GEOLOGISK - HYDROGEOLOGISK TOLKNNG AF GEOFYSISKE DATA

Transkript

1 Abstracts af indlæg til temadagen GEOLOGISK - HYDROGEOLOGISK TOLKNNG AF GEOFYSISKE DATA Radisson, Århus, 5 februar 2004 INDLÆG Velkomst, kaffe og rundstykker Mors' geologi set med 3000 TEM-sonderinger Flemming Jørgensen, GeoFysikSamarbejdet/Vejle Amt Opsætning af hydrogeologiske tolkningsmodeller Niels Kristian Terkildsen, Frederiksborg Amt D digital geologisk model for Assens området Stig B Marstal, Rambøll Kortlægning af landskabsformer og flagestrukturer på Fyn Gunnar Larsen, Fyns Amt FROKOST Kombineret inversion af MEP og seismik data med boringsoplysninger som a priori Roger Wisén, Lund Tekniske Højskole Kombineret tolkning af MEP og TEM data Nikolaj Foged og Esben Auken, GeoFysikSamarbejdet Fra geofysik til numerisk model Rolf Johnsen og Carsten Reiter, Vejle Amt KAFFE De geologiske forhold på Lolland baseret på eksisterende gravimetri og olieseismik kombineret med nye geofysiske undersøgelser Henrik Olsen og Carsten Ploug, Cowi, Ejner Nielsen, Storstrøms Amt Geologisk tolkning af geofysik med henblik på bestemmelsen af et områdes nitratsårbarhed Jens Dyrberg, WaterTech Multidisciplinær hydrogeologisk kortlægning Flemming Effersø, Hedeselskabet Afsluttende diskussion 1

2 MORS' GEOLOGI SET MED 3000 TEM-SONDERINGER Flemming Jørgensen, GeoFysikSamarbejdet / Vejle Amt På øen Mors i Limfjorden har Viborg Amt i de senere år udført i alt omkring 3000 TEM-sonderinger Stort set hele øen er dækket heraf og de fleste steder med en koncentration på ca 16 stk pr km På øen ligger det fede tertiære ler generelt inden for de traditionelle 40x40 TEM-sonderingers rækkevidde og dette giver et flot overblik over højdeforholdene og strukturerne heri Men det er ikke kun den dybe gode leder i sonderingerne der giver geologisk information Højere i lagserien opløses mange andre geologiske formationer og strukturer uafhængig af det fede tertiære lers beliggenhed En detaljeret gennemgang af temakort, profiler og enkeltsonderinger holdt op mod bla boredata giver en langt mere nuanceret forståelse af Mors' undergrund En forståelse, der ikke har været tilgængelig tidligere, hvor stort set kun boredata har været til rådighed Det viser sig også at eksisterende boredata ofte skal tolkes med omhu Såvel som tolkningen af geofysiske data skal ske i overensstemmelse med boredata, skal tolkningen af boredata også ske i overensstemmelse med TEM-data Af geologiske formationer og strukturer, der kan kortlægges med sonderingerne, kan bla nævnes forskellige generationer af begravede dale, Mors-salthorstens strukturer og randmorænestrøg Mors' undergrund er meget kraftigt påvirket af de ovennævnte formationer og strukturer 2

