Västlänken XRD-analys av leromvandlat berg och sprickmineralErik Jonsson & Thomas Eliasson

SGU-rapport 2013:07

maj 2013

Sveriges geologiska undersökningBox 670, 751 28 Uppsalatel: 018-17 90 00fax: 018-17 92 10e-post: sgu@sgu.sewww.sgu.se

Omslagsbild: Palygorskit, sprickmineral i prov från kärnborrhål vid ”Korsvägen östra (Universeum)”, prov KK606KBH: 16,65 m.

3 (14)

PROJEKT VÄSTLÄNKEN XRD-ANALYS AV LEROMVANDLAT BERG OCH SPRICKMINERAL

Projektledare: Thomas Eliasson

Uppdragsområde: SamhällsplaneringUppdragsgivare: BergabAdress uppdragsgivare: Stampgatan 15

416 14 GöteborgUppdragsgivarens beteckning:Referens uppdragsgivare: Kristian NilssonSGU Dnr: 35-401/2013Rapportnr:SGU projektkod: 40229SGU projektmapp:Datum rapport: 2013-05-31Referens/Projektledare: Thomas Eliasson

Rapporten är framtagen och granskad enligt de rutiner som är specificerade i SGUs inte-grerade ledningssystem. SGU är certifierat för kvalitet (ISO 9001:2000), yttre miljö (ISO 14001:2004) och arbetsmiljö (AFS 2001:1)

4 (14)

5 (14)

INNEHÅLLFrågeställning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Metodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Provberedning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Analyser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Utvärdering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Resultat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10XRD-analyser av leromvandlade prov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10XRD-analys av vit sprickfyllnad; KK606KBH 16,65 m box 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Referenser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

6 (14)

FRÅGESTÄLLNING

Fem prov från borrkärnor genomtvärande ler- och omvandlingszoner och sprickfyllna-der påträffade under arbete med Västlänken har inlämnats för röntgendiffraktometrisk (”XRD”) analys, främst avseende påvisande av eventuella svällande lermineral till SGUs mineralogiska laboratorium i Uppsala. Totalt har 13 stycken XRD-analyser utförts, varav en på icke-lermineral.

METODIK

Provberedning

De leromvandlade proven bröts först upp i agatmortel och slammades därefter upp i avjoni-serat vatten och behandlades ca 45 minuter i ultraljud för dispergering av partikelaggregat. Suspensionen fick därefter sedimentera, varefter den översta, lerdominerade delen av suspen-sionen sögs av för vidare preparering. Den avsugna provmängden överfördes därefter via sug-filtrering på milliporfilter till glas, enligt Drevers (1973) metod för att framställa orienterade prov för lermineralanalys. Proven sattes därefter på torkning.

Efter XRD-analys på naturligt, torkat orienterat preparat har proven därefter mättats med etylenglykol (EG) över natten, och därefter analyserats igen med identiska analysparametrar. Slutligen har proven upphettats till 400 °C i ca 1,5 timme, och efter avsvalning analyserats igen.

Sprickfyllnaden (KK606KBH 16,65m box 2) handpreparerades med viss svårighet p.g.a. mi-neralets seghet. En kombination av rivning och malning fick tillgripas för att reducera mate-rial från provet till ett pulver godtagbart för analys.

Analyser

Röntgenanalyserna utfördes med SGUs Siemens D5000 teta-teta–diffraktometer med kop-parstrålning (CuKa) och grafitmonokromator under 40 kV spänning och 40 mA ström-styrka. De orienterade lermineralpreparaten analyserades inom 2-tetaintervallet 2–35°. I båda fallen har analyserna utförts med fast provhållare, 1° divergensspalt, 2 mm ”antiscatter”-spalt samt 0,1mm mottagarspalt.

Tre analyser utfördes på varje orienterat prov; på torkat obehandlat material, på material ef-ter mättning med etylenglykol (EG-mättat), samt efter upphettning.

Analysen på den vita sprickfyllnaden upptogs som en diffraktometerråfil inom 2-tetainter-vallet 2–65° på ett icke-orienterat pulverpreparat, med fast provhållare, 1° divergensspalt, 2 mm ”antiscatter”-spalt samt 0,6 mm mottagarspalt.

