Luikonlahti geologinen malli
| Moderaattori:Ei ole (katso kaikki) Kuinka ryhtyä moderaattoriksi? Sivun edistyminen: Täysluonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review). |
| Lisää dataa
|
Sisällysluettelo
Johdanto ja tutkimuksen tarkoitus
Maa- ja kallioperän rakenteen tunteminen kaivosalueilla on ensiarvoisen tärkeää suunniteltaessa kaivoksen eri toimintojen sijoittamista ja niistä aiheutuvaa ympäristöriskiä. Kaivosten suurin ympäristöriski muodostuu haitallisten aineiden kulkeutumisesta veden mukana kaivoksen ympäristöön. Suomessa maapeite on yleensä ohut, vain muutamien metrien paksuinen, joten maaperän pohjavetenä kulkeutuvan kaivosveden määrä on usein vähäinen verrattuna purojen ja ojien kuljettamaan määrään. Joissakin tapauksissa maaperän pohjaveden kautta kulkeutuminen voi kuitenkin olla merkittävää ja asia tulisi selvittää kaivoskohtaisesti. Lisäksi kaivosalueilla kallioperä on usein ruhjeinen ja ruhjevyöhykkeitä pitkin haitalliset aineet voivat päästä kulkeutumaan pitkienkin matkojen päähän. Maa- ja kallioperän rakenteen tunteminen helpottaa veden mukana kulkeutuvien haitallisten aineiden kulkeutumisen ja niiden aiheuttaman riskin arvioinnissa.
Tutkimuksessa selvitettiin maaperän ja kallioperän geologista rakennetta veden virtauksen ja sitä kautta haitta-aineiden liikkumisen kannalta sekä pinta- ja pohjavesien virtausreittejä. Geologinen rakenne kuvattiin GSI3D-ohjelmassa tehdyllä 3D-tilavuusmallilla. Mallissa kallioperästä kuvattiin kallionpinnanmuoto ja tärkeimpien ruhjevyöhykkeiden sijainti ja kulku sekä mallinnettiin niiden arvioitu tilavuus. Maaperän osalta tehtiin litologinen malli, jossa mallinnettiin riittävällä tarkkuudella hydrogeologisesti merkittävimmät maalajiyksiköt. Mallia käytettiin lisäksi virtaus- ja kulkeutumismallinnuksen lähtöaineistona.
Maaperän pääpiirteet
Maaperän pääpiirteet Luikonlahden kaivoksen tutkimusalueella ovat laajat moreenipeitteet ja kumpumoreenimuodostumat sekä kaivosalueen länsipuolelta kulkeva lajittuneesta aineksesta koostuva, katkeileva harjusysteemi (Kuva 1. Huttunen 1990). Tutkimusalueen koillis- ja länsipuolta hallitsevat suuret kalliopaljastuma alueet (Kuva 1. Huttunen 1990). Tutkimusalueen kallioperä on rikkonaista ja sitä halkovat useat ruhjevyöhykkeet, jotka voivat kuljettaa vettä kaivosalueelta ympäristöön. Alueen korkeustaso vaihtelee 101 metristä meren pinnan yläpuolella (mpy) Luikonlahden ja Petkellahden rannalla alueen itäosan yli 180 metriin mpy.
Kuva 1. Luikonlahden tutkimusalue, geologisessa mallinnuksessa käytetyt kairauspisteet, ruhjetulkinta ja mallinnusalue. Maaperäkartassa (Huttunen 1990) kallio on kuvattu vaaleanpunaisella, moreenit ja moreenimuodostumat (KMrM) ruskealla, sora ja soramuodostumat (SrM) tummanvihreällä, hiekat ja hiekkamuodostumat (HkM) vaaleanvihreällä, siltit ja silttimuodostumat (HtM) violetilla, turve tummanharmaalla, täytemaa viivoituksella, kartoittamaton alue vaaleanharmaana ja vedet sinisellä. Rikastushiekka-altaat sijoittuvat kartoittamalle alueella (harmaa) kairausten P4 ja Lui_PV09 välille.