3 OPSÆTNING AF HYDROGEOLOGISKE TOLKNINGSMODELLER Niels Kristian Terkildsen, Frederiksborg Amt, Frederiksborg amt har igennem de seneste år lavet omfattende geofysiske kortlægninger, med det formål at vurderer sårbarheden af grundvandsmagasinerne samt at kunne opstille geologiske konceptuelle modeller som input til diverse grundvandsmodeller De primære kortlægningsmetoder har hidtil været MEP og PACES da de er vurderet som bedst egnet til kortlægningsformålet i Frederiksborg amt Derudover er der i enkelte områder suppleret med TEM sonderinger til belysning af saltvandsproblematikker De tilsyneladende modstande for MEP og PACES data bliver efter kortlægningerne inverteret vha 1D programmet SIP med 2, 3 og 4-lags modeller MEP data bliver yderligt inverteret vha 2D programmet Res2Dinv På baggrund af inversions resultaterne og boringsoplysninger bliver der udarbejdet en hydrogeologisk model i programmet GeoBase Denne model benyttes efterfølgende i amtets grundvandsmodeller Den geologiske model danner ydermere baggrund for udarbejdelse af diverse hydrogeologiske temaer Arbejdsprocessen er forholdsvis arbejdstung men giver mulighed for at vurderer de enkelte inversionsresultater feks mht ækvivalenser og lag-undertrykkelse samt hvilken inversions model, der er mest hensigtsmæssig at benytte i det enkelte sonderingspunkt For Frederiksborg Amt er det en uundværlig arbejdsproces, der giver et godt grundlag for diverse grundvandsmodeller og udarbejdelse af temakort Derudover sikres en overensstemmelse imellem grundvandsmodellerne og temakort (lertykkelseskort, sårbarhedskort osv), idet arbejdet udføres i et nært samarbejde med den ansvarlige for grundvandsmodellerne i amtet 3

4 3-D DIGITAL GEOLOGISK MODEL FOR ASSENS OMRÅDET Stig B Marstal, Rambøll For et ca 400 km2 stort område i den sydvestlige del af Fyn er der på grundlag af bla boringsoplysninger, TEM sonderinger og PACES sonderinger blevet opstillet en digital 3-D geologisk model i GeoEditor Modellen er opstillet ved tolkning af laggrænser langs ca 30 profiler TEM sonderingerne er indlæst som var de boringer på stavform, mens PACES sonderingerne er indlæst i et særligt format, der gør at fortolkede lagggrænser baseret på PACES sonderinger i modsætning til boringer og TEM sonderinger ikke bevarer sonderingens UTMx, y, z koordinater Bla af denne grund har PACES sonderingerne ikke spillet en væsentlig rolle ifbm opstilling af modellen, der derfor primært er baseret på laggrænser i boringer og sekundært laggrænser tolket på grundlag af enkeltstående TEM sonderinger I den forbindelse har TEM sonderingerne, grundet metodens særlige egenskaber, hovedsagelig været anvendt til kortlægning af den formodede prækvartæroverflade - nemlig den dybe gode leder - og er derudover i visse områder og dybder anvendt som støttepunkter Anvendelsen af TEM i den digitale geomodel har bla betydet - såfremt den dybe gode leder vitterligt repræsenterer den overflade af fedt tertiært ler som boringsoplysningerne tyder på - at prækvartærkortet for det TEM kortlagte område er blevet meget mere detaljeret end både Kort over koten for den dybe gode leder og Prækvartærkort baseret udelukkende på boringer Endvidere har anvendelsen af TEM i udvalgte områder betydet en forstærkning af modellen ifht hvis der alene var anvendt boringer Men anvendelsen af TEM som enkeltstående sonderinger har dog også været meget selektiv under stor hensyntagen til metodens begrænsninger og fordele PACES sonderingerne fra området er foreløbig hovedsagelig anvendt til revision af amtets lertykkelseskort for området Dette er sket ved manuelt at sammenstille isopachkort udledt fra 3-D geomodellen med tolkede lertykkelseskort fra den fladedækkende PACES kortlægning Emner til eventuel debat: Se nederst INDLEDNING I forbindelse med opstilling af 3-D geologisk model for Assens Indsatsområde og området heromkring (i alt ca 400 km2) er der udover boringsoplysninger anvendt TEM og PACES sonderinger De over 30 profiler er placeret så alle litologisk bestemte boringer og stort set samtlige TEM sonderinger er indlæst på stavform (søgeradius 125 m), mens halvdelen af PACES sonderingerne er indprojiceret på profilerne PACES sonderinger er i henhold til DHI's anvisninger nemlig projiceret ind på profilerne i et særligt format, hvor tolkede modstande på profilerne er vist ved en modstand - visuelt en farvet prik - for hver 5 m dybde Ved denne fremgangsmåde bevarer PACES sonderinger ikke UTM koordinaterne Den digitale geologiske model (GeoEditor) er i henhold til GEUS' konceptuelle model for Fyn inddelt i 9 gennemgående hydrostratigrafiske lag Laginddelingen og tolkningsarbejdet er foregået ved tolkninger langs profiler, hvor lagtolkningspunkterne bevarer boringernes eller TEM sonderingernes UTM x, y 4

5 koordinater og laggrænsernes z-koordinat Det er tilstræbt at anvende så få tolkningsstøttepunkter som muligt (tolkningspunkter uden for boringerne/tem sonderingerne) for herved at undgå at tolkningen bliver for subjektiv De ca 450 stk TEM sonderinger er udført langs med 12 "linier" i et ca 70 km2 delområde nær Assens (orienterende kortlægning), mens PACES sonderingerne (i alt stk) er udført som en fladedækkende detailkortlægning i et ca 50 km2 stort område inden for TEM kortlægningsområdet (den mest sårbare del af Assens Indsatsområdet) TEM På grundlag af en integreret tolkning af TEM sonderinger og boringsoplysninger (generelt god overensstemmelse mellem dyb god leder og overfladen af vurderet faststående fedt ler - Lillebæltsler) er der introduceret et 10 lag, nemlig prækvartæroverfladen Det hidtidige prækvartærkort, som udelukkende var baseret på boringsoplysninger og inddelt i 25 m koteintervaller, gav indtryk af en svagt hældende, men formodentlig relieffattig overflade Det nye/reviderede Boringsog TEM tolkede prækvartærkort udviser, i lighed med det forudgående kort over koten for den dybe gode leder, en langt mere nuanceret og geologisk set mere realistisk overflade karakteriseret ved markante sammenhængende dalstrukturer, højtliggende erosionsrester og plateauer mm Dvs helt i overensstemmelse med andre kortlægningsresultater fra især Østdanmark TEM sonderingerne er i den digitale geologiske model derudover anvendt som tolkningspunkter under hensyntagen til metodens begrænsninger, bla: stor usikkerhed i den øvre lagserie (dog er sonderingerne anvendt i områder, hvor der er god overensstemmelse med den geologiske opfattelse af området, feks forholdsvis lave modstande i den øvre lagserie i områder med tykt morænelerdække) vanskeligheder med "opløselighed" af lagene og dette gradvist vanskeligere ved større og større dybder resulterende i at flere endda relativt tykke geologiske lag tolkes med én til to gennemsnitsmodstande - i sådanne områder er sonderingerne ikke anvendt hvis boringer fra et givet område eksempelvis viser silt eller tørt moræneler, men sonderingen rettelig er tolket med høje modstande, anvendes sonderingen ikke PACES De indprojicerede PACES sonderinger - som nævnt vist som farvede prikker for hver 5 m dybde - er kun i ringe grad anvendt som tolkningsstøttepunkter, primært fordi at "de farvede prikker" jo ikke er indlæst som "fixpunkter", hvorfor tolkningsstøttepunkter som følge heraf ikke bevarer sonderingernes UTM x, y koordinater Tolkningsstøttepunkterne kan med den valgte, endda forholdsvis lille, projiceringsradius ligge helt op til 250 m fra de indlæste boringer, hvilket er uacceptabelt i en geologisk model, der skal anvendes i zoneringsøjemed, dvs på matrikelniveau PACES kortlægningen er således først rigtig kommet i spil ved en efterfølgende "manuel" sammenstilling mellem den maskinkonturerede geologiske model og med PACES afledte/tolkede overfladekort Inden for det PACES kortlagte område er der på denne baggrund foretaget en foreløbig revision af amtets lertykkelseskort 5

