MinBaS II

Mineral•Ballast• Sten Område 1 Rapport nr 1.1:1

MinBaS II område nr 1 Produktions- och Processutveckling

Delområde nr 1.1 Nya förundersökningsmetoder, materialkarakterisering och täktplanering.

Georadar som prospekteringsverktyg inom MinBaS-området nr 1.1:1 Förstudie – Georadar som

prospekteringsverktyg inom MinBaSbranscherna.

Förstudie – Georadar som prospekteringsverktyg inom MinBaS-branscherna.

Olof sandström, Caliterra AB

Malmö Januari 2011

Förstudie – Georadar som prospekteringsverktyg inom MinBaS-branscherna.

Av Olof Sandström1

IntroduktionProspektering inom MinBaS innebär oftast ytnära fyndighetskartering som berör de översta 10 – 100 meterna av berggrunden. Då det utvunna materialet ofta är en produkt med relativt lågt värde finns ett behov av att hela tiden hålla kostnader nere och ha en hög effekt på det genomförda arbetet. De ekonomiska toleranserna är låga och för varje investerad krona behöver man få ut maximalt med information.

Georadar (GPR, Ground Penetrating Radar) är en snabb, relativt billig och passiv teknik som använder sig av materials dielektriska egenskaper. Metoden går ut på att skicka elektromagnetiska radiovågor i materialet (marken) och mäta den reflekterade energin. Normalt används frekvenser mellan 10 och 10000 MHz. För mark- och berg är spannet mellan 50 och 1500 MHz vanligast. GPR används på ett antal material som jord, berg, is, betong, cement, asfalt, vissa metaller och även inom biologin för att detektera trädrötter och rötskador i trädstammar. Områden som använder sig av GPR är bl.a. arkeologi (ex. Jol 2009, kap 15, Persson 2005) , materialvetenskap, mark- & miljövetenskaper, geologi, hydrogeologi (Pueyo et al 2009, Williams 2008), arborister (Stokes et al 2002, Morelli et al 2007,Butnor et al 2001), geoteknik, glaciologi (Jol 2009, kap 12), minsvepning (Jol 2009, kap 14), forensik (Murray 2004), geofysik (ex. Savadis et al 1999), vägbeläggningar (Jol 2009, kap 13), betongkonstruktioner och fasader (Denis et al 2009).

Vad du ser med GPR beror på flera faktorer. Generellt gäller att material med hög konduktivitet som leror och salthaltiga jordar släcker ut signalen. Täta material som finkorniga graniter kan också begränsa framför allt penetrationsdjupet. Höga frekvenser ger hög upplösning men oftast ett mycket begränsat penetrationsdjup. Låga frekvenser ger ett relativt stort djup med låg upplösning. Vattenhalt kan både hjälpa och stjälpa, beroende på målet med undersökningen.

I lerfri sand kan man nå stora penetrationsdjup på mer än 50 meter (Bristow & Jol 2003). I porösa kalkstenar har djup ner till ca 15-20 meter nåtts med begränsad upplösning (baserat på egen erfarenhet).

Idén med denna förstudie är att visa på potentialen hos främst GPR, men även Radiomagnetotellurik (MRT), som ett verktyg för MinBaS-branscherna. Rapporten innehåller en litteraturstudie om hur GPR använts med relevans för prospektering och produktionsplanering inom MinBaS-området, en kort presentation av RMT-tekniken och dess användning, en kortare utvärdering av tillgängliga data från tre olika kalkstensfyndigheter, slutsatser som kan dras från det presenterade materialet och slutligen ett projektförslag till ett eventuellt fortsatt MinBaS Innovation.

LitteraturstudieInom MinBaS-området finns endast ett fåtal artiklar som berör prospektering och användande för produktionsplanering med hjälp av GPR. Vanligast är att använda GPR för kartering av grundvatten

1 Kontakt: olof@caliterra.se, www.caliterra.se.

1

och jorddjup.

Litteratursökning har skett på internet med Google, Creative Commons mfl och genom databassökning i DOAJ (Directory of Open Access Journals), Sunet och dissertations.se. Kontakter har också tagits med personer och institutioner som jag vet sysslar/har sysslat med georadar i kombination med prospektering.

