”Kerkkoo 2004”: Kiinteän maan geofysiikan kenttäkurssi

E. Piispa1, I. Öhman2, K. Karkkulainen3 J. Tammenmaa2, L.J. Pesonen1 T. Jokinen4 ja”Kerkkoo 2004” -ryhmä*

1 Geofysiikan osasto, Helsingin yliopisto, Helsinki, elisa.piispa@helsinki,fi2 Rakennus ja ympäristötekniikan osasto, Teknillinen korkeakoulu, Espoo

3 Seismologian laitos, Helsingin yliopisto, Helsinki4Geologian tutkimuskeskus, Espoo

Abstract

A new solid earth geophysics field course took place in the autumn of 2004 in Kerkkoo, southernFinland. The "Kerkkoo 2004" field course was organized in a joint co-operation betweenGeophysics Division of University of Helsinki, Institute of Seismology of UH, Department ofMaterials Sciences of the Helsinki University of Technology and Geological Survey of Finland.The aim of the course was to get the geophysics students (MSc or PhD-level) familiar withavailable geophysical field methods and instrumentations. The course also emphasized for thestudents how the field data are stored and used in interpreting the results. Eleven students fromthree institutes (Geophysics Division of UH, Institute of Seismology of UH and Geophysicslaboratory of DMS of HUT) participated. The course was given by experts from the organizinginstitutes. The content of the course consisted of (i) theoretical introductions, (ii) instrumentdemonstrations, (iii) practical field works and (iv) data processing and interpretations. Thegeophysical methods dealt with this first field course were: gravimetry, magnetics, seismic,electric resistivity, induced polarization and ground penetrating radar. As a prework for thecourse, a geophysical testline (700m N-S profile) was surveyed following the old profile ofLehtimäki (1980). Moreover, oriented hand samples from the outcrops along the profile werecollected and used to constrain the geophysical interpretations. Here we show some highlights ofthe activities during the field course.

1. JOHDANTO

Vuorimiesyhdistyksen Geologijaoston XIV Neuvottelupäivillä Rovaniemellä, Pekka Nurmi(GTK) teki ehdotuksen hankkeesta, jossa järjestetään geofysiikan kenttäkurssi yhteistyössäGTK:n, HY:n Geofysiikan osaston, HY:n Seismologian laitoksen sekä TKK:n Rakennus- jaympäristötekniikan osaston/Geoympäristötekniikan kanssa.______________________________________________________________________________* Ohjaajat: Seppo Elo, Taija Huotari, Tarmo Jokinen, Jukka Keskinen, Lauri Pesonen, Reijo Sormunen, JalleTammenmaa ja Heikki Vanhala. Taustatyö: Fabio Donadini, Pekka Heikkinen, Jukka Lehtimäki, Pekka Nurmi jaMarkku Peltoniemi. Opiskelijat: Romain Candela, Kati Karkkulainen, Emilia Koivisto, Minna Kuusisto, Antti Lakio,Marianne Malm, Elisa Piispa, Petra Roiha, Anna-Maria Tarvainen, Maaria Tervo ja Ida Öhman.

175

Päätettiin, että tällainen yhteistyössä järjestettävä kenttäkurssi on paitsi taloudellisesti edullinenniin myös synergiaa lisäävä yhteistyön muoto. Lauri Pesonen nimitettiin suunnittelemaan kurssiaja vetämään työryhmää, jonka muina jäseninä olivat Jukka Lehtimäki, Markku Peltoniemi jaTarmo Jokinen.

Motivointeja uuden kurssin järjestämiseksi:1. Geofysiikan opiskelijat ovat kauan toivoneet kenttäkurssia, erityisesti HY:n opiskelijat,

joilta vastaava kurssi puuttuu.2. Tällaisen osaamisen tarjoaminen sopii hyvin GTK:n uuteen strategiaan lisätä opetusta,

kuten mm. Geotieteiden evaluointikomitea toteaa raportissaan (Finnish GeosciencesEVALUATION RAPORT, 2003)

3. Kurssin ajoittaminen syksylle 2004 oli ajankohtaista, koska yliopistot parhaillaanmuokkasivat opetusohjelmiaan Bolognan sopimuksen mukaisiksi ja uusi kurssi saatiinluontevasti ohjelmiin sekä HY:ssä että TKK:ssa

4. Tuleva geofyysikkosukupolvi saa käytännön kosketuksen kenttämittausten suorittamiseenja instrumentteihin.

5. TKK:n ja HY:n opiskelijat tutustuvat toisiinsa ja oppivat ryhmätyötaitoja.

2. TOTEUTUS

Kurssi päätettiin pitää seuraamalla Lehtimäen vuonna 1977 mittaamaa testilinjaa (Kuva 1b)(Lehtimäki, 1980). Tämä sijaitsee Kerkkoossa, Porvoon lähellä (Kuva 1a). Alueelta oli vuonna1975 löydetty kuparipitoinen lohkare, joka käynnisti malmitutkimukset. Näissä tutkimuksissatehtiin geokemiallisia ja geofysikaalisia mittauksia ja porattiin kaksi kairareikää (Oivanen, 1976).

Kuva 1a. Kerkkoon sijainti Suomen kartalla. Kuva 1b. Perä-Pohjakan N-S suuntainen profiili (700m)geologisella kartalla Laitalan (1964) mukaan.

176

Vuonna 1977 Lehtimäki suoritti alueella lisätutkimuksia 700 m:n pituista N-S -suuntaistaprofiilia (Kuva 1b) pitkin ja vertasi tuloksia kairarei’istä otettuihin näytteisiin. Kenttäkurssiavarten linja paalutettiin uudelleen 1.10.2004 ja siitä mitattiin puuttuvat geofysiikan mittaukset(mm. painovoima). Linjalta otettiin nyrkkinäytteitä petrofysikaalisten ominaisuuksienselvittämiseksi (F. Donadini, L. J. Pesonen). Näin opiskelijoilla tulisi olemaan profiililta sekävanhat että uudet (omat) mittaustulokset.

Kurssin suunnitellut työryhmä päätti, että kurssilla käydään läpi sovelletun geofysiikanmittausmenetelmiä kiinteän maan geofysiikan näkökulmasta katsottuna. Näitä ovat mm.gravimetriset, magneettiset, sähköiset, sähkömagneettiset, IP- ja seismiset menetelmät sekämaatutkaluotaus. Maastomittaustekniikoiden lisäksi opiskelijat perehdytetään mittausprofiilinsuunnitteluun, mittalaitteisiin, maastomittausdatan keruuseen sekä datan prosessointiin.Opiskelijat myös tutustuvat profiilitulkintojen tekoon käyttäen apuna alueen geologista tietoamaa ja kallioperästä sekä kivistä määritettyjä petrofysikaalisia ominaisvakioita.

Kenttäkurssi ”Kerkkoo 2004” järjestettiin periodikurssina 10-15.10.2004. Kurssille valittiiin 11opiskelijaa, tasaisesti eri laitoksilta: HY/Geofysiikka 4, HY/Seismologia 4 ja TKK 3. Opiskelijatjaettiin ryhmiin pyrkien sekoittamaan saman laitoksen opiskelijat.

Kenttäkurssin logistiikka järjestyi lähellä profiilia sijaitsevan Prestbackan kartanon tiloissa, jonkahistoria ulottuu aina 1500 -luvulle asti. Tyyliltään päärakennus edustaa myöhäis-empireä (Kuva2). Isäntäväki, Merja ja MauriAnttila, majoitti kurssilaisetTiiläänjärven rannalla olevaanMörknäs -mökkiin japäärakennuksen lähellä sijaitsevaanvierashuoneeseen. Ruokailut olivatkartanon päärakennuksen tiloissa,lukuunottamatta kenttälounastaRuoat olivat aivan erinomaisia.Erikoisuutena pääsimme vieläviimeisenä iltana tutustumaanAnttiloiden maatilamuseoon sekänauttimaan normaalin saunan lisäksipuulämmitteisestä ulkoaltaastatähtitaivaan alla.

Kuva 2. Prestbackan kartano (Kuva: A. Lakio).

3. PÄIVITTÄINEN OHJELMA

Jokaisen työpäivän aloitti sen aihepiiriin (painovoimamittaukset, magnetometraus jne.)johdatteleva aamuluento. Luennoitsijoina toimivat mm L.J. Pesonen (kurssin johdanto japetrofysiikka), Seppo Elo (painovoimamittaukset), Tarmo Jokinen (magnetometraus), JalleTammenmaa (maatutkamittaus), sekä Tarja Huotari (sähköiset mittaukset). Tämän jälkeen

177

siirryttiin profiilille suorittamaan kunkin aiheen kenttämittauksia. Iltapäivällä mökille palattuasuoritettiin datan siirto/purku sekä käytiin läpi päivän mittaustulokset. Iltaisin tehtiin myösalustavia tulkintoja. Kunkin päivän vastuuryhmä piti päivän päätteeksi lyhyehkön seminaarinpäivän kulusta, tehdyistä mittauksista ja tulkinnoista.

4. RYHMÄTYÖT

Mittauksia tehtiin neljänä päivänä, joten opiskelijat oli jaettu neljän ryhmään. Kurssin suoritustapahtui ottamalla aktiivisesti osaa kaikkiin luentoihin ja mittauksiin. Iltaesitysten lisäksi kaikkiryhmät pitivät viimeisenä pitivät suullisen loppuseminaarin omista aiheistaan. Nämä noin 15minuutin pituiset esitykset toimivat pohjana kirjalliselle loppuraportille, joka oli käytännössälaaja työselostus, sisältäen mm. teorian, mittalaitteet, mittaukset, tulkinnat ja pohdinnat.Jokaiselle ryhmälle oli nimetty omat ohjaajat loppuraportin tekoa varten.

Ryhmät olivat:

1) Maanantai 11.10.2004, painovoimamittaukset (ryhmä ”Gravi”: E. Piispa & M. Tervo sekäohjaajat S. Elo & R. Sormunen).Ensimmäisenä mittauspäivänä tehtiin painovoimamittaukset Scintrex CG-3 Autogravgravimetrillä (Kuva 3a). Kokonaisuudessaan mitattiin 240 metrin mittainen pätkä profiilia pitkin.Vaadittavat korkeudenmääritykset tehtiin samanaikaisesti hydrostaattisella korkeuseromittariLEVA-20:lla. Mallinnus mittaustuloksista tehtiin ModelVision 4 –ohjelmalla. Tämän tulkinnantulokset ovat nähtävissä kuvassa 3b.

Kuva 3a. A. Lakio gravimetraamassa R.Sormusen ja M. Kuusiston seuratessavieressä. (Kuva: M. Tervo)

Kuva 3b. M. Tervon ja E. Piispan ModelVisionilla tekemätulkinta painovoima anomaliasta. Rasteilla merkitty viiva ontodellinen anomalia ja sitä myötäilevä viiva mallin aiheuttamaanomalia.

178

2) Tiistai 12.10.2004, magnetometraus ja sähkömagneettiset mittaukset (ryhmä “Magne”: K.Karkkulainen, A. Lakio & A.-M. Tarvainen sekä ohjaajat T. Jokinen & R. Sormunen).Toinen päivä aloitettiin asentamalla linjan läheisyyteen magneettinen maa-asema. Magneettinenanomalia (240 m) mitattiin Scintrex ENVI magnetometrillä. Tämä mittaus epäonnistuilaitehäiriöiden takia. Onneksi käytettävissä oli kuitenkin aikaisempi Tarmo Jokisen mittaamadata. Iltapäivällä suoritettiin onnistuneesti sähkömagneettisen anomalian mittaus (110 m)APEX:in MaxMin-tyylisellä Slingram-laitteistolla (horisontaalikelapari, useita taajuuksia).Onnistuneen sähkömagneettisen ja vanhan magneettisen datan tulkinta tapahtui ModelVision 4 –ohjelmalla.

3) Keskiviikko 13.10.2004, seisminen- ja maatutkaluotaus (ryhmä ”Seismo”: M. Kuusisto, R.Candela & P. Roiha, ohjaajat J. Keskinen & J. Tammenmaa).Seismiset räjäytysmittaukset (10 kpl) suoritettiin 75,5 n metrin mittaista linjaa pitkin käyttämälläheijastusseismistä menetelmää. Datan keruu tapahtui Terraloc Mark VI –vastaanottoyksiköstä ja24 geofonista koostuvalla laitteistolla. Seismisenä lähteenä käytettiin dynamiittia. Puoleträjäytysten rekisteröinneistä epäonnistui. Jäljelle jäänyt data tulkittiin ensin GRM-menetelmääkäyttäen ViewSeis-ohjelmalla ja myöhemmin tulokset laskettiin myös refraktioseismiikanperuskaavoja käyttäen. Maatutkamittaus tehtiin RAMAC/GPR vastaanottimella kolmea eri linjaapitkin. GPR–tulkinnoissa käytettiin apuna Ground Vision-ohjelmaa.

4) Torstai 14.10.2004, sähköinen luotaus ja IP-mittaus (ryhmä ”IP”: I. Öhman, E. Koivisto &M. Malm sekä ohjaajat T. Huotari & H. Vanhala)Viimeisen kenttäpäivänä oli vuorossa sähköinen resistiivisyysluotaus STING R1 mittarilla (254elektrodia) n. 280 metrin matkalta. IP efektin mittaus suoritettiin Scintrex IPR12 vastaanottimella(dipoli-dipoli eloktrodi konfiguraatio) ja Scintrex IPC-9/200W lähettimellä. Molemmatmittaukset tulkittiin RES2DINV –ohjelmalla.

6. LOPUKSI

”Kerkkoo 2004” oli ensimmäinen kiinteän maan geofysiikan kenttäkurssi (HY) ja onnistuierittäin hyvin. Kurssi otetaan vakiokurssiksi (pidetään joka toinen vuosi) HY:n ja TKK:ngeofysiikan osastojen opinto-ohjelmaan (Pesonen ja muut, 2004).

Suurkiitokset Prestbackan isäntäväelle eli Mauri ja Merja Anttilalle.

LÄHTEET

Huttula, T., (Editor), 2003, Finnish Geosciences EVALUATION RAPORT, + Liite, Publicationsof Academy of Finland 14/03, Painopörssi Oy, Helsinki, Finland, 88p. (+ Liite 19p.)

Laitala, M., 1964. Kokkola. Suomen Geologinen kartta 1:100 000: kallioperäkartta =Geological map of Finland 1:100 000: pre-Quaternary rocks lehti, sheet 3021.

179

Lehtimäki, J. 1976 (/1980). Kymmenen aluetta geofysikaalisten mittalaitteiden testausta varten.TKK:n vuoriteollisuusosastolla taloudellisen geologian ja sovelletun geofysiikanopintosuunta. DI työ, pp 9-20.

Oivanen, P., 1976. Selostus malmitutkimuksista Porvoon maalaiskunnan Perä-Pohjakanalueella vv. 1975-1976. Porvoon mlk., 6s.

Pesonen, L.J., Hjelt, S.-E., ja Peltoniemi, M., 2004. Uusia tuulia kiinteän maan geofysiikanopetuksessa ja tutkimuksessa. VMY:n Laivaseminaari, 2.-4.2., 2004, 4 s.

180