6 Grunden til at PACES sonderingerne er indprojiceret og ikke indlæst er den simple, at datamængden i første omgang vurderedes for stor (ca sonderinger), hvilket vurderedes bla at ville gøre en i forvejen tung programafvikling endnu tungere (læs: umulig) 3-D HYDROSTRATIGRAFISK MODEL De tolkede laggrænsepunkter og tolkningstøttepunkter er efterfølgende valideret, korrigeret og sluttelig kontureret i cellestørrelser på mellem 125x125 m og 500x500 m og anvendes pt som det hydrogeologiske skelet i en grundvandsmodel, der er ved at blive opstillet for området Konturerede middelmodstandskort fra PACES kortlægningen anvendes til en "zonering" af de øvre lag i grundvandsmodellen NYE BORINGER Pt udføres en større borekampagne (8 stk) inden for den mest sårbare del af Indsatsområde Assens Formålet med boringerne er mangeartede, men et af delformålene er bla verificering af tolkninger udledt på grundlag af de geofysiske kortlægninger (bla udføres flere af boringerne inden for de tolkede prækvartære dalstrukturer) Af samme grund skal samtlige boringer logges ved et "fuldt" logging program, dvs gamma, fokuseret resistivitet, induktion, fluid temperatur og resistivitet, porøsitet og kaliper Bore- og loggingkampagnen forventes overstået medio december 6

7 KORTLÆGNING AF LANDSKABSFORMER OG FLAGESTRUKTURER PÅ FYN Gunnar Larsen, Fyns Amt, Grundvandskontoret LANDSKABSFORMER Til kortlægning af den danske landoverflades jordarter har man traditionelt brugt 1 m jordspyd Men ved brug af den elektromagnetiske EM 38 -metode kan man få en mere nøjagtig fordeling af jordarterne Det kan bla bruges til vurdering af nitratudvaskning, til skovrejsning, landmandens differentierede gødskning og sprøjtning samt til kortlægning af teglværkernes lerressourcer Fyns Amt har foretaget en kortlægning af landskabsformer med fed moræneler og smeltevandsler, for at få en total opgørelse over regionens lerressource til teglfremstilling Der blev lavet en sammenligning af spydkartering/flyfototolkning og EM 38 -målinger Resultatet viste, at EM38 -målingerne er gode til at kortlægge landskabsformer med diffus afgrænsning, og moræneflader som veksler mellem sand og ler over korte strækninger Derimod er spydkartering/flyfoto hurtigere, nemmere og billigere til at kortlægge skarpt afgrænsede landskabsformer med smeltevandsler FLAGESTRUKTURER Store dele af det danske område er præget af flager, folder og forkastninger der er opskudt af gletsjere under istiderne, eller dannet ved neotektonik Derfor kan det være svært at korrelere mellem boringer, eller få planparallelle lagtolkninger i geofysiske målinger til at passe med virkeligheden Det kan så igen medføre fejl i de konceptuelle geologiske modeller og dermed i de hydrodynamiske strømningsmodeller En metode til at finde flagernes antal og retning er at se på landskabsformerne En anden er at se om lagfølgen gentager sig ned gennem en boring En tredje metode er at se efter flagestrukturer i MEP-profiler eller den vandrette fordeling af jordlagene i PACES Fyns Amt foretog en kortlægning med PACES og boringer i et område på Tåsinge, for at finde egnede palæogene lerarter til råstoffet bentonit PACES viste et bælte af opskudte flager, og boringerne bekræftede dette Datering af lagene gav antallet af mulige flageopskydninger Den geologiske dannelsesmodel blev brugt som forudsigelse til flageopskydningernes retning og type, og blev verificeret med PACES og boringer På Ærø foretog Fyns Amt MEP-kortlægning som en del af indsatsplanlægningen Profilerne synes at vise uforstyrrede Eem-aflejringer, der overlejres af flager af Eem-ler 7

8 KOMBINERET INVERSION AF MEP OG SEISMIK DATA MED BORINGSOPLYSNINGER SOM A PRIORI Roger Wisén, Lund Tekniske Højskole Elektriska och seismiska geofysiska mätmetoder i kombination med borrhålsinformation är ett kraftfullt verktyg som vunnit ökad acceptans i geotekniska förundersökningar Vi visar att det är möjligt att göra samtidig inversion av resistivitets och ytvågsseismisk data med a priori information från tex borrningar eller refraktionsseismik Det här tillvägagångssättet tillför ett betydande värde till den geofysiska databearbetningen En egenskap hos denna typ av databearbetning är att den slutliga modellen är framtagen från alla tillgängliga användbara geofysiska och geotekniska data Därmed behålls en hög grad av objektivitet längre i tolkningsprocessen än om flera separata modeller skall samtolkas Ett datasätt på vilket detta tillvägagångssätt testats kommer att presenteras här Genom detta exempel redovisas tydligt nyttan i att göra samtidig inversion av olika typer av data De geofysiska metoderna som använts är CVES (Continuous Vertical Electrical Sounding) resistivitetsmätningar och MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) 8

