Leif Johansson
Professor emeritus
Tredimensionell bergundersökning med geoelektriska och geologiska metoder
Författare
Summary, in Swedish
Målet med denna studie är att ge ökad insikt i hur väl geoelektriska under-sökningar i en heterogen berggrund kan avbilda geologiska strukturer för att kunna vidare¬utveckla och anpassa framtida bergundersökningar.
En ”bra” prognos av bergkvalitet ger bättre möjligheter till minskad risknivå vid projektering och upphandling. Omvänt gäller att osäkerheter i bergtekniska prognoser vad gäller bergets kvalitet kan medföra mycket stora kostnadsökningar. Den tilläggs¬information som erhålls med hjälp av icke-förstörande undersökningar blir därför av stort intresse. Det har vid upprepade tillfällen (t.ex. i samband med byggandet av Hallandsåstunneln) visats att variationer i till exempel de elektriska egenskaperna, kan kopplas till faktorer som sprickzoner, lervittring och vissa mineraltyper i bergmassan.
Projektets grundidé är att i en bergvolym i en bergtäkt utföra en tredimensionell undersökning med samtidig bestämning av likströmsresistivitet och inducerad polarisation (DCIP). Den undersökta bergvolymen sprängs sedan bort med pallsprängning. De vertikala bergskärningar som uppstår efter varje losshållning dokumenteras med fotodokumentation, drönarfotografering , provtagning och detaljstudier med svepelektron¬mikroskop, vilket efter hand skapar en tredimensionell modell med detaljerad geologisk information. På så sätt skapas en möjlighet att jämföra resultat och tolkningar från de geo¬elektriska metoderna med geologisk information i hela den undersökta volymen. Till exempel kan den tredimensionella utbredningen av sprickzoner, diabasgångar etc. följas i den geologiska modellen och jämföras med den geofysiska.
Som mätobjekt i projektet användes Sydstens bergtäkt i Dalby, Dalby stenbrott, öster om Lund. Detta är sedan tidigare väl undersökt både ur geologisk synvinkel samt med tvådimensionell resistivitets¬mätning. Berggrunden här består i huvudsak av tre olika bergarter: granitisk gnejs, diabas och amfibolit, men mindre partier av andra bergarter förekommer. Strukturerna är komplexa med veckning och bildning av linser, främst i amfiboliterna. Bergarterna har på grund av storskaliga tektoniska processer utsatts för omfattande deformation vid flera tillfällen. Breccior och krosszoner förekommer liksom leromvandlingszoner.
Den geofysiska metod som använts i projektet är resistivitetsmätning med samtidig mätning av inducerad polarisation, DCIP. Resistivitetsmätning bygger på det grundläggande antagandet att egenskaper i marken såsom porositet, själva bergarten (matrisen) och porvätskans ledningsförmåga avspeglas i förändringar i markens ledningsförmåga. IP-effekterna är starkt beroende av geomaterialens inre sammansättning, porfyllnad och struktur i mikroskala och uppåt.
För att skapa den geologiska modellen användes förutom traditionell geologisk okulär¬besiktning och provtagning även fotografiska metoder: panoramafotografering och framställning av tredimensio¬nella modeller med hjälp av drönarfotografering samt visualisering i dator.
I rapporten beskrivs inledningsvis bakgrund och syfte, därefter mätningar och metodik i avsnitten 2 och 3. I avsnitt 4 beskrivs insamlade mätresultat och dataunderlag, bland annat rekommendationer och erfarenheter för panorama-fotografering och drönarfotografering samt resultatet av den geologiska karteringen (okulärbesiktning samt elektronmikroskopering) och geofysik
Ett av huvudmålen med projektet var att undersöka hur väl geoelektriska undersökningar i en heterogen berggrund kan avbilda geologiska strukturer. Möjligheten att dokumentera berguttaget i Dalby stenbrott har givit en möjlighet att jämföra den geologiska verkligheten med resultat från resistivitets- och IP-mätningar.
En jämförelse i avsnitt 5 mellan de geologiska och de geofysiska mätningarna bekräftar att DCIP i den undersökta miljön kan användas för att indikera ler-vittrade zoner, svaghetsstrukturer och uppkrossade zoner. Detta kan användas till att särskilja bergmassa med zoner av lervittring (eller med potentiellt högt finmaterialinnehåll efter krossning) från annat berg, vilket ger en möjlighet till att bedöma kvaliteten innan losshållning skett.
Vidare noteras att förmågan att avbilda geologiska strukturer beror på under-sökningens utformning, den använda inversionsprocessen samt erhållen datakvalitet. Datakvaliteten kan i viss mån påverkas vid mättillfället, så redan under planerings¬stadiet av en DCIP-undersökning finns flera faktorer som kan påverka resultaten och mätningarnas upplösning, medan andra faktorer inte kan påverkas med dagens mätmetodik.
Ett exempel är att lutande geologiska strukturer inte återspeglades lika väl som vertikala i de geofysiska resultaten. Anledningen till detta är oklar. Antingen är de fysiska kontrasterna mellan till exempel gnejs och amfibolit för små för att detekteras med geoelektriska metoder, eller så misslyckas den numeriska inversions¬processen med att representera lutande strukturer korrekt.
Det står också klart att geologiska egenskaper grundade på visuella attribut inte fullt ut räcker för att förklara alla anomalier i den geofysiska modellen, speciellt för IP-resultaten. Fler och mer detaljerade studier med syfte att kvantifiera dessa komplexa effekter behövs för att tillföra kunskap om dessa komplexa fenomen.. Resistivitetsanomalierna förklaras dock bättre av de visuella observationer som gjorts. Detta beror på att resistiviteten i högre utsträckning beror på bergmassans sammansättning och makrostrukturer som sprickor, men även här finns ett behov av att kvantifiera och studera samband i laboratorieskala.
Den spatiala upplösningen kan förbättras genom att förändra mätförfarandet. En metod är att installera elektroder i borrhål, utöver de ytförlagda elektroderna. Detta medför praktiska svårigheter, men finns en stor utvecklingspotential inför framtiden. Även om moderna instrument har använts i projektet, kan instru-menten utvecklas mot ännu effektivare mätningar, till exempel genom att använda fler kanaler för potentialmätningen, dynamiska mätprotokoll och adaptiv strömsändning som anpassar mätningen till de faktiska förhållandena på platsen
En ”bra” prognos av bergkvalitet ger bättre möjligheter till minskad risknivå vid projektering och upphandling. Omvänt gäller att osäkerheter i bergtekniska prognoser vad gäller bergets kvalitet kan medföra mycket stora kostnadsökningar. Den tilläggs¬information som erhålls med hjälp av icke-förstörande undersökningar blir därför av stort intresse. Det har vid upprepade tillfällen (t.ex. i samband med byggandet av Hallandsåstunneln) visats att variationer i till exempel de elektriska egenskaperna, kan kopplas till faktorer som sprickzoner, lervittring och vissa mineraltyper i bergmassan.
Projektets grundidé är att i en bergvolym i en bergtäkt utföra en tredimensionell undersökning med samtidig bestämning av likströmsresistivitet och inducerad polarisation (DCIP). Den undersökta bergvolymen sprängs sedan bort med pallsprängning. De vertikala bergskärningar som uppstår efter varje losshållning dokumenteras med fotodokumentation, drönarfotografering , provtagning och detaljstudier med svepelektron¬mikroskop, vilket efter hand skapar en tredimensionell modell med detaljerad geologisk information. På så sätt skapas en möjlighet att jämföra resultat och tolkningar från de geo¬elektriska metoderna med geologisk information i hela den undersökta volymen. Till exempel kan den tredimensionella utbredningen av sprickzoner, diabasgångar etc. följas i den geologiska modellen och jämföras med den geofysiska.
Som mätobjekt i projektet användes Sydstens bergtäkt i Dalby, Dalby stenbrott, öster om Lund. Detta är sedan tidigare väl undersökt både ur geologisk synvinkel samt med tvådimensionell resistivitets¬mätning. Berggrunden här består i huvudsak av tre olika bergarter: granitisk gnejs, diabas och amfibolit, men mindre partier av andra bergarter förekommer. Strukturerna är komplexa med veckning och bildning av linser, främst i amfiboliterna. Bergarterna har på grund av storskaliga tektoniska processer utsatts för omfattande deformation vid flera tillfällen. Breccior och krosszoner förekommer liksom leromvandlingszoner.
Den geofysiska metod som använts i projektet är resistivitetsmätning med samtidig mätning av inducerad polarisation, DCIP. Resistivitetsmätning bygger på det grundläggande antagandet att egenskaper i marken såsom porositet, själva bergarten (matrisen) och porvätskans ledningsförmåga avspeglas i förändringar i markens ledningsförmåga. IP-effekterna är starkt beroende av geomaterialens inre sammansättning, porfyllnad och struktur i mikroskala och uppåt.
För att skapa den geologiska modellen användes förutom traditionell geologisk okulär¬besiktning och provtagning även fotografiska metoder: panoramafotografering och framställning av tredimensio¬nella modeller med hjälp av drönarfotografering samt visualisering i dator.
I rapporten beskrivs inledningsvis bakgrund och syfte, därefter mätningar och metodik i avsnitten 2 och 3. I avsnitt 4 beskrivs insamlade mätresultat och dataunderlag, bland annat rekommendationer och erfarenheter för panorama-fotografering och drönarfotografering samt resultatet av den geologiska karteringen (okulärbesiktning samt elektronmikroskopering) och geofysik
Ett av huvudmålen med projektet var att undersöka hur väl geoelektriska undersökningar i en heterogen berggrund kan avbilda geologiska strukturer. Möjligheten att dokumentera berguttaget i Dalby stenbrott har givit en möjlighet att jämföra den geologiska verkligheten med resultat från resistivitets- och IP-mätningar.
En jämförelse i avsnitt 5 mellan de geologiska och de geofysiska mätningarna bekräftar att DCIP i den undersökta miljön kan användas för att indikera ler-vittrade zoner, svaghetsstrukturer och uppkrossade zoner. Detta kan användas till att särskilja bergmassa med zoner av lervittring (eller med potentiellt högt finmaterialinnehåll efter krossning) från annat berg, vilket ger en möjlighet till att bedöma kvaliteten innan losshållning skett.
Vidare noteras att förmågan att avbilda geologiska strukturer beror på under-sökningens utformning, den använda inversionsprocessen samt erhållen datakvalitet. Datakvaliteten kan i viss mån påverkas vid mättillfället, så redan under planerings¬stadiet av en DCIP-undersökning finns flera faktorer som kan påverka resultaten och mätningarnas upplösning, medan andra faktorer inte kan påverkas med dagens mätmetodik.
Ett exempel är att lutande geologiska strukturer inte återspeglades lika väl som vertikala i de geofysiska resultaten. Anledningen till detta är oklar. Antingen är de fysiska kontrasterna mellan till exempel gnejs och amfibolit för små för att detekteras med geoelektriska metoder, eller så misslyckas den numeriska inversions¬processen med att representera lutande strukturer korrekt.
Det står också klart att geologiska egenskaper grundade på visuella attribut inte fullt ut räcker för att förklara alla anomalier i den geofysiska modellen, speciellt för IP-resultaten. Fler och mer detaljerade studier med syfte att kvantifiera dessa komplexa effekter behövs för att tillföra kunskap om dessa komplexa fenomen.. Resistivitetsanomalierna förklaras dock bättre av de visuella observationer som gjorts. Detta beror på att resistiviteten i högre utsträckning beror på bergmassans sammansättning och makrostrukturer som sprickor, men även här finns ett behov av att kvantifiera och studera samband i laboratorieskala.
Den spatiala upplösningen kan förbättras genom att förändra mätförfarandet. En metod är att installera elektroder i borrhål, utöver de ytförlagda elektroderna. Detta medför praktiska svårigheter, men finns en stor utvecklingspotential inför framtiden. Även om moderna instrument har använts i projektet, kan instru-menten utvecklas mot ännu effektivare mätningar, till exempel genom att använda fler kanaler för potentialmätningen, dynamiska mätprotokoll och adaptiv strömsändning som anpassar mätningen till de faktiska förhållandena på platsen
Avdelning/ar
- Teknisk geologi
- Berggrundsgeologi
Publiceringsår
2019
Språk
Svenska
Publikation/Tidskrift/Serie
BeFo Rapporter
Länkar
Dokumenttyp
Rapport
Förlag
Stiftelsen bergteknisk forskning
Ämne
- Geotechnical Engineering
Status
Published
Projekt
- Geophysical and geological survey of rock quality in Dalby quarry for detailed comparison in 3D
Report number
185
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISSN: 1104-1773