Utvärdering

Utvärdering av diffraktometerrådata gjordes medelst Bruker AXS’ programvarupaket DIFF-RACplus 2.2 och programmet EVA med PDF-databasen (ver. 1994). Kompletterande data för lermineral inhämtades från Brindley & Brown (1984), Starkey m.fl. (1984) samt Jasmund & Lagaly (1993).

7 (14)

MATERIAL

Totalt analyserades fyra leromvandlade bergprov (fig. 1–4) och ett vitt sprickmineral (fig. 5), se sammanställning nedan.

4 prov för leranalys Okulärbeskrivning XRD analysKK610KBH: 33,55 m Vittrat, 2–3 cm stort fragment av borrkärna. Gröngrå fint

medelkornig, ojämnkornig till småporfyrisk granodiorit till granit. Tunt band eller lins av ljusröd kalifältspat. Plagio-klas synes till stor del ha vittrat till ljust grön lerhaltigt massa.

Analys av mjukt, grönt, lerhaltig massa. Troli-gen bildad från vittrad plagioklas.

KA613KBH: 13,65 m Skivigt material och vittrat berg och sprickfyllnad från borrkärna. Gröngrå med rödbruna (FeOOH etc.) fläckar.

Analys av mjukt, grönt, lerhaltigt material.

UKO2b Vittrat granodiorit från P-hus Otterhällan. Vittrat berg med mycket finkornig till fint medelkornig textur. Material till stor del ihopsittande eller samman-klumpat till större mjuka aggregat. Gröngrå färg med gråvita delar. Rester av rosa Kalifältspat och transparent kvarts kan identifieras.

Lerhaltigt material

UKO7a Vittrad granodiorit från P-hus Otterhällan. Materialet består av lermineralhaltiga korn och aggregat. Gröngrå med finkornig till fint medelkornig textur. Ställvis spåras ursprunglig textur av en finkornig till fint medelkor-nig, förskiffrad granodioritisk bergart med rester av biotit, kvarts och fältspat.

Lerhaltigt material

Prov för mineralidentifikationKK606KBH: 16,65 m, box 2

Liten bit av borrkärna.

Vit finkornigt sprickmineral, massivt till ställvis något fib-rigt. Sprickfyllnaden, totalt ca 1 till 2 mm tjock, innehåller ”mikroklaster” (vanligen <1 mm långa) av kalifältspat och glimmer. Ställvis är sprickmineralisering något zonerad med vitt mineral på kanterna och klastrikare material i mitten

Vitt sprickmineral

Figur 1. XRD-analyserat bergprov KK610KBH: 33,55 m med ljust röd relativt välbevarad kalifältspat. Millimeter-skala i nederdel av högra bilden.

8 (14)

Figur 2. XRD-analyserat bergprov KA613KBH: 13,65 m. Millimeterskala i nederdel av bilden.

Figur 3. XRD-analyserat leromvandlad granodioritisk till dioritisk gnejs från Otterhällan, prov UKO2b. Millimeterskala i nederdel av bilden.

9 (14)

Figur 4. XRD-analyserat leromvandlad gnejsig diorit från Otterhällan, prov UKO7a. Millimeter-skala i nederdel av bilden.

Figur 5. A. Undersökt sprickmineralmineralisering av palygorskit från borrkärna (KK606KBH: 16,65 m. B. Baksi-dan av stuff med sprickmineral i figur 5A. Ställvis är sprickmineralisering något zonerad med palygorskit längs kanterna. I mitten finns klaster av fältspat och kvarts från omgivande granit.

A B

10 (14)

RESULTAT

Resultat i form av utvärderade råfiler finns i bifogade diagram (diffraktogram), vilka i fallen med lermineralanalyserna är kompositer innehållande tre olika behandlade prov, där svart kurva representerar torkat orienterat prov, blå kurva dito men efter etylenglykolbehandling, och röd kurva dito efter upphettning till 400 °C. Nedanstående är en sammanfattning av erhållna analysresultat och tolkningar.