9 KOMBINERET TOLKNING AF MEP OG TEM DATA Nikolaj Foged og Esben Auken, GeoFysikSamarbejdet Efterhånden er mange områder i Danmark kortlagt med både elektriske (DC) og transiente (TEM) data Da begge metoder er følsomme overfor modstansvariationer i jorden, er det oplagt at samtolkede to data typer Ved samtolkningen opnås en mere detaljeret og sikker beskrivelse af modstandsforholdene, ide man udnytter begge metoders styrker i bestemmelsen af modstande og laggrænser På temadagen præsenteres og diskurteres tolkningsresultater fra samtolkningen af MEP (gradient array) og TEM data indsamlet ved Tinning vest for Århus Datagrundlaget er tre MEP-profiler udført på tværs af en begravet dal samt ca 20 HiTEM sonderinger Data er samtolket langs de tre profiler i LCI (Laterally Constrained Inversion) formuleringen Ved LCI-tolkning bindes MEP og TEM modeller sammen langs profilet og tolkningsalgoritmen bestemmer efterfølgende den bedste geofysiske model der tilpasser alle data I tolkningerne er der bla eksperimenteret med afstands- og dybdeskalering af de laterale bånde Resultatet fra samtolkningen viser, at der opnås en væsentlig bedre bestemmelse af laggrænser og resistiviteter ved samtolkning end ved tolkning hver for sig Dette er udpræget for de dybere dele af MEP profilet, der i høj grad får information fra TEM sonderingen til at fastlægge både modstande og laggrænser 9

10 FRA GEOFYSIK TIL NUMERISK MODEL Rolf Johnsen og Carsten Reiter, Vejle Amt Opstilling af geologiske modeller til anvendelse i 3D grundvandsmodeller kræver at man udbreder sin geologiske viden fra 2D geoprofiler og 2D geofysiske fladekort og tilpasser dem til et 3D grid Opstillingen af modellerne kan udføres på flere måder I Vejle Amt er vi i øjeblikket i gang med at opstille modeller ved to forskellige metoder Den ene model er opstillet ud fra det traditionelle lagkageprincip, hvor der er tolket et antal profiler i to forskellige retninger og opstillet højdemodeller for gennemgående lag Derudover er området gennemgået for begravede dale og der er udført lithologiske tolkninger for disse Højdemodellerne er indlæst direkte i grundvandsmodellen Den anden model er opstillet i et grid med ens størrelse celler, en såkaldt pixelmodel Til opstilling af de geologiske strukturer er alle boringernes lithologier samt TEM sonderinger fra området omsat til hydraulisk ledningsevne, dernæst er disse kontureret i de enkelte niveauer De enkelte fladekort som indlæses i modellen kontrolleres og korrigeres ud fra den geologiske forståelse man har via typeprofiler og geofysiske middelmodstandskort for området Begge modeller er opstillet i Modflow Der gennemgås hvordan geofysikken er inddraget i de to eksempler Desuden hvordan de begravede dale er implementeret i modellen Derudover vil der til sidst ses på de fordele og ulemper der har været ved de forskellige setups 10

11 DE GEOLOGISKE FORHOLD PÅ LOLLAND BASERET PÅ EKSISTERENDE GRAVI- METRI OG OLIESEISMIK KOMBINERET MED NYE GEOFYSISKE UNDERSØGELSER Henrik Olsen (Cowi), Carsten Ploug (Cowi) og Ejner Nielsen (Storstrøms Amt) De geologiske forhold på Lolland er præget af salttektonik og forkastningsaktivitet, som muligvis har foregået helt op til og ind i Kvartær Cowi foretager i øjeblikket en geofysisk kortlægning på Lolland for Storstrøms Amt Formålet med kortlægningen er at opstille geologiske modeller, som skal anvendes dels til at udpege og afgrænse grundvandsmagasiner, dels til at vurdere saltvandsproblematikker og dels til opstilling af en grundvandsmodel for hele Lolland Et væsentligt element i projektet er anvendelse af eksisterende gravimetriske data og mere end 20 år gamle seismiske data fra olieefterforskning i området Der eksisterer 450 km olieseismiske data fra Lolland Disse bliver tolket ligesom tidligere tolkninger af seismikken anvendes På basis af den seismiske tolkning foretages der en gravimetrisk analyse, hvor det gravimetriske respons fra de overfladenære geologiske formationer søges ekstraheret Dette danner basis for en vurdering af relative tykkelsesvatiationer af paleocæn ler og kvartære sedimenter Kortlægning af dybereliggende geologiske horisonter fra de olieseismiske profiler bliver endvidere anvendt til at estimere udbredelsen af de terrænnære forekomster af paleocæn ler Der foretages derudover seismisk kortlægning af de paleocæne og kvartære sedimenter og deres relation til den dybereliggende geologi Desuden suppeleres med MEP og TEM til detailkortlægning af den overfladenære geologi og kortlægning af saltvandsgrænsen Projektet pågår i øjeblikket, og dugfriske resultater vil blive præsenteret på det stade, som undersøgelsen er på ved mødets afholdelse 11

12 GEOLOGISK TOLKNING AF GEOFYSIK MED HENBLIK PÅ BESTEMMELSEN AF ET OMRÅDES NITRATSÅRBARHED Jens Dyrberg, Watertech I forbindelse med igangværende projekter for en række amter har WaterTech udarbejdet et koncept til vurdering af nitratsårbarheden for et givet område I disse projekter er flg datatyper sammenstillet: Geologisk model (opstillet i Geo- Base), geoelektrisk kortlægning (i dette tilfælde slæb), geokemi (visualiseret med ChemBase) Konceptet kan uden problemer udvides med andre geofysiske datatyper samt andre tilgængelige data for et givet område Koblingen mellem slæbegeoelektrik og geologi tager udgangspunkt i flg databehandling: Der opsættes en række geologiske profiler (antallet afhænger af område,kortlægningsgrad og datatæthed) Profilerne tolkes Det vurderes hvordan forskellige datatyper (fx TEM,slæbegeoelektrik, boringer) vægtes Dette kan fx afhænge af datakvaliteten, omboringen er DGU-beskrevet osv Lertykkelsen over magasinet vurderes langs tolkede geologiske profiler i samme intervaller Krydspunkter tjekkes Der udarbejdes et arbejdskort med dette tema samtlertykkelsen på baggrund af slæb Ud fra en fastsat grænsemodstand (denne kan fx fastsættes vha GGG) omsættes den slæbegeoelektriske kortlægning til en lertykkelse i flg intervaller 0-10, og m Der udarbejdes et arbejdskort med dette tema Der udarbejdes et samlet kort med lertykkelsen baseret på de to temaer Her inddrages boringer der ikke er projiceret ind på profilerne og uoverensstemmelser mellem de to temaer tjekkes Kortet kan sammen med grundvandskemi og anden information bruges til at lave et nitratsårbarhedskort Proceduren vil blive illustreret fra et afrapporteret eksempel 12

13 MULTIDISCIPLINÆR HYDROGEOLOGISK KORTLÆGNING Flemming Effersø, Hedeselskabet Som planlægningsgrundlag for indsatsområderne indgår ofte en geofysisk kortlægning i opstilling af den hydrogeologiske model Bag titlen gemmer sig et eksempel på et undersøgelsesforløb i et ca 10 km2 stort OSD-område syd for Glyngøre i Viborg amt Indledningsvis blev der iværksat en traditionel TEM-kortlægning til afdækning af grundvandsmagasinerne Resultaterne af denne kortlægning bekræftede tilstedeværelsen af det større grundvandsmagasin langs med Sallingsund, men afslørede samtidig at der gennem løber en langstrakt lerstruktur, der må forventes at virke bremsende på grundvandsstrømningen Forekomster af glimmerler vanskeliggjorde fortolkningen af de geofysiske data, og en række undersøgelsesboringer og borehulslogs blev inddraget for at revurdere fortolkningen af den geofysiske model 13