Litteratur i referenslistan markerade med * är sk Open Access -artiklar vilka är fritt tillgängliga på internet, dvs dessa är publicerade i Open Access tidskrifter och kan laddas ner på respektive tidsskrifts/organisations hemsida.

BergmaterialVäldigt få studier har genomförts med avsikt att prospektera berggrund för bergmaterial med hjälp av georadar (Fondelius 2006). Största användningen har man för prospektering av morän- och grustäkter (ex. Fondelius 2006, Lucius et al 2006) och kontroll av bärlager och makadambeläggningar för järnvägar och vägar (Jol 2009, kap 13).

Berg – Fondelius (2006) konstaterar att GPR är användbart för prospektering av bergmaterial från bergtäkter, då i kombination med traditionell teknik som borrningar. I detta examensarbete undersöktes en bergtäkt med en 50 MHz antenn och en 250 MHz antenn. Den antennkonfiguration som lämpade sig bäst för undersökningar i berg för bergmaterial var i detta fallet en 50MHz antenn.

Med en lågfrekvent antenn kan ett acceptabelt penetrationsdjup nås. Dock på bekostnad av upplösning, så endast större strukturer och bergartsgränser är detekterbara.

Figur 1. Bergtäkt för bergmaterialframställning. Av intresse för georadar är spricksystem, vattenföring, olika zoner, bergartsgränser, strykning och stupning och jorddjup. (Foto av O. Sandström).

2

Morän – För prospektering av inte alltför lerig morän fungerar GPR bra. Genom att kombinera lägre frekvenser (50-100 Mhz) med något högre (200-400 Mhz) kan man få information om djup och blockighet (Fondelius 2006, Lecomte 2008).

Naturgrus – Inom kvartärgeologin är det för fluviala system som man oftast använt georadar Bristow & Jol 2003). Exempel på sådana system är rullstensåsar och gamla flodfåror, vilka är mycket viktiga källor för naturgrusbrytning (Fig 2). Naturgrus är 'klassisk' mark för GPR-projekt och en betydande mängd forskning och undersökningar har publicerats inom främst modellering av fluviala system (se Jol 2009 för ytterligare referenser).

Figur 2. Exempel på en naturgrustäkt där brytning sker i ett gammalt fluvialt system (ex. Rullstensås. Foto av O. Sandström).

StenindustrinInom stenindustrin behövs främst kartering på sprickförekomster och dessas utbredning. Med georadar kan man kartera sprickförekomster i vissa bergarter som graniter (ex. Loudes 2008), gnejser, kalkstenar (ex. Sigurdsson & Overgaard 1998) och dolomiter. Det som kan vara problematiskt är främst lerstenar, skiffrar och täljsten (ex Loudes 2008) men även i dessa går det under vissa förhållanden att kartera sprickor.

Loudes (2008) undersökte två olika naturstenstäkter i Finland, en porfyritisk granit och en täljstensfyndighet. Granitfyndigheten innehåller öppna, vattenhaltiga sprickor som är svagt stupande till nästan horisontella, vilka ger ett mycket bra utslag med GPR. Även väldigt ytnära (ca 2m) vittringsytor som orsakats av spricksystemet kunde detekteras som s.k. enskilda objekt. Täljstensfyndigheten har en tät, brant stupande lineation/schizositet som går parallellt med sprickplanen och gör det svårt för georadarn att upptäcka sprickorna. Dock, horisontella och sub-horisontella sprickor syns tydligt. Loudes (2008) drar slutsatsen att GPR lämpar sig väl för en grov beräkning av sricksysten och sprickmönster. En 3D-visualisering av data ger en bra förståelse för sprickplanens utstäckning, men då behövs ganska täta mätningar.

3

Figur 3. Blockstensproduktion av kalkstenar. Kunskaper om sprickförekomster och sprickornas läge är viktigt för att kunna bryta effektivt. (Foto av O. Sandström).

MineralindustrinInom främst kalkstensindustrin har man använt GPR för prospektering (Aaltonen & Nissen 2002, Martinez et al. 1995, Martinez et al 1998, Sigurdsson & Overgaard 1998, Kruger et al 1996 Fig. 4). Det borde dock vara mycket möjligt att använda GPR inom flera industrimineralområden, ex. Kvartsiter, sandstenar (Martinez et al 1996), olivin, grafit, olika leror (detta trots att dessa släcker ut signalen – eller på grund av), kaolin m.fl.

