Forundersøgelser på Akia, Sisimiut

Transkript

1 Forundersøgelser på Akia, Sisimiut Karen Louise Møller - s Karsten Lyby - s December 2003

2 1 Resumé Sisimiut er med sine idag ca indbyggere Grønlands næst største by. Byen oplever en stadig befolkningstilvækst og der er derfor stigende behov for nye områder til byudvidelse. Sisimiut kommune har således besluttet at inddrage et naturareal nord for byen kaldet Akia til byudvidelse. Nærværende projekt udføres for at vurdere hvorledes planerne for en del af byudvidelsesområdet, A21 på Akia, kan realiseres. Projektet indbefatter forundersøgelser i form af geofysiske sonderinger og profileringer, boringer, geotekniske felt- samt laboratorieforsøg. Endvidere behandles den geologiske opbygning af området. Det konkluderes at der på området ikke er dybt til fjeldet, hvilket betyder at der ikke er problemer med at bygge huse, hvis disse funderes på pæle til fjeld eller direkte på fjeld. Da der i blødjorden er påvist frostfarlige og svage aflejringer samt observeret permafrostrelaterede landskabsfænomener vurderes at veje ikke umiddelbart kan placeres i dalene som planlagt. Enten skal disse føres på fast fjeld eller også skal de frostfarlige aflejringer afrømmes og erstattes af sand eller grus. Funderingsløsninger uafhængige af permafrosten vurderes som nødvendigt i Sisimiut i fremtiden.

3 2 Abstract Sisimiut is the second largest town in Greenland and is still experiencing a continous population growth. As a concequence there is an increasing demand for new areas for town expansion and it has been decided to assign an area north of the town called Akia to this purpose. The aim of this project is to evaluate whether the various plans for a part of the assigned area, A21 on Akia, can be realized. The project includes preliminary studies including geophysical sounding and profiling, drilling, geotechnical field and laboratory experiments. Furthermore the geological structure of the area is treated. It is concluded that the depth to the bedrock is limited, which means that there will be no problems in constructing houses as long as they are founded on piles driven to the bedrock or directly on the rock surface. The soil is proven frost susceptible and of low strength. Furthermore permafrost related surface features are observed. As a consequence roads cannot be placed in the valleys as planned and must therefore be placed onto the rock. If placement in the valleys is not avoidable, the frostsusceptible materials have to be replaced with sand or gravel. Foundings independent of the permafrozen ground are believed to be the only option in Sisimiut in the future.

4 3 Forord Denne rapport er resultatet af kurset 11422, Arktisk Teknologi og fungerer endvidere som Polyteknisk Midtvejsprojekt. Belastningen er på 20 ECTS point, hvilket modsvarer en tredjedel af et års arbejde, fordelt over forårsog efterårssemestret i Vejleder på projektet er Forskningsprofessor ved BYG DTU Niels Foged. Kurset er delt op i fire etaper, hvor den første foregår i tre-ugers perioden i januar og er en introduktion til de mulige arbejdsområder og projektoplæg samt en generel introduktion til Grønlands samfund, kultur, sprog, geologi og historie. Anden etape, i løbet af foråret, består i en overordnet formulering af projektet samt en planlægning af feltarbejdet i Grønland. Feltarbejdet udgør tredje etape og forløber over 3 uger i juli og august med udgangspunk i byen Sisimiut i Grønland. Endelig foregår laboratoriearbejde, databehandling samt rapportskrivning i fjerde etape i løbet af efteråret. Rapporten henvender sig til læsere med en vis faglig baggrund indenfor naturvidenskab og geologi. Endvidere vil rapporten have interesse for Sisimiut Kommune og andre interesserede i byudvidelsesområdet Akia, nord for Ulkebugten i Sisimiut. De faglige forudsætninger for projektets deltagere er grundlæggende kurser i sedimentgeologi og geoteknik samt et specialkursus i polar anvendt geofysik. Sidst nævnte kursus bestod dog udelukkende af teori og opbyggede ingen forudsætning for udførsel af feltarbejdet, hvilket besværliggjorde hele denne proces.

5 4 Tak... Vi vil gerne benytte lejligheden til at takke vores vejleder Forskningsprofessor Niels Foged samt Ph.d. studerende Helle Clausen for hjælp med geologisk tolkning, Ph.d. studerende Thomas Ingeman Nielsen for hjælp med geofysisk feltarbejde og tolkning, Vita Larsen for hjælp til geoteknisk laboratoriearbejde, Ole Jacobi og Henrik Gosvig Thomsen for hjælp med landmåling, Poul Linnert Christiansen, Hans Hansen og Klaus Myndal for hjælp med feltarbejde og dertil hørende transport, Anne-Lene Felland for hjælp til alt mellem himmel og jord og sidst men ikke mindst en tak til Hans Hinrichsen og de øvrige ansatte på Bygge- og anlægsskolen og det tilhørende kollegium i Sisimiut for at gøre vores tur til Grønland til en uforglemmelig oplevelse. Karen Louise Møller (s001675) Karsten Lyby (s001855)

6 INDHOLD 5 Indhold 1 Baggrund Byudvidelse på Akia Formulering af projekt Klima og geologi i Vestgrønland Klimaet i Sisimiut Geologien i Vestgrønland, Sisimiut Grundfjeldet Kvartærtiden Permafrost Lokale faktorer Det aktive lag Udbredelse Permafrostbetingede landskabsfænomener Landmåling 23 5 Ingeniørgeologisk beskrivelse Akia Områdets fysiske afgrænsning Geologisk beskrivelse af A Geofysiske undersøgelser Resistivitet Archies lov Vands resistivitet Feltundersøgelser Tilsyneladende resistivitet Geoelektrik Antagelser Strømmen i jorden Feltmetoder Måleudstyr Schlumberger-konfigurationen Geometrisk faktor Fejlkilder Feltarbejde Tolkning af Schlumbergersonderinger Wenner-konfigurationen

7 INDHOLD Geometrisk faktor Iso-ohmm kort Feltarbejde Tolkning af Wenner-profileringer Stang-slingram [Geonics EM-31] Metoden Målemetode Feltarbejde Tolkning af Stang-slingram profileringer Konklusion af geofysik Geotekniske undersøgelser Feltundersøgelser Boringer udført af Geoteknisk Institut, Boringer og prøvetagning i felten Lerforekomst Laboratorieundersøgelser Prøvebeskrivelse og karakterisering Naturligt vandindhold Kornstørrelsesanalyse Styrke- og deformationsegenskaber Atterbergs konsistensgrænser Geologisk opbygning 88 9 Anlægsproblemer i arktiske egne Permafrost Fundering på fjeld Varmeudvidelse Vurdering af område A Byplanen Dræning Bygninger Veje Klimaændringer Fremtidige undersøgelser Konklusion Bilagsoversigt 106