Menetelmät
Maaperän ja kallioperän rakennetta Luikonlahden kaivosalueella ja sen ulkopuolella on tutkittu kairauksin, geofysiikan menetelmin sekä geomorfologisella tulkinnalla. Lisäksi maaperän ominaisuuksia on tutkittu laboratoriotutkimuksin. Tulokset esitetään geologisena mallina, jossa eri litologiset yksiköt on eritelty.
Kairaukset ja pohjavesiputkien asennukset
Luikonlahden alueelle asennettiin projektin aikana 12 uutta maaperän pohjavesiputkea, yhteensä 111,1 metriä (Kuva 1, pisteet Lui_PVXX). Geologisen mallinnuksen ja geofysiikan refenssipisteiksi kairattiin lisäksi 23 maaperäkairausta, yhteensä 125,9 metriä (Kuva 1, pisteet Lui_MPKXX). Lisäksi mallin rakentamisessa käytettiin aikaisemmin asennetun kahdeksan pohjavesiputken tietoja. Kaikista kairauksista havainnoitiin maaperän kerrosjärjestystä ja litologiaa. Maaperäkairausten lisäksi asennettiin neljä pohjavesiputkea kallioperän ruhjevyöhykkeisiin (yhteensä 350 m). Näistä pyrittiin havainnoimaan kallioperän ruhjeita, joissa vesi pääsee liikkumaan.
Geofysiikan menetelmät
Tutkimusalueella käytettiin laajasti erilaisia geofysiikan menetelmiä, koska tutkimuksen yhtenä tarkoituksena oli testata eri geofysiikan menetelmiä kaivosympäristötutkimusten tukena. Menetelmät on ja niiden käyttökelpoisuus on esitetty alla. Laajempi kuvaus menetelmistä löytyy kappaleesta Geofysiikan menetelmät kappaleesta.
Lentogeofysiikka mahdollistaa laajojen alueiden geofysikaalisen mittaamisen nopeasti. Tutkimusalue on lennetty vuonna 1980 (lentoalueet: Outokumpu (4222) ja Juankoski (4311)). Ruhjetulkinta alueelle on tehty aeromagneettisen ja -sähköisen aineiston ja korkeusmallin (maanmittaushallitus 25 m) perusteella. Ruhjetulkintaa (Kuva 1) on käytetty hyväksi rakennettaessa geologista mallia ja suunnattaessa geofysiikan tutkimuksia.
Maatutkaluotaus on sähkömagneettinen tutkimusmenetelmä, joka soveltuu maaperän rakenteen tutkimiseen huonosti sähköä johtavissa, yleensä karkearakeisissa ja lajittuneissa, sedimenteissä maksimissaan 30 metrin syvyyteen saakka. Maatutkaluotausta käytettiin maaperän kerrosjärjestyksen, litologian ja maapeitteen paksuuden selvittämiseen. Tutkimukset suunnattiin karkearakeisille sedimenteille, harjun ja rantakerrostumien läheisyyteen tutkimusalueen länsi- ja pohjoisosiin sekä moreenialueille (Kuva 2). Maatutkaluotausta tehtiin 21 linjaa ja yhteensä n. 9 linjakilometriä.
Seisminen taittumisluotaus on yleisesti käytetty geofysikaalinen tutkimusmenetelmä, jossa maaperään lähetetään akustinen pulssi räjäyttämällä tai lyömällä ja pulssin saapumisaikaa geofoneihin havainnoidaan. Menetelmän perusteena on, että osa akustisesta aallosta lähtee kulkemaan maaperän tai maaperän ja kallioperän rajapintaa pitkin ja kääntyy takaisin maanpinnalla oleviin geofoneihin. Havainnoimalla aallon kulkuaikaa ja siten sen nopeutta voidaan maaperästä erottaa eri kerroksia sekä maaperän ja kallioperän rajapinta. Lisäksi kallioperässä aallon etenemisnopeuden perusteella voidaan arvioida kallion ruhjeisuutta. Luikonlahden tutkimusalueella seismistä taittumisluotausta käytettiin irtomaakerroksen paksuuden ja ruhjevyöhykkeiden sijainnin selvittämiseen. Alueelle tehtiin 4 profiilia 20 metrin pistevälillä (Kuva 2). Profiilien yhteispituus oli n. 5 km.