Martinez et al. (1998) jämförde resulatet från en georadarmätning parallellt med en brottvägg i ett kalkstensbrott med en fotomosaik över just brottväggen. Man lyckades uppnå en ganska detaljerad korrelation mellan brottväggarna och radargrammen på både större strukturer och interna sedimentära strukturer som ex. korssiktning. Slutsatsen är att GPR är ofta en mycket användbar metod för sedimentär kalksten som komplement till konventionella prospekteringsmetoder som ex kärnborrning.

Martinez et al (1996) använde en högfrekvent GPR (500MHz) för att karaktärisera en fluvial sandsten och göra en 3-dimensionell tolkning. Resultatet var att man fick en betydligt högre upplösning av småskalig litostartigrafi (horisontnivå med interna strukturer) jämfört med ett typiskt borrprojekt. Nackdelen med så höga frekvenser är att penetrationsdjupet är endast ner till 5m. I kombination med en minipermeameter konstaterades också att GPR är användbart för att kartera permeabilitet (främst låg permeabilitet).

Figur 4. Georadarprospektering i en kalkstensfyndighet på Gotland. (Foto av O. Sandström).

4

Metoder och användningHur man lägger upp sin undersökning beror främst på syftet, men också till viss del på terrängförhållanden och på geodetiska förutsättningar. Förr behövdes ofta att man stakade ut linjer utefter vilka man sedan gick med mäthjul kopplat till radarn. Stakningen har sedemera ersatts av en gps som antingen kan styra radarn (ex Aaltonen & Nissen 2002, Fondelius 2006), eller fungera som ett komplement för att positionera mot mäthjulet (absolut vanligast).

Är antennen 100MHz – 500MHz kan gps-antennen monteras direkt på GPR-släden (Fig 5, Aaltonen & Nissen 2002). Vid högre frekvenser blir släden för liten och riskerar att bli för instabil, så man får då ha gps-utrustningen på ryggen (Fig. 7). Vid lägre frekvenser har man numera en slang som dras, vilket också omöjliggör en effektiv montering (Fig 6). Samma gäller att för frekvenser från 100MHZ och uppåt rekommenderas att man använder mäthjul för att styra GPR-signalen. Med slang går inte detta, utan då får man använda GPS-signalen för att styra georadarn (Aaltonen & Nissen 2002).

Figur 5. Exempel på en lösning med en 500MHz-antenn som styrs av ett mäthjul placerat bakom släden, med en gps som mäter in slädens position under mätsessionen. (Foto av O. Sandström).

Figur 6. Exempel på en lågfrekvent antenn som monteras på en slang. Här är det gps-signalen som styr GPR-mätningen. GPS-utrustningen monteras på ryggen. (Bilden är hämtad från Malå Geoscience hemsida, www.malags.com).

Figur 7. En lösning med en 800MHz antenn med antennen monterad på släden och gps-mottagaren i en ryggsäck. Normalt blir detta för instabilt och man behöver även ha antennen på ryggen. I denna lösning styrs GPR-mätningen av ett mäthjul. (Foto av O. Sandström).

RMT (Radiomagnetotellurik)RMT är en elektromagnetisk metod som, i Sverige, använts främst av SGU (Sveriges geologiska undersökning) för att kartera bland annat grundvattenförekomster, sulfidhaltiga sediment samt karaktärisering av sprickzoner i berggrunden (Sohlenius et al 2007 och Pedersen et.al. 2005). Med RMT-metoden mäter man markens skenbara resistivitet med hjälp av signalen från avlägsna radiosändare i frekvensomfånget 15-150 kHz (VLF och LF-bandet). Vid mätning registreras både det elektriska och magnetiska fältet varigenom markens elektriska resistivitet kan bestämmas.

5

Djupkänningen är, i likhet med markradar, beroende av frekvensen, där högre frekvenser ger mer ytnära och detaljerad information och lägre frekvenser tränger djupare ner i marken. Genom att använda sändare inom ett brett frekvensområde kan man på så sätt få en bild av hur markens resistivitet varierar med avseende på djupet.

Djupkänningen är även beroende av markens elektriska resistivitet och inom områden med stora lermätigheter är djupkänningen begränsad till ett tiotