The determination and modelling of the brittle structures of the Kumpula Campus Drill hole

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201904081602
Title: The determination and modelling of the brittle structures of the Kumpula Campus Drill hole
Author: Valtonen, Riikka
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201904081602
http://hdl.handle.net/10138/300758
Thesis level: master's thesis
Discipline: Geologia
Abstract: Kumpulan kampukselle kairattiin vuoden 2015 lopulla 370 metriä syvä kairareikä opetustarkoitukseen. Tämä työ käsittelee kairareiän hauraita rakenteita, joita on verrattu jo olemassa olevaan tutkimustietoon Helsingin alueelta sekä ympäristön paljastumilta. Kairasydämestä kerättiin perustieto katko kohdista, joita verrattiin Wellcad-ohjelmassa kairareiästä kuvattuun akustiseen ja optiseen kuvaan. Kairasydän ei ollut suunnattu, joten katkoskohtien kaadesuunta ja kaade saatiin mitattua Wellcad-ohjelmassa ja lopullinen suuntakorjaus tehtiin Excelissä laskien. Katkoskohdista kirjattiin ylös syvyys, mahdollinen rakotäyte, pinnan karheus sekä haarniskapinnan- ominaisuudet. Myös alustava RQD-arvo mitattiin, joka oli erinomainen (94%). Viidestä rakotäytteestä, jotka erosivat toisistaan väriltään ja tekstuuriltaan, tehtiin XRD-analyysi. Luonnollisia katkoksia laskettiin olevan kairasydämessä noin 700 kappaletta sekä kaksi selkeää ruhjetta, joissa oli sydänhukkaa. Noin 11 % katkoksista luokiteltiin haarniskaraoiksi. Suurin osa raoista oli täytteisiä. Akustisen kuvan perusteella havaittiin rakoryhmä, jossa raot eivät olleet avoinna kairasydämessä, mutta erottuivat akustisessa kuvassa selkeästi. Näitä oli myös noin 11 % luonnollisesta katkossummasta. Vertailevat kenttätyöt suoritettiin Kumpulan kampusmäellä ja ympäristössä. Paljastumia oli yhteensä kymmenen, joista kolme oli tieleikkauksia. Paljastumilta mitattiin sijainnin ja suunnan ja kaateen lisäksi raon näkyvä pituus, mahdollinen rakotäyte, pinnan karheus sekä samansuuntaisten rakojen tiheys. Havaintojen tekemistä vaikeutti huomattavasti kalliopaljastumien huono kunto. Tulosten pääasiallinen käsittely suoritettiin Move 3D-ohjelmalla, jossa kairasydämen rakojen ja paljastumien rakodataa verrattiin toisiinsa ja kairasydämen ruhjeiden paikkaa tutkittiin lähemmin. Sekä kairasydämen raoissa että paljastumilla tuli esiin rakojen kaadesuunta koilliseen (eli kulku kohti luodetta), joka on linjassa aikaisempien tutkimusten kanssa Helsingin alueelta. Tutkimuksissa tuli myös ilmi, että Kumpulan kalliopaljastumien rakosuunnat eroavat pohjois-eteläsuunassa: mäen eteläpuolella rakojen pääasiallinen kulkusuunta oli akselilla NW-SE, kun taas pohjoispuolella nousi esiin E-W-kulku suunta. Tämän huomion vahvistamiseen tarvittaisiin vielä enemmän rakodataa, joten esimerkiksi toinen kairareikä pohjoispuolella mäkeä antaisi lisävalotusta tähän mahdolliseen rakosuunnan kääntymiseen pelkästään mäen alueella. Toinen mielenkiintoinen jatko tutkimusaihe olisi kairasydämen rakojen tarkempi luokittelu rakotäytteiden avulla. Nyt alustavissa tutkimuksissa huomattiin, että esimerkiksi haarniskaraot eroavat muista täytteisistä raoista niin kulun kuin täytteen perusteella, sekä että täytteisissä raoissa esiintyy ainakin neljää eri täytettä. Tällaisella tutkimuksella voitaisiin parhaimmassa tapauksessa saada lisää tietoa hauraiden rakenteiden ikäsuhteista.A 370 meter deep drill hole was drilled on the Kumpula Campus of the Univerity of Helsinki for teaching purposes at the end of the year 2015. This work deals with fragile structures in the borehole, which have been compared with existing research data from the Helsinki area and nearby outcrop data. Natural breaks were observed and measured from the drill core and that data was compared to the acoustic and optical images of the drill hole in the Wellcad software. The drill core was not oriented, so the dip direction and dip of the breaks were measured in the Wellcad software and the final correction was made in Excel. depth, possible filling, surface roughness, and slickenside feature of the breaks were recorded. A preliminary RQD value was also measured, which was excellent (94%). Five filling samples, which differed in color and texture, were subjected to XRD analysis. Approximately 700 natural breaks plus two crushed zones, with hearth loss were found found in the drill core. About 11% of the breaks were classified as slickensides. Most of the other break points were filled with minerals. a fracture group in which the gap was not open in the core was observed on the basis of the acoustic image. These kinds of fractures were about 11% of the natural breaks. Comparative field work was carried out on Kumpula campus and surroundings. There were altogether ten outcrops, three of them were road cuts. In addition to the location and direction and dipping, the visible length of the fracture, possible filling of surfaces, surface roughness, and density of the parallel fractures were observed. Observations were greatly affected by the quality and freshness of the outcrops. The main processing of the results was carried out in software Move in 3D, in which the fractures of the drill hole and the collected outcrop fracture data were compared, and the locations of the crushed zones were examined more closely. Both drill hole fractures and the fractures from the outcrops have one main dip direction to the northeast (ie the strike towards the NW), which is in line with previous studies in the Helsinki area. The study also revealed that the strikes of the fractures differ in the northern and southern sides on the hill: the main direction on the south side was in NW-SE, while on the north side it was in E-W direction. To further reinforce this finding, more data is needed, e.g. a comparative borehole on the north side of the hill would provide extra exposure for this possible direction. Another interesting research topic would be the more accurate classification of the drill hole fractures with the help of fillings. The preliminary studies show that slickensides differ from other filled fractures in both the orientation and filling and there are at least four different fillings as well. Such studies could help in estimating the relative ages of the brittle structures.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Valtonen_Riikka_Pro_Gradu_2018.pdf 6.183Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record