Painovoimamittauksessa mitataan maapallon painovoimakentän vaihteluja gravimetrillä. Tunnettaessa maaperän (n. 2000kg/m3) ja kallioperän (n. 2700 kg/m3) tiheydet voidaan maapeitteen paksuus mallintaa. Luikonlahden tapaustutkimuksessa painovoimamittauksella selvitettiin irtomaakerroksen paksuutta ja kallioperän ruhjeiden sijaintia. Alueelle tehtiin 12 painovoimamittausprofiilia 20 metrin linjavälillä. Yhteensä 15 linjakilometriä. Tulkinnan luotettavuuteen vaikuttaa merkittävästi nollatason (regionaalianomalian) asettaminen ja referenssipisteiden ja kalliopaljastumien käyttö.
Kuva 2. Maatutkaluotauslinjojen, seismisen heijastusluotauslinjojen ja painovoimamittauslinjojen sijainnit Luikonlahden tutkimusalueella.
Tasavirtamittaus suoritettiin monielektrodiluotauksena. Luotauksen tavoitteena oli selvittää maapeitteen paksuutta tutkimusalueella, ruhjevyöhykkeiden sijaintia sekä rikastushiekka-altaiden sisäistä rakennetta. Monielektrodiluotauksia tehtiin viisi profiilia viiden metrin pistevälillä rikastushiekka-altailla ja 3 profiilia viiden metrin pistevälillä kaivoksen ympäristössä. Monielektrodiluotauksia tehtiin yhteensä kahdeksan linjakilometriä. Mittaukset suoritettiin ABEM Terrameter SAS 4000 –laitteistolla, joka on 4- kanavainen monielektrodivastusluotauslaitteisto. Laitteen suurin minimielektrodiväli on GTK:n kaapeleilla 5 m, joten maksimilinjapituus yhdellä levityksellä on 400 metriä.
TerraTEM mittaus on maanpinnalta tehtävä aikatason transienttisähkömagneettinen luotaus. Mittauksella selvitettiin rikastushiekka-altaiden sisäistä rakennetta. Luotausta tehtiin yhteensä kymmenessä pisteessä.
Omapotentiaalimittauksella pyrittiin selvittämään kallioperän ruhjeiden sijaintia sekä pohjaveden virtausreittejä. Koealueeksi valittiin 700x400 metrin alue kaivoksen ja Petkellahden välissä. Mittauksessa käytettiin 20 metrin pisteväliä ja mitattiin yhteensä 552 pistettä (Kuva 3). Omapotentiaalimittauksessa mitataan jännite-eroa tutkimusalueen ulkopuolella(≈1-2 km päässä) sijaitsevan vertailuelektrodin ja mittauselektrodin välillä. Mittauksessa maankamaraan ei syötetä virtaa, vaan mitataan luonnollista sähkökenttää. Mittaus voidaan tehdä tarkalla vastusmittarilla (esim. Fluke).
Kuva 3. Tasavirtamittauslinjojen, TerraTEM-mittausten ja omapotentiaalimittauspisteiden sijainnit Luikonlahden tutkimusalueella.
Tulokset
Geofysiikan tutkimukset
Geofysiikan tutkimusten tulokset on esitetty kuvaavina esimerkkeinä niiden käyttökelpoisuudesta. Luikonlahden 3D-mallia rakennettaessa on kuitenkin otettu huomioon kaikki olennaiset tulokset.
Maatutkaluotaus tulkittiin tutkastratigrafian periaatteiden mukaan (Neal, 2004), mutta aineiston siirrossa geologiseen 3D-malliin tulkinta yksinkertaistettiin hydrogeologisesti tärkeiksi litologisten yksiköiden ylä- ja alapinnoiksi (Kuva 4). Aineisto vietiin mallinnusohjelmaan maaperänkerrosjärjestystä kuvaavina profiilipisteinä 10 metrin välein.
Kuva 4. Esimerkki maatutkaluotauskuvasta Petkellahden pohjukasta. Kuvassa on tulkittu sorakerrostuma ja hiekkakerrostuma. Kerrostumien tulkinta perustuu heijastusten muotoon. Lisäksi paalun 980 m kohdalla olevaa kairausta on käytetty hiekkakerrostuman ja kallionpinnan tulkinnassa. Kairauksessa havaitun kalliopinnan ja maatutkaluotauksesta tulkitun kallionpinnan eri syvyydet on tulkittu johtuvaksi maatutkaluotauksessa käytetyn aallon etenemisnopeuden virheestä.