8 1 BAGGRUND 7 1 Baggrund Projektet tager udgangspunkt i byen Sisimiut i Vestgrønland. Sisimiut har længe, i kraft af sin favorable placering som nordligste isfrie havneby og sydligste by med mulighed for hundeslædekørsel, været igennem en rivende udvikling og har således siden 1960 fordoblet sit indbyggertal. I dag bor der lidt mere end 5700 indbyggere [Sisimiut Kommune, 2003], hvilket gør byen til Grønlands anden største. Sisimiut er bl.a. i kraft af sin isfri havn en vigtig industri- og uddannelsesby, ligesom turismen i byen er voksende. Hovedparten af byggeriet i Sisimiut er koncentreret til fjeldet og således spredt. Dette er en konsekvens af at der i Grønland har været en generel modvilje mod at fundere i blødjord pga. tidligere dårlige erfaringer med permafrost relaterede konstruktionsproblemer. Den spredte bebyggelse er samtidig også et udtryk for det generelle grønlandske ønske om en lys og luftig by, der ikke overbebygges, men har plads til rekreative udfoldelser og de specielle grønlandske erhverv som fx fangst. Som følge af den store befolkningstilvækst er man således i Sisimiut nået til et punkt, hvor der i byen ikke er flere egnede områder at bygge på. Da der er en stadig vækst i befolkningen og erhvervet, er der i kommunen stor interesse for undersøgelse af nye områder til byudvidelse. Samtidig regner kommunen med at den planlagte vej mellem Kangerlussuaq og Sisimiut vil gøre byen mere attraktiv for grønlændere at bo i og vende tilbage til. Vejen vil også tiltrække erhvervsvirksomheder og turister, idet transporten bliver nemmere og billigere. Af denne årsag har Sisimiut kommune i foråret 2002 besluttet at iværksætte en byudvidelsesplan for et område nord for Ulkebugten ved den nyligt anlagte lufthavnsvej, kaldet Akia (se figur 1). 1.1 Byudvidelse på Akia Her følger en kort beskrivelse af byudvidelsesplanen for Akia. Der lægges især vægt på de, for projektet relevante, beslutninger. For yderligere information om byplanen henvises til Det er planen at det nye byområde på Akia skal indbefatte både et nyt beboelsesområde øst for lufthavnsvejen, samt et erhvervsområde med havnefaciliteter o.lign vest for vejen. Det er endvidere planlagt at al fremtidig

9 1 BAGGRUND 8 Figur 1: Akias placering nord for Ulkebugten byudvikling skal foregå på Akia, hvorfor en god planlægning og undersøgelse af området er nødvendig. Kommunen har foretaget en arealdisponering af området, der bestemmer hvorledes de forskellige arealer tiltænkes anvendt og forbundet med infrastruktur. Området er inddelt i A-, B-, C-, D- og E-områder med henholdsvis bolig-, erhvervs-, fælles-, rekreative og specielle formål (se bilag 1). Kommunen har lagt en præliminær plan for placeringen af veje af forskellig størrelse på området. Denne indbefatter primære og sekundære veje samt stier på området (se bilag 3). Det er meningen at disse veje skal forbindes med vejen til Kangerlussuaq uden om det nuværende Sisimiut hvorfor der forventes en del trafik på de primære veje. Belastningen på vejene må dog forventes at være relativ lille sammenlignet med danske veje. Samtidig har kommunen også planlagt hvorledes huse af forskellig type placeres. Disse er primært koncentreret til fjeldet (se bilag 2). Endeligt er det planen at al rørføring mv. skal foregå i ledningsgrave under terræn i forbindelse med anlagte veje for ikke at skæmme naturen og området generelt.

10 1 BAGGRUND Formulering af projekt Nærværende rapport beskæftiger sig udelukkende med området øst for lufthavnsvejen udlagt til boliger og ikke-miljøbelastende erhverv. Formålet med projektet er at, i et afgrænset område på Akia, beskrive den geologiske opbygning, sedimentforekomster, tilstedeværelse/udbredelse af frosne aflejringer samt dybden til fjeldet. Dette vil muliggøre en vurdering af hvorvidt placering af veje, og bygninger mv. er mulig som besluttet i lokalplanen, herunder en vurdering af nødvendige tiltag under byggemodning. Afslutningsvis tilstræbes at give forslag til videre undersøgelser i forlængelse af de, i dette projekt udførte forundersøgelser, ved en realisering af byplanen. Med udgangspunkt i kommunens lokalplan for byudvidelsesplanerne på Akia og indledende rekognoscering i terrænet, er det valgt at koncentrere projektet og hermed forundersøgelserne til område A21 (se figur 2). Figur 2: Placering af område A21 på Akia, Sisimiut. Se yderligere bilag 1 [Sisimiut Kommune, 2003]. Årsagen til dette valg er, for det første, at området falder inden for lokalplanens tidlige byggefaser (se bilag 1) og at resultaterne af undersøgelserne dermed forhåbentlig vil komme til gavn for kommunen i nær fremtid. Herudover er området stærkt præget af termokarst og lignende permafrostrelaterede

11 1 BAGGRUND 10 fænomener. Disse fænomener vil volde problemer ved byggeri og er derfor nødvendige at undersøge inden byggeriet finder sted. Permafrostfænomenerne vil ligeledes give mulighed for nogle interessante geofysiske undersøgelser. I denne sammenhæng vil det også være muligt at give en vurdering af en valgt geofysisk metodes egnethed til undersøgelse af permafrostfænomenerne. Området er desuden meget vandlidende, hvilket giver mulighed for overvejelser i forbindelse med dræning, samt en udfordring i udførelse af feltarbejdet

12 2 KLIMA OG GEOLOGI I VESTGRØNLAND 11 2 Klima og geologi i Vestgrønland 2.1 Klimaet i Sisimiut Klimaet i Grønland er arktisk. Normalt afgrænses de forskellige klimatiske regioner i verden ud fra udbredelsen af karakteristisk vegetation. Det arktiske klima haves således per definition i områder nord for trægrænsen. Træer kræver varme i vækstperioden, hvilket ikke er opfyldt i områder med en middellufttemperatur i årets varmeste måned på maksimalt 10 C. De arktiske egne er således defineret, som områder hvor der ikke forekommer egentlig skov og hvor middellufttemperaturen i den varmeste måned om sommeren ikke overstiger 10 C. Dette er lige akkurat opnået i det sydlige Grønland, mens klimaet i Sisimiut klart er arktisk. Det bemærkes desuden at definitionen på arktisk klima ikke er afhængig af vintertemperaturen. Denne temperatur afhænger af lokalitetens placering i forhold til fx hav, fjelde og Indlandsisen. Klimaet i Vestgrønland bærer stærkt præg af placeringen mellem Indlandsisen og Davis Strædet. I kystbyen Sisimiut er klimaet oceanisk, hvilket vil sig at temperatursvingningerne mellem sommer og vinter er forholdsvis små og at der er relativt mere nedbør. I Kangerlussuaq, som ligger tæt ved Indlandsisen og langt fra Davis Strædet, er klimaet derimod udpræget kontinentalt med lave vintertemperaturer og meget lidt nedbør. Den ringe nedbørsmængde skyldes bl.a. at det høje ismassiv, der rejser sig forholdsvis brat, udtørrer de i forvejen tørre vinde når de blæser ud over isranden. Nedbørsmængden i det arktiske klima er dog generelt relativt lille og det meste falder som sne. Dette varierer også meget fra det nordlige til det sydlige Grønland. I Sisimiut er den årlige middellufttemperatur 3, 5 C og der er en årsmiddelnedbør på 385 mm [Foged & Clausen, 2003]. 1 Byen ligger umiddelbart nord for den nordlige polarkreds og der forekommer derfor midnatssol i en kort periode i juni og juli. Midnatssol indebærer solskin i alle døgnets 24 timer. Modsat er mørketid perioden hvor solen overhovedet ikke kommer over horisonten. Dette opleves dog ikke i Sisimiut. 1 Til sammenligning er årsmiddellufttemperaturen i København 8 C og der er en årsmiddelnedbør på 613mm ( ) [DMI, 2003]

13 2 KLIMA OG GEOLOGI I VESTGRØNLAND Geologien i Vestgrønland, Sisimiut Her følger en kort skitsering af de geologiske forhold der hersker i området ved Sisimiut i Vestgrønland og dermed en formodning om hvad der forventes at finde af landskaber og sedimenttyper på området, hvor forundersøgelserne finder sted Grundfjeldet Grønland har været udsat for flere perioder med bjergkædedannelse, hvor der overordnet genkendes fire perioder [Nørrevang, 1971]. Grundfjeldet inddeles således i regioner ud fra dets alder og art af tektonisk deformation (se figur 3). Sisimiut ligger i udkanten af den grundfjeldsregion der hedder Nagssugtoqiderne som er ca mio. år gammel [Foged, 1979]. Selve grundfjeldet består hovedsageligt af gnejs med amfibolitbånd og menes at være omdannet materiale fra den sydligere ældste bjergkæderegion kaldet den gamle kerne. Den aktive bjergkædedannelse sluttede i Grønland for ca. 400 mio. år siden med foldekædeaktivitet i Nord- og Østgrønland. Herefter fulgte, i tertiærtiden, oceanbundsspredningen der skilte Grønland fra henholdsvis Nordamerika og Europa, akkompagneret af en del vulkansk aktivitet som bla. skabte basaltområder i Grønland samt selve Island og Færøerne. Den næste geologiske periode der er væsentlig for beskrivelsen af geologien ved Sisimiut er kvartærtiden. Geologien er her i høj grad præget af indflydelsen fra Indlandsisen Kvartærtiden Dannelsen af Indlandsisen på Grønland startede for ca. tre mio. år siden, da klimaet blev koldere. Isen har, ligesom i resten af verden, haft forskellige fremrykningsperioder. Det vides at området omkring Sisimiut var helt isdækket under isens maksimale udbredelse under Saale istiden, hvor den rakte langt ud i Davis Strædet og her afsatte Store Hellefiskebanke ud for Sisimiut, som består af moræneaflejringer. Generelt findes der ved de fleste fjorde i Vestgrønland fiskebanker bestående af moræneaflejringer. Under Weichel istiden har isdækket sandsynligvis været af begrænset tykkelse ved Sisimiut [Foged & Clausen, 2003]. Grundfjeldet her har således været udsat for

14 2 KLIMA OG GEOLOGI I VESTGRØNLAND 13 Figur 3: Fjeldregioner i Grønland [Nørrevang, 1971]. kraftig glacial erosion hvilket bl.a. ses af de mange U-formede dale og meget afrundede fjeldrygge og -knolde. Senere har isen, under sin tilbagetrækning og midlertidige stilstandsperioder, afsat smeltevandsaflejringer ved og øst for Sisimiut. Aflejringerne her er derfor hovedsageligt velsorterede og afrundede, fluviale smeltevandsaflejringer eller mere usorterede moræneaflejringer. Moræneaflejringerne ses udover som fiskebanker, ofte som relativt tynde bund- og sidemoræner i de, af isen formede, U-dale. En anden udbredt kvartær aflejringstype ved Sisimiut er de marine aflejringer, hvis forekomst skyldes flere forskellige processer. Da klimaet blev varmere medførte isens tilbagesmeltning to processer. Eustatisk havstigning på grund af de store mængder smeltevand. Samtidig begyndte den isostatiske landhævning som følge af aflastningen fra de smeltede ismassers vægt. Vandstandsstigningen skete momentant, mens landhævningen forløb relativt lang-

15 2 KLIMA OG GEOLOGI I VESTGRØNLAND 14 sommere med oversvømmelse af de kystnære områder til følge. For omkring år siden stod havet i Sisimiut i kote 120. I perioden år før nu stod havet omkring kote 50 m, hvilket er illustreret i figur 4. På dette tidspunkt befandt isranden sig sandsynligvis kun et par kilometer inde i landet [Foged, 2003]. Figur 4: Kystniveau fra området ved Sisimiut gennem år [Foged, 1979]. I perioden hvor havet stod højt aflejredes sedimenter fra gletscherne i marint miljø. Landhævningen var imidlertid totalt set større end vandstandsstigningen, hvilket medførte at de oversvømmede kystnære områder og marint afsatte sedimenter atter hævedes over havoverfladen. Dette betyder at der i dag findes marine aflejringer i op til 120 meters højde over havniveau i Sisimiut og som det ses af figur 4, op til 140 m længere inde i landet. Landhævningen og vandstandsstigningen har til tider foregået lige hurtigt og de marine processer har således dannet en kystlinie med en stejl skrænt og en forholdsvis flad slette foran (abrasionsflak). Denne proces har gentaget sig nogle gange, resulterende i dannelsen af marine terrasser. Mange marine aflejringer indeholder skalrester. Mangel på samme beviser dog ikke at aflejringen ikke er af marin oprindelse. De tidlige marine aflejringer forekommer ofte i store mægtigheder, da landet havde været trykket meget ned af isen og derfor tillod omfattende oversvømmelser samtidig med en stor slamproduktion fra den smeltende is. Disse aflejringer er også generelt finkornede, da vandet har været dybt. Den meget store slamproduktion kan have forhindret skaldyr i at leve og kan derfor være årsag til mangel på skaller i marine aflejringer. Af denne årsag er der størst sandsynlighed for at finde skaller i de yngre marine aflejringer, hvor slamproduktionen har været mindre, ligesom kornstørrelsen af aflejringen er blevet større efterhånden som der er blevet mere lavvandet pga. landhævningen [Nørrevang, 1971]. På grund af smeltevandets ferskhed kan forekomne skaller også være opløst med tiden. Endvidere vil et tydeligt tegn på marine sedimenter være et højt saltindhold. Man må dog forvente at saltindholdet kan være vasket ud i løbet af årene

16 2 KLIMA OG GEOLOGI I VESTGRØNLAND 15 i de øvre lag. Udvaskning af, det ved afsætning høje saltindhold i leret, gør oftest dette meget sensitiv og er grundlag for dannelsen af kvikler. For ca år siden opnåedes det nuværende havniveau (se figur 4) og der opstod, det i dag forekommende, ferskvandsmiljø i de tidligere oversvømmede områder. Der kan derfor forekomme ferskvands- og organiske aflejringer. Grønland er speciel ud fra et geologisk synspunkt, idet det er det eneste sted nord for ækvator hvor den kvartære iskappe er bevaret frem til nu. Modsat Danmark, hvor vi udelukkende opfatter moræneaflejringer som historiske, omfatter nutidige aflejringer i Grønland derfor også friske moræner tæt ved Indlandsisen og lokale gletchere.

17 3 PERMAFROST 16 3 Permafrost Det kolde klima i de arktiske egne medfører fænomenet permafrost, hvilket har stor indflydelse på landskabets udseende og udnyttelsesmuligheder. Permafrost betegner per definition løsjord- og fjeld hvori temperaturen ikke overstiger 0 C i en periode der strækker sig over mindst en vinter, den efterfølgende vinter samt den mellemliggende sommer [Foged, 1979]. Er porevand til stede vil store dele af materialet desuden være frosset sammen. Tykkelsen af permafrosten afhænger af middellufttemperaturen og den geotermiske gradient på stedet. Dvs. jo lavere lufttemperaturen er og jo længere tid det varer, des mere udbredt er permafrosten og jo dybere kan permafrosten trænge ned i jorden. Da permafrostens tilstedeværelse afhænger af en meget følsom temperaturligevægt, er der op til flere lokalt varierende faktorer der har indflydelse på permafrostens tykkelse og tilstedeværelse overhovedet. Dette er hovedsageligt gældende for varm permafrost, dvs. hvor temperaturen ikke er meget under frysepunktet. 3.1 Lokale faktorer Solindfaldet har stor indflydelse på permafrosten i og med at jo mere sol der er, jo mere varme tilføres jorden. Der er derfor større sandsynlighed for at finde permafrost på en nordvendt skrænt sammenlignet med en sydvendt. Vegetationsdækkets tykkelse har indflydelse på permafrosten da dette virker isolerende og dermed mindsker temperaturpåvirkninger af jorden udefra. Når en isolerende vegetation fjernes medfører den øgede varmepåvirkning fra solens stråler og de lunere sommervinde optøning af eventuelt permafrost. Vegetationsdækkets art og dermed farve har også en effekt, i og med at en lys farve har en højere albedoværdi og dermed absorberer mindre varme. Da is og sne, ligesom vegetationsdækket, virker isolerende på jorden har tilstedeværelsen af snedække, samt hvor længe snedækket bliver liggende, en stor effekt på permafrostens tilstedeværelse. Om vinteren vil sneen ydermere holde på varmen således at permafrosten ikke trænger dybere ned. Hen på foråret vil sneen imidlertid isolere mod solens varme, og jorden kan derfor under snedækket forblive frossen i længere tid. Da isen virker isolerende er

18 3 PERMAFROST 17 permafrosten normalt ikke udbredt under store gletchere og lignende, men kun i det periglaciale miljø uden for isranden. Højden over havet har indflydelse på permafrostens tilstedeværelse fordi der normalt bliver koldere jo højere lokationen befinder sig, og dermed er der større sandsynlighed for at finde permafrost her. Ufrosset vand som fx større søer og hav har også en stor indflydelse eftersom ufrosset vand har en høj varmekapacitet og ledningsevne, og dermed tilfører varme til de underliggende jordlag. De forskellige forhold kan somme tider have en selvforstærkende effekt og det kan være svært at bestemme om det ene forhold var årsag til det andet eller omvendt. Ses fx et område med frosthævning dækket af lys vegetation kan det være svært at vide om frosthævningen startede pga. den lyse vegetation eller om vegetationen blev lys som følge af udtørring pga. frosthævningen. Mange af forholdene vil ligeledes opveje hinanden. 3.2 Det aktive lag Om sommeren når lufttemperaturen stiger, tør det øverste jordlag. Dette lag som skiftevis fryser om vinteren og tør om sommeren kaldes det aktive lag. Tykkelsen af dette lag varierer ligesom permafrosten med de netop beskrevne lokale forhold. I Sisimiut har det aktive lag en tykkelse på mellem 2 og 30 m [Foged & Clausen, 2003] men kan variere fra år til år. 3.3 Udbredelse I arktiske regioner forekommer permafrost, som beskrevet, i et lag af begrænset tykkelse. På baggrund af variationen i udbredelsen og tykkelsen af permafrosten inddeles de arktiske egne i tre permafrostzoner; Kontinuert permafrost, Diskontinuert permafrost og Sporadisk permafrost. Denne zoneinddeling er selvfølgelig afhængig af de herskende globale klimaforhold og zonegrænsernes placering vil således rykke nordpå ved en global temperaturstigning.

19 3 PERMAFROST 18 Kontinuert permafrost I den kontinuerte zone forekommer permafrosten sammenhængende og forholdsvis tyk, kun med ganske få huller, hvor effekten af fx en sø er stor. Diskontinuert permafrost Syd for den kontinuerte zone findes permafrosten kun i begrænsede områder beskyttet mod sommerens varme, som fx. en nordvendt skrænt eller et område med tæt bevoksning. Sporadisk permafrost Igen syd for den diskontinuerte permafrostzone findes den sporadiske permafrost som små isolerede områder, mere spredt end den diskontinuerte permafrost. Permafrosten findes her fx på steder hvor solindfaldet er lavt. Tilstedeværelsen af permafrost i den diskontinuerte og den sporadiske zone er derfor, ud over af den termiske balance, meget afhængig af de lokale klimaog jordbundsforhold. Permafrostzonerne i Grønland er vist på figur 5 og det ses at Sisimiut befinder sig i den diskontinuerte permafrost tæt på grænsen til den sporadiske permafrost. 3.4 Permafrostbetingede landskabsfænomener I de arktiske egne forekommer specielle landskabsfænomener som følge af permafrostens tilstedeværelse. I det følgende beskrives kort de fænomener der er inddraget i feltarbejdet og som omtales senere i projektet. Frostsprængning Frostsprængning er en form for fysisk forvitring, der forekommer i områder hvor lufttemperaturen kommer under frysepunktet. Processen skyldes det faktum at vand udvider sig ca. 9 % når det fryser til is. Hvis der fx er trængt vand ind i hulrum eller sprækker i fjeld og dette fryser, vil isen yde et indre tryk på bjergarten som kan overskride dets trækstyrke således at sprækken udvides. Efter gentagen påvirkning løsnes blokke fra fjeldet. Et tegn på aktiv frostsprængning i Sisimiut er dannelsen af talus på skråninger.

20 3 PERMAFROST 19 Figur 5: Grænser mellem kontinuert, diskontinuert og sporadisk permafrost [Nørrevang, 1971]. Islinser Islinsedannelsen starter med at der dannes iskrystaller på porevæggene i sedimentet, når frosten trænger ned i løsjorden. Iskrystallerne vil med tilgang til porevand langsomt vokse og danne små rene islinser. Islinserne trækker mere vand til sig fra omkringliggende lag ved kapillarvirkning og vokser sig hermed større og større så længe der er forbindelse til porevand. En betingelse for dannelse af islinser er således at sedimentet er tilpas finkornet til at have en kapillar stighøjde. Når der ikke tilføres mere vand vil frostfronten begynde at trænge dybere ned i jorden. Er et sediment vandmættet eller overmættet vil frysningen af porevandet få jorden til at hæve sig, da udvidelsen af vandet vil medføre at jordpartiklerne mister kontakt med hinanden. Når islinserne igen tør vil der opstå hulrum og indsynkning af sedimentet til de enkelte korn igen hviler på hinanden. Graden af indsynkning vil således afhænge af graden af vandmætning.

21 3 PERMAFROST 20 Sedimentet vil herefter også være meget vandholdigt. En vurdering af sedimentets vandindhold ved prøveudtagning kan derfor indikere om sedimentet har været frosset. Finkornede sedimenter, hvor kapillareffekt forekommer, kaldes frostfarlige eller tø-ustabile. Indeholder fx en ler islinser og dermed store mængder vand når den tør, vil dens bæreevne være ringe og der kan forekomme store sætninger når den konsoliderer. Disse frostfarlige sedimenter er naturligvis et problem hvis jorden ønskes anvendt til byggeri. Pingoer og Palsere Både palsere og pingoer er permafrostbetingede fænomener der fremstår som mindre bakker eller forhøjninger i terrænet. I landskabet kan de to fænomener ligne hinanden til forveksling og der skelnes i almindelighed kun mellem de to fænomener på baggrund af deres fysiske størrelser, pingoen værende den største. Principielt er der dog en forskel på den måde de to fænomener hver især er dannet på, hvilket styrer de dimensioner de hver især kan opnå. Pingoer forekommer hovedsageligt i den diskontinuerte permafrost eller på grænsen mellem den kontinuerte og den diskontinuerte permafrost. Disse dannes i løsjordsområderne i dalene og har en kerne af is dækket med et lag af sediment og vegetation. Den type af pingoer som kan dannes i den diskontinuerte zone kaldes Open-System Pingoer. De dannes ved at et ufrosset artesisk grundvandsmagasin under permafrosten kommer under tryk, fx når permafrosten trænger dybere ned i jorden. Overtrykket vil tvinge vandet mod overfladen hvor det gennembryder permafrostlaget på et svagt sted og fryser til is. En stadig tilførsel af vand vil få iskernen til at vokse, så jordoverfladen hvælves og en pingo dannes. Overtrykket i grundvandsmagasinet vil desuden få det impermeable permafrostlag til at bue opad. Når vandet gennembryder permafrosten vil det føre finkornede sedimenter med som aflejres på siden af pingoen. Det er altså karakteristisk for en pingo, at den har været udsat for gennemstrømning af vand. De kan blive op til 40 m høje og er mest udbredt i den kontinuerte permafrostzone hvor også typen Closed-System Pingoer forekommer [Andersland, 1994] og [Brown, 1970]. En palser har en kerne af frossen jord og islinser. Betingelsen for dannelse af en palser er at der er finkornet sediment til stede med en vis kapillaritet, således at islinsedannelse kan forekomme. Frysningen af sedimenter vil i sig selv forårsage jordhævelse da vandfyldte sedimenter udvider sig når de fryser.

22 3 PERMAFROST 21 I en palser er der modsat en pingo ingen gennemstrømning af vand og de bliver af samme årsag heller ikke lige så store, max 6 7 m høje. Palsere forekommer hyppigst i den diskontinuerte permafrostzone. En palser ses på figur 11 side 29 [Brown, 1970]. Termokarst Termokarst er et landskabsfænomen som opstår når permafrosten begynder at tø. Et termokarstpræget område vil således ofte være meget vandlidende og præget af vandfyldte fordybninger, hvor jorden er faldet sammen, ind mellem jordopskydninger hvor permafrosten stadig er aktiv, men følsom (se figur 6. Termokarst opstår altså når permafrosten forstyrres, hvilket fx kan være ved globale klimaændringer eller ved lokale forstyrrelser som brand og afrømning af vegetation. Figur 6: Termokarst i byudvidelsesområde A21 på Akia i Sisimiut. Jordflydning og -krybning Jordflydning og jordkrybning er to transportprocesser der bevæger sediment nedad skråninger. Jordflydning foregår i det aktive lag som følge af det underliggende permafrostlags impermeabilitet. Når det aktive lag, i foråret, tør kan det overskydende vand fra fx islinser og snedække ikke drænes væk, og jorden bliver da

23 3 PERMAFROST 22 vandmættet og flydende. På steder hvor terrænet skråner, vil jorden, påvirket af tyngdekraften, flyde ned af skrænten. I terrænet observeres jordflydning oftest ved at jorden foran fx en grundfjeldstærskel er rodet og sprækket. Terrassedannelse ses da tydeligere (se figur 8 side 26. Jordkrybning foregår ved en kombination af to kraftpåvirkninger: jordhævning og tyngdekraften. Jordhævning foregår som sagt når porevandet i sedimentet fryser og jorden som følge heraf hæver sig. Denne bevægelse sker vinkelret på frostniveauet og dermed terrænet. Om foråret, når sedimentet igen tør, vil tyngdekraften bevirke at sedimentet bevæges lodret ned. Sedimentet er således flyttet et stykke ned af skråningen i forhold til sin udgangsposition det foregående forår.

24 4 LANDMÅLING 23 4 Landmåling For at stedfæste boringer, prøvetagninger og geofysiske undersøgelser afsattes referncepunkter efter skøn med landmålerstokke, hvorefter koordinaterne til disse opmåltes Tachymetrisk med totalstation (Leica TC600). Mellem punkterne anlagdes linier med betegnelserne L1 L6 (se figur 19 side 53). Til stedfæstelse er i rapporten generelt anvendt Easting- og Northing-koordinater i Universal Tranverse Mercator (UTM), WGS84, Zone 22, Nordlige halvkugle. Landmåling og koordinatsystemer er i projektet anvendt som et redskab til stedfæstning af undersøgelser og behandles ikke nærmere i projektet. For uddybning af teorien henvises derfor til litteraturen. Kort De, i projektet udarbejdede kort er bearbejdet i programmet MapInfo Professional 6.5 med kortmateriale venligst udlånt fra ASIAQ. Nordretningen er konsekvent opad på samtlige illustrerede kort. Tachymetri Ved en Tachymetrisk opmåling opstilles totalstation i et kendt punkt, hvorefter der sigtes til et andet kendt punkt. Horisontal vinkel og Zenith-vinkel måles herefter mellem kendte punkt og punktet, til hvilket koordinater ønskes bestemt. Et prisme opstilles i dette punkt og afstanden fra totalstation til punktet måles med Elektromagnetisk Distance Måling (EDM) ved Impulsmetoden. Denne metode består i at en lys- eller mikrobølgeimpuls udsendes, reflekteres af prismet og når tilbage til totalstationen. Tiden det tog for bølgen at nå frem og tilbage anvendes til at beregne afstanden mellem totalstation og prisme. Dette sker med en nøjagtighed på under 5 mm. Ved relativ simpel trigonometri beregnes herudfra koordinaterne til de nye punkter (se bilag 4).

25 5 INGENIØRGEOLOGISK BESKRIVELSE 24 5 Ingeniørgeologisk beskrivelse Studie af et landskabs udformning i et område, der ønskes undersøgt nærmere, kan ofte give en idé om områdets geologiske dannelseshistorie og således også en formodning om hvilke sedimenttyper, lagfølger og -mægtigheder der forventes at finde i området. Disse observationer kan således senere underbygges af, eller støtte detaljeret data fra diverse geofysiske undersøgelser og boringer. På baggrund af dette skulle det være muligt at opstille en model for områdets geologiske opbygning. 5.1 Akia Området som kommunen har valgt til boligarealer i den fremtidige byudvidelse ligger som sagt nord for Ulkebugten og er således afgrænset af Præstefjeldet som rejser sig stejlt mod nord, Ulkebugten mod syd, lufthavnsvejen mod vest og afsluttes mod øst ved bunden af bugten (se figur 1 side 8). Området mellem Præstefjeldet og Ulkebugten er forholdsvis fladt og er en marin terrasse afsat af havet (se afsnit side 12). Området består hovedsageligt af relativt lave, afrundede fjeldrygge med sedimentfyldte dale imellem. Formodningen om at området er en marin terrasse bekræftes af forekomsten af store afrundede blokke i et ca. 50 m bredt bælte, en såkaldt blokmark, langs Præstefjeldet (se figur 7). Figur 7: Blokmark langs Præstefjeldet

26 5 INGENIØRGEOLOGISK BESKRIVELSE 25 Da blokkene er afrundede og desuden dækket med vegetation er det ikke sandsynligt at der er tale om frisk nedfald fra fjeldet. De afrundede blokke markerer derimod en gammel kystlinie og bekræfter dermed at havet på et tidspunkt, stod højere end det nuværende niveau. De afrundede sten er således blokke der stammer fra isens moræne, hvor alt andet end de groveste dele er eroderet bort af havet og de store mængder smeltevand. Herved fremkommer den blokmark som ses i dag [Foged, 2003]. Området mellem Præstefjeldet og Ulkebugten er derfor det gamle havs abrasionsflak. Dalene i området er yderligere præget af lokale plateauer med tilbageholdelse af sedimenter bag grundfjeldstærskler og jordflydning foran tærsklerne. Nogle af dalene fremstår således som meget plane sedimentbassiner. Flere steder i terrænet er der bjergarter, som har været mere resistente mod vandets erosion og disse fjeldrygge har således dannet naturlige tærskler i terrænet. Disse har holdt sedimenter tilbage som er aflejret under de mere rolige forhold og der er dannet et relativt plant bassin. Der kan også på et andet tidspunkt være aflejret fluviale smeltevandsaflejringer i bassinerne, som ligeledes er holdt tilbage af tærsklerne. Foran tærsklerne skråner terrænet generelt mod bugten og bærer stærkt præg af jordflydning, hvilket ses af figur 8. Jordflydning forekommer her, da der her ikke er nogen barriere til at holde på de vandlidende og frostpåvirkede sedimenter. 5.2 Områdets fysiske afgrænsning Forundersøgelserne er afgrænset til et mindre område med to dale vinkelret på hinanden, der som sagt falder inden for lokalplanens område A21. Dalene er under feltarbejdet på ægte grønlandsk manér navngivet Dal 1 og Dal 2. Disse navne anvendes til henvisning, beskrivelse og stedfæstning af undersøgelser i resten af nærværende fremstilling. På den anden side af Ulkebugten svinger lufthavnsvejen mod vest langs Præstefjeldet. Øst her for ligger en forholdsvis flad, sandet slette som tidligere har været genstand for undersøgelser i forbindelse med projekter ved Center for Arktisk Teknologi (se [Nielsen, Yding & Jørgensen, 1998] og [Jepsen et al., 1999]). Denne slette er i lokalplanen udlagt til rekreativt område. Mod øst afløses sletten af den første afrundede fjeldryg som mod nord har to markante knolde eller højdepunkter. Disse fjeldknolde danner udgangspunkt for undersøgelsesområdets afgrænsning (se figur 9). Dal 1 ligger parallelt med Præstefjeldet og afgrænses således i nord af det

27 5 INGENIØRGEOLOGISK BESKRIVELSE 26 Figur 8: Jordflydning foran tærskel for enden af Dal 2. Synsvinkel skitseret på ortofoto. omtalte bælte af afrundede sten, mod syd af fjeldryggen med de to knolde, i vest af en lav blottet grundfjeldstærskel og i øst af en ny fjeldryg i dagen. Dal 1 åbner sig i den østlige ende over i en anden nord-sydgående dal - Dal 2 - mellem de to netop omtalte fjeldrygge. De to dale danner således en ret vinkel. Dal 2 afgrænses mod syd af fjeld i dagen (se figur 10). 5.3 Geologisk beskrivelse af A21 Dal 1 er generelt meget vandlidende og bærer ellers præg af de afrundede blokke der breder sig ud i dalen. Blokkene er dækket med tykke lag af mos og dyndlignende bevoksning. Mange steder flyder dyner af bevoksning på vandet (se bilag 64). Det faktum, at dalen hovedsageligt består af afrundede store sten, dækket af bevoksning og omgivet af vand, gør underlaget meget usikker og uforudsigeligt. Nogle steder er vandet meget dybt og andre steder ligger stenene løse så de skrider under belastning.

28 5 INGENIØRGEOLOGISK BESKRIVELSE 27 Figur 9: Forundersøgelsesområdets omgivelser på Akia. I den østlige del af Dal 1 findes et areal præget af jordopskydninger centreret omkring en stor palser. Palseren er i felten og dermed i resten af nærværende fremstilling, igen på grønlandsk manér, navngivet Palser 1 (se figur 10). Palseren er ca. 25 m lang, 12 m bred og omkring 1 m høj på det højeste sted. Overfladen af palseren er meget tør og dækket af et tørveagtigt lag, hvilket er den oprindelige bevoksning som er afskåret vandtilførsel ved jordhævningen. Palseren er desuden præget af revner og opskudte sten med forskellig størrelse. Mange af stenene er flækkede (se figur 11). Mellem jordopskydningerne er området generelt vandlidende. Mellem Palser 1 og fjeldet i øst er der et område med frit rindende vand og mindre, afrundede sten (10 30cm i diameter). Dal 1 er ellers ikke præget af rindende vand før helt mod vest ved grundfjeldstærsklen, hvor en lille strøm samles og løber mod vejen. Denne munder endeligt ud i Ulkebugten på den anden side af vejen. At der i den ene ende af Dal 1 løber vand ind og i den anden ende løber vand ud, viser at der i dalen er en mindre gennemstrømning af vand, som sandsynligvis har større omfang om foråret. Da dalene imidlertid er

29 5 INGENIØRGEOLOGISK BESKRIVELSE 28 Figur 10: Oversigt over forundersøgelsesområdet A21. stærkt vandlidende må dræningen primært være begrænset til overløbet ved grundfjeldstærsklerne. Palser 1 afløses mod syd af en sø, ca. 0,7 m dyb og stort set med frit vandspejl. Søen er ikke bundfrossen og er omgivet af spredte afrundede sten. Syd for søen er området igen præget af sten med overliggende plantedække. Området bliver dog mindre vandlidende og der er ikke frie vandspejl, hvilket er generelt for den nordlige del af Dal 2. Til gengæld bærer den nordlige del af Dal 2 præg af tørvemose og tykke lag af ildelugtende organiske aflejringer. Mod vest langs fjeldryggen er der dog stadig sten dækket af bevoksning. Den sydlige del af Dal 2 er meget stærkt præget af termokarst, de fremtrædende karakteristika værende en palser, benævnt Palser 2, og en sø umiddelbart

30 5 INGENIØRGEOLOGISK BESKRIVELSE 29 Figur 11: Palser 1 i midten af Dal 1 syd for denne. Søen er på det dybeste ca. 1 m dyb og i overfladen flyder et tykt lag moslignende plantedække. Ved nærmere inspektion opdagedes at søens bund var dækket af is, hvilket må skyldes det isolerende plantedække i vandoverfladen. Søen blev under feltarbejdet valgt som fysisk afgrænsning for undersøgelserne. Syd for søen, dvs. i resten af Dal 2, er der endnu mere udtalt termokarst med store palsere og vandfyldte indsynkningshuller (se figur 6 side 21. Dal 2 er i syd afgrænset af en fjeldryg. I Dal 2 ved Palser 2 og søen er der fundet ler i overfladen. Dette er højst sandsynligt marint ler som på grund af jordopskydning er kommet til overfladen (se billede på bilag 64). En mindre samling af billeder fra området ses endvidere på bilag 64.

31 6 GEOFYSISKE UNDERSØGELSER 30 6 Geofysiske undersøgelser I geoelektriske og elektromagnetiske metoder udnyttes at forskellige materialer har forskellig resistivitet. Ved at kortlægge modstandsforholdene i et område, kan et grundlag for tolkning af de geologiske forhold i området anskueliggøres. 6.1 Resistivitet Modstanden, eller resistansen i et legeme er proportional med forholdet mellem dets dimensioner. Denne proportionalitetsfaktor kaldes legemets specifikke modstand eller resistivitet, ρ og er defineret som R = ρ L, hvor R er A resistansen, A er legemets tværsnitsareal vinkelret på strømretningen og L er længden af legemet i strømmens retning. Resistiviteten har enheden Ωm og dens reciprokke er den specifikke ledningsevne, betegnet κ med enheden S = 1. m Ωm Resistiviteten af sedimenter er meget varierende og afhænger primært af porøsitet, vandindhold, vandets ledningsevne og hvilke mineraler sedimentet indeholder samt koncentrationen af disse, herunder indholdet af lermineraler. Det samme gælder også for fjeld, der dog ikke indeholder lermineraler. Indeholder en aflejring betydelige mængder metal eller metalsulfider, hvori elektronledning forekommer, vil dette resultere i en bedre ledningsevne. Mineraler som kvarts, kalkspat og stensalt har imidlertid en meget ringe ledningsevne der ligger tæt på nul. Større indhold af disse, vil derfor resultere i en høj resistivitet. Som eksempel kan nævnes granit som har et stort indhold af kvarts og også en stor specifik modstand på op til Ωm, hvor ler tilsammenligning, har en resistivitet på Ωm [Foged, 2003] Archies lov Sedimenters resistivitet afhænger af porevandets resistivitet, da disse på grund af porøsitet, ofte er vandholdige. For lerfrie sedimenter er dette forhold ligefrem proportionalt med porevandets resistivitet ρ w og har proportionalitetsfaktoren F kaldet formationsfaktoren. Denne afhænger af porernes størrelse, udformning og mætningsgrad [Skov- og naturst., 1987] og udtrykkes ved Archies lov:

32 6 GEOFYSISKE UNDERSØGELSER 31 ρ = F ρ w (1), hvor F = a φ m, φ er porøsiteten og a og m er konstanter gældende for den enkelte bjergart. Mætningskoefficienten, a ligger i de fleste sedimenter mellem 0,6 og 1, mens cementationskoefficienten, m ligger omkring 1,5 2,0. [Sharma, 1997] Lerholdige sedimenter er ikke i samme grad afhængig af porøsiteten. Lerpartikler er i sig selv elektrisk ledende og det er derfor knap så enkelt at opstille et udtryk for lerholdige sedimenters resistivitet. Som en tilnærmelse anvendes Archie s lov alligevel for lerholdige sedimenter og formfaktoren sættes til 2 à 3. [Foged, 2003] 6.2 Vands resistivitet I vand ledes strøm gennem vandets ioner. Dets ledningsevne er derfor afhængig af koncentrationen af disse. Generelt er vand et godt ledende materiale med en resistivitet varierende fra 0, 05 Ωm, for saltholdigt grundvand [Reynolds, 1997] hvor der er stor ionkoncentration, til 1000 Ωm for glacialt smeltevand [Reynolds, 1997] hvor der er meget få ioner tilstede. Vandet i Grønland er meget rent og indeholder derfor færre ioner end det danske vand. Resistiviteten af det grønlandske vand er derfor generelt lavere end det danske. Er vandet derimod frossent, kan resistiviteten antage resistiviteter på helt op til Ωm for is ved 12 C [Skov- og naturst., 1987]. Is er altså et meget dårligt ledende materiale og kan betragtes som en isolator. Hvor ledningsevnen i vandholdige sedimenter er god, er den altså meget ringe i frosne, vandholdige sedimenter Feltundersøgelser I område A21 måltes vandets ledningsevne hvor overfladevand var tilgængeligt. Resultaterne varierede fra 40 µs µs til 215 hvor de laveste værdier er cm cm for stillestående vand i søen i Dal 2 og de højeste for lettere forurenet vand ved Palser 1 (se bilag 5). Omregnes til resistivitet ved ρ[ωm] = κ[ µs ], fås resistiviteter mellem 47 og 250 Ωm. Den lave værdi for søen i Dal 2 betyder at cm den er ret fersk. En estimeret middelværdi på 100 Ωm benyttes i efterfølgende i rapporten.

33 6 GEOFYSISKE UNDERSØGELSER 32 Med disse resultater kan en samlet tabel med relevante resistiviteter for området opstilles. Jordart ρ[ωm] F Fjeld målt i området (se afsn ) Granit a Gnejs b Vandmættet sand c Sand og grus over GVS d Vandmættet ler c Ferskv.tørv, -dynd, -gytje og ler d Marint dynd, gytje, ler (postglacialt) 1 15 d Frosne sedimenter c Is ( 12 C) d Tabel 1: Resistiviteter for udvalgte materialer. a:[reynolds, 1997], b:[telford, Sheriff & Geldart, 1990], c:[foged, 2003] og d:[skov- og naturst., 1987] 6.3 Tilsyneladende resistivitet Den resistivitet der måles med udstyret i felten, kaldes den tilsyneladende resistivitet. Dette skyldes at den angiver resistiviteten for ét homogent materiale, hvor de virkelige forhold er mere komplicerede, idet der oftest er tale om adskillige horisontale lagdelinger. Strømmen bevæger sig gennem alle lagene og påvirkes herved forskelligt da lagene har forskellig resistivitet. Den målte resistivitet er derfor kun en gennemsnitsværdi for resistiviteten af de tilstedeværende lag, og kaldes derfor den tilsyneladende resistivitet ρ a For derfor at få et brugbart resultat, skal de tilsyneladende resistiviteter tolkes, enten kvalitativt eller af et dataprogram. Viden om hvilke jordlag, eller disses tykkelse, der forekommer, vil hjælpe denne proces. Primært af denne anledning suppleres en resistivitetsundersøgelse næsten altid af andre geofysiske undersøgelsesmetoder, eller boringer for at få flere bidrag til en fortolkning.

34 6 GEOFYSISKE UNDERSØGELSER Geoelektrik Antagelser Ved brugen af de geoelektriske metoder antages at jorden består af klart afgrænsede homogene isotrope jordlag. Endvidere antages Ohms lov at være gældende, hvilket vil sige at strømstyrken i et kredsløb er ligefrem proportional med potentialforskellen Strømmen i jorden Påføres en homogen isotrop jord en strøm i et punkt A, med en modpol B uendeligt langt væk, vil strømmen løbe radiært ud fra punktet (se figur 12). Figur 12: Strømliniernes og ækvipotentialfladernes udbredelse fra strømkilde ([Skov- og naturst., 1987]). Ækvipotentialfladerne, de flader hvorpå potentialet er konstant, vil være kugleskaller med centrum i strømpunktet. Potentialet i ethvert punkt vil være givet ved V = I ρ 2π r, hvor I er strømstyrken, ρ resistiviteten og r afstanden fra strømpunktet til det punkt hvortil potentialet ønskes bestemt. Modpolen flyttes nu nærmere og potentialet måles nu i to punkter, M og N, placeret på linien ækvidistant fra midten som vist på figur 13.

35 6 GEOFYSISKE UNDERSØGELSER 34 Figur 13: Principiel geoelektrisk forsøgsopstilling ([Skov- og naturst., 1987]). Potentialet i hver af de to punkter kan skrives som og V M = I ρ[ 1 2π AM 1 ] MB V N = I ρ[ 1 2π AN 1 ] NB, hvor M og N er punkterne hvori potentialet måles og AM, MB, AN og NB er de indbyrdes afstande mellem punkterne A, B, M og N. Potentialforskellen δv MN er derfor givet ved δv MN = V M V N = I ρ{[ 1 2π AM 1 ] [ 1 MB AN 1 ]} NB Resistiviteten ρ kan således skrives som ρ = 2π δv MN I {[ 1 AM 1 ] [ 1 MB AN 1 ]} 1 NB

36 6 GEOFYSISKE UNDERSØGELSER 35 Dette kan skrives som ρ = RK, hvor R = δv MN, og I K = 2π [ 1 AM 1 MB 1 AN + 1 ] 1 (2) NB K kaldes den geometriske faktor. [Reynolds, 1997] Bevæger en strøm sig ned gennem et lavmodstandslag mod et højmodstandslag, vil den afbøjes væk fra højmodstandslaget. I det omvendte tilfælde vil strømmen afbøjes mod det underliggende lavmodstandslag. Generelt kan siges at strømmen så vidt muligt løber hvor modstanden er lavest Feltmetoder Den generelle metode i geoelektrikken består i at fire elektroder, i form af stålspyd, anbringes på en linie parvis symmetriske om et fælles midtpunkt. Dette midtpunkt er målepunktet (se figur 13 side 34). Mellem de yderste elektroder, strømelektroderne, udsendes en jævnstrøm af en given styrke. Potentialforskellen for det påtrykte strømfelt måles mellem de to midterste elektroder, potentialelektroderne. Idet afstandene mellem elektroderne er kendte, kan den tilsyneladende resistivitet, i den af afstandene afhængige dybde, beregnes ud fra oplysninger om strømstyrke og potentialforskel. Den tilsyneladende resistivitet, ρ a kan beregnes med udtrykket ρ a = K R Hvor K er den geometriske faktor og er afhængig af den enkelte elektrodekonfiguration samt afstanden mellem elektroderne. Dybden af målingen er primært afhængig af afstanden mellem de to yderste elektroder. Men da potentialet principielt måles for hele undergrunden og udbredelsen af strømmene endvidere er afhængig af jordlagenes skiftende modstande, er det ikke muligt at specificere en nøjagtig dybde af målingerne. Dog har de øverste lag større indflydelse på den målte resistivitet og ud fra en sensitivitetsanalyse kan det vises at indtrængningsdybden for begge de i dette projekt anvendte, konfigurationer kan estimeres til en femtedel af afstanden mellem strømelektroderne [Ingemann-Nielsen, 2003].