. Programmet delar upp profilen i block och för att få en bättre upplösning (hälften så stora och dubbelt så många block) körs en förfining av modellen i programmet. Inversion görs och programmet gör fem iterationer, RMS-felet minskar med varje iteration, efter de fem kan man välja ytterligare för att få ned RMS-felet mer, en extra iteration valdes, totalt gjordes sex iterationer på varje profil. Ett acceptabelt RMS-fel är runt 5-10%. För att få samma konturskala på profilernas mätvärden och kunna jämföra alla profiler väljs ett valfritt logaritmiskt värde med ett minimumvärde, här valdes 0,7 och en ökande konturfaktor på 1,9. Radardatan bearbetades i programmet ReflexWin (www.sandmeier-geo.de). Här importerades data för att sedan bearbetas i ett antal steg. Nollpunkten sattes till markytan, förstärkning av profilen i djupled gjordes med hjälp av AGC (automatic gain control) med ett tidsfönster på 25 ns (nanosekunder) för att få vissa drag i profilen mer framträdande.

18

Resistivitetsresultat För låga resistiviteter finns ett linjärt samband mellan resistivitet och salthalt i porvatten vilket kan ses i diagrammet nedan (Andersen, 1980). I borrpunkt 16 (fig 3) som ligger i korsningen mellan profil 3 och profil 4 uppmättes en natriumkloridhalt på 4700 mg/l och mycket låg resistivitet, ca 2 ohm-m. I borrpunkt 18 uppmättes en natriumkloridhalt på 2100 mg/l och en resistivitet mellan 1-10 ohm-m. Dessa observationer överrensstämmer någorlunda med diagrammets linjära funktion och visar att det kan vara ett användbart verktyg.

Figur 6. Diagram över relationen mellan låg resistivitet och salthalt. Den lodräta axeln visar resistivitet och den vågräta visar natriumkloridhalt (Andersen, 1980).

19

Profil 1

Figur 7. Profil 1. 30 m in på profilen uppmättes en kloridhalt på 8600 mg / l i grundvattenrör 10. 55 m in togs borrprov 17 som visar en kloridhalt på 5200 mg / l. De djupt blåa fälten med mycket låg resistivitet (mellan 1-10 Ohm-m) förklaras med en mycket hög salthalt. För att korrelera med borrprov används grundvattenrör 10 (fig 3) som sattes 30 m in på profilen. Röret var totalt 4,5 m långt och dess spets med 0,5 m filter och vattenintag nådde ned till 65,26 m över havet, alltså ungefär fyra meter under markytan då dess överkant stack upp ett par decimeter. I röret uppmättes en kloridhalt på 8600 milligram / liter, ett mycket högt värde som korrelerar bra med den mycket låga. Materialet här är sand och grundvattenytan uppmättes till 66 m.ö.h. (tre meter under markytan) vilket kan förklara övergången från högre resistivitet ned till tre m där grundvattenytan finns och resistiviteten genast minskar. Profilen kan jämföras med radarprofil 1 som visar en utsläckning av radarvågen vid tre m djup, troligen grundvattenytan. Det mörkblåa sammanhängande fältet i profil 1 kan därmed antagas vara en saltplym med början vid saltladans ände och som sträcker sig en bit ut på åkern till ca 55 m in på profilen där borrprov 17 (se provrörskarta, Fig 3) gjordes ned till 2,5 m. Materialet här är siltig sand och visade en kloridhalt på 5200 mg/l vilket kan korreleras med den även här låga resistiviteten (ca 5-15 Ohm-m) ett par meter ned. Grundvattenytan i borrprov 17 låg nästan i markytan, ca 0,5 m ned, det avspeglas också i resistiviteten som är låg ända upp till markytan. De ljusgröna fälten (ca 40-100 Ohm-m) domineras av lerigt material vilket observerades i fält.

20

Profil 2

Figur 8. Profil 2. Borrpunkt 13 ligger togs vid profilens start och borrpunkterna 14 och 15 togs vid ca 80 respektive 180 m in på profilen. Den 300 m långa profilen sträcker sig över åkern mot vattentäkten. De ljusgröna fälten tolkas som lera (ca 40-100 ohm-m som i profil 1) vilket också observerades i fält och borrprov. De höga resistiviteterna i övre delarna är troligen partier med grövre material som sand och grus (ca 500 – 2500 ohm-m). I profilen ses inte alls de låga resistiviteter orsakade av salt som finns i profil 1. Berggrunden kan också tolkas som stigande mot brunnen för att sedan snabbt dyka ned igen vid ca 240 m där den som ytligast ligger på ca tio m djup. Berget fungerar som barriär och salts höga densitet gör det svårt för salt att migrera över berggrundens tröskel. Dessa fakta talar för att vattentäkten är utom risk för saltförorening.