Seismisen taittumisluotauksen aineisto (Kuva 5) vietiin mallinnusohjelmaan suoraan kuvatiedostona. Kuvatiedoston perusteella mallinnettiin kallionpinta. Lisäksi kerrosnopeuksien perusteella voitiin arvioida ruhjevyöhykkeiden sijaintia sekä muiden geofysiikan menetelmien luotettavuutta näissä kohdissa.
Kuva 5. Esimerkki seismisestä taittumisluotauksesta Petkellahden pohjukasta. Ylemmässä diagrammissa on kuvattu maanpinta sekä tulkittu kallionpinta ja alemmas diagrammissa seismisen aallon nopeus kalliossa (m/s). Korkea nopeus viittaa ehyeen kallioon ja matala nopeus rikkonaiseen kallioon.
Painovoimamittauksen aineisto (Kuva 6) vietiin mallinnusohjelmaan samalla tavalla kuvatiedostona kuin seismisen taittumisluotauksen aineisto. Kuvatiedostoa käytettiin kallionpinnan mallintamisen apuna. Lisäksi ruhjevyökkeiden sijaintia pystytään arvioimaan kohdista, joissa kallionpinta painuu alemmalle tasolla muuhun kallionpintaan nähden. Näissä kohdissa myös maapeitteen paksuus voi kasvaa. Tulkinnat onnistuivat hyvin lukuun ottamatta profiilia, joka kulkee Luikonlahden kaivosalueen halki. Profiililta ei voitu luotettavasti tulkita maapeitteen paksuutta monimutkaisen kallioperägeologian takia. Lisäksi profiilissa, joka kulkee Petkellahden pohjukassa (kts. Kuvat 6 ja 10) on profiilin pohjoisosassa käytetty väärin tulkittua referenssikairauksesta saatua kallionpinnan tasoa. Virheellinen referenssipisteen tulkinta johtui kairauksissa käytetyn kairakoneen keveydestä. Petkellahden pohjois -ja koillisrannan rinteillä havaittiin muilla geofysiikan menetelmillä kivikehä, josta ei päästy kairakoneella läpi. Kairauksissa tähän kivikehään törmättiin kolmessa eri kairauspisteessä, jotka kaikki tulkittiin kallioksi. Vasta myöhemmin saatu taittumisseisminen aineisto osoitti, että maapeitteen paksuus on huomattavasti suurempi kuin kairauksista tulkittiin. Suurempi maapeitepaksuus varmistettiin maatutkaluotauksen tuloksilla.
Kuva 6. Esimerkki painovoimamittauslinjasta Petkellahden pohjukasta. Kuvassa on maanpinta merkitty vihreällä viivalla, Kallionpinta ruskealla viivalla ja maapeitteen paksuus ruskealla värillä. Välille 700-900 metriä on tulkittu kallioperän ruhjevyöhyke, koska kallionpinta painuu alas ja maapeitteen paksuus kasvaa. Ruhjevyöhykkeen syvyyttä tai todellista laajuutta ei kuitenkaan pystytä määrittämään painovoimamittauksella.
Tasavirtamittauksen ja TerraTEM-mittauksen tulkinta perustuu mittauksesta saatujen sähkönjohtavuusanomalioiden tunnistamiseen. Tutkimuksia tehtiin sekä rikastushiekka-altaalla (Kuva 7.) että sen ulkopuolella (Kuva 8.). Vaikka menetelmillä pystytään erottamaan hyvin rikastushiekka-altaan sisäinen rakenne sitä ei kuitenkaan mallinnettu, muuta kuin patojen osalta, geologiseen 3D-malliin. Syynä tähän oli rikastushiekka-altaan sisäisen rakenteen vähäinen merkitys alueen kokonaishydrogeologiaan. Rikastushiekka-altaan ulkopuolella tasavirtamittausaineistosta tulkittiin ruhjeiden sijainti ja niiden laajuus sekä maapeitteen paksuus. Nämä mallinnettiin geologiseen 3D-malliin.
Kuva 7. A. Esimerkkikuva tasavirtamittauksesta Luikonlahden rikastushiekka-altaalta ja sen ulkopuolelta (Huotari-Halkosaari & Lerssi 2012). B. Poikkileikkauskuva Luikonlahden rikastushiekka-altaan sisäisestä rakenteesta (Heikkinen et al. 2009 a,b). C. Esimerkkikuva TerraTEM-mittauksesta Luikonlahden Rikastushiekka-altaalta (Huotari-Halkosaari & Lerssi 2012).
Kuva 8. Esimerkkikuva tasavirtamittauksesta Luikonlahden kaivosalueelta ja sen ulkopuolelta. Kuvassa Ruhjevyöhyke näkyy pystysuuntaisena korkean sähkönjohtavuuden anomaliana ja harju matalan sähkönjohtavuuden anomaliana kuvan yläosassa. Ruhjeen on tulkittu jatkuvan n. 50 metriä maanpinnan alapuolelle.
Omapotentiaalimittauksesta saatavaa aineistoa ei pystytty käyttämään geologisen mallintamisen apuna vaan sillä pyrittiin kuvaamaan pohjaveden virtaussuuntia Petkellahden pohjukassa. Tulkitussa kuvassa näkyy ympäristöään vetisemmät alueet ja niistä tulkitut pohjaveden virtaussuunnat.
Kuva 9. Omapotentiaalimittaus Luikonlahden pohjukasta. Kuvaan on ympyröity vetisemmät alueet sekä tulkitut pohjaveden virtaussuunnat (nuolet).
Maaperätutkimukset
Maapeitteen keskipaksuus maaperän pohjavesiputkiasennusten ja maaperäkairausten perusteella on 5,8 metriä. Geofysiikka kuitenkin osoittaa, että paikoin maapeitteen paksuus voi ylittää jopa 30 metriä, esimerkiksi Petkellehden pohjukan pohjoispuolella. Maaperätutkimuksia on kuvattu tarkemmin kappaleessa Pitoisuudet Luikonlahden maaperässä
Mallinnus
Luikonlahden kaivosalueen maaperän ja kallioperän geologisen rakenteen mallintaminen tehtiin GSI3D-ohjelmalla (Mathers et al. 2011, Kuva 10). GSI3D-ohjelma valittiin sen edullisuuden ja helppokäyttöisyyden vuoksi. Edullisuudesta huolimatta ohjelma on monipuolinen ja soveltuu erinomaisesti Suomen monimutkaisen geologian mallintamiseen. Mallinnusalueen koko on n. 6,5 km x 2,5 km.
Mallintamisen vaiheet GSI3D-ohjelmistolla koostuvat aineiston lataamisesta, poikkileikkausten digitoimisesta, maalajiyksiköiden ulottuvuuden määrittämisestä ja mallin laskemisesta. Lähtöaineistoina malliin ladattiin maanpinnan korkokuva (korkeuskäyristä laskettu hilaverkko, 5 metrin sivuttaisresoluutio), yksinkertaistettu maaperäkartta, kairausten ja pohjavesiputkien stratigrafia syvyystietoineen, tulkitusta maatutkaluotausaineistosta tuodut stratigrafiatiedot profiilipisteinä Sekä tasavirtamittaukset ja painovoimamittaukset georeferoituina profiilikuvina. Lisäksi mallille määritettiin yleinen stratigrafia, jotta ohjelma tietää mallia laskettaessa halutun kerrosjärjestyksen. Malliin digitoitiin yhteensä 34 poikkileikkausta, joiden perusteella piirrettiin alueellinen ulottuvuus kymmenelle hydrogeologiselle mallinnusyksikölle. Mallinnetut yksiköt ovat alhaalta ylöspäin: ehyt kallio, ruhjeinen kallio, moreeni, sora, hiekka, hieno hiekka, siltti, turve, täytemaa ja vesi. Mallin laskennassa käytettiin samaa kerrosjärjestystä. Mallin laskenta tapahtuu kerroksittain kolmioimalla poikkileikkausten digitointipisteet kolmioverkoiksi ja rajaamalla alemman kerroksen yläpinta ylemmän kerroksen alapintaan. Yleissä stratigrafiassa määritellystä kerrosjärjestyksestä ei poiketa laskennan aikana, joten alemmalle stratigrafiselle tasolle määritelty kerros ei voi olla stratigrafisesti ylemmän kerroksen yläpuolella. Lopputuloksena saadaan volyymimalli, josta voidaan tehdä synteettisiä kairauksia, poikkileikkauksia sekä syvyysleikkauksia. Lisäksi yksiköiden ylä- ja alapinnat sekä paksuus voidaan tuoda muihin ohjelmiin ascii-muodossa.
