Applicability of reflection seismic measurements in detailed characterization of crystalline bedrock

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2011

Department

Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan laitos

Major/Subject

Geoympäristötekniikka

Mcode

Yhd-33

Degree programme

Language

en

Pages

118

Series

Abstract

Posiva carried out a seismic survey in the access tunnel of the underground research facility ONKALO in 2009. The survey contributes the detailed characterization of the bedrock in the final disposal of spent nuclear fuel. The aim of this work was to examine the geophysical and geological properties of the chosen tunnel intersections to clarify the important characteristics for reflection generation, and evaluate applicability of this survey for characterization of crystalline bedrock. The seismic result consists of 24 projected amplitude images in 12 different angles. The size of an image is 260*300 m. The amount of digitized reflectors is over 100 and all of them could not be included in this work. The study was limited to 14 intersections that were considered important: brittle fault intersections, tunnel-crosscutting fractures, or lithological contacts. Presence of a brittle fault zone or a tunnel-crosscutting fracture limits the suitable bedrock volume for depositing the nuclear fuel canisters, and wide lithological contacts are a common source of reflection. The seismic data was compared to the existing geological, hydrogeological and geophysical data got from the pilot holes and the tunnel. The most important characteristics were fractures: orientation, fillings, and thickness of the fillings, alteration and water leakage. Geophysical interesting was density, seismic velocities and their products: acoustic impedance and synthetic seismograms. Calculated acoustic impedances showed some differences between cases, but they did not indicate the presence of a reflector. The most common cause of reflector was undulating slickensided, highly altered, tunnel-crosscutting fracture that had thick fracture-fillings and water present. Water was included five times in interpreted reflectors. Also few reflectors were connected to varying mineralogy. Few problematic cases occurred, where a geological feature and a reflection did not correlate, and three of the cases with known geological feature had no reflector. Reflection seismic measurements can be used in detailed characterization of crystalline bedrock. Wide brittle fault zones and lithological contacts but also single fractures were detected. However, interpretation is challenging and geological and geophysical reference material is needed. All the expected features were not detected and the explanations were not always satisfying.

Posivan maanalaisessa tutkimustilassa ONKALO:ssa tehtiin kesällä 2009 heijastusseismisiä mittauksia, joiden tarkoituksena oli tutkia yksityiskohtaisesti kallioperän ominaisuuksia loppusijoitussyvyydellä. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia heijasteiden syntymiseen vaikuttavia geologisia ja geofysikaalisia ominaisuuksia, sekä arvioida menetelmän soveltuvuutta kiteisen kallioperän karakterisointiin. Amplitudidataleikkauksia (260*300 m) kertyi 12 eri kulmassa (+70 - 95°) yhteensä 24 kpl, joista digitoitiin yli sata heijastetta. Tähän työhön valittiin 14 tunnelin leikkauskohtaa, joissa tiedettiin olevan mielenkiintoisia rakenteita: hauraita siirrosvyöhykkeitä ja tunnelin leikkaavia pitkiä rakoja, jotka rajoittavat loppusijoitustilavuutta, sekä kivilajikontakteja, jotka ovat yleisimpiä heijasteiden aiheuttajia. Seismistä aineistoa verrattiin olemassa olevaan geologiseen, hydrogeologiseen ja geofysikaaliseen aineistoon, jota on kerätty tunnelista ja pilottireikämittauksista. Tärkeimpiä tutkimuskohteita olivat raot, niiden suunta, täytteet, täytepaksuus, muuttuneisuus ja vedenjohtavuus. Geofysiikan aineistossa keskityttiin tiheyteen ja seismisiin nopeuksiin, sekä niistä laskettuihin akustiseen impedanssiin ja synteettiseen seismogrammiin. Eri tutkimuskohtien akustiset impedanssit vaihtelivat selkeästi, mutta niistä ei voinut päätellä heijasteen olemassaoloa. Useimmiten heijaste syntyi tunnelia leikkaavasta pitkästä raosta, jolla oli unduloiva haarniskapinta, paksut rakotäytteet ja vedenjohtavuutta. Myös muuttuneisuus oli suurta. Vedenjohtavuus oli osallisena kaikkiaan viisi kertaa syntyneistä heijasteista. Kolme kertaa heijaste johtui mineralogisista muutoksista. Muutaman tutkitun tapauksen heijaste ja geologia eivät vastanneet toisiaan ja kolmessa tapauksessa heijastusta ei tapahtunut. Heijastusseismisiä mittauksia voidaan käyttää kiteisen kallioperän yksityiskohtaiseen karakterisointiin. Laajojen hauraiden deformaatiovyöhykkeiden lisäksi yksittäisiä rakoja sekä kivilajikontakteja pystytään havaitsemaan. Tulkinnan haastavuus täytyy kuitenkin ottaa huomioon. Kaikkia odotettuja rakenteita ei havaittu, ja selitykset eivät olleet kaiken kattavia.

Description

Supervisor

Leveinen, Jussi

Thesis advisor

Lahti, Mari

Keywords

reflection seismic measurements, heijastusseismiikka, site surveys, paikkatutkimukset, drillhole measurements, reikämittaukset, flow logging, pilottireikä, pilot hole, virtausmittaus, crystalline rocks, kiteiset kivilajit, brittle deformation, hauras deformaatio, nuclear waste disposal, ydinjätteen loppusijoitus, Olkiluoto, Olkiluoto, Finland, Suomi

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122358031

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG