Korrelation af forundersøgelsesmetoderne ERT og CPTU

Transkript

1 Korrelation af forundersøgelsesmetoderne ERT og CPTU Diplom-afgangsprojekt, 20 ECTS point. Aflevering: 1. juli 2014 Forfattere: Danmarks Tekniske Universitet Institut for Byggeri og Anlæg Center for Arktisk Teknologi Vejleder: Thomas Ingeman-Nielsen Ph.D., Lektor Danmarks Tekniske Universitet Institut for Byggeri og Anlæg Center for Arktisk Teknologi

2 1 Forord Dette projekt er den afsluttende del af uddannelsen til diplomingeniør med speciale i Arktisk Teknologi. Projektet er udarbejdet i perioden februar juni Vejleder på projektet er lektor Thomas Ingeman- Nielsen, Center for Arktisk Teknologi, Institut for Byggeri og Anlæg, Danmarks Tekniske Universitet. Opgaven har et omfang på 20 ECTS points. Thomas Ingeman-Nielsen var sygemeldt de sidste tre uger af projektperioden, hvorfor projektet i praksis er afsluttet uden vejleder. Dette var problematisk i forhold til faglig vejledning, især databehandling, samt vejledning i formelle krav til opgaven. Begge gruppens medlemmer har bidraget ligeligt til litteraturstudiet, feltarbejdet, databehandlingen og udarbejdelsen af rapporten. Særlig tak til Thomas Ingeman-Nielsen for vejledning og Niels Hoedeman for hjælp til alt det logistiske. Herudover en stor tak til Jimmy Laursen fra GEO og Jan Henriksen fra Vejdirektoratet for adgang til CPTdata, samt tilladelse til at udføre feltarbejdet ved Susåen. Herudover vil vi gerne takke Naturstyrelsen for tilladelse til at udføre feltarbejde i Lille Aldershvile skov ved Bagsværd samt Gribskov. Kongens Lyngby d. 29. juni 2014 Bjarke Raakjær Jensen, s / 54

3 2 Abstract The purpose of this report is to describe how different ground investigation methods can be correlated to improve the combined results from each method. This report focuses on using cone penetration tests (CPT) to improve a profile created with electrical resistivity tomography (ERT). Cone penetration test is a method for ground investigation used worldwide. This method collects data by pushing a cylindrical steel cone into the ground at a fixed speed. During this process, the cone resistance and sleeve friction are measured continuously. CPTU is an extended method that also includes measurements of the pore pressure in the soil. The CPT method does not enable the interpretation of materials but that of material behavior types. Sand behavior types can normally be identified by measuring a large tip resistance as well as a high sleeve friction and a hydrostatic pore pressure. Materials behaving as clay can be identified by measuring a low tip resistance, a low sleeve friction and a pore pressure above the hydrostatic pressure. Organic soil behavior types are normally characterized by a low tip resistance as well as a high sleeve friction. OCR soils tend to have a higher tip resistance than normal consolidated soils. ERT combines profiling and sounding, so that a 2D data outline along the profile is obtained. The method measures the resistivity in the ground by applying a current between two electrodes. In this project, an ABEM Terrameter LS was used to measure a number of ERT-profiles using the gradient-array configuration. The fieldwork was performed at three locations on Zealand; Bagsværd, Gribskov, and Susåen. CPT data were only available for the area at Susåen and therefore the data obtained from this location is used for the correlation. The fieldwork data was inverted using Res2DInv as a part of the preliminary assessment of the data. Subsequently the data from Susåen was inverted using Aarhus Workbench to include the CPT-data in the input model. The inverted profile was then optimized by removing incorrect measured resistivity as well as using an adjusted input model. In conclusion the results show that correlation with CPT is a viable method to improve the ERT-profile with a priori data, as long as the stratigraphy of the ground does not change rapidly and there is a number of CPT sounding that can be used for quality assurance. 2 / 54

4 Indhold 1 Forord Abstract Tegningsliste Introduktion Teori CPT-Tryksondering Resistivitet teori Inversionsmodeller Metode Datakilder, hardware og software Tolkning af CPT Tolkning af ERT Inversion og korrelation Feltarbejde Feltarbejde Bagsværd Feltarbejde Gribskov Hovedfeltarbejde Susåen Resultater CPT ERT LCI Diskussion Valg af undersøgelsesmetoder Valg af område Tolkning af CPT Tolkning af ERT Sammenligning af lagdeling fra boringer og fra ERT Korrelation Anvendelighed Konklusion Litteraturliste Tegninger / 54

5 3 Tegningsliste KORT Oversigtskort, Bagsværd Detaljekort, Bagsværd Jordartskort, Bagsværd Oversigtskort, Gribskov Detaljekort, Gribskov Jordartskort, Gribskov Oversigtskort, Susåen Detaljekort, Susåen Jordartskort, Susåen Flyfoto, Susåen BOR Boringer, Bagsværd Boringer, Gribskov CPT Tolkning af lagdeling, CPT nr. 1, Susåen Tolkning af lagdeling, CPT nr. 2, Susåen Tolkning af lagdeling, (Rf,Qc)-plot, CPT nr. 2, Susåen Tolkning af lagdeling, CPT nr. 3, Susåen Tolkning af lagdeling, (Rf,Qc)-plot, CPT nr. 3, Susåen Tolkning af lagdeling, CPT nr. 4, Susåen ERT Tolkning af ERT RES2DINV, Gradient, Bagsværd Tolkning af ERT RES2DINV, Dipole-Dipole, Gribskov Tolkning af ERT RES2DINV, Gradient, Gribskov Tolkning af ERT RES2DINV, Gradient, Susåen LCI Tolkning af ERT Aarhus Workbench, Lagdelinger 5, 8, 10 & Tolkning af ERT Aarhus Workbench, Lagdelinger: Tolkning af ERT Aarhus Workbench, Punkt 2, uden begrænsninger Tolkning af ERT Aarhus Workbench, Punkt 2, med begrænsninger Tolkning af ERT Aarhus Workbench, Punkt 3, uden begrænsninger Tolkning af ERT Aarhus Workbench, Punkt 3, med begrænsninger Tolkning af ERT Aarhus Workbench, Punkt 3, ændret input (1) Tolkning af ERT Aarhus Workbench, Punkt 3, ændret input (2) Tolkning af ERT Aarhus Workbench, Punkt 3, ændret input (3) KOR Korrelation Aarhus Workbench, Grundlag: Punk 1 (LCI-01-02) Korrelation Aarhus Workbench, Grundlag: Punkt 2 (LCI-02-02) Korrelation Aarhus Workbench, Grundlag: Punkt 3 (LCI-04-01) Korrelation Aarhus Workbench, Grundlag: Punkt 3 (LCI-04-02) Korrelation Aarhus Workbench, Grundlag: Punkt 3 (LCI-04-03) 4 / 54

6 4 Introduktion I en traditionel geoteknisk forundersøgelse i forbindelse med et byggeri eller anlæg bruges der normalt undersøgelsesmetoder såsom tryksondering, totalsondering, prøvegravning, prøveboring og/eller trykdrejesondering. Fælles for alle disse metoder er, at de giver en høj grad af datatæthed i det undersøgte punkt. Skal den stratigrafiske lagdeling bestemmes over en større strækning, er det ofte nødvendigt at udføre mange af disse målinger for at opnå en tilstrækkelig grad af sikkerhed for profilet. Ønskes der en kortlægning af et stort område, kan det ofte være fordelagtigt at benytte sig af geofysiske målemetoder såsom georadar, gravimetri, vertikal elektrisk sondering eller seismik. Fælles for disse metoder er, at de relativt hurtigt kan kortlægge lange profiler, men typisk på bekostning af blandt andet opløsning, dybdebestemmelse og/eller præcision. Dette projekt har til formål at beskrive, hvordan to af disse forskellige forundersøgelsesmetoder kan korreleres for at opnå en samlet forbedring af tolkningen af jordens lagdeling. I denne rapport vil det blive vist, hvorledes en tryksondering kan benyttes til at forbedre det resultat, der opnås ved en multi elektrode profilering, på engelsk kaldet Electrical Resistivity Tomography (herefter forkortet ERT). Derved udnyttes den høje præcision, der opnås ved en tryksondering, til at mindske nogle af de nævnte ulemper ved den geofysiske undersøgelsesmetode. Til dette er der i løbet af projektet blevet foretaget målinger med ERT på områder, hvor lagdelingen er kendt ud fra enten eksisterende prøveboringer eller tryksonderinger. Rapporten er opbygget således, at det teoretiske grundlag for tryksondering samt ERT gennemgås. Herefter beskrives de anvendte metoder samt resultaterne fra undersøgelserne, både individuelt og korreleret. Afslutningsvis diskuteres korrelationen og relevansen af den gennemgåede undersøgelse i forhold til en moderne forundersøgelse ud fra et anvendelighedssigte. 5 / 54

7 5 Teori I dette afsnit gennemgås det teoretiske grundlag og den praktiske anvendelse af tryksondering (herefter benævnt CPT) og ERT. Særlig fokus vil i afsnittet om tryksondering blive lagt på tolkning af data opnået ved en tryksondering, samt tolkning af et indskudt lag. 5.1 CPT-Tryksondering CPT-tryksondering er en forundersøgelsesmetode, der består i at trykke en cylindrisk sonde, med en konisk spids, ned i jorden med en konstant nedtrykningshastighed. Ved udførelsen måles normalt spidstryk, hylsterfriktion samt poretryk. (NGF, 2010) Der skelnes mellem to varianter af CPT-tryksondering: - CPT-tryksondering uden poretryksmålinger. På engelsk benævnt Cone Penetration Test. I teksten vil forkortelsen CPT blive brugt når denne metode omtales. - CPT-tryksondering med poretryksmålinger et eller flere steder på sonden. Denne metode benævnes Cone Penetration Test with Pore Pressure Measurement. I teksten vil forkortelsen CPTU blive brugt. I litteraturen ses forkortelsen CPTu også. Målingerne registreres af en datalogger. Nedtrykningshastighed holdes normalt på 2cm pr. sekund. (Statens Vegvesen, 2010). Tryksonderinger er bedst egnede i bløde jordarter som ler, silt og sand og kan tage skade af at blive brugt i jord med større kornstørrelser (Statens Vegvesen, 2010). Tryksondering kan derfor ikke bruges til påvisning af fjeld. Udførelsen af en tryksondering kan umiddelbart have tre forskellige formål: (Lunne et al., 1997) - Fastlægge undergrundens stratigrafi og identificere materialer - Estimere materialeparametre - Dimensionering af et geoteknisk design I denne opgave vil der blive fokuseret på at anvende tryksondering til at fastlægge stratigrafi Den historiske udvikling af tryksondering Tryksondering som metode blev først anvendt i Holland i 1930 erne (Heraf det gamle navn for en tryksondering Dutch Cone) (Lunne et al., 1997). Testprincippet var, at en stålcylinder med en konisk spids blev presset ned i jorden og modstanden blev målt ved hjælp af et manometer. I 1953 blev metoden suppleret med et friktionshylster således, at friktionen på siden af sonden kunne måles. Normalen var at aflæse målerne pr. 0,2m. (Lunne et al., 1997) Omkring 1970 blev den hydrauliske tryksonderingmetode udviklet, som muliggjorde en kontinuerlig aflæsning af spidstrykket. Den mest brugte sonde i dag er dog den elektriske, som blev udviklet i 1950 erne. Mekanisk tryksondering finder dog stadig anvendelse i dag, da de i sammenligning med elektriske er billigere, simplere og mere robuste. (Lunne et. al., 1997) I 1965 udviklede Fugro en elektriske tryksonderingssonde og metode, som senere blev basis for den første internationale standard testprocedure, udgivet af Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMFE) i (Lunne et. al., 1997). Den første sonde med poretryksmåling blev præsenteret i 1974, og i 1989 blev den nuværende placering af u 2 (poretryksmåleren) (se afsnit 5.1.2) fastlagt af ISSMFE. Senere er sonder med flere poretryksmålere blevet udviklet. (Lunne et al., 1997) 6 / 54

8 5.1.2 Geometrisk design af sonde Som førnævnt er CPTU sonden cylindrisk og har normalt en diameter på cirka 35mm (Lunne et al., 1997). Sonden kan for eksempel være 1000mm lang. (NGF, 2010). Nedenstående tegning viser den skematiske opbygning af en CPTU sonde. Der kan dog være en vis variation af udseendet af sonden. Borestreng Filter med poretryksmåler 3 (u3) Forbindelse med trykcelle (q c ) Friktionshylster (f s ) Filter med poretryksmåler 2 (u2) Filter med poretryksmåler 1 (u1) Konisk spids på 60º Figur 1. Her ses en skematisk tegning af en CPTU sonde. De mest almindelige forkortelser for de parametre der bliver anvendt er påført. Efter (NGF, 2010) De primære påvirkninger, der måles på en CPTU sonde, er spidstryk, poretryk (ofte på flere forskellige positioner) samt friktion på siden af sonden. På moderne sonder måles hældningen af sonden også med et inklinometer for at kvalitetssikre målingerne. (NGF, 2010). Andre sensorer kan påsættes sonden således, at for eksempel resistivitet, temperatur og trykbølger måles Udførelse af tryksondering Udførelsen af en tryksondering er fastlagt i Eurocode 7 Del 2 (DS/EN AC). Her specificeres det, at udførelse og tolkning af CPT og CPTU skal foretages i henhold til DS ISO :2012. Fremgangsmåden, der bliver specificeret i standarden, vil derfor være den, der bliver gennemgået i denne rapport. I praksis vil der være afvigelser fra denne fremgangsmåde, men som hovedregel bør standarden følges. Før undersøgelsen påbegyndes, er det vigtigt at klarlægge, hvilken sondering der ønskes udført. Der findes som førnævnt to forskellige typer tryksonderinger. I standarden angives tryksondering, hvor der kun måles spidsmodstand og hylsterfriktion som TE1 og sonderinger, hvor der også måles poretryk, angives TE2. Når der vælges type af sonde, er det vigtigt at vælge den korrekte i forhold til den forventede jordtype. Der er defineret fire klasser af sonder, hvor klasse 1 er bedst egnet til bløde jordtyper, og klasse 4 er beregnet 7 / 54

9 til brug i blandede jordtyper. Klasse 2 og 3 sonder bruges således til de mellemliggende kategorier. Klasse 1 kan kun bruges til TE2, og klasse 4 kan kun bruges til TE1. Klasse 2 og 3 kan bruges til både TE1 og TE2. Når lokaliteten af tryksonderingen vælges, er det vigtigt, at der er tilstrækkelig afstand til andre borehuller. Her angiver standarden en minimumsafstand på 2m. Ligeledes skal udstyret placeres således, at borestrengen kan føres ned i jorden med en vinkel på maksimalt 2 i forhold til lodret. Såfremt der bliver foretaget en TE2 sondering, er det vigtigt, at sonden er vandmættet. Dette sker for at undgå, at der opstår en stor forsinkelse i målingerne af poretryk, da sonden i givet fald først skal fyldes med vand, før et poretryk kan måles. Ligeledes kan der opstå problemer med målingerne, hvis der er luft i sonden, og dette dermed kommer til at fungere som en fjeder. Denne problemstilling gennemgås i detaljer i afsnittet Tryksondering og indskudte lerlag, afsnit Normalt vandmættes sonden med demineraliseret vand, og der påføres en gummimembran for at sikre, at vandet bliver i sonden. Under udførelsen af tryksonderingen skal sonden presses ned i jorden med en konstant hastighed på 20±5 mm/s. Ligeledes skal opløsningen af sonderingsdybden være mindst 10 mm. Bruges klasse 1 eller 2, er den maksimale afstand mellem målinger 20 mm. Bruges klasse 3 eller 4, er den maksimale afstand 50 mm. Testen anses for afsluttet, når en af tre betingelser er opfyldt: - Den ønskede sonderingsdybde er nået. - En given ønsket spidsmodstand er nået, eller spidsmodstanden har overskredet maksimumskapaciteten for udstyret. - Der er risiko for, at der kan opstå skade på udstyret ved videre sondering Simpel tolkning Før gennemgangen af en tolkning for en tryksondering er det vigtigt at præcisere, at en tryksondering ikke kan identificere, hvilke forskellige materialetyper jordlag består af. En tryksondering kan bruges til at identificere, hvilke egenskaber disse forskellige stratigrafiske lag har. Med disse informationer er det så muligt, at foretage en tolkning af hvilke materialetyper, der kan have de fundne egenskaber. (Lunne et al., 1997) Korrektioner af målinger Når en tolkning foretages, skal der tages en række forholdsregler. En af de vigtigste af disse er at korrigere for poretrykkets indvirkning på spidsmodstanden (se nedenstående figur). 8 / 54

10 Spidsmodstand - q c Filter med poretryksmåling u 2 Poretryk u 2 Figur 2. Her ses en skematisk tegning af spidsen af sonden. Som det fremgår, virker poretrykket ikke på hele den flade,, hvorpå spidstrykket bliver målt. Derfor er en korrektion nødvendig. Efter (NGF, 2010). Som det fremgår af figur 2, påvirker poretrykket en større del af sonden end den del, hvor spidsmodstanden bliver overført. Dette gør, at den målte spidsmodstand er mindre end den faktiske spidsmodstand. Derfor indføres en korrigeret spidsmodstand, som beregnes ved: Formel 1: ( ) (NFG, 2010) hvor er den målte spidsmostand, er det målte poretryk og er korrektionsfaktoren, der beregnes som arealet af trykcellen eller stammen ( ) divideret med det projekterede areal af spidsen ( ). betegnes også som netto arealforholdet og er en parameter, der knytter sig til den benyttede sonde. Typisk er opgivet i specifikationer og er for moderne sonder omkring. Udover korrektionen for spidstryk kan der foretages en række andre korrektioner, der dog har mindre betydning i denne sammenhæng. Det er dog vigtigt at sikre sig, at sonden har bevæget sig vertikalt gennem jorden. Dette sker ved hjælp af inklinometeret. Såfremt der måles en afvigelse fra dette, skal målingerne korrigeres eller afvises. Når sonden presses gennem jorden, vil der være en del påvirkning fra underliggende lag. Forsøg har vist, at resultaterne påvirkes af både det materiale, der er over sonden, samt det materiale, der er under sonden. (Lunne et al., 1997). Påvirkningen angives i bløde materialer til at være 2 til 3 gange sondediameteren, mens den i stive materialer kan være helt op til 20 gange sondediameteren. (Lunne et al., 1997). Generelt må det formodes, at bløde lag på omkring 10cm tykkelse kan måles ved CPT, mens stive lag skal være op til 75cm tykkelse, før disse kan registreres. Dette kan være et problem, hvis der for eksempel forefindes et tyndt sandlag i en ler aflejring. (Lunne et al., 1997) Klassificering af jordtyper Den enkleste klassificering af jordtyper sker ved hjælp af målingerne af spidsmodstand, hylsterfriktion samt poretryk. Generelt gælder det at: - Sandede jorde har ofte en høj spidsmodstand og en stor hylsterfriktion 9 / 54

11 Dybde [m] Afgangsprojekt, Arktisk Teknologi - Lerjorde har ofte en lav spidmodstand og en lav hylsterfriktion - Organiske jorde, for eksempel tørv, har ofte en lav spidmodstand men en stor hylsterfriktion. Generelt gælder det, at jorde med en stor overkonsolideringsration (OCR) har en stor spidsmodstand. (Lunne et al., 1997). Er der udført en CPTU sondering, kan poretrykket bruges til at bekræfte de resultater, der er fundet på baggrund af spidsmodstanden og hylsterfriktionen. Generelt gælder der for poretrykket, at sand og jorde med større kornstørrelser normalt er drænede og dermed her indeholder et poretryk svarende til det hydrostatiske tryk. Ler er derimod sjældent drænet, og der vil derfor typisk observeres et tryk, der er betragteligt højere end det hydrostatiske tryk (overhydrostatisk tryk). (Lunne et. al., 1997) Den simple tolkning af en given stratigrafi vil bero på en samlet vurdering af de tre nævnte faktorer. Nedenstående grafer viser et eksempel på en CPTU sondering foretaget i Norge i forbindelse med et tidligere kursus. Qt [Mpa] U [kpa] FS [kpa] 0,000 10,000 20, Figur 3. Her ses resultatet af en CPTU sondering. Qt er spidsmodstanden, U er poretryksmålingerne og FS er hylsterfriktionen.(ntnu, 2013) 10 / 54

12 I eksemplet på figur 3 fremgår det, at der er blevet foretaget en forboring den første meter. Dette sker typisk for at undgå skader på sonden i forbindelse med indtrængning i toplaget. (Emdal, 2013). Fra omkring 1m dybde til 3,5m ses en høj spidsmodstand. Ligeledes måles der i denne dybde en stor hylsterfriktion samt hydrostatisk tryk (markeret ved den grå linie). Under 3,5m ses en lav spidsmodstand og en lav hylsterfriktion. Derimod ses der et overhydrostatisk tryk i samme dybde. Den logiske tolkning er, at der fra 1m dybde er et lag, der består af grovkornet materiale, mens jorden under 3,5m primært består at finkornet materiale. Betragtes grafen for poretryk nøjere, kan det observeres, at der i dybden mellem 8m og 10m er mindre fluktuationer end i resten af det formodede ler materiale. Dette kunne tyde på, at der her er tale om et mere ensartet materiale end i resten af leret. Ønskes en yderligere tolkning af sonderingen, kan der opstilles et q t,b q -plot. B q benævnes poretryksration og udregnes som: Formel 2: hvor er det hydrostatiske tryk og den effektive lodrette spænding. (Lunne et al., 1997). Nedenstående figur viser det standardiserede plot. Figur 4. Figuren viser et Qt,Bq-plot. Ved at udregne poretryksratioen og anvende spidstrykket fra målingerne kan resultatet fra de enkelte dybder indplaceres. (Lunne et al., 1997) 11 / 54

13 Figuren er inddelt i 12 forskellige zoner. Disse zoner angiver, hvilken materialeegenskabsgruppe materialet tilhører. Placerer materialet sig for eksempel i zone 2, har det egenskaber som organisk materiale. Normalt vil en sondering opdeles i forskellige dybdeintervaller baseret på den indledende tolkning. Markeres disse i plottet vil det give en indikation om opdelingen i stratigrafi er korrekt. Der er dog risiko for at overtolke plottet, da selv en lille fejl, i for eksempel beregningen af overlejringsspændingen, kan give en stor afvigelse i materialegruppen. (Lunne et al., 1997) Figur 5. Figuren viser, hvordan det er muligt at finde en jords egenskabstypen ud fra friktionsratio og spidsmodstand (Robertson, 2010) Såfremt der kun er blevet udført en CPT, kan ovenstående figur bruges til at anslå jordegenskabstypen ud fra friktions- og spidmodstand. Disse typer diagrammer forkortes SBT efter det engelske Soil Behaviour Type. Der kan anvendes en normaliseret friktions ratio det vil sige, at bidraget fra den effektive lodrette spænding skal fratrækkes. Den normaliserede friktions ratio beregnes som: Formel 3: (Lunne et al., 1997) Det skal dog bemærkes, at der er en hvis uenighed om, hvorvidt friktionsratioen skal normaliseres. Forskellen mellem et normaliseret plot og et naturligt plot er vist i den nedenstående figur. 12 / 54

14 Figur 6. På figuren ses et naturligt SBT plot (a) og et normaliseret SBT plot. (b) (Robertson, 2010) I denne opgave anvendes den normaliserede friktionsration. Herudover vil dette emne ikke blive diskuteret yderligere. I eksemplet fra før, vil materialet i de øverste 4m af profilet primært bliver placeret i zone 6-10, mens materialet under 4 meters dybde vil blive placeret i zone 3 og 4. En af fordelene ved dette diagram er, at det angiver, om materialet er overkonsolideret, eller om det er følsomt. (Lunne et al., 1997) Derfor kan dette være en metode for at bestemme, om der i et område er kvikler. Der findes en række lignende diagrammer, der benytter sig af det samme princip, dog bare med forskellige parametre på akserne Avanceret tolkning og materiale parametre Grundlaget for udviklingen af CPTU som metode var et ønske om at udvikle en forundersøgelsesmetode, der kunne bruges til at anslå jordens evne til at bære en pælefundering. Siden da er der kommet en række tolkningsmuligheder til at anslå det pågældende jordlags styrke udelukkende ved hjælp af en tryksondering. (Lunne et al., 1997). Fælles for alle disse forsøg er dog, at de er belagt med en meget høj grad af usikkerhed, samt at den optimale udnyttelse af sonderingen opnås ved hjælp af andre supplerende undersøgelser for at bekræfte resultaterne. Fokus for dette afgangsprojekt er korrelationen mellem ERT og CPTU i forbindelse med stratigrafisk kortlægning, og der vil derfor ikke lægges vægt på denne anvendelse af CPTU Tryksondering og indskudte lerlag Tryksonderinger er meget velegnede til at identificere lerlag og indskudte lerlag. Som tidligere nævnt adskiller lers respons på en tryksondering sig fra sand på alle de tre målte parametre (Spidsmodstand, poretryk og hylsterfriktion). (Lunne et al., 1997) 13 / 54

15 Dybde [m] Afgangsprojekt, Arktisk Teknologi Nedenstående figur er et tænkt eksempel på, hvordan et indskudt lerlag vil fremstå i resultaterne fra en tryksondering. Spidsmodstand (q) Poretryk (u) Hylsterfriktion (FS) 0 2,5 5,0 7,5 MPa kpa kpa Figur 7. Her ses et tænkt eksempel på, hvordan et indskud lerlag kunne fremstå på et CPTU profil. Som det kan ses, er der normalt tydelige ændringer på både spidsmodstand, poretryk samt hylsterfriktion. Som førnævnt vil der, grundet jordens mekanik, være en vis forsinkelse ved skift af lag i jorden, hvorfor smalle lag kan overses. Dog er denne effekt mere udtalt ved stive lag end ved bløde lag. Lerlag på ned til 10cm i tykkelsen optræder derfor under normale omstændigheder på et CPTU profil. Her kræver sand normalt en tykkelse på minimum 75cm for at kunne blive registreret. (Lunne et. al., 1997) Poretrykket vil normalt være en meget sikker indikator på, at det pågældende lag er et kohæsionslag. Normalt vil der i sand kunne registreres et tryk, der svarer til det hydrostatiske tryk det vil sige et lineært stigende poretryk med dybden. Et lerlag vil derimod typisk have et overhydrostatisk tryk. En vigtig problemstilling at nævne i denne sammenhæng er dog, at der kan være en væsentlig fejlvisning af poretrykket. For at måle det korrekte poretryk er det nødvendigt, at CPTU sonden er fuldstændig vandmættet noget som i praksis er svært at opnå. Såfremt der er luft inde i CPTU sonden, vil denne luft, når poretryksmåleren udsættes for et tryk, fungere som en fjeder og dermed forsinke og udjævne det udslag, som stigningen i poretryk giver. 14 / 54

16 Nedenstående figur viser forskellen mellem en korrekt måling og en fejlbehæftet måling. Poretryk (u) Afgangsprojekt, Arktisk Teknologi Korrekt måling af poretryk Fejlbehæftet måling af poretryk Figur 8. Figuren viser forskellen mellem en korrekt måling af poretryk og en fejlbehæftet måling af poretryk. På den fejlbehæftede kurve kan der ses, at luften bliver komprimeret, og dermed øges responstiden af måleren. Tegningen er overdrevet af hensyn til forståelsen. (Emdal, 2013). Såfremt boremandskabet ikke har fået fjernet alt luften fra CPTU sonden, kan den øgede responstid medføre, at meget tynde lag kan overses Kviklers påvisning I forbindelse med denne opgave forsøgtes det at få en aftale i stand om at foretage ERT målinger nord for Göteborg ved Surte, hvor der er en forekomst af kvikler. Det var dog desværre ikke muligt at foretage målinger på grund af manglende CPTU profiler. Alligevel vil der i dette afsnit være en kort gennemgang af, hvordan tryksonderinger kan bruges til påvisning af kvikler, da dette har stor arktisk relevans. Normalt vil et lerlags spidsmodstand stige jævnt med dybden, da det øgede overlejringstryk øger kohæsionen og skærestyrken af leret. Et eksempel på dette ses nedenfor. 15 / 54

17 Qt [MPa] 0,0 0,5 1,0 1, Figur 9. Diagrammet viser et eksempel på spidsmodstanden af et lerlag. (NTNU, 2013) Et lag bestående af kvikler vil dog have et noget anderledes spidsmodstandsprofil. Ved en sondering i kvikler kan trykket fra sonderingen have en stor effekt i et større område end ved normalt ler. Dermed påvirkes også dybereliggende lag. Dette medfører, at der på et profil over spidsmodstanden typisk kan identificeres sensitivt ler ved, at spidsmodstanden er konstant eller endog faldende med dybden. Nedenstående figur er et eksempel på et CPTU profil fra et område med kvikler i Norge. Figur 10. Her ses et eksempel på en CPTU sondering udført i et område med kvikler. (Sandven, 2010) 16 / 54

18 5.2 Resistivitet teori De følgende afsnit vil overordnet beskrive teorien for elektrisk resistivitet og de metoder, der benyttes inden for geofysikken til at måle denne. Den grundlæggende opsætning for disse målinger og de forskellige elektrodekonfigurationer vil ligeledes blive beskrevet Resistivitet Resistivitet er en egenskab for et elektrisk ledende materiale, som udtrykker dets modstand mod en elektrisk strøm (Den Store Danske, 2014). Inden for geofysikken er det jordens elektriske resistivitet, der benyttes til at finde undergrundens laginddelinger, hvor forskellige metoder benyttes til blandt andet at finde hulrum, forkastninger, sprækker, permafrost og mineskakter. Metoden benyttes også inden for arkæologi og hydrologi (Reynolds, 2011). Målingerne sker typisk vertikalt, men kan også udføres som en kombination af vertikale og horisontale målinger. Den vertikale metode, kaldet Vertical Electrical Sounding (VES), måler den vertikale variation af resistiviteten i dybden (Reynolds, 2011). Den kombinerede metode benytter sig af horisontale og vertikale målinger, hvor de benyttede elektroder er adskilt med en bestemt afstand. Denne måleform bruges i blandt andet metoderne Subsurface Imaging (SSI) og Electrical Resistivity Tomography (ERT) (Reynolds, 2011) Resistivitetsteori De grundlæggende fysiske love, der bruges ved resistivitetundersøgelser, bygger på Ohms lov for ledningen af elektricitet i jorden (Loke, 2014). Hvis det antages, at der i en uniform boks med sidelængden (L), sendes en strøm (I) igennem, kan der forventes et potentielt elektrisk tab (V) igennem materialet, se figur 11. Figur 11: Simpel opsætning for resistivitet gennem en kasse med sidelængden L, en gennemgående strøm I, og det potentielle elektriske tab V. (Reynolds, 2011) Dette tab skyldes materialets modstand (R), der er proportional med længden L delt med tværsnitsarealet A, og beskrives ved: Formel 4: Hvor ρ er materialets sande resistivitet. (Reynolds, 2011) Jordens resistivitet måles ud fra forskellen mellem den tilførte og den modtagne strøm, hvor resistiviteten eller modstanden kan give en indikation om, hvad mediet består af. En typisk opsætning fremgår på fig. 12. Elektrode A og B benyttes til at tilføre en strøm af en given styrke, mens elektrode M og N bruges til at måle den potentielle elektriske spændingsforskel (Kirsch, 2009). 17 / 54

19 Figur 12: Opsætning af elektroder for måling af den tilsyneladende resistivitet. A: Et homogent jordlag, B: Indelte jordlag, C: 2D resistivitet fordeling i jorden, D: 3D resistivitet fordeling i jorden. (Kirsch, 2009) I et homogent materiale og med en vilkårlig opstilling, fig. 12 (A), kan resistiviteten ρ (Ωm) måles ud fra den tilførte strøm I og den potentielle spændingsforskel U, givet ved: Formel 5: (Kirsch, 2009) K er en geometrisk faktor (meter) og kan beregnes ud fra elektrodeafstanden: Formel 6: *( ) ( )+ (Kirsch, 2009) Da mediet dog sjældent er homogent, som eksemplerne fig. 12 (B-D) viser, er det en tilsyneladende resistivitet der måles. Den tilsyneladende resistivitet opnås derfor som et produkt af en målt resistivitet og en geometrisk faktor for en given elektrodekonfiguration (Reynolds, 2011). Det er vigtig at huske, at den tilsyneladende resistivitet ikke er en fysisk egenskab for undergrunden, i modsætning til den sande resistivitet (Reynolds, 2011). Således er alle målingerne fra feltarbejdet tilsyneladende resistiviteter, hvorimod værdier fra tolkningsmetoder (inversioner) betegnes som sande resistiviteter. Den tilsyneladende resistivitet afhænger ligeledes af opsætningen af elektroderne, og en mere fyldestgørende måling kræver derfor, at elektroderne systematisk flyttes rundt (Kirsch, 2009). Dette gøres ved en computerstyret dataindsamling, hvor der ved hver måling registreres de tilsyneladende resistiviteter. Der findes forskellige metoder til dette, og disse inddeles i 1D (Vertical Electrical Sounding), 2D (Electrical Imaging) og 3D (Electrical Mapping, Horizontal Electrical Sounding, HES, Resistivity Tomography) (Kirsch, 2009) Strømmens bevægelse I en homogen jord vil den tilførte strøm bevæge sig radialt ud fra kilden, og der vil opstå ækvipotentielle linjer vinkelret på disse, som skitseret i figur / 54

20 Figur 13: Figur over den elektriske udbredelse i mediet for henholdsvis en og to elektroder. A) viser udbredelsen med en afsendende elektrode. B) viser udbredelsen med en strømførende og modtagende elektrode. (Møller et al., 2006) I en opstilling med en afsendende og en modtagende elektrode vil disse linjer blive mere komplekse, og i praksis vil strømvejene være yderligere komplekse, da strømlinjerne ændrer retning ved resistivitetsændringer i jorden (Møller et al., 2006) Resistivitetsværdier Resistiviteten for forskellige geologiske materialer strækker sig over en af de største værdimæssige intervaller inden for fysiske egenskaber, fra sølv med en værdi på 1,6x10-8 Ωm til svovl med Ωm (Reynolds, 2011). Der er flere faktorer, der indvirker på et materiales resistivitet, blandt andet bjergartens alder, eksponering samt vand- og saltindhold (Reynolds, 2011). Vulkanske bjergarter har en tendens til at have en høj resistivitet, mens sedimentære bjergarter har en lav resistivitet grundet et højt porevolumen og en høj mætningsgrad (Reynolds, 2011). Resistivitetsværdier for de mest forekommende mineraler og bjergarter fremgår i figur / 54

21 Figur 14: Oversigt over forskellige materialers resistivitet (Reynolds, 2011) De jordarter, der forventes at blive undersøgt i forbindelse med dette projekt, er hovedsageligt sand og ler, hvor sand erfaringsmæssigt har en resistivitet på omkring 100Ωm. Denne værdi falder i værdi i takt med at indholdet af ler stiger, indtil hovedbetegnelsen skifter til ler ved en værdi på omkring 40 Ωm. Ler uden sand kan spænde i resistivitet fra Ωm. (Reynolds, 2011) Vertical Electrical Sounding Vertical Electrical Sounding bruges blandt andet til at undersøge sedimentære bjergartes lithologi, grundvandsmagasiner samt forvitringer af vulkanske bjergarter (Kirsch, 2009). Under de mest favorable 20 / 54

22 betingelser kan antallet af laggrænser, deres dybder og resistiviteter måles ud fra en VES undersøgelse (Kirsch, 2009). Idéen med metoden er gradvist at øge afstanden mellem de elektroder, der tilfører en strøm til undergrunden. Dette vil medføre længere strømlinjer, og målingerne vil derved give informationer om dybere liggende lag (Kirsch, 2009). I en Schlumberger opsætning, der beskrives i afsnit 5.2.7, vil der for eksempel kunne opnås en dybdegennemtræning på omkring 50 m, med en afstand mellem de strømgivende elektroder på 250 m. (Møller et al., 2006) Continuous Vertical Electrical Sounding (CVES) Continuous vertical electrical sounding (CVES) kombinerer elektrisk sondering og profilering, således at der indsamles 2D data langs profilet, hvilket resulterer i et billede af resistivitetsstrukturen langs profilet (Møller et al., 2006). Metoden kaldes også Electrical Resistivity Tomography (ERT), hvor adskillige elektroder placeres med en fast afstand langs det ønskede profil, og forbindes til resistivitetsinstrumentet gennem kabler. Hvert kabel har 20 elektrodeudtag, og der benyttes oftest 3-4 kabler i en opstilling. For længere profiler benyttes en roll-along teknik, hvor det bagerste kabel flyttes forrest, når målingerne er færdige. Dette betyder, at der selv med korte elektrodeafstande kan måles over lange strækninger (Møller et al., 2006). ERT benytter sig både af vertikale og horisontale målinger og giver dermed et profil med en høj opløsning nær jordoverfladen, hvorefter målingerne dog bliver mere usikre, jo dybere der måles (Reynolds, 2011). Multikanal-instrumenter benyttes ofte i stedet for enkelkanals-instrumenter, da disse kan foretage flere målinger samtidig, hvilket gør processen væsentligt hurtigere (Møller et al., 2006). Opsætningsmetoden Wenner var den foretrukne metode for enkeltkanals-instrumenter, men andre metoder er at foretrække med et multikanal-instrument. Her anbefales især gradientmetoden (Møller et al., 2006). Dataindsamlingen sker gennem et softwarestyret program på en bærbar computer, der bestemmer, hvilke to elektroder der sendes strøm gennem og hvilke to elektroder det elektriske potentiale måles over (Reynolds, 2011). De tilsyneladende resistivitetsværdier vises som et data pseudosektion, se figur 15, hvorefter den fysiske tolkning foretages med en 2D jordmodel, for eksempel Res2DInv. (GERDA, 2014) Figur 15: Eksempel på data vist som et pseudosection og en 2D resistivitetsmodel af det samme data i tolkningsprogrammet Res2DInv. (GERDA, 2014) 21 / 54

23 I afsnit 6.3 og 6.4 vil behandlings- og tolkningsmetoderne for dataet beskrives nærmere. Afgangsprojekt, Arktisk Teknologi Konfiguration og opsætning Der eksisterer adskillige opsætnings- og konfigurationsmetoder til ERT. Disse metoder har forskellige fordele og ulemper for de elektriske målinger. De mest benyttede metoder er Schlumberger, Wenner og dipole-dipole (Kirsch, 2009). I denne rapport vil gradient metoden blive brugt, og metoden vil derfor også gennemgås. Opsætningerne af blandt andet Schlumberger, pole-dipole og Wenner fremgår af nedenstående figur 16. Figur 16: Elektrode konfigurationerne Schlumberger, Pole-Dipole (Half-Schlumberger), Wenner og Dipol-Dipol. (Kirsch, 2009) Schlumberger, der ofte benyttes til VES målinger, bygger på en symmetrisk opsætning. Elektroderne M og N, der tilfører strøm, er placeret tæt på hinanden og med en fast centreret afstand til måleapparatet. Elektroderne A og B, der bruges til at måle spændingsforskellen, flyttes gradvist længere væk fra hinanden og dermed også fra elektroderne M og N. Schlumberger minder om Wenner, og de har begge en god dybdegennemtrængning i forhold til andre metoder. (Dahlin & Zhou, 2004). I en Wenner opsætning for VES vil alle fire elektroder blive flyttet ligeligt, således at afstanden mellem elektroderne vil være AM = MN = NB (Kirsch, 2009). En lignende opsætning, kaldet pole-dipole eller Half-Schlumberger, kan være fordelagtig at benytte i områder, hvor det ikke er muligt at lave en komplet Schlumberger opsætning. I teorien vil elektrode B i denne opsætning være placeret uendeligt langt væk og ikke bidrage til ligningen. Metoden giver en bedre rummelig opløsning end Schlumberger og Wenner. Kvalitetskontrollen vanskeliggøres dog af den fjerne elektrodes placering. (Dahlin & Zhou, 2004). I en dipole-dipole opsætning er elektroderne A, B og M, N placeret tæt ved hinanden, som det fremgår på figur 16. En VES måling vil generelt foretages med en fast strømgivende elektrode og en flytbar elektrode. Til trods for, at de strømgivende elektroder er stationære, vil der stadig kunne opnås en stor dybde indtrængen. (Kirsch, 2009). Konfigurationen for dipole-dipole fremgår på nedenstående figur. 22 / 54

24 Figur 17: Eksempel på dipole-dipole konfiguration (Dahlin & Zhou, 2004) Dipole-dipole er generelt en god metode at bruge til at opfange forandringer i undergrunden i forhold til andre metoder. Metoden bliver dog nemt påvirket af støj (Dahlin & Zhou, 2004). Gradientmetoden kan ifølge Dahlin & Zhou (2004) give resultater på niveau med Schlumberger, pole-dipole og dipole-dipole metoden og er især velegnet til multikanal-instrumenter, da flere data punkter kan registreres samtidig for hver strømtilføring (Møller et al., 2006). I en multi-elektrode opsætning måles der over flere elektroder, hvor der skiftes mellem elektroderne, således at der måles på forskellige afstande ved hver måling. Metoden minder om pole-dipole, når den strømgivende og modtagende elektrode er tæt på hinanden og Schlumberger, når den modtagende elektrode er imellem de to strømgivende elektroder (Dahlin & Zhou, 2006). Med et multikanalinstrument er metoden signifikant hurtigere end andre metoder, uden at det går på kompromis med mængden og kvaliteten af dataet. (Dahlin & Zhou, 2006). Nedenstående figur viser konfigurationen for gradientmetoden. Figur 18: Eksempel på Gradient konfiguration (Dahlin & Zhou, 2004) Alle metoder har som nævnt fordele og ulemper, og valget af konfigurationen bør vurderes ud fra de lokale stratigrafiske forhold, logistikken og målet for undersøgelsen, da der er forskel på metodernes dybdeindtrængning, opløsning, støj og dets praktiske anvendelse. (Dahlin & Zhou, 2004). 5.3 Inversionsmodeller For at den indsamlede data fra ERT kan tolkes, er det nødvendigt at importere dette til et tolkningsprogram, hvor der kan benyttes forskellige inversioner for at omdanne de tilsyneladende resistiviteter til sande værdier. 23 / 54

25 D inversion Data fra eksempelvis ERT giver en tæt datadækning langs et profil. Derfor er det logisk at vælge en 2D fortolkning af den indsamlede data. 2D Inversionen er normalt baseret på, at dataet indsættes i et fastlagt mønster af modelceller, hvorefter resistiviteten beregnes for hver modelcelle (GeofysikSamarbejdet). 2D inversionsalgoritmer er løbende blevet introduceret, blandt andet Oldenburg og Li (1994) og i 1996 af Loke og Barker. (Auken & Christiansen, 2004). Disse omtalte algoritmer benytter sig af en smooth minimum-struktur model, hvor skarpe formationer er svære at genkende på profilet. (Auken & Christiansen, 2004). Senere inversioner, såsom Robust inversion eller L1 norm, giver et mere bloklignende resultat, hvor laggrænserne dog stadig er udtværede (Auken & Christiansen, 2004). Nyere modeller benytter sig af en kombination af 1D og 2D inversioner, hvor dataet grupperes i par af sonderinger og modeller langs profilet (Christiansen & Auken, 2004). Programmet Res2DInv, der vil blive anvendt i dette projekt, benytter sig af modeller med rektangulære bokse, hvis placering, fordeling og størrelse løst bindes til datapunkterne fra pseudoprofilet. (Geotomo Software, 2010). Inversionsmetoden for dette program bygger på smoothness-constrained least-square, men andre metoder såsom Gauss-Newton kan benyttes. (Geotomo Software, 2010). Algoritmen matcher den beregnede resistivitet med den målte tilsyneladende resistivitet ved at ændre på resistivitetsværdien i den enkelte boks. Dermed kan den valgte model havde stor betydning for kvaliteten og usikkerheden for det endelige resultat. (Geotomo Software, 2010). Inversionsmetoden er regningsmæssig tung, og der kræves en tæt datadækning, for at resistiviteten i hver enkel modelcelle kan bestemmes (GeofysikSamarbejdet, 2014) D Inversion 1D Laterally Constrained Inversion (1D-LCI) er en inversionsalgoritme, der blev udviklet for at invertere data fra metoden Pulled Array Continoues Electrical Sounding (PACES), da datamængden fra denne metode kan være for stor til rutinemæssigt at foretage en traditionel 2D inversion for hver tolkning (Wisén et al., 2005). 1D-LCI fortolker dataet som en række endimensionelle modeller, hvor hvert lag i modellerne er bundet med nabomodelen via en række parametre. Dette kræver, at hver model har det samme antal vertikale lag og parametre (Wisén et al., 2005). Fremgangsmåden for modellernes indbyrdes opdelinger og begrænsningsfaktorer fremgår på figur 19. Figur 19: b p = resistivitet begrænsningsfaktor, b d = dybde begrænsningsfaktor, ρ = lagets resistivitet, d = lagdybde (Wisén et al., 2005). Det er muligt at ændre på de begrænsende parametre, hvor det dermed er muligt at indsætte a priori informationer fra for eksempel borehuller eller CPT. Grundet de laterale begrænsninger vil informationerne fra én model sprede sig til nabomodellerne. (Wisén et. al., 2005). De laterale begrænsninger kan betegnes 24 / 54

26 som en elastik, hvor en stor begrænsningsfaktor vil resultere i små ændringer fra én model til nabomodellen, og en løsere begrænsningsfaktor giver modellerne større indflydelse på hinanden. Det er derfor op til den ansvarlige for tolkningen at vurdere passende værdier for de forskellige parametre og modeller. Praktiske forsøg viser, at en begrænsningsfaktor mellem 1,1 og 1,3 er gode startværdier for de første inversioner, hvor 1,1 cirka svarer til, at modelparametrene mellem nabomodellerne må variere 10 %. (Auken et. al., 2005). Indføres a priori data, bør dette ligeledes vurderes i sikkerhed og kvalitet og sammenholdes med det tilsyneladende resultat fra inversionen, når begrænsningsfaktorerne vælges. Metoden vil generelt kræve adskillige forsøg, hvor der ændres på parametrene, indtil der opnås et tilfredsstillende resultat. 25 / 54

27 6 Metode I dette afsnit vil de metoder, der er blevet anvendt i projektet, blive beskrevet. Der vil være et særligt fokus på de tre kerneemner tolkning af tryksondering, tolkning af ERT og den afsluttende inversion og korrelation. 6.1 Datakilder, hardware og software Dette afsnit indeholder en kort introduktion til de datakilder, det undersøgelsesudstyr samt det databehandlingssoftware, der er blevet brugt i udarbejdelsen af dette projekt. Den konkrete brug af udstyret er beskrevet i de efterfølgende afsnit, hvor også de fulgte procedurer og opstillinger er beskrevet Borings- og CPT data De steder, hvor det ikke har været muligt at få adgang til CPT data, er der anvendt stratigrafisk data fra De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland (Herefter benævnt GEUS). Konkret er der anvendt data fra den Nationale Boredatabase (Jupiter). Der blev udelukkende brugt stratigrafiske data fra boringer, hvorfor det oprindelige formål med boringerne ikke var vigtigt. Der blev typisk benyttet 2-3 boringer i de undersøgte områder. CPT-data ved Susåen er fra GEO og Vejdirektoratet Kortmateriale Kortmaterialet, der er blevet brugt i projektet, stammer fra Geodatastyrelsen. Konkret er DTK/Kort25, der er et topografisk raster kort i størrelsesforhold 1:25.000, blevet benyttet som et oversigtskort over områderne. Ved planlægning samt indtegning af eksisterende boringer er FOTKort10 blevet brugt. Dette kortsæt er vektorbaseret og er hentet fra Geodatastyrelsens kortforsyning ERT software Til udførelsen af ERT blev der benyttet en ABEM Terrameter LS. Herudover blev der brugt de tilhørende elektroder, kabler og batteri. Se eventuelt afsnit for billeder af udlæg og opsætning. Til behandlingen af ERT data er henholdsvis programmerne Res2DInv og Aarhus Workbench blevet benyttet. Aarhus Workbench er et GIS baseret program udviklet af GeoFysikSamarbejdet/HydroGeofysik Gruppen og giver mulighed for kombineret tolkning og visualisering af geologiske og geofysiske data. Res2DInv er et 2D inversionsprogram for tolkning af resistivitet og Induced Polarization data Diverse Til CPT tolkning er Microsoft Excel blevet benyttet. Til behandling af kortdata samt data fra GPS er softwarepakken QGIS blevet benyttet. Til udsætning af positioner er der blevet anvendt en Garmin GPSmap 60 Csx. 6.2 Tolkning af CPT Til brug for tolkning af CPT stillede GEO rådataet fra de udførte sonderinger til rådighed. Herudover var den udarbejdede grundundersøgelsesrapport også tilgængelig denne blev dog udelukkende brugt som reference og til kontrol af tolkningerne. Der er i alt foretaget 13 CPT sonderinger, men kun de fire nærmeste er medtaget i denne rapport. 26 / 54

28 Rådataet var indlejret i en.txt fil, hvor de første linjer beskrev informationer omkring sonderingerne, såsom navn på sondering, tidspunkt, position, højdesystem og så videre. Informationerne er opdelt i kolonner adskilt med semikolon, hvor følgende informationer er angivet for hver måling: - Målingsnummer - Dybde - Spidsmodstand - Hylsterfriktion - Poretryk - Inklination - Tidspunkt Ved disse målinger er der dog kun blevet foretaget en CPT måling, og derfor er poretryksmålingen ikke relevant at medtage. For databehandling og tolkning blev rådatafilerne importeret til Microsoft Excel. Indledningsvis blev dataet indsat i de korrekte kolonner, og decimalseparatoren blev formateret fra. til,. For at kunne udføre en grundlæggende tolkning af dataene blev spidsmodstand og hylsterfriktion plottet som funktion af dybden. Dette plot blev derefter brugt til den indledende tolkning. Der henvises til resultatafsnittet 8.1 for gennemgang af diagrammerne. For at plotte rådataene i et SBT-plot var det nødvendigt at gøre nogle antagelser omkring jordens egenskaber. Ud fra jordartskortene (KORT-01-03, KORT og KORT-03-03) vides det, at undergrunden primært består af ler, silt, sand og grus. Dette giver følgende interval for rumvægten: I denne rapport regnes der med en rumvægt på, som en gennemsnitlig rumvægt. Fra borerapporten vides det, at grundvandsspejlet ligger i jordoverfalden. Derfor kan den effektive rumvægt anslås til: Denne værdi bruges til at udregne den normaliserede friktions ratio ud fra formel 3: ( ) Den normaliserede friktions ratio udregnes for alle målinger og plottes i et SBT-plot lignende det, der er vist i figur 5. Indledningsvis plottes alle målingerne i diagrammet. Herefter blev målingerne plottet i intervaller af 1m for at kunne observere skift i placeringen i diagrammet. Når der blev observeret et skifte, tildeltes en ny farve til den dybde hvor skiftet skete. Dette fortsatte, indtil at alle målinger var indplaceret i diagrammet. 6.3 Tolkning af ERT Tolkningen af ERT dataet er foretaget i programmet Res2DInv, og korrelationen mellem ERT og CPT er foretaget i programmet Aarhus Workbench. Dette afsnit vil kun beskæftige sig med behandlingen af dataet i Res2DInv fra undersøgelserne i Bagsværd, Gribskov og Susåen. 27 / 54

29 Fremgangsmetoden for behandlingen af ERT dataet følger guiden Processering og tolkning af MEP-data målt med gradient-array-konfigurationer, der er udarbejdet af GeofysikSamarbejdet og udgivet i Før import Før de målte data blev importeret til tolkningsprogrammet, tilførtes topografien for det undersøgte område til.dat filen, der indeholder data fra alle målingerne. Dette blev udført manuelt ved hjælp af højdekurverne fra DHM/Højdekurver (0,5m ækvidistance) fra Geodatastyrelsen. Hvert skel langs profilet (+/- 0,5m) blev indskrevet nederst i.dat filen i et x,y-format, svarende til afstanden langs profilet og højden Tolkning i Res2DInv Efter klargøringen af dataet til programmet indlæstes dette, og der blev (afhængig af datasættets størrelse) åbnet en dialogboks. Dialogboksen omhandlede indlæsningen og om, hvorvidt programmet skulle indsætte datapunkterne i en approksimativ modelløsning (Yes), eller benytte en Gauss-Newton modelberegnings metode (No). Der blev valgt muligheden No. Derefter blev der foretaget en visuel gennemgang af profilet. Funktionen Edit/Exterminate bad datapoints blev benyttet, hvor alle målingerne blev opsat således, at udsving nemt blev opdaget og fejlbehæftede målepunkter blev ekskluderet. Hvis der blev ekskluderet data, var det nødvendigt at gemme en ny datafil Inversionsindstillinger Alle inversionsindstillinger gemtes i Res2DInv i en.ivp fil, og eksisterende indstillinger kunne direkte anvendes. Der er derfor blevet hentet og indlæst en.ivp fil udarbejdet af GeofysikSamarbejdet, der er tilpasset gradient-konfigurationen. De væsentligste indstillinger vil blive beskrevet kort, og de forskellige valg nævnes. Vertical/horizontal flatness filter ratio: Res2DInv stabiliserer inversionen ved at lægge bånd mellem de enkelte kasser fra 2D-modellen. Disse bindinger er, som standard, valgt til at være lige store i de horisontale og vertikale retninger, svarende til en værdi på 1,0. Der er her anvendt en værdi på 0,25 for alle områderne. Inversion: Under inversionsmenuen er Robust inversion, også kaldet L1-norm, valgt med constraint-værdier på 0,001. Derudover vælges Yes i de to mulige bokse, der dermed giver programmet mulighed for at tildele modellen flere bokse end der er datapunkter, og modelcellerne i siderne af profilet har en mindre indflydelse på nabocellerne. Jacobian matrix calculation: Under denne funktion er Recalculate the Jacobian matrix for all iterations valgt, således at der for hver iteration foretages en genberegning af Jacobian matricen, før en ny iteration foretages. Under samme funktion er der valgt No til Use fast calculation of Jacobian. Change Thickness of layers: I dette vindue er der valgt User defined model, hvor Ratio of thickness of first model to the unit electrode spacing er sat til 0,5. Factor to increase layer thickness with depth er sat til 1,1. 28 / 54

30 Med de valgte indstillinger var det muligt at påbegynde inversionen. Programmet forsatte med at foretage ny beregninger mellem de tidligere omtalte modeller, indtil forskellen imellem den beregnede resistivitet og den målte tilsyneladende resistivitet nåede en af de følgende værdier: - Den absolutte RMS fejl (afvigelse i mellem den beregnede og målte tilsyneladende resistivitet) er mindre end 1 %. - Ændringen i RMS er under 2 % mellem to iterationer - Der er gennemført 5 iterationer. For alle tre profiler var RMS fejlen ikke tilfredsstillende lav efter 5 iterationer, så der er for alle fortsat beregninger, indtil et af de to andre punkter blev opfyldt Efterbehandling Efter at de ovennævnte indstillinger er valgt, gennemførtes inversionen. Under Show Inversion blev der valgt en fremvisning af det endelige profil med topografi og en logaritmisk resistivitetsskala. Resultaterne vil fremvises under afsnit 8.2 og diskuteres i afsnit Inversion og korrelation Dette afsnit omhandler den afsluttende databehandling og tolkning af ERT målingen fra Susåen. Til tolkning er Aarhus Workbench brugt Bestemmelse af antal lag For at finde den bedste opsætning for inversionen blev antallet af lag for de første inversioner varieret. Der blev foretaget fire forskellige inversioner med henholdsvis 5, 8, 10 og 12 lag i hver model af profilet. Der blev i dette ikke fastsat modelparametre eller begrænsninger. Opsætningen med 10 lag blev derefter benyttet til de videre inversioner Korrelation uden begrænsning Efter det optimale antal lag blev bestemt, blev fokus flyttet mod indstillingerne af modelparametrene. Der blev her udarbejdet to forskellige inversioner, hvor den første baserer sig på CPT sondering nr. 2 og den anden på CPT sondering nr. 3. For modelparametre for hvert lag, se tabel 1. LAG NR./RESISTIVITET [ΩM] LCI LCI LCI LCI LCI LCI LCI LAG NR./LAGDYBDE [M] PUNKT 2 0 1,1 2,4 3,8 5,4 7,3 9, ,8 18 PUNKT 3 0 1,1 2,3 3,7 5,2 6,9 8,7 10, ,5 29 / 54

31 LAG NR./STANDARD AFVIGELSE [%] LCI LCI LCI Tabel 1. Her ses indstillinger brugt i Aarhus Workbench i forbindelse med korrelationen. Den øverste tabel angiver, hvilke værdier for resistivitet der er brugt i de enkelte inversioner for hvert lag. Den midterste tabel angiver dybden af hvert lag for inversionerne baseret på punkt 2 og på punkt 3. Den nederste tabel angiver den begrænsende faktor som beskrevet i afsnit Dernæst blev indstillinger med fokus på CPT sondering nr. 3 benyttet til videre analyse. LCI angiver de tilsvarende tegninger, hvor resultatet af inversionerne fremgår. Lagdybderne varierer mellem de to punkter, da dybden af sonderingerne ikke er ens Korrelation med begrænsning Med en fastlagt CPT sondering som grundlag for inversionen, blev der ændret på begrænsningsfaktorerne imellem de enkelte modeller. Det blev tidligere i rapporten nævnt, at en begrænsende faktor på mellem 1,1 og 1,3 (10 % og 30 %) blev anbefalet til de første inversioner. De horisontale begrænsninger var derfor for alle beregninger 30 %, hvilket er standardopsætningen for Aarhus Workbench. Det var kun de vertikale begrænsninger, der blev ændret af brugerne. Sættes værdien til 99 % i Aarhus Workbench svarer dette til, at der ikke stilles en begrænsende faktor for laget. Dette er for eksempel benyttet til lag 6 under inversionen LCI Generelt blev de vertikale begrænsninger derudover sat til mellem %. CPT sondering nr. 3 blev vurderet til at være den mest optimale model for de sidste optimeringer (LCI-04-01, LCI og LCI-04-03). Afslutningsvis blev den valgte model optimeret, hvor hvert resultat blev sammenlignet med CPT sonderingerne for området. Det optimerede profil havde fejlbehæftede resistivitetsmålinger nær overfladen, og disse blev derfor ekskluderet i den endelige model. 30 / 54

32 7 Feltarbejde Der er i forbindelse med dette projekt foretaget feltarbejde i tre områder; Bagsværd, Gribskov og Susåen. Afsnittet vil beskrive området, herunder natur og geologi. Herudover vil det udførte feltarbejde blive beskrevet. Nedenstående figur viser de tre områder, hvor der er blevet foretaget feltarbejde. Figur 20. Placeringen af de tre feltarbejder - Bagsværd, Gribskov og Susåen. (Data fra Geodatastyrelsen, 2014) 7.1 Feltarbejde Bagsværd Det første feltarbejde i forbindelse med dette projekt blev udført d. 5/ Undersøgelsesområdet var nord for Skovbrynet S-togs station i Aldershvile Skov. Et oversigtskort er vist på KORT Områdets overfladenære jordlag forventes primært at bestå af moræneler. Som det kan ses af tegning KORT er der dog også områder, hvor overfladejorden primært består af smeltevandssand/-grus. Området hører under Naturstyrelsen og består primært af skov med en del krat. I området er der en række stier, der hyppigt benyttes af skovbesøgende. Området blev valgt, da der var to boringer fra GEUS Jupiter boredatabase, der havde nogle af de ønskede indskudte lag der er altså ikke foretaget CPTU sonderinger i området. En simplificeret lagdeling fremgår på tegning BOR Efter en besigtigelse af området blev det på baggrund af stier og placeringen af de eksisterende boringer besluttet, at der skulle foretages en 200m ERT udlægning. Hermed anvendes alle fire kabler med 21 udtag. Der blev valgt en afstand på 2,5m mellem hver elektrode. Udlægningen blev besværliggjort af, at der var en del krat på tværs af målelinien. Herudover var der ca. 7m fra udlægget en befærdet sti, der især blev benyttet af hundeejere med fritgående hunde. Der blev derfor opsat en række improviserede skilte ved indgangene til den pågældende sti, hvor det blev oplyst, at der pågik forsøg med højspænding. 31 / 54

33 Der blev udført tre roll-along målinger med gradientmetoden, hvor de fire kabeludlæg var stationære, og det yderste kabel var derfor ekskluderet i første og sidste måling. Nedenstående figur viser skematisk de tre stationeringer. Stationering 00 Kabel 1 Kabel 2 Kabel 3 Kabel 4 (Ikke i brug) Terrameter Joint Joint Stationering 20 Stationering 40 Figur 21. Her ses en skematisk oversigt over den udførte måling. Det stiplede kabel er ikke i brug. Ved målingen blev der anvendt en fejlgrænse på 1 % samt en stacking på max. 2. Det var nødvendigt i en af målingerne at ekskludere en elektrode, da det ikke var muligt at få modstanden reduceret til et acceptabelt niveau. Et detaljeret kort over undersøgelsesområdet, målelinier samt de eksisterende boringer kan ses på KORT Formålet med dette feltarbejde var at teste arbejdsmetoden og udlægningen samt at få et indtryk af, hvordan de eksisterende boringer kunne inkorporeres i profilet. Der vil derfor ikke blive udført en 1D inversion baseret på boreprøverne, men udelukkende blive lavet en sammenligning af resultatet fra ERT med de eksisterende boreprøver. 7.2 Feltarbejde Gribskov Det andet feltarbejde i forbindelse med dette projekt blev udført d. 16/ Undersøgelsesområdet var mellem Jespersvej og Fredensborgsvej ved Gribskov. Et oversigtskort er vist på KORT Områdets overfladenære jordlag består af smeltevandssand og grus. Et jordartskort fremgår af KORT Gribskov hører under Naturstyrelsen og består primært af skov med en del krat. Området blev ligesom det forrige valgt, da der var tre boringer fra GEUS Jupiter boredatabase, der havde nogle af de ønskede indskudte lag der er altså igen ikke foretaget CPTU sonderinger i området. En simplificeret lagdeling fremgår af tegning BOR I det foregående feltarbejde blev udsætningen af stationeringerne noget usikker, og det blev derfor besluttet, at start- og slutpunkter samt boringernes placering på forhånd skulle bestemmes. Udlægget blev derefter foretaget ved hjælp af en GPS. Der blev foretaget to målinger, hvoraf den ene var med gradientmetoden, og den anden var med dipoledipole metoden. De fire kabler var stationære og i brug, som det fremgår af den nedenstående figur. 32 / 54

34 Stationering 00 Kabel 1 Joint Kabel 2 Kabel 3 Kabel 4 Terrameter Joint Figur 22. Her ses en skematisk oversigt over den udførte måling ved Gribskov for både gradient og dipole-dipole metoden. Ved målingen blev der anvendt en fejlgrænse på 1 % samt en stacking på max. 3. Det var nødvendigt i en enkelt af målinger at ekskludere en elektrode, da det ikke var muligt at få modstanden reduceret til et acceptabelt niveau. Et detaljeret kort over undersøgelsesområdet, målelinier samt eksisterende boringer kan ses på KORT Formålet med målingerne var at teste de to forskellige metoder og foretage målinger uden roll-along teknikken. Der vil derfor ikke blive udført en inversion baseret på boreprøverne, men udelukkende blive lavet en sammenligning af resultatet fra ERT med de eksisterende boreprøver. 7.3 Hovedfeltarbejde Susåen Hovedfeltarbejdet blev udført d. 23/ Feltarbejdet blev udført tæt ved Susåen i Næstved. I forbindelse med anlæggelsen af en omfartsvejs ved Næstved har GEO udført forundersøgelser i området, da Vejdirektoratet planlægger at anlægge en bro over Susåen. I denne forbindelse var det muligt at få adgang til forundersøgelsesrapporten og dermed også CPT sonderingerne. Et oversigtskort over området er vist på KORT Ud fra jordartskortet, vist i KORT-03-03, kan det ses, at der forventes ferskvandsaflejringer i den vestlige del af undersøgelsesområdet, og i den østlige del af området forventes smeltevandssand og grus. Området består primært af græsmark med enkelte træer og bærer præg af begyndende anlægsarbejde, da der flere steder var jordvolde. Området er et Natura 2000 naturbeskyttelsesområde, hvilket gav nogle begrænsninger i, hvor det var tilladt at udføre undersøgelsen. Dette havde dog ikke den store indvirkning på feltarbejdet i det valgte område. Et flyfoto over området fremgår af KORT På grunden foregik der en anden geoteknisk boring, og det var derfor ikke muligt at benytte den fulde ønskede linieføring. Dette betød at linien måtte knækkes i det sidste udlæg. De udførte undersøgelser fra CPT-tryksonderingerne havde kun en dybde på ca m, og der blev derfor valgt et udlæg på 180m. Dette svarer til en elektrode afstand på 2m, og der kunne dermed opnås en god opløsning på ca. 20m i dybden. Der blev, i stil med det første feltarbejde, udført tre målinger med roll-along teknikken, hvor gradientmetoden blev valgt. De fire kabeludlæg var stationære, og det yderste kabel blev i første og sidste måling ekskluderet. Nedenstående figur viser skematisk de tre stationeringer. 33 / 54

35 Stationering 00 Kabel 1 Kabel 2 Kabel 3 Kabel 4 (Ikke i brug) Terrameter Joint Joint Stationering 20 Stationering 40 Figur 23. Her ses en skematisk oversigt over den udførte måling. Det stiplede kabel er ikke i brug. Ved målingen blev der anvendt en fejlgrænse på 1 % samt en stacking på max. 3. Herudover blev der også udført IP-målinger. Et detaljeret kort over undersøgelsesområdet, målelinier samt eksisterende sonderinger kan ses på KORT Billeder fra feltarbejdet I dette afsnit ses billeder fra feltarbejdet ved Susåen udført d. 23/ Figur 24. Her ses en del af målelinien mod vest. 34 / 54

36 Figur 25. Opstilling af ABEM Terrameter LS. Figur 26. Målelinie mod øst. 35 / 54

37 Figur 27. Det vestligste punkt på linien, nær Susåen. 36 / 54

38 8 Resultater I dette afsnit oplistes resultaterne for undersøgelserne fra henholdsvis Bagsværd, Gribskov og Susåen. Resultaterne beror meget på tolkning, og derfor vil dette afsnit fungere som en guide til, hvor resultaterne fra de enkelte undersøgelser kan findes. 8.1 CPT Der er kun blevet udført tolkning af CPT data fra Susåen, da dette kun var tilgængeligt her. Nedenstående figur viser et uddrag af resultatet af databehandling og tolkning for punkt 1. Alle udsagn omkring jordtype er tolkninger. Figur 28. Her ses resultatet fra CPT punkt 1. I venstre side ses målingerne for spidmodstand. I midten ses målingerne for hylsterfriktion. I højre side ses tolkningen af profilet. Som det kan ses på figuren, er der ved punkt 1 tolket et lag, der formodes at være tørv fra 0,0-1,0m. Herefter følger et ler-/siltlag ned til omkring 4m. Under dette er et 2m lag, hvor der er en højere fra grad af sand. Derunder træffes grus og sand i en dybde af ca. 5,6m ned til 7,2m efterfulgt af et lag, der er tolket som sand ned til ca. 12m, hvor der findes grus/sten og CPT sonderingen er blevet afsluttet, da den maksimale spidsmodstand blev nået. Profilet findes ligeledes på tegning CPT / 54

39 I sondering nummer 2 (Tegning CPT-02-01) tolkes et lignende tørvelag på omkring 2m i toppen af profilet. Herunder følger et 10m tykt lag af sand med indskudte silt- og lerlag. I en dybde fra omkring 11,5m til 13,8m findes sand og grus og derunder et siltet, leret sandlag ned til en dybde af 18m. Ved sondering nummer 3 (Tegning CPT-03-01) tolkes et lag overjord på 1,2m. Under dette findes et lag ler/silt med en tykkelse på omkring 1m. Fra en dybde af 2,4m til 14m findes sand med indskudte silt- og lerlag. Disse indskudte lag ses markant i en dybde af ca. 5,5m til 6,3m og i en dybde af 9,0m til 9,6m. I sondering nummer 4 (Tegning CPT-04-01) ses et tørvelag på ca. 1m. Herunder findes et 0,5m tykt sandlag. Under dette følger sand med siltlag ned til en dybde på 7m. Under sandlaget ses et lag med sand og grus ned til en dybde af ca. 8,5m, efterfulgt af et 1,5m tykt lerlag ned til en dybde af ca. 10m. Nederst i sonderingen findes et lag med sand og grus ned til ca. 13m SBT-plot Nedenstående figur viser et SBT-plot fra sondering nummer 2. (Tegning CPT-02-02). En forklaring af SBTplot findes i afsnit Figur 29. SBT-plot fra sondering nummer 2. På plottet ses det, at der de første 60cm er fundet ler, silt og sensitive materialer. Under dette, i en dybde fra 0,6m til 3,0m, findes materialer, der varierer fra siltet ler til siltet sand. Under 3,0m dybde findes primært sand og grus. Et lignende plot for sondering nummer 3 findes i tegning CPT Dette plot er på mange måder lig CPT-02-02, dog med en væsentlig større spredning, da materialerne varierer fra organiske og sensitive jordarter til gruset sand. 8.2 ERT Resultaterne for ERT profilerne kan ses i tegning ERT-01-01, ERT-02-01, ERT og ERT-03-01, hvor den sidstnævnte dog også fremgår af figur 30. En kort beskrivelse for hvert profil vil gennemgås i det følgende afsnit. 38 / 54

40 8.2.1 Bagsværd På ERT-profilet (ERT-01-01), der er målt ved Bagsværd, ses generelt et overfladelag ned til omkring 4 meters dybde med en meget høj resistivitet på over 500Ωm. Under dette lag er der et 5m tykt lag med en væsentlig lavere resistivitet. Under meters dybde stiger resistiviteten igen dog ikke til et niveau der er lige så højt som overfladelaget. Profilet er foretaget med roll-along teknikken, og strækker sig over 200 meter gående fra syd mod nord. De to boringer fra området er ved cirka 75m og 185m langs strækningen Gribskov Der blev foretaget to ERT målinger ved Gribskov, hvor den første (ERT-02-01) er udført med dipole-dipole metoden, og den anden (ERT-02-02) med gradient metoden. Begge udlæg er 320m lange og med opstilling af ABEM-apparatet i midten af profilet. Dipole-dipole viser generelt et overfladelag med en høj resistivitet varierende mellem 100 til 400Ωm, dog mere udtalt i den nordlige del af profilet. Generelt falder resistiviteten med dybden, dog med enkelte områder med høj resistivitet svarende til overfladelage. Der er en tendens til et indskudt lag med en resistivitet mellem 30,5 og 88,0Ωm, i en dybde af cirka 10 til 20 meter, i den sydlige del af profilet, hvor de omkringliggende lags resistivitet er højere end 88,0Ωm. Denne målemetode når en dybde på omkring 70m, hvor der nær bunden sker en stigning i resistiviteten. Gradientmålingen (ERT-02-02) viser et overfladelag, der ligesom i det forrige profil har en høj resistivitet og strækker sig ned til en dybde på omkring 5m. I den nordlige del af profilet ses en resistivitet på omkring 100 til 300Ωm. I den sydlige del af profilet er der er et indskudt lag med lav resistivitet, som ikke forefindes i den nordlige del. På begge profiler findes et område ved 130m, hvor resistiviteten falder til omkring 2Ωm. Gradientmetoden blev vurderet til at være den bedst egnede for det endelige feltarbejde Susåen Figur 30 viser profilet for ERT målingen ved Susåen. Udlægget er 160m langt, og målingen er foretaget med roll-along teknikken, hvor gradient metoden er blevet anvendt. Overfladen består af en høj resistivitet fra 100 til 150Ωm. I den vestlige del af profilet findes generelt en lav resistivitet varierende fra omkring 6 til 30Ωm. I den østlige del af profilet er der en tendens til et indskudt lag med en lavere resistivitet i forhold til de omkringliggende lag i en dybde af 5m. Under dette lag stiger resistiviteten igen til omkring 100Ωm. Figur 30: Udsnit fra tegning ERT Figuren viser profilet fra ERT målingen foretaget ved Susåen, strækkende fra vest mod øst. Målingen er foretaget med gradientmetoden og med et udlæg på 160m. 39 / 54

41 8.3 LCI Da LCI beror meget på tolkning, vil resultatet af dette blive gennemgået i diskussionen. I dette afsnit vil der derfor udelukkende blive beskrevet, hvad de enkelte LCI resultater viser. Alle LCI profiler er fra Susåen. LCI Tegningen viser, hvad antallet af vertikale lagdelinger har af konsekvens for det samlede profil. LCI Tegningen viser en stor udgave af et profil med 10 lagdelinger. LCI Tegningen viser et profil, hvor CPT sonderingen nr. 2 er benyttet som udgangspunkt for modellen dog uden begrænsninger. LCI Tegningen viser igen et profil, hvor CPT sondering nr. 2 er udgangspunktet denne gang er der dog påført en begrænsning. LCI Tegningen viser et profil, hvor CPT sonderingen nr. 3 er benyttet som udgangspunkt for modellen dog uden begrænsninger. LCI Tegningen viser igen et profil, hvor CPT sondering nr. 3 er udgangspunktet denne gang er der dog påført en begrænsning. LCI-04-01, til Disse profiler har alle sondering nr. 3 som udgangspunkt, men med ændrede parametre som beskrevet i metodeafsnittet / 54

42 9 Diskussion I dette afsnit vil følgende emner blive diskuteret: Valget af undersøgelsesmetoder og områder, tolkningen af helholdsvis CPT og ERT, sammenligning af boringer og ERT data samt korrelationen mellem ERT og CPT. Afslutningsvis diskuteres anvendeligheden af det opnåede resultat. 9.1 Valg af undersøgelsesmetoder Valget af undersøgelsesmetoderne CPT, boringer og ERT vil i dette afsnit blive begrundet. Herunder vil fordele og ulemper ved disse metoder blive beskrevet. Denne rapport omhandler problemstillingen, hvordan en kontinuerlig horisontal måling kan korreleres med en punktmåling. De to valgte målemetoder er som bekendt CPT og ERT, men andre metode kunne have været valgt i stedet for disse. Valget af CPT grunder i at metoden er i stand til at opfange selv små forskelle i materialers egenskaber, samt at metoden er benyttet i europæisk Arktis. Herudover har den ene af forfatterne praktisk erfaring i at tolke denne type sondering. Anvendelse og tolkning af CPT vil blive diskuteret i afsnit 9.3 Tolkning af CPT. ERT er valgt, da metoden er velkendt og tidligere afprøvet af forfatterne. Metoden benyttes derudover ofte til kortlægning af stratigrafi. ERT metoden er velegnet, da profilet mindst skal dække sonderingernes og boringernes placering og dette kan gøres med et maksimalt udlæg på 400m. I praksis kunne udlægget yderligere forlænges med roll-along teknikken, såfremt dette blev aktuelt. Andre fordele er, at opløsningen for metoden er skalerbar, så udlægget kan tilpasses den tilgængelige data fra sonderingerne. Dette er nødvendigt, da forfatterne ikke har haft mulighed for at vælge sonderingstype for det eksisterende data. ERT tolkningen vil yderligere diskuteres i afsnit 9.4 Tolkning af ERT. Boringerne er medtaget, hvor det ikke har været muligt at fremskaffe CPT data. Det har ikke været muligt at fremskaffe CPT data af to grunde. Dels er der ikke mange firmaer der foretager CPT sonderinger i Danmark og herudover er resultaterne fra sonderingerne ofte fortrolige, hvorfor forundersøgelsesfirmaer ikke umiddelbart må udlevere disse. Boringerne er kun benyttet til sammenligning med ERT, hvor imod CPT er brugt til korrelationen med ERT. 9.2 Valg af område De undersøgte områder er som bekendt ved Bagsværd, Gribskov og Susåen. Disse områder blev valgt ud fra tilgængeligt data fra boringer, eller det CPT data der blev stillet til rådighed. Under valget af områderne var der især fokus på at finde indskudte lerlag, eller andre sandwich modeller i undergrunden altså lagdelinger i jorden, som ERT normalt kun vanskeligt kan registrere. Området ved Bagsværd har, baseret på de to tilgængelige boringer, et lerlag mellem to sand/gruslag og var samtidig inden for kort afstand af DTU. Det var derfor oplagt at udføre de indledende forsøg med ERT her. Ved Gribskov, er der, ligesom ved Bagsværd et indskudt lerlag. Det krævede dog et længere udlæg at nå alle boringerne. Også her var afstanden til området kort fra DTU, og derfor kunne arbejdet ligeledes nås på en dag. Det var som nævnt kun muligt at få adgang til CPT data ved Susåen, og til trods for at aftale kom meget sent i stand i forhold til projektforløbet, blev Susåen valgt som hovedområdet for projektet. Udlægget blev relativt kort og dermed med en lille elektrodeafstand, men til gengæld var der fire CPT sonderinger med forskellige lagdelinger inden for kort afstand af målelinien. 41 / 54

43 Ved projektets opstart, var det målet, at ERT målingerne, kunne foregå i et område med en forekomst af kvikler. Derfor var der i en række uger kontakt med et svensk forundersøgelsesfirma, med det formål, at få tilgang til data fra et område med kvikler nord for Göteborg. Dette var dog ikke muligt primært grundet travlhed hos firmaet. Hvis der havde været mulighed for at foretage en eller flere ERT-målinger i dette område, ville den arktiske relevans for projektet have været mere synlig. Resultatet af undersøgelserne er dog ikke kun relevante for den undersøgte jordart, men kan i høj grad overføres til andre jordarter, herunder kvikler. 9.3 Tolkning af CPT Tolkningerne af CPT i denne opgave er udført på baggrund af de generelle anvisninger i Lunne et al., 1997, samt de erfaringer BRJ opnåede under sin praktik hos et geoteknisk rådgivende ingeniørfirma. En af de store fordele ved CPT er, at forundersøgelsesmetoden kan registrere meget små ændringer i et materiales egenskaber. Dette er en stor fordel ved fastlæggelse af lagdelinger, da sonderingen kan registrere meget tynde lag. Muligheden for at registrere disse små lag skyldes en meget høj følsomhed. Ulempen ved følsomheden er dog, at blandede jordlag ofte registreres som en kombination af de kornstørrelser, som jorden består af. Et eksempel kunne være et lag med både sand og ler, men hvor sandet er den dominerende faktor og leret ingen reel betydning har i forhold til jordens egenskaber. Her vil leret stadig have en indvirkning på CPT profilet. Dette gør at dette lag bliver væsentligt vanskeligere at tolke. I disse tilfælde er det en stor fordel at måle poretrykket, da det således er muligt at tolke på data med tre parametre. Derfor er det ikke ideelt, at det i udarbejdelse af denne rapport kun var muligt at få adgang til CPT-målinger. Det er derfor ikke muligt at kvalitetssikre data. Herudover skal det bemærkes, at der ingen afvigelse var i angivelsen af inklination i data noget som virker mærkværdigt, når denne er angivet med 3 decimaler. Der må derfor formodes, at inklinometeret ikke var i brug under målingerne. En af de største udfordringer ved tolkningen af profilerne var at adskille sand med silt- og lerlag, ren sand og ren silt/ler fra hinanden. Som et eksempel betragtes CPT profilet fra sondering nr. 3 (CPT-03-01). Her ses der fra ca. 2m dybde en række skiftende lag ned til afslutningen af sonderingen. Det kan ses, at både spidsmodstanden og hylsterfriktionen fluktuerer en del dog med en generelt stigende tendens. Det er her værd at bemærke, at selvom spidmodstanden varier meget, er det ikke nødvendigvis ensbetydende med at laget består af mange forskellige materialer. Ren grus vil for eksempel have en meget varierende spidsmodstand men med høje topværdier. I dette tilfælde er den megen variation dog sandsynligvis et udtryk for to ting. For det første er der i materialet, som formodes primært at kunne betegnes som sand, opblandet en del silt og ler. Dette underbygges af, at spidmodstanden generelt ikke er så høj, som der kunne forventes af ren sand. Samtidig er der en relativt høj hylsterfriktion. For det andet kan der udledes af profilet, at der i den opblandede sand også er den del indskudte lag bestående primært af ler og silt. Et tydeligt eksempel på dette ses i dybden fra 5,6m til omkring 6,2m. Her ses det, at spidmodstanden pludseligt falder til omkring 1/3 af værdien over dette lag. Hylsterfriktionen falder dog ikke nævneværdigt. Dette kan skyldes, at laget ikke er særlig bredt og at hylsteret således kun påvirkes af den rene leraflejring i ganske kort tid. Til brug for korrelationen blev der identificeret lagdelinger i CPT profilet, som burde være let genkendelige i ERT profilet altså lag hvor der måtte forventes en betragtelig lavere eller højere resistivitet end i de omkring liggende lag. 42 / 54

44 I sondering nr. 3 er et eksempel laget fra 1,2m til 2,0m dybde. Her ses det, at både spidsmodstanden og hylsterfriktionen falder markant. Herudover er det førnævnte lerlag også et formodet genkendeligt lag. Fra sondering nr. 2 er det primært det meget markante sand/grus lag omkring en dybde på 12m der skiller sig ud. Hvis de generelle forskelle på de to profiler betragtes, eventuelt ved hjælp af SBT-plots, er det tydeligt at sondering nr. 3 forventes at være væsentlig mere varierende i kornstørrelse. Dette bekræftes af SBTplot, der viser at der er en markant større spredning af punkter på sondering nr. 3 (CPT-03-02) end på sondering nr. 2 (CPT-02-02). 9.4 Tolkning af ERT Dette afsnit indeholder diskussionen vedrørende tolkningerne af ERT målingerne. I afsnittet beskrives de erfaringer der blev gjort under feltarbejdet, hvilke indstillinger der er blevet brugt til 2D-inversionen samt en gennemgang af resultaterne fra ERT målingen Erfaringer fra feltarbejdet Der blev gjort en del erfaringer under feltarbejdet ved Bagsværd. Der skulle have været taget højde for, at der kunne være mennesker i det område hvor arbejdet foregik. Det var muligt at holde noget af linien under observation, men ikke alle 200m gennem en skov. Under de første målinger var der en indstillingsfejl på Terrameteret der gjorde, at det var nødvendigt at starte målingerne forfra, og der var derfor kun tid til at benytte gradientkonfigurationen ved målingerne. Fejlen skyldtes en forkert indtastning af afstanden mellem målestationerne under roll-along teknikken. Ved gennemgangen af 2D-inversionsresultaterne fremgik det, at ERT profilet var fejlplaceret i forhold til boringerne. Boringerne var placeret i udkanten af ERT-profilet altså der hvor opløsninger er dårligst og penetrationsdybden mindst. Herudover var den nordlige boring placeret ca. 25m fra målelinien. Det var ikke muligt at lægge profilet således, at boringen var i centrum grundet de befærdede stier. På baggrund af de erfaringer der blev gjort i det foregående feltarbejde, blev der i feltarbejdet ved Gribskov udlagt en målelinie på 320m, svarende til en elektrodeafstand på 4m. Dette skete for at sikre at boringerne bar placeret optimalt på profilet, således at en sammenligning ville være nemmere. I henhold til Dahlin & Zhou, 2004, er gradient og dipole-dipole to af de mest velvalgte målemetoder til at se strukturer i undergrunden. Derfor blev disse to konfigurationer benyttet ved feltarbejdet, for at klarlægge hvilken af de to metoder, der var den mest hensigtsmæssige at bruge på den undersøgte undergrund. I det afsluttende feltarbejde blev gradient konfigurationen valgt, da denne metode gav den bedste opløsning ved den ønskede dybde. Den store dybdegennemtrængning som dipole-dipole er i stand til at opnå var ligeledes unødvendig, da hverken boringerne eller CPT sonderingerne var over 20m. Erfaringen fra Gribskov, hvor udlægget var bestemt på koordinatet, blev ligeledes brugt ved Susåsen, til trods for at linien var kortere og ikke besværliggjort af træer eller krat. En god planlægning og nem opsætning gjorde, at det var muligt at få opsat udstyr, foretage en roll-along måling og nå tilbage til DTU på en arbejdsdag Res2DInv inversions indstillinger Der er til behandlingen af ERT datasættene benyttet en opsætningsfil, med fil-endelsen.ivp, udarbejdet af GeofysikSamarbejdet. Denne fil er optimeret til 2D inversion af data indsamlet med gradientmetoden. Standardopsætningen i Res2DInv egner sig ikke til denne form for konfiguration (GeofysikSamarbejdet, 43 / 54

45 2005). Det blev vurderet, at denne opsætning med fordel kunne benyttes til de fire 2D profiler, som kan findes i tegning ERT-01-01, ERT-02-01, ERT og ERT Der er foretaget enkelte ekskluderinger af datapunkter for alle profilerne der hvor de tilsyneladende resistiviter har været langt over de formodede realistiske værdier. Dette gøres blandt andet for at skabe et hurtigt overblik over datasættet og samtidig kunne foretage en oprydning i datasættet. Der er i processen en risiko for at ekskludere punkter der ikke er fejlbehæftet, da Res2DInv som sagt er uhensigtsmæssig opsat til gradient konfigurationen. Datasættet kan derfor se støjende ud, uden at være det (GeofysikSamarbejdet, 2005). Alle ekskluderinger er først blevet foretaget efter en visuel gennemgang af de beregnede profiler, således at områder med pludselige store resistivitetsudsving er blevet udpeget. Herefter er datasættet så blevet ændret. Med det redigerede datasæt blev der foretaget en ny inversion for at vurdere effekten af ekskluderingerne. Det var hovedsageligt ved databehandlingen af målingerne fra Bagsværd og Gribskov, hvor det var nødvendigt at ekskludere punkter nær overfladen. For datasættet ved Susåen var det kun et enkelt område, hvor 3-4 målinger nær overfladen blev ekskluderet. Den vertikale og horisontale faktor, der beskrives i metodeafsnittet, er ændret fra standardværdien 1,0 til 0,25. Standardværdien på 1,0 angiver, at båndene mellem modelcellerne er ligeligt fordelt i både den vertikale og horisontale retning. Der er dog i sedimentære miljøer ofte en større sammenhæng i den horisontale retning, og værdien er derfor sat lavere end 1,0 (GeofysikSamarbejdet, 2005). Denne faktor er vurderet af forfatterne til at være optimale for datasættene. Inversionen Robust eller L1-norm er benyttet efter anbefaling fra GeofysikSamarbejdet. Dette er valgt for at imødegå problemet med de skæve konfigurationer, der indgår i gradient-konfigurationen. Dette betyder at dataet indeholder mere støj end for eksempel et Wenner-Schlumberger datasæt (GeofysikSamarbejdet, 2005). Jacobimatricen sættes til at genberegnes efter hver iteration for at få en så præcis inversion som muligt (GeofysikSamarbejdet). Denne matrice benyttes til at bestemme hvorledes modellen tilpasses dataet. Inversionen blev indstillet til at stoppe efter enten 5 iterationer, ved en RMS fejl på under 1 % eller en ændring i RMS på under 2 % mellem to iterationer. Ved alle inversionerne stoppede inversionen efter 5 iterationer. Fejlprocenten blev dog ikke vurderet til at være lav nok, og der er derfor foretaget mellem 9 og 11 iterationer for profilerne, således at RMS procenten er under 3 % for alle profilerne Resultater Følgende afsnit vil kommentere på 2D-inversionsresultaterne fra ERT målinger i Bagsværd, Gribskov og Susåen Bagsværd Bagsværd var på mange måder en test af opsætning og udstyr, samt et område der skulle give et indblik i hvordan indskudte lag ville kunne fremtræde. Gradientmetoden blev ligeledes testet. Grundet et ukendt angivet koordinatsæt for boring , var det ikke muligt at finde denne ved udlægget. Ved udlægningen blev det konstateret, at den planlagte linie ville kræve en krydsning af flere skovstier, hvilket ikke ville have været muligt med de mange skovbesøgende. Den første borebrønd blev fundet, og profilet går derfor lige forbi dette ved omkring 80m. Alle de faktorer gjorde, at profilet langt fra var ideelt til en korrelation mellem boringerne og profilet. Herudover ligger boringen, som førnævnt, 44 / 54

46 yderligt i forhold til profilet. Dette har en stor konsekvens for sammenligningen og gennemgås i detaljer i afsnit Feltarbejdet i Bagsværd må dog karakteriseres som en succes, da der blev konstateret en række punkter, hvor resultatet kunne forbedres ved det næste feltarbejde Gribskov I forhold til det forrige feltarbejde blev målingen ved Gribskov planlagt i detaljer i GIS, således at udlægget lå optimalt i forhold til de eksisterende boringer. Som det fremgår af tegning KORT ligger boringer væsentlig bedre i forhold til i Bagsværd og samtidig er målelinien ret. Det skal dog nævnes, at der på grund af den store jordforurening og det opsatte hegn, ingen skovbesøgende var i dette område og det derfor var væsentlig nemmere at lave et ret udlæg. De ovennævnte fakta gjorde dog også at udlægget tog væsentlig længere tid end planlagt, da der ingen stier var i området. Af tidsmæssige årsager blev der ikke udført rollalong, men i stedet blev to forskellige elektrode konfigurationer testet. I forhold til det tidligere feltarbejde virker resultatet fra feltarbejdet i Gribskov umiddelbart bedre, på trods af en større elektrodeafstand samt mangel på roll-along, hvilket gav en mindre datatæthed end ved Bagsværd. Årsagen til det forbedrede resultat i resistivitetsværdierne kan muligvis skyldes en lavere kontaktmodstand i Gribskov end i Bagsværd. Der er dog et område på profilerne der virker mærkværdigt. På begge profiler fra Gribskov optræder der, som tidligere nævnt, et område med en meget lav resistivitet ved 130m. Denne lave resistivitet (2Ωm) kan muligvis skyldes et kabel der går tværs af målelinie og dermed leder elektriciteten. Alternativt kan den lave resistivitet skyldes en brønd. Det påvirkede område er dog ret lille og den formodede fejl har derfor ikke den store indflydelse på resten af profilet. En sidste bemærkning omkring profilet er at grunden, og det terrænnære grundvand, er forurenet med arsen, krom og kobber (Miljøministeriet, 2010). Dette kan muligvis have haft en konsekvens for resultaterne, da det må formodes, at en forurening med materialer, der er ledere og halvledere, nedsætter den generelle resistivitet i jorden. Der har dog ikke kunne konstateres nogen afvigelser i forhold til det forventede resultat Susåen Alle de erfaringer der blev gjort i de første to områder førte til, at der ved Susåen blev udført en roll-along måling med gradient metoden. Dipole-dipole blev fravalgt, da de tilgængelige CPT sondering havde en dybde på maksimalt 18m og det var derfor unødvendigt at have en stor dybdeindtrængning. Området omkring Susåen var i modsætning til de to forrige meget åbent, og det var klart en fordel at hele profilet kunne ses. De sidste 40m af profilet er dog roteret i forhold til resten af profilet grundet det andet arbejdet på entreprisen. Dette har dog ikke haft nogen indflydelse på resultatet af målingerne. Hvis profilet betragtes (Tegning ERT-03-01) kan det ses at profilet er delt i to, som beskrevet i resultatafsnittet. Dette skyldes formentlig det nærliggende åløb (se tegning KORT-03-04) der må formodes at have vandmættet området således at den generelle resistivitet er mindre. I den østlige del af profilet er der tegn på at der muligvis et indskudt lag med en lavere resistivitet end de omgivende lag. Generelt er målelinien godt placeret i forhold til CPT-sonderingerne, med undtagelse af sondering nr. 1 der ligger et stykke væk fra linien og på den anden side af et åløb. Sondering nr. 4 ligger tæt målelinien, men i udkanten af profilet. Udgangspunktet for korrelationen blev derfor sondering nr. 2 og nr / 54

47 Det fremgår ligeledes af profilet, at ERT målingen ikke viser alle de mindre lagdelinger, som blev konstateret i CPT sonderingerne. Dette er et godt udgangspunkt, da korrelationen skal bruges til at give et bedre resultat ved inddragelse af CPT dataene. 9.5 Sammenligning af lagdeling fra boringer og fra ERT I dette afsnit sammenlignes resultaterne fra ERT målingerne i Bagsværd (Tegning ERT-01-01) og Gribskov (Tegning ERT-02-02) med henholdsvis de to eksisterende boringer i Bagsværd (Tegning BOR-00-01) og de tre eksisterende boringer i Gribskov (Tegning BOR-00-02) Bagsværd Hvis de to boringer betragtes, er det tydeligt at der er et lag af ler i de øverste 5-7,5m. Herunder er der et lag af mere grovkornede sedimenter og derefter endnu et lerlag i en dybde af omkring 10m. Dette lag er tykkere i den sydlige boring. Under dette lag findes der igen grovkornede jordtyper mere specifikt sand og grus. Sammenlignes boringerne med ERT profilet, er der et par sammentræf. Et øvre lag med en høj resistivitet afløses af et lag med en væsentlig lavere resistivitet i en dybde af omkring 10m. Dette er sammenfaldende med at lagdelingen ifølge boringerne skifter fra sand/grus til ler i en dybde af omkring 10m. Herunder er der et lag med højere resistivitet og ifølge boringerne er dette lag sand/grus. Det midterste lag med lav resistivitet virker til at være størst i den sydlige del af profilet, hvilket stemmer overens med at lerlaget, der er påvist i boringerne, er tykkest ved den sydlige boring. Der er derfor overordnet en god sammenhæng mellem ERT-profilet og de to boringer. Der er dog nogle problemer ved den direkte sammenligning. Som nævnt i det beskrivende afsnit om feltarbejdet, er profilet lagt således, at boringerne ligger i den yderste del af profilet. Dette er problematisk, da præcisionen og opløsningen er bedst i midten af profilet. Dette bevirker, at der ved den sydlige boring kun er 10m fra overfladen til dataet fra ERT ophører og at den nederste del af de 10m har en væsentlig dårlige opløsning, end hvis ERT-profilet havde været centreret omkring boringen. Dette gør sig dog ikke gældende for den nordlige boring, da denne er placeret stort set direkte under en af målestationerne hvis placeringen projekteres ind på målelinien. Betragtes KORT kan det dog ses, at boringen ligget et stykke væk fra målelinien og derfor er der en vis usikkerhed i at lave en direkte sammenligning. Et andet problem med dette profil er at resistiviteten flere steder er meget høj. I et område uden fjeld eller permafrost forventes der ikke en resistivitet på over Ωm og slet ikke en resistivitet på over 4000 Ωm. Dette tyder på, at der ved målingerne har været en stor kontaktmodstand. For at opsummere en sammenligning mellem ERT-målingen og boringerne viser, at der generelt er en god sammenhæng mellem disse, men at placeringen af især den ene boring i forhold til profilet, samt en meget høj målt resistivitet gør, at det svært at konkludere noget på baggrund af denne sammenligning Gribskov ERT-profilet opmålt ved Gribskov virker på mange måder mere korrekt end det, der blev opmålt ved Bagsværd. Der er ikke meget høje resistiviteter, og dem der er målt, er placeret i kanten af profilet hvor, der som førnævnt, kan forekomme ganske store fejlvisninger. Betragtes de tre boringer (BOR-00-02), domineres den ene af de nordlige boringer af mange skiftende lag på de første 5m. Ved den anden nordlige boring er de øverste 5m karakteriseret som ler med et ganske tyndt lag muld. På den sydlige boring er de øverste 5m markeret som en brønd, hvorfor intet data forefindes. Den sydlige boring er domineret af et tykt lag moræneler fra ca. 5m ned til 18m dybde. Under 46 / 54

48 dette findes et lag sand. Ved de to nordlige boringer er der også registreret et lag med moræneler dette har dog her kun en tykkelse på 2-5m. Under dette lag findes der sand i den nordlige del af profilet. Sammenlignes ERT-profilet med boringerne er det påfaldende, at der er registreret et indskudt lag med lavere resistivitet i den sydlige del af profilet, samtidig med at boringer viser, at laget bestående af moræneler er markant større i den sydlige del af profilet, end den er i den nordlige del af området. Herudover fremgår det, at den nordlige del af profilet i højere grad er præget af mange skiftende lag, hvilket bekræftes af boringerne. Fælles for begge de to sammenligninger er altså, at der kan ses nogle klare tendenser til sammenfald mellem boringerne og ERT-profilerne. Der er dog en høj grad af usikkerhed og åbenlyst forkerte resultater på begge ERT-profiler. Ved hjælp af de supplerende boringer, kan der dog tolkes på de målte resultater og en samlet model for de to områder kan opstilles. 9.6 Korrelation Dette afsnit indeholder diskussionen vedrørende korrelationen. I afsnittet vil selve korrelationen mellem ERT-profilet fra Susåen og CPT sonderingerne blive diskuteret. Da databehandlingen blev påbegyndt, var det tanken, at fremgangsmåden skulle være, at der blev dannet en blank model for resistivteten, delt i 10 vertikale lag og ca. 20 horisontale modeller. I en af disse modeller skulle resistivitetsparametrene fra en sonderingen indsættes, og det samlede profil skulle herefter inverteres ved brug af AarhusInv. Der blev gjort en række forsøg på at gøre dette, men grundet problemer med software, fil-kompatibilitet samt den pludseligt manglende vejledning i slutfasen var dette ikke muligt. Projektgruppen besluttede derfor, at der skulle anvendes en mere simpel metode, hvor Aarhus Workbench blev benyttet som inversionsredskab. Der blev derfor oprettet en startmodel gældende for hele profilet baseret på en af sonderinger, og ikke en model kun defineret i et punkt som planlagt. Dette har selvfølgelig haft nogle konsekvenser for inversionen, men det endelig resultat af inversionen er dog stadig brugbart i forhold til dette projekt. Det vides ikke hvordan et profil med AarhusInv ville have været i forhold til den anvendte metode, men det ville i langt højere grad havde været muligt, at redigere dataet i netop et punkt i stedet for en generel ændring af hele profilet. De til inversionen anvendte resistivitetsværdier er blevet valgt på baggrund af Reynolds, 2011, men er tilpasset i forhold det skøn der blev foretaget i forbindelse med tolkningen af CPT sonderingerne. For eksempel er den angivne værdi for sand omkring 100Ωm, men er i dette tilfælde vurderet til 50-75Ωm. Vurderingen er sket på baggrund af, at det må forventes, at sandet er vandmættet, samt at sandet ikke er rent, men i mange tilfælde opblandet med ler og silt, hvilket stemmer overens med CPT sonderingerne Antal lag Udgangspunktet for korrelationen var, at få etableret hvor mange vertikale lagdelinger, der var optimalt for profilet. Som førnævnt, er modellen med 10 lagdeling valgt til den videre inversion. Baggrunden for dette valg er, at 10 vurderes som det optimale antal lag, i forhold til lagdelingerne i området. 5 lags modellen er for generel og det gør det vanskeligt at iagttage specifikke lag. Modellen med 8 lag har en acceptabel overflade ned til ca. 6m dybde, men herunder er der store variationer i resistiviteten og mange savtakkede -lagdelinger samt store område med en meget høj resistivitet. Modellen med 12 lag har samme tendenser som modellen med 8 lag, men virker generelt som en overtolket model, med for mange lag, som sandsynligvis ikke eksisterer. Af disse grunde blev det vurderet, at en model med 10 lagdelingen var den bedste model i dette tilfælde. 47 / 54

49 Det ses tydeligt at valget af antal lag har en stor betydning for det endelig profil, og det kan ikke udelukkes, at modeller med færre eller flere lag ville have resulteret i et mere passende profil ved yderligere optimering Punkt 2 som udgangspunkt Efter det optimale antal lag var blevet vurderet, startede optimeringsprocessen i forhold til CPTsonderingerne. Fremgangsmåden var kort fortalt, at CPT-sonderingen blev benyttet til at opstille en model for resistiviteten i de 10 vertikale lag. Efterfølgende blev profilet analyseret med henblik på, hvordan profilet stemte overens med de resterende sonderinger. Da sondering nr. 2 blev brugt som udgangspunkt (KOR-00-01) uden begrænsninger var tendensen generelt, at der opstod meget tydelig forskelle i resistiviteten. Disse forskelle kunne ikke umiddelbart genkendes på sondering nr. 3 eller 4. Da begrænsningerne blev påført, som anført i metodeafsnittet, forsvandt disse lag og profilet var herefter i højere grad i overensstemmelse med CPT sondering nr. 2. Der var i det resterende profil herefter en meget lille forskel i resistivitetsværdierne. Der kunne kun observeres et smalt indskudt lag med lavere resistivitet ved 12-14m i dybden. En sammenligning mellem sonderingerne og profilet kan ses på tegning KOR På denne tegning kan det ses, at det umiddelbart er svært at finde en sammenhæng mellem de forventede resistivitetsværdier baseret på CPT-sonderinger og det inverterede profil. Begrænsninger gjorde sammenhængen mellem CPT sondering nr. 2 og ERT profilet bedre for selve punktet, men profilet virkede stadig forkert i forhold til de resterende sonderinger. Der blev derfor arbejdet videre med inversioner, hvor sondering nr. 3 blev benyttet som udgangspunkt Punkt 3 som udgangspunkt Efter inversioner med punkt 2 som udgangspunkt, blev de to inversioner gentaget med CPT sondering nr. 3 som udgangspunkt. Til forskel fra de forrige inversioner, var der her ikke en difference mellem at foretage inversionen med eller uden begrænsning. Den eneste store synlige forskel mellem de to versioner var, at modellen med begrænsningen havde en tendens til at være mere kantet, forstået på den måde at lagene havde et mere takket udseende. Generelt havde begge modeller skarpe resistivitetsovergange, som det fremgår på LCI og LCI I forhold til de andre sonderinger var der generelt en bedre overensstemmelse mellem CPT sonderinger og ERT profilet, end den der blev opnået ved at benytte sondering nr. 2 som modelgrundlag. Derfor benyttes CPT-sondering nr. 3 som datagrundlag i den videre optimering Optimering Den næste fase i korrelationen var, at optimere det inversionsprofil der blev dannet, som beskrevet i forrige afsnit. Fra dette punkt overgik databehandlingen fra grove ændringer til at være en finjustering af de indgangsparametre der blev brugt i modellen, særligt med henblik på resistivitetsværdien samt den vertikale placering af hvert lag. Hvert inversionsresultat blev sammenlignet med sonderingerne for at vurdere, om der var sket forbedringer. I den første optimeringsproces blev resistivitetsværdierne generelt sænket. Dette skete på baggrund af, at den vestlige del af det forrige profil havde lag med lav resistivitet, som ikke kunne identificeres på CPTprofilet. De præcise resistivitetsændringer kan se i metodeafsnit 6.4, tabel 1. Profilet fra denne inversion fremgår af LCI Dette profil er sammenlignet med sonderingerne på tegning KOR Her kan det ses, at profilet stemmer væsentlig bedre overens end KOR Nogle af de uoverensstemmelser, der kan observeres i profilet er, at laget med lav resistivitet omkring sondering nr. 3 ligger 2m for højt i forhold til sonderingen. ERT-profilet stemmer derudover generelt godt overens med CPT sondering nr / 54

50 I den næste optimering (LCI-04-02) blev det forsøgt at fjerne den føromtalte fejl, ved at sænke lerlagets placering ved sondering nr. 3. Dette skete ved at laget med lav resistivitet blev flyttet et lag ned i modellen i indgangsparametrene. Denne inversion er sammenlignet med CPT data på tegning KOR Her kan det ses, at justeringen har forbedret profilet ved sondering nr. 3, hvor det føromtalte lag med lav resistivitet nu stemmer fuldstændig overens med det observerede lerlag. Konsekvensen af justeringen har dog været, at profilet ikke længere stemmer overens med sondering nr. 2. Samtidig er der opstået områder med resistiviteter på op til 1000Ωm. I den sidste optimering blev indgangsparametrene stillet tilbage til værdierne fra den første optimering. Herudover blev datasættet gennemgået igen for at fjerne nogle af de markante fejl, særligt med henblik på at de meget kantede spring samt de høje resistivitetsværdier. Resultatet af denne inversion fremgår af tegning LCI Dette profil minder om LCI-04-01, men nogle af de høje resistivitetsværdier er fjernet. En sammenligning mellem profilet og sonderingerne kan ses i tegning KOR På tegningen kan det ses, at der igen er en god overensstemmelse mellem profilet og sondering nr. 2. Ved sondering nr. 3, er laget med lav resistivitet igen fejlplaceret i forhold til CPT-sonderingen. Det er dog værd at bemærke, at blot 10m mod vest stemmer dybden af laget overens med den dybde, der er blevet bestemt ved sonderingen. Det blev vurderet, at optimeringen på dette tidspunkt var tilfredsstillende og at det tidsmæssigt ikke ville kunne svare sig at forsøge, at optimere profilet yderligere. På tegning KOR er LCI sammenlignet med CPT-sonderingerne. Sammenlignes denne med KOR fra den afsluttende optimering, kan det tydeligt ses, at der er sket store forbedringer. På profilet fra den indledende inversion er det svært at se sammenhængen mellem de målte værdier for resistivitet og sonderingerne. I profilet dannet ud fra den afsluttende optimering kan det derimod ses, at der generelt er en god overensstemmelse mellem profilet og sonderingerne. 9.7 Anvendelighed I det forrige afsnit ses det, at det kan være nødvendigt at have flere punkter for at kunne kontrollere resultatet af inversionen og korrelationen. Ideen med at lave en korrelation var, at der kunne undlades en ekstensiv forundersøgelse med sonderinger ved at benytte ERT til at kortlægge området, og kun anvende få sonderinger til at forbedre resultatet af denne måling. I denne rapport har det været nødvendigt at bruge to punkter. Det første punkt blev brugt til at indstille indgangsmodellen og det andet punkt blev brugt til kontrol af resultatet. Der opstod, som førnævnt, under databehandlingen en situation, hvor det var nødvendigt at acceptere en fejl i indgangsmodellen for at det resterende profil var tilfredsstillende set i forhold til de øvrige punkter. Havde de andre punkter ikke være tilgængelige, var den indgangsmodel der resulterede i et profil med de korrekte laggrænser ved indgangspunktet nok blevet benyttet, og derved ville resten af profilet være fejlbehæftet. I dette tilfælde var det nok at have et punkt til kontrol af resultatet, men det opmålte ERT profil havde også kun en længde på 160m. Et af de spørgsmål der rejser sig er, om det så kan betale sig at lave ERT-profilet, hvis det kræves at der udføres en række CPT-sonderinger til kontrol. Ud fra det område denne rapport baserer sig på er svaret nej. Hvis der er tale om et relativt lille geografisk område med store variationer i undergrunden, kan det nok bedre betale sig at foretage en række CPT sonderinger. Er der derimod tale om et større område, hvor der ikke forventes de store stratigrafiske variationer, kan den gennemgåede metode med fordel benyttes, med krav om 1-2 kontrol CPTsonderinger. Dermed kommer ERT-profilet til at virke som en kontrol af, at der ikke sker markante 49 / 54

51 ændringer i jordens lagdeling. Såfremt der registreres uregelmæssigheder, skal disse undersøges nøjere ved hjælp af sonderinger eller boreprøver. En anden problematik omkring anvendeligheden af korrelation er de store forskelle der opstår, i forhold til hvilket punkt der bliver brugt til at etablere indgangsmodellen. Typisk vil det derfor kræves at alle punkter testes som indgangsmodel, hvilket er tidskrævende og baserer sig på at prøve sig frem. Denne problemstilling vil dog sandsynligvis blive mindre, såfremt metoden anvendes på en mere uniform lagdeling. 50 / 54

52 10 Konklusion Formålet med opgaven var at beskrive og vise, hvordan punktsonderinger kunne bruges til at forbedre resultatet af profiler opmålt med geofysiske metoder. I denne opgave blev CPT-sonderinger brugt til at forbedre resultatet af en ERT-måling. Dette skete ved, at de teoretiske grundlag for begge metoder blev beskrevet. Herefter blev det udførte feltarbejde beskrevet og resultatet fremlagt. Under feltarbejdet blev der gjort en række erfaringer, som blev inkorporeret i hovedfeltarbejdet ved Susåen i Næstved. Resultatet af feltarbejdet og databehandlingen var, at der generelt blev opnået et forbedret profil for området ved at korrelere med CPT-sonderinger. Dog krævede dette, at der blev benyttet yderligere CPTsonderinger til kontrol af resultatet, og hver inversion skulle vurderes i forhold til det tidligere. Konklusionen på rapporten er derfor, at det er muligt at forbedre et ERT-profil ved brug af CPT-sonderinger, men at anvendeligheden er begrænset ved små geografiske områder med stor variation i jordens opbygning. Brugen af en forsimplet metode i dette projekt gør dog, at det ikke kan udelukkes, at anvendeligheden ville være større, såfremt mere specifikke modeller kunne udarbejdes. 51 / 54

53 11 Litteraturliste Auken, E., et. al., (2005): Piecewise 1D laterally constrained inversion of resistivity data, The HydroGeophysics Group, European Association of Geoscientists & Engineers Auken, Esben & Christiansen, Anders V., (2004): Layered and laterally constrained 2D inversion of resistivity data, Society of Exploration Geophysicists Christiansen & Auken, (2004): Optimizing a layered and laterally constrained 2D inversion of resistivity data using Broyden s update and 1D derivatives, The HydroGeophysics Group, Elsevier Dahlin & Zhou, (2004): A Numerical comparison of 2D resistivity imaging with 10 electrode arrays Dahlin & Zhou, (2006): Multiple-gradient array measurements for multichannel 2D resistivity imaging Dansk Standard, (2011): Eurocode 7: Geoteknik Del 2: Jordbundsundersøgelser- og prøvning. DS/EN ISO :2012 Emdal A., (2013): Samtaler og forelæsning, Norges Tekniske og Naturvidenskabelige Universitet Geotomo Software, (2010): Rapid 2-D Resistivity & IP inversion using the least-square method, Geotomo Software Kirsch, R., (2009): Groundwater Geophysics, A Tool for Hydrogeology, 2 nd Edition, Springer. Larsen G., et al., (2009): Vejledning I Ingeniørgeologisk prøvebeskrivelse, Dansk Geoteknisk Forening Loke, Dr. M. H. (2014): Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys Lunne, T., et al., (1997): Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice, Chapman & Hall Miljøministeriet, (2010): Redegørelse over forureningskortlagte grund, hvorpå Collstrop har drevet virksomhed, MPU Alm.del. bilag 279 Møller, I., et al., (2006): Kapitel 4.5: Geoelectrical Methods, fra Groundwater Resources in Burried Valleys A Challenge for Geosciences, Leibniz Institute for Applied Geosciences Norges Geotekniske Forening(NGF), (2010): NGF Melding nr. 9 Veiledning for utførelse av trykksondering, Norsk Geoteknisk Forening Norges Tekniske og Naturvidenskabelige Universitet (NTNU), (2013): Data fra kursus Geoteknik, Felt- og laboratorieundersøgelser Reynolds, John M., (2011): An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, 2 nd Edition, Wiley- Blackwell Robertson P. K., (2010): Soil behaviour type from the CPT: an update, Gregg Drilling & Testing Inc. Sandven R., (2010): CPTU i kvikkleire - Generelle erfaringer og praktisk eksempel, Præsentation ved NGF In situ seminar - Stjørdal Statens Vegvesen, (2010): Geoteknikk i vegbygging Håndbok 016, Statens Vegvesen 52 / 54

54 Wisén, R., et. al., (2005): Combination of 1D laterally constrained inversion and 2D smooth inversion of resistivity data with a priori data from boreholes, Department of Engineering Geology, The HydroGeophysics Group, European Association of Geoscientists & Engineers Internetsider: Den Store Danske, (d. 10/3-2014): GeofysikSamarbejdet, 2D Inversion, (d. 16/4-2014): GERDA, MEP, (d. 3/4-2014): Kortmateriale fra: Miljøministeriet, Geodatastyrelsen, (2014): DTK/Kort25 Miljøministeriet, Geodatastyrelsen, (2014): FOT/Kort10 Miljøministeriet, Geodatastyrelsen, (2014): DHM/Højdekurver (0,5m ækvidistance) De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland, (2014): Jordsartskort 1: / 54

55 12 Tegninger 54 / 54

56 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Oversigtskort Bagsværd Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:25000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen

57 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Detaljekort Bagsværd Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:2000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen

58 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Jordartskort Bagsværd Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:10000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen og GEUS

59 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Oversigtskort Gribskov Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:25000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen

60 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Detaljekort Gribskov Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:2000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen

61 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Jordartskort Gribskov Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:10000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen og GEUS

62 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Oversigtskort Susåen Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:25000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen

63 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Detaljekort Susåen Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:1000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen

64 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Jordartskort Susåen Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:10000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen og GEUS

65 Tegningsnummer KORT Tegningsnavn Flyfoto Susåen Udarbejdet af BRJ + JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold 1:1000 Indeholder data fra Geodatastyrelsen

66 Dybde [m] Tegningsnummer BOR Tegningsnavn Boringer Bagsværd Udarbejdet af BRJ Dato 27/ Størrelsesforhold - Signaturer for materialer er i henhold til Vejledning I Ingeniørgeologisk prøvebeskrivelse

67 Dybde [m] Tegningsnummer BOR Tegningsnavn Boringer Gribskov Udarbejdet af BRJ Dato 27/ Størrelsesforhold - Signaturer for materialer er i henhold til Vejledning I Ingeniørgeologisk prøvebeskrivelse

68 Tegningsnummer CPT Tegningsnavn Tolkning af lagdeling CPT Sondering nr. 1 Susåen Udarbejdet af BRJ Dato 27/ Størrelsesforhold - Spidsmodstand [MPa] Hylsterfriktion [MPa] Tolkning ,1 0,2 0,3 Tørv 2 2 Ler/silt 4 4 Sand, silt 6 6 Grus, sand 8 8 Sand Grus/sten 14 14

69 Tegningsnummer CPT Tegningsnavn Tolkning af lagdeling CPT Sondering nr. 2 Susåen Udarbejdet af BRJ Dato 27/ Størrelsesforhold - Hylsterfriktion [MPa] Spidsmodstand [MPa] Tolkning 0 0 0,1 0,2 0, Tørv Sand m. silt-/lerlag Sand/Grus Sand, siltet, leret

70 Spidsmodstan (Qc) [MPa] Tegningsnummer CPT Tegningsnavn Tolkning af lagdeling, (Rf,Qc)-plot CPT Sondering nr. 2 Susåen Udarbejdet af BRJ Dato 27/ Størrelsesforhold - 0,0-0,6m 0,6-3,0m 3,0-18,0m , Normaliseret friktions ratio (Rf)

71 Dybde [m] Tegningsnummer CPT Tegningsnavn Tolkning af lagdeling CPT Sondering nr. 3 Susåen Udarbejdet af BRJ Dato 27/ Størrelsesforhold - Spidsmodstand [MPa] Hylsterfriktion [MPa] Tolkning ,1 0,2 0,3 0,4 Overjord 2 2 Ler/Silt? 4 4 Sand, siltet/leret 6 6 Ler 8 8 Sand Silt? Sand m. silt/lerlag

72 Spidsmodstand (Qc) [MPa] Tegningsnummer CPT Tegningsnavn Tolkning af lagdeling, (Rf,Qc)-plot CPT Sondering nr. 3 Susåen Udarbejdet af BRJ Dato 27/ Størrelsesforhold ,0-2,0m 2,0-5,5m 5,5-6,3m 6,3-14,0m , Normaliseret friktions ratio

73 Tegningsnummer CPT Tegningsnavn Tolkning af lagdeling CPT Sondering nr. 4 Susåen Udarbejdet af BRJ Dato 27/ Størrelsesforhold - Spidsmodstand [MPa] Hylsterfriktion [MPa] Tolkning ,1 0,2 0,3 0,4 Tørv Sand 2 2 Sand m. siltlag Grus, sand Ler Sand, Grus 14 14

74 Tegningsnummer ERT Tegningsnavn Tolkning af ERT RES2DINV Metode: Gradient Bagsværd Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Syd Nord

75 Tegningsnummer ERT Tegningsnavn Tolkning af ERT RES2DINV Metode: Dipole-Dipole Gribskov Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Nord Syd

76 Tegningsnummer ERT Tegningsnavn Tolkning af ERT RES2DINV Metode: Gradient Gribskov Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Nord Syd

77 Tegningsnummer ERT Tegningsnavn Tolkning af ERT RES2DINV Metode: Gradient Susåen Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Vest Øst

78 Vest Øst Tegningsnummer LCI Tegningsnavn Tolkning af ERT - Aarhus Workbench Lagdelinger: 5, 8, 10 & 12 Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Vertikale lagdelinger: 5 Vertikale lagdelinger: 8 Vertikale lagdelinger:10 Vertikale lagdelinger:12

79 Vest Øst Tegningsnummer LCI Tegningsnavn Tolkning af ERT Aarhus Workbench Lagdelinger: 10 Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Vertikale lagdelinger:10

80 Vest Øst Tegningsnummer LCI Tegningsnavn Tolkning af ERT Aarhus Workbench Punkt 2 Uden begrænsninger Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold -

81 Vest Øst Tegningsnummer LCI Tegningsnavn Tolkning af ERT Aarhus Workbench Punkt 2 Med begrænsninger Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold -

82 Vest Øst Tegningsnummer LCI Tegningsnavn Tolkning af ERT Aarhus Workbench Punkt 3 Uden begrænsninger Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold -

83 Vest Øst Tegningsnummer LCI Tegningsnavn Tolkning af ERT Aarhus Workbench Punkt 3 Med begrænsninger Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold -

84 Vest Øst Tegningsnummer LCI Tegningsnavn Tolkning af ERT Aarhus Workbench Punkt 3 Ændret input (1) Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold -

85 Vest Øst Tegningsnummer LCI Tegningsnavn Tolkning af ERT Aarhus Workbench Punkt 3 Ændret input (2) Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold -

86 Vest Øst Tegningsnummer LCI Tegningsnavn Tolkning af ERT Aarhus Workbench Punkt 3 Ændret input (3) Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold -

87 Signaturforklaring H Høj resistivitet M Mellem resistivitet L Lav resistivitet Tegningsnummer KOR Tegningsnavn Korrelation Aarhus Workbench Grundlag: LCI Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Vest Øst

88 Signaturforklaring H Høj resistivitet M Mellem resistivitet L Lav resistivitet Tegningsnummer KOR Tegningsnavn Korrelation Aarhus Workbench Grundlag: Punkt 2 (LCI-02-02) Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Vest Øst

89 Signaturforklaring H Høj resistivitet M Mellem resistivitet L Lav resistivitet Tegningsnummer KOR Tegningsnavn Korrelation Aarhus Workbench Grundlag: Punkt 3 (LCI-04-01) Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Vest Øst

90 Signaturforklaring H Høj resistivitet M Mellem resistivitet L Lav resistivitet Tegningsnummer KOR Tegningsnavn Korrelation Aarhus Workbench Grundlag: Punkt 3 (LCI-04-02) Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Vest Øst

91 Signaturforklaring H Høj resistivitet M Mellem resistivitet L Lav resistivitet Tegningsnummer KOR Tegningsnavn Korrelation Aarhus Workbench Grundlag: Punkt 3 (LCI-04-03) Udarbejdet af JAMA Dato 27/ Størrelsesforhold - Vest Øst