Kuva 10. GSI3D-ohjelman käyttöliittymä. Vasemmalla ylhäällä on karttaikkuna, jossa näkyy kairauspisteet mustina ja vihreinä merkkeinä, poikkileikkausten sijainnit mustina viivoina, maaperäkartta ja korkeusmalli. Karttaikkunan vasemmalla puolella on ikkunan objektin hallinta. Karttaikkunassa suunnitellaan poikkileikkausten sijainnit sekä rajataan hydrogeologisten yksiköiden ulottuvuus. Alhaalla näkyy poikkileikkausikkuna, jossa digitoidaan poikkileikkaukset sekä esitetään kairausten profiilitiedot ja geofysikaaliset profiilit. Oikealla ylhäällä on poikkileikkausikkuna, jossa visualisoidaan laskettu tilavuusmalli. Ikkunassa voidaan visualisoida, myös pelkät poikkileikkaukset tai kairaukset tai yhdistelmiä näistä. Poikkileikkausikkunaan on tuotu kuvatiedostona painovoimamittausprofiili. Profiilissa kallionpinta on ruskealla viivalla, maanpinta vihreällä viivalla ja maapeitteen paksuus ruskealla värillä. Mallinnettu kallionpinta (punaisen yksikön yläpinta) ja painovoimamittauksesta saatu kallionpinta eroavat toisistaan paikoin huomattavasti. Kalliopinta on tulkittu muiden geofysiikan menetelmien perusteella. Ero painovoimatulkinnassa johtuu painovoimamittauksen nollatason asettamisesta referenssikairauksen virheellisen kalliopintatulkinnan mukaan. Mallinnettu kallionpinta on pystytty osoittamaan muilla geofysiikan menetelmillä.
Mallinnetut yksiköt
Kallion pinta mallinnettiin geofysiikan ja kairaustietojen perusteella (Kuva 11). Pintaan mallinnettiin syventymät pääruhjevyöhykkeitä varten. Kallion pohja mallinnettiin tasoon -100 m merenpinnan yläpuolella.
Kuva 11. Volyymimalli kalliosta (punainen) Luikonlahden alueella. Pääruhjevyöhykkeitä varten on jätetty kuopat malliin.
Ruhjevyöhykkeiden merkitys veden kulkeutumisessa kaivosalueelta pois voi olla huomattava. Geologisen tulkinnan perusteella veden ja sitä kautta haitta-aineiden kulkeutuminen Luikonlahden kaivosalueelta ruhjeita pitkin voi olla merkittävää. Tämän johdosta ruhjevyöhykkeet mallinnettiin geologiseen 3D-malliin. Tutkimuksen mittakaavasta ja käytettävistä tutkimusmenetelmistä johtuen yksittäisiä ruhjeita ja rakoja ei pystytty mallintamaan.
Ruhjevyöhykkeiden tulkinta oli erittäin vaikeaa johtuen aineiston vähyydestä. Aineistossa oli viitteitä myös muista ruhjevyöhykkeistä, mutta vain sellaiset ruhjevyöhykkeet mallinnettiin, jotka pystyttiin tulkitsemaan usean geofysiikan menetelmän lisäksi morfologisesti. Tulkinta tapahtui pääasiassa tasavirtamittausten, seismisen nopeuden, lentomagneettisen ja morfologisen aineiston perusteella. Näistä kolmen osoittaessa ruhjevyöhykettä se lisättiin malliin. Ruhjevyöhykkeiden syvyydeksi mallinnettiin 60-80 metriä maanpinnalta. Syvyydestä saatiin viitteitä tasavirtamittausten perusteella, mutta tasavirtamittauksesta tarkan syvyyden määrittäminen oli lähes mahdotonta. Ruhjeiden jatkuvuudet määritettiin pääsääntöisesti lentogravimetrisen aineiston perusteella.
Kuva 11. Räjäytyskuva mallinnetusta kalliosta (punainen) ja ruhjevyöhykkeistä (harmaa).