XRD-analyser av leromvandlade prov

Tre av proven, KK610, KK613 och UKO2b är mycket likartade; i torkad orienterad form uppvisar de breda, relativt höga toppar kring 14 Å, responderar kraftigt på etylenglykolbe-handling (EG; blå kurvor), samt kollapsar under upphettning till dåligt ordnade strukturer med breda, otydliga toppar kring 10 Å. Expansionen av deras strukturer visas med föränd-ringen från 14 Å till mycket starka toppar mellan 16,4 och 16,6 Å; det rör sig alltså om sväl-lande lermineral, en smektit.

Provet UKO7a uppvisar i princip samma systematik, med en stark, bred 14 Å-topp, kraftig expansion efter EG-behandling som visas av en kraftig topp vid 16,5 Å, samt kollaps till en dåligt ordnad illitstruktur efter upphettning. Skillnaden består häri att det utöver en smek-tit också ingår en normal klorit i lerfraktionen. Detta kan ses i den starka, och genom de olika behandlingarna i princip opåverkade toppen vid 7 Å, samt den svagare men också den opåverkade dito vid 14 Å (som är dold eller överlappad i diffraktogrammet för det torkade provet; svart kurva). Förhållandet mellan 7 och 14 Å-topparna antyder att det rör sig om en järnrik klorit (klinoklor).

XRD-analys av vit sprickfyllnad; KK606KBH 16,65 m box 2

Provet domineras helt av magnesium-aluminiumsilikatet palygorskit, ett mineral (skiktsili-kat) som typiskt bildas som sprickfyllnader eller andra sena associationer i magnesiumrika miljöer.

REFERENSER

Brindley, G.W. & Brown, G., 1984: Crystal structures of clay minerals and their X-ray iden-tification. Mineralogical Society of Great Britain and Ireland, Mineralogical Society Mono-graph 5, 495 s.

Drever, J.I., 1973: The preparation of oriented clay mineral specimens for X-ray diffraction analysis by a filter-membrane peel technique. American Mineralogist 58, 553–554.

Jasmund, K. & Lagaly, G., (red.) 1993: Tonminerale und Tone. D. Steinkopff Verlag, Darm-stadt, 490 s.

PDF 1994: Powder Diffraction File computer database, set 1-43. International Centre for Diff-raction Data, Swartmore, USA.

Starkey, H.C., Blackmon, P.D. & Hauff, P.L., 1984: The routine mineralogical analysis of clay-bearing samples. USGS Bulletin 1563, 1–32.

11 (14)

XRD-analyser: tolkade diffraktogram. Västlänken, april 13.

Västlänk KK606KBH 16_65 XRD vit sprfmin

29-0855 (N) - Palygorskite - MgAlSi4O10(OH).4H2O - Y: 50.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056Operations: Background 1.000,1.000 | ImportC:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KK606KBH 16_65 - File: Västlänk KK606KBH 16_65 sprf wr.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 65.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27 .0 °C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 ° - Thet a

Lin

(Cou

nts)

0

100

200

300

400

500

2-Theta - Scale3 10 20 30 40 50 60

12 (14)

Västlänken KK610KBH 33,5 orienterat prov; svart kurva=torkat prov, blå=EG-mättat, röd=upphettat

02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2 - Y: 1.15 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

42-0620 (N) - Corrensite, glycerol - Mg9(Si,Al)8O20(OH)10.2H2O - Y: 3.32 % - d x by: 1.000 - WL: 1.5405619-0764 (D) - Corrensite - (MgFe)9(SiAl)8O20OH10.xH2O - Y: 3.44 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056Operations: Y Scale 0.792 | Y Scale 0.792 | ImportY + 80.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KK610 OR EG HEA - File: Västlänk KK610 OR EG HEAT.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 Operations: Y Scale 0.792 | Y Scale 0.792 | ImportY + 40.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KK610KBH 33_55 - File: Västlänk KK610KBH 33_55 OR EG.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Started: 11 s - 2-Theta: 2.Operations: Y Scale 0.792 | Y Scale 0.792 | ImportC:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänken KK610KBH 33_5 - File: Västlänken KK610KBH 33_55 OR.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Started: 10 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta :

Lin

(Cou

nts)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

3200

3300

3400

3500

3600

3700

3800

3900

4000

4100

2-Theta - Scale2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

16.6 Å

14 Å

9.9 Å

Västlänk KA613KBH 13,65 orienterat prov; svart kurva=torkat prov, blå=EG-mättat, röd=upphettat

02-0056 (D) - Illite - KAl2Si3AlO10(OH)2 - Y: 0.64 % - d x by: 1.000 - WL: 1.5405607-0076 (D) - Clinoclore, ferroan - (Mg2.8Fe1.7Al1.2)(Si2.8Al1.2)O10(OH)8 - Y: 2.18 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056

42-0620 (N) - Corrensite, glycerol - Mg9(Si,Al)8O20(OH)10.2H2O - Y: 4.36 % - d x by: 1.000 - WL: 1.5405619-0764 (D) - Corrensite - (MgFe)9(SiAl)8O20OH10.xH2O - Y: 2.91 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056Operations: Y Scale 0.667 | ImportY + 86.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KA613 OR EG HEA - File: Västlänk KA613 OR EG HEAT.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 Operations: Y Scale 0.667 | ImportY + 43.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KA613KBH 13_65 - File: Västlänk KA613KBH 13_65 OR EG.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2. 0Operations: Y Scale 0.667 | ImportC:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk KA613KBH 13_65 - File: Västlänk KA613KBH 13_65 OR.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1. 0

Lin

(Cou

nts)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

3200

3300

3400

3500

3600

2-Theta - Scale2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

14 Å

16.4 Å

9.7 Å

13 (14)

Västlänk UKO2b orienterat prov; svart kurva=torkat prov, blå=EG-mättat, röd=upphettat

42-0620 (N) - Corrensite, glycerol - Mg9(Si,Al)8O20(OH)10.2H2O - Y: 2.76 % - d x by: 1.000 - WL: 1.5405619-0764 (D) - Corrensite - (MgFe)9(SiAl)8O20OH10.xH2O - Y: 4.14 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056Operations: Y Scale 0.667 | ImportY + 86.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk OK02b OR EG HEA - File: Västlänk OK02b OR EG HEAT.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 Operations: Y Scale 0.667 | ImportY + 43.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UK02b OR EG.RAW - File: Västlänk UK02b OR EG.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp. : 27.0 °C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 ° - TOperations: Y Scale 0.667 | ImportC:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UKO2b OR.RAW - File: Västlänk UKO2b OR.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.0 20 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Sta rted: 3 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.000 ° - - P

Lin

(Cou

nts)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

3200

3300

3400

3500

3600

3700

3800

3900

4000

4100

4200

4300

4400

4500

4600

4700

2-Theta - Scale2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

16.4 Å

14 Å

9.6 Å

Västlänk UKO7a orienterat prov; svart kurva=torkat prov; blå=EG-mättat, röd=upphettat

29-0701 (I) - Clinochlore-1MIIb, ferroan - (Mg,Fe)6(Si,Al)4O10(OH)8 - Y: 12.53 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056Operations: Y Scale 0.583 | Y Scale 0.625 | ImportY + 98.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UK07a OR EG HEA - File: Västlänk UK07a OR EG HEAT.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 Operations: Y Scale 0.583 | Y Scale 0.625 | ImportY + 49.0 mm - C:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UK07a OR EG.RAW - File: Västlänk UK07a OR EG.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp. : 27.0 °C - Time Started: 3 s - 2-Theta: 2.000 ° - TOperations: Y Scale 0.583 | Y Scale 0.625 | ImportC:\data\DIFFDAT1\Erik\UPPDRAG 2013\Västlänk UK07a OR.RAW - File: Västlänk UK07a OR.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.000 ° - End: 35.000 ° - Step: 0.0 20 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Time Sta rted: 3 s - 2-Theta: 2.000 ° - Theta: 1.000 ° - - P

Lin

(Cou

nts)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

2-Theta - Scale2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

7 Å

14 Å

16.5 Å

14 Å 10 Å