21

Profil 3

Figur 9. Profil 3. Borrpunkt 11 togs ca 15 m in på profilen. Borrpunkt 9 och 16 togs vid saltladan ca 140 m in respektive diket 160 m in på profilen. Profil 3 som är 180 m och delvis parallell med profil 1 visar också mycket låg resistivitet vid saltladans ände ungefär 120 m in på profilen. Det är ca 20 m mellan de parallella profilerna 1 och 3. Ca 15 m in på profilen ligger borrprovspunkt 11. Materialet är dominerande siltig sand och visar en låg kloridhalt på 38 mg / l, ingen onormal saltförorening. På ca sex meters djup stötte borren på hårt material, troligen block eftersom det är allt för låga resistiviteter för gnejs eller granit. Vidare ca 160 m in på profilen, vid diket som löper sydöst parallellt med staketet gjordes borrprovpunkt 16. Materialet är lera ned till två meter, sedan sand ned till ca sju m djup där borrningen tog stopp, troligen p.g.a. berggrunden. I röret uppmättes en hög kloridhalt på 4700 mg / l. Dessa observationer stämmer väl med bilden av profil 3 som visar saltplymens nordöstra ände med mycket låg resistivitet just vid diket vid 160 m. Vid jämförelse av den parallella profil 1 så ser det likadant ut vid just diket ca 43 m in på profil 1. Saltet kan antagas koncentreras i diket då diket är beläget på lägre marknivå än saltladan och även får vatten från en brunn i gropen efter saltladan som har sitt utlopp i diket. Denna högre saltkoncentration i diket kan också ses i profil 4 som är parallell och löper bara ca fem m från diket.

22

Profil 4

Figur 10. Profil 4. Profil 1 korsar vid 25 m och profil 3 vid 37 m in på profilen. Borrpunkterna 17 och 18 ligger ett par m från korsningen med profil och borrpunkt 16 ligger en meter från korsningen med profil 3. Borrpunkt 13 ligger mycket nära profilens ände och starten av profil 2.

Profil 4 löper på åkern parallellt och fem m från diket. Profil 1 korsar vid 25 m, profil 3 vid 37 m och dessa punkter med korsande mätningar överrensstämmer ganska väl i resistivitet men beror troligen på dikets vattenmängd och låga resistivitet. 47 m in på profilen rinner dräneringsröret från saltladegropen ut i diket vilket troligen orsakar en koncentration av salt i diket och den mycket låga resistiviteten (ca 10 ohm-m) i dess närhet som syns på bilden av profil 4. De turkosa fälten med kontinuerligt låga resistiviteten ned till fem meter djup i profilen beror förutom en viss salthalt på att materialet är vattenmättad sand och lera vilket observerades i de närliggande borrprovpunkterna 17, 18 och 13. Ca tio meter vid sidan av slutet på profilen gjordes borrprovpunkt 13. I röret uppmättes en kloridhalt på 79 mg/l vilket är lågt och också talar för att saltplymen inte nått dit eller vidare genom åkern mot vattentäkten.

23

Radarresultat Markradarmätning i två profiler gjordes för att undersöka möjligheten att se djup till underliggande berg då geologin i området norr om före detta saltladan visat sig mycket hård och svårborrad. Markradarprofilerna visar att radarvågen som minst trängde ned endast 1,5 m innan den släcktes ut men på de flesta ställen nådde den ca 3-4 m. Orsaken till den snabba utsläckningen bedöms vara saltet i marken (saltet ökar den elektriska konduktiviteten som till stor del styr utsläckningen av radarvågen). Radarprofil 1

Figur 11. Radarprofil 1. Markradarprofil 1 löper från början och längs med CVES-profil 1 och fram till staketet. Mellan ca tre och fyra m släcks radarvågen ut nästan helt vilket tyder på högkonduktivt material som lera eller i detta fall troligen saltmättat grundvatten.

24

Radarprofil 2

Figur 12. Radarprofil 2. Radarprofil 2 löper vinkelrätt mot radarprofil 1 över grusplanen nära gropen efter saltladan och fyra m utanför borrpunkt 9. I radarprofil-2 tränger radarvågen ned till fyra meters djup från 28 m på profilen vilket tyder på lägre salthalt och troligen sjunkande grundvattenyta när avståndet från saltladehålet ökar. Den enda borrpunkten att korrelera med är borrpunkt 9 som är belägen ca 25 m in längs med profilen. Borrpunkt 9 nådde endast ca tre m ned innan borren fastnade. Grundvattenytan observerades på ca en m djup och skulle kunna tolkas som den andra, tydliga nedåtsluttande reflexen som slutar vid två m djup i högra bildkanten på radarprofil 2. En salthalt på ca 29 mg/l uppmättes mellan en till tre meters djup vilket stämmer med att radarvågen inte släcks ut mellan en till tre meter 25 m in på radarprofilen.

25

Diskussion Frågeställningen i undersökningen är att undersöka om det existerar en saltplym i marken runt saltförrådet, dess eventuella utbredning och om det finns risk för förorening av en grundvattentäkt ca 400 meter ifrån saltförrådet.

För att undersöka utbredningen av en eventuell saltplym och risk för förorening av närliggande grundvattentäkt användes den geofysiska metoden CVES eftersom saltets låga resistivitet framträder tydligt på en modellerad sektion. Som komplement användes borrprov och markradar. Problemet med markradar är dess begränsade djupnedträngning till skillnad från CVES, radarvågen släcks snabbt ut i lågresistiva material som salt grundvatten. Borrprovsdata däremot ger en konkret utgångspunkt vid jämförelse med resistivitetsdata.

En saltplym observerades från de tolkade resistivitetsmodellerna, dess utbredning kan uppskattas i tre dimensioner med hjälp av de fyra framtagna profilerna som sträcker sig i fyra vädersträck. Med utgångspunkt från profil 1 (Fig 7) når saltplymens utbredning från saltladegropens kant ca 60 m nordöst ut på åkern och inte djupare ned än ca sju meter under markytan, ungefär på det djupet där block eller berggrunden antas ligga med tanke på borrstopp och resistivitetsvärden. Ingen högre salthalt observerades i profil 2 (Fig 8) och den ligger rimligen bortanför saltplymens utbredning vilket styrker tolkningen att vattentäkten är utom fara för förorening.

I profil 3 (Fig. 9) ses att saltplymens sydvästra begränsning ligger vid 120 m in på profil 3 vilket är beläget ungefär parallellt med början av profil 1. Att saltplymen inte spridit sig mer sydväst kan förklaras med att saltladans botten bestått av ogenomtränglig asfalt och att grundvattenflödet är i en dominerande nordöstlig riktning ut mot åkern samtidigt som även topografin sluttar svagt nedåt mot öst. Riktningen på spridningen bekräftas av att saltplymen spritt sig 60 m nordöst i den med profil 3 parallella profil 1. Detta pekar på att den nordöstliga utbredningen i profil 3 sträcker sig i längd ut på åkern ungefär som i den närliggande parallella profil 1. Saltplymen når också ungefär samma djup som i profil 1.

I profil 4 (Fig 10) som sträcker sig från nordväst till sydöst och är så gott som vinkelrät till profil 1 och 3 kan ses att saltplymen inte når så långt vare sig nordväst eller sydöst utan är begränsad från ca 20 m till 70 m in på profilen. Eftersom det sluttar mer nedåt åt nord-nordöst än rätt österut mot vattentäkten så bör det rimligen inte ske en spridning ända bort till vattentäkten i framtiden. Profil 2 visar också att en mot vattentäkten österut stigande berggrund troligen skulle stoppa en östlig spridning av salt vatten med högre densitet. Saltplymens exakta utbredning är utom ramarna för detta arbete då det skulle kräva en mycket stor och tidskrävande undersökning med många profiler och en mängd mätdata för att täcka ett stort område. Även tillämpning av ytterligare någon geofysisk metod skulle kunna användas om extra noggrann korrelering önskas, t.ex. seismisk refraktion som lättare visar en berggrundsyta. Fördelar med geofysik jämfört med borrprovstagning är att det ofta är mer yt- och volymstäckande och därmed mer tid- och kostnadseffektivt än punktvisa borrprov.

Nackdelar med resistivitetsmetoden är svårigheten att tolka gränser mellan olika material i en 2D sektion för att t.ex. se en bergyta.

26

De fyra profilerna framtagna från mätdata stämmer väl med de verkliga djupen för olika material som borrproven ger. Borrproven och dess analys är en viktig säkerhet för fastställandet av materialen då CVES mätdata ger en bra bild men bygger på tolkning till skillnad från verkliga borrprov. Problemet med borrprov är istället när borrningen tar stopp i allt för hårt material som block eller berg vilket hände i ett par borrningar och noterades i borrprotokollet.

Felkällor i undersökningen kan vara bl.a. att nedstuckna elektroder eller dess strömklämmor får dålig kontakt, t.ex. om marken är mycket torr, högresistiv och mindre andel ström kan skickas. Vidare t.ex. att tillverkade metallföremål som staket ger ledning av strömmen. Metallstaketet mellan f.d. saltladans grusplan och åkern undveks noga då det korsade profil 1 och profil 3. Ett mindre problem är att resistivitetsmätningarna för profilerna är gjorda olika dagar vilket kan ge upphov till fel vid jämförelse av korsande profiler eftersom t.ex. grundvattennivån kan förändras något under ett par dagar. Detta bör dock inte ha orsakat något betydande fel då några större förändringar inte observerades i fält.

27

Tack Jag vill tacka mina handledare fil. Dr. Anita Turesson på Geovetenskapliga institutionen vid Göteborgs Universitet och Mattias Andersson och Markus Nilsson vid Sandström AB som gjort arbetet möjligt. Tack till Geovetarcentrum för lån av CVES utrustning. Tack till Sandström AB som stod för resor och utlåning av bil. Tack också till min kompis Stefan Svahn som följde med en heldag i fält och hjälpte mig med profil 2 på åkern trots kylig vind och snö på marken.

28

Referenser Musset, Alan E., Khan, Aftab M., 2000, Looking into the earth, An introduction to Geological Geophysics.

Parasnis, D.S., 1997. Principles of applied geophysics. Chapman and Hall.

Telford W.M., Geldart L.P., Sheriff R.E., 1990, Applied Geophysics Second edition, Cambridge Unversity Press.

Reynolds, John M., 1997, An introduction to Applied and environmental Geophysics. Dahlin, T., Gass, R. and Jeppsson, H.,1999, Resistivitetsmätning som förundersökningsmetod vid tunnelbygget genom Hallandsås, Föredrag Bergmekanikdag/Procs. Rock Mechanics Meeting, Stockholm, 10 March 1999, ISSN 0281-4714, p 15-25. Wisén, R. and Dahlin, T., 2004, Samtidig inversion av olika geofysiska data och a priori information i geofysisk inversmodellering – fältexempel från geoteknisk förundersökning, Procs. NGM 2004, Ystad, Sweden, 18-20 May 2004, 12p. Andersen, H.L., 1980, Noter till forelaesning om Geo-elektrik, Geokompendier nr 16, Geologiske institut, Aarhus Universitet. www.geoelectrical.com www.sandmeier-geo.de www.lantmateriet.se www.eniro.se

29

Bilaga provtagningsprotokoll Denna sida ska ersättas med provtagningsprotokollet som får skrivas ut separat eftersom excelfilen inte gick att infoga bra här i word.

Miljöteknisk markundersökning

Saltlada Brålanda (Vänersborg Dyrehög 1:33)

Datum: 2006-10-17 (Prov1-8) 2007-03- 6/7 (9-16) 2007-03-29 (17-18) Provtagare: M Andersson,*=slagsondering (osäker geologi) Joakim Reimer

Beteck-ning Markyta Avser

m.u.myGeoteknisk benämning

Prov m.u.my

Klorid (Jordprov) mg/kg TS

Grundv. yta

m.u.my

Konduktivitet (Grundvatten)

mS/m

Klorid (Grundvatten)

mg/lAnmärkning

1 Asfalt 0-0,050,05-0,8 saF 0,05-0,8 490 0,60 1200 4200 Lab.Analy.Pet0,8-1,0 siSa 0,8-1,0 14001,0-2,0 saSi -

2 Asfalt 0-0,050,05-0,8 Sa 0,05-0,8 920 0,600,8-1,0 leSa 0,8-1,0 1900 grågrun1,0-1,3 Sa 1,0-1,5 980 brun1,3-2,0 siSa 1,5-2,0 830 grå

3 Asfalt 0-0,05 0,05-0,8 5100,05-0,8 grsaF 0,8-1,0 21000,8-2,0 leSi 1,0-1,5 1800 Torrt grå

,

4 Asfalt 0-0,050,05-0,4 grsaF 0,05-0,8 2900,4-1,0 Sa 0,8-1,0 260 0,60 brun1,0-2,0 leSa 1,0-1,5 680 grå

1,5-2,0, 560

5 Asfalt 0-0,050,05-0,45 grsaF 0,05-1,0 140 ljusbrun0,45-1,0 grsaF 0,60 brun1,0-2,0 leSi 1,0-1,5 590 grå

1,5-2,0 570

6 Grus 0-0,5 grsaF 0-0,6 <2,8 Lab.Analy.Pet0,5-0,6 Sa brun0,6-1,2 leSi 0,6-1,0 gråbrun1,2-1,45 Sa grå1,45-1,6 Sa 1,60 290 1000 brun, mellan1,6-1,9 Sag grov1,9-2,0 siLe2,0-3,0 leSi svårborrat

GW-7 Gräs 0-0,1 muSa0,1-0,4 Sa 0-1,0 130,4-0,5 Gr0,5-0,7 Sag0,7-1,0 Sa1,0-1,5 sileSa 1,0-1,5 92 brun1,5-2,0 siSa 1,5-2,0 64 grå2,0-3,0 Sa 2,28 258 900 svårborrat

0,60 210 (29/3) 690 (29/3)

SANDSTRÖM Miljö & Säkerhetskonsult

Provtagningsprotokoll

(GW-prov 2,7 m.u.my)

Beteckningar enl. SGF/BGS Beteckningssystem Version 2001:2






Prov m.u.my


Grundv. yta

m.u.my


mS/m


mg/lAnmärkning



8 Asfalt 0-0,050,05-0,8 grSa 0-1,0 16 Lab.Analy.Pet0,8-1,0 muSa1,0-2,0 siSa 1,0-1,5 3202,0-3,0 Sa 1,5-2,0 330 gråbrun3,0-4,4 Sa 2,5-3,0 2300 Torr? Torr? gråfastnar svårborrat

går ej lyfta

GW-9 Grus 0-1,0 saF1,0-3,0 Sa 2,0-3,0 20 1,06 - 293,0-4,0 Si 3,0-4,0 1404,0-8,0 Sa 4,0-5,0 95

8-? 5,0-6,0 120 fastnade!6,0-7,0 100

GW-10 Grus 0-1,2 grsaF 0-1,01,2-1,7 musaF 1,0-2,0 291,7-3,0 Sa 2,0-3,0 120 3,04 - svårborrat3,0-4,0 ? 8600

GW-11 Gräs 0-0,9 Mu0,9-3,2 siSa 1,0-2,0 1,523,2-4,2 Le 2,0-3,24,2-6,3 Sa 3,2-4,2 44,0Stop Berg/alt block 4,2-5,0 46 38

GW-12 Gräs 0-2,9 Sa <5,8 1,952,9-3,5 lesiSa 3,0-4,0 <5,73,5-5,8 siSa 5,0-5,7 6,0 24 12Stop Berg/alt block

GW-13 Gräs 0-0,4 muLe 0,310,4-1,6 Le (torr)1,6-3,9 Le (torr)3,9-5,0 grSa5,0-8,0* grSa* 57 79fastnar *=sondering

fastnar

GW-14 Åker 0-6,0* Le* 2,066,0-18* Sa (Morän)* 42 33 (GW-prov 13,5

m.u.my)












Prov m.u.my


Grundv. yta

m.u.my


mS/m


mg/lAnmärkning



GW-15 Åker 0-12,5* Sa (Morän)* 3,63 46 55Stop Berg/alt block

GW-16 Gräs 0-2,0* Le* 0,372,0-6,5* Sa (morän)* 1300 4700

Stop Berg/alt block

GW-17 Åker 0-1,5 sisale 0,5-1,5 1000 ~0,5 1400 52001,5-2,5 lesise 1,5-2,5 1200

GW-18 Åker 0-1,5 sisale 0,5-1,5 41,0 ~1,5 620 21001,5-2,5 lesise 1,5-2,5 340,0






Documents

EXARBETETv5 - gvc.gu.se · PDF fileoch två markradarmätningar vars ... Material är uppbyggt av atomer som enkelt sett kan ses som små positivt ... laddningar i balans och ger