Moreeni jatkuu lähes yhtenäisenä kerroksena läpi koko mallinnusalueen (Kuva 12). Moreenia ei mallinnettu kohtiin, joissa kallio on maaperäkartan ja maastohavaintojen perusteella paljastuneena.
Kuva 12. Räjäytyskuva mallinnetusta kalliosta (punainen) ja ruhjevyöhykkeistä (harmaa).
Sorayksikkö on mallinnusalueella erittäin pieni. Sen on tulkittu kerrostuneen harjuna jäätikön reunan läheisyydessä. Yksikkö kulkee katkonaisena harjanteena Petkellahden pohjukasta Luikonlahden rannalle (Kuva 13.). Sorayksikön sijainnista kaivosalueen reunalla ja kaivosvesien purkureitistä sorayksikön vierestä ja osin päältä huolimatta, sorayksikköä ei pidetä merkittävänä reittinä haitta-aineiden kulkeutumiselle kaivosalueelta pois.
Kuva 13. Sorayksikön (tumman vihreä) sijainti Luikonlahden mallinnusalueella.
Hiekkayksikkö liittyy Petkellahden pohjukassa sorayksikköön (Kuva 14) ja sen on tulkittu kerrostuneen jäätikköjokitoiminnan tuloksena hieman sorayksikön jälkeen. Hiekkaa löytyy myös mallin länsiosasta Luikonlahden rannalta sekä paikoin mallin keskiosasta (Kuva 14). Näiden on tulkittu edustavan rantavaiheen uudelleenkerrostumista. Hiekkayksikköä ei sorayksikön tavoin pidetä merkittävänä reittinä haitta-aineiden kulkeutumiselle.
Kuva 14. Hiekkayksikön (vihreä) sijainti Luikonlahden mallinnusalueella.
Hienoa hiekkaa (Kuva 15.) havaittiin vain Petkellahden pohjukasta ja sen synty tulkitaan liittyvän sora- ja hiekkayksiköiden syntyyn jäätikköjokitoiminnan tuloksena.
Kuva 15. Hienon hiekan (harmaan vihreä) sijainti Luikonlahden mallinnusalueella.
Silttiä tavattiin yleisesti peittävänä kerroksena (Kuva 16.), sekä turpeen alla mallinnusalueen pohjoisosassa. Silttiä kerrostuu pääsääntöisesti vesialtaassa, jossa veden syvyys on riittävä, muutamasta metristä syvempään. Aineiston perusteella ei pystytty selvittämään silttien syntytapaa, mutta on todennäköistä että suurin osa silteistä on syntynyt uudelleenkerrostumisen tuloksena. Petkellahden pohjukassa harjun lähistöllä on myös mahdollista, että siltti on kerrostunut perääntyneen jäätikön sulavesitoiminnan tuloksena.
Kuva 16. Silttikerroksen sijainti Luikonlahden mallinnusalueella. Kuvan oikeassa laidassa, laajan kalliopaljastuman yläpuolella oleva silttiyksikkö ei ole todellinen geologinen yksikkö. Silttiyksikkö sijaitsee rikastushiekka-altaan alla ja tutkimuksien mukaan altaan pohjalla on tiivistynyttä turvetta sekä moreenia. Tiivistynyt turve on kuvattu mallissa silttinä, koska tiivistyneen turpeen vedenjohtavuuden on ajateltu olevan samaa luokkaa kuin siltin.
Turve on alkanut kasvaa alueen paljastuttua veden alta maankohoamisen seurauksena. Turvetta on kerrostunut maa- ja kallioperän painanteisiin (Kuva 17).
Kuva 17. Turveyksikön (vaaleanharmaa) sijainti Luikonlahden mallinnusalueella.
Täytemaana on mallinnettu rikastushiekka-altaat sekä sivukiven läjitysalue (Kuva 18) Vesien sijainti on mallinnettu topografisen kartan perusteella. Täytemaan ja veden mallinnus on tehty pääsääntöisesti mallin ulkoasun parantamiseksi sekä hydrogeologisen tulkinnan helpottamiseksi.
Kuva 18. Täytemaat (valkoinen) ja vedet (turkoosi) Luikonlahden mallinnusalueella. kuva esittää kaikkia mallinnettuja yksiköitä sekä niiden sijaintia.
Tulkinta ja johtopäätökset
Tutkimustulosten perusteella nähdään, että tutkimusalueen maaperä edustaa normaalia jäätikön sulamissykliä. Kallioperän päälle on kerrostunut moreenia jäätikön etenemis- tai perääntymisvaiheessa. Tämän jälkeen jäätikön reunan alla ja läheisyydessä kerrostuivat harjun sorat ja hiekat ja jäätikön perääntyessä hienommat maalajit niiden päälle alueen ollessa ainakin osittain veden peittämänä (Saarnisto 2000). Vedenpinnan laskiessa rinteistä on lähtenyt liikkeelle materiaalia, joka kerrostui tutkimusalueella pääsääntöisesti hiekkana ja silttinä alemmalle tasolle. Lisäksi turvemuodostumat alkoivat kasvaa alueen vapauduttua vedestä.
Luikonlahdelta tehtyä geologista mallia käytettiin virtausmallin pohjana ja siitä syystä mallia on yksinkertaistettu, mutta sen oletetaan kuvaavan todellisuutta tutkimuksen mittakaavassa. Ainoa suuri poikkeus todellisuuden kuvaamisesta on tehty rikastushiekka-altaiden alla, jossa on tutkimusten perusteella havaittu tiivistynyttä turvetta moreenin päällä. Virtausmallin versiossa 1 haluttiin antaa tiivistyneelle turpeelle riittävän pieni vedenjohtavuusarvo sekä malli haluttiin pitää yksinkertaisena ja sen vuoksi tiivistynyt turve mallinnettiin silttinä. Mallia tarkasteltaessa sekä muun tutkimusaineiston perusteella havaittiin, että suurin osa kaivosalueelta kulkeutuvasta vedestä kulkee ojia ja puroja pitkin ja maaperässä kulkeutuvan veden osuus on pieni. Lisäksi ruhjevyöhykkeissä voi kaivosalueen vesiä kulkeutua ja nousta pintaan pitkien matkojen päässä kaivosalueen ulkopuolella. Virtausmallin versiota kaksi yksinkertaistettiin maaperän osalta ja koko irtomaakerros kuvattiin yhtenä yksikkönä, jolla on maalajista riippumatta sama vedenjohtavuusarvo. Virtausmallin rakentamisesta ja käytöstä on kerrottu tarkemmin kappaleessa Luikonlahden virtaus- ja kulkeutumismallinnus.
Lähdeluettelo
- Heikkinen, P.M., & Räisänen, M.L., 2009. Trace metal and As solid-phase speciation in sulphide mine tailings – Indicators of spatial distribution of sulphide oxidation in active tailings impoundments. Appl. Geochemistry, Vol. 24, s. 1224-1237
- Heikkinen, P.M., Räisänen, M.L. & Johnson, R.H. 2009. Geochemical Characterisation of Seepage and Drainage Water Quality from Two Sulphide Mine Tailings Impoundments: Acid Mine Drainage versus Neutral Mine Drainage. Mine Water and the Environment, Vol. 28, s. 30-49
- Huotari-Halkosaari, T.K.T. & Lerssi, J.M., 2012. Electrical Resistivity Tomography and Transient Electromagnetic Survey in Luikonlahti Tailings Impoundment Area. Near Surface 2012 3.-5.9.2012 Paris France. Extended abstract, B24.
- Huttunen, T. 1990. Luikonlahti. Maaperäkartta 1 : 20000, 431104. Geologian tutkimuskeskus, Kuopio
- Mathers, S.J., Wood, B. & Kessler, H. 2011. GSI3D 2011 software manual and methodology. British Geological Survey Internal Report, OR/11/020. 152 s. http://nora.nerc.ac.uk/13841/1/OR11020.pdf. Viitattu 8.11.2012.
- Neal, A. 2004. Ground-penetrating radar and its use in sedimentology: principles, problems and progress. Earth-Science Reviews 66, s. 261–330
- Saarnisto, M. 2000. Shoreline displacement and emergence of lake basins. Teoksessa: Pajunen, H. (ed.) Carbon in Finnish lake sediments. Geological Survey of Finland, Special Paper 29. s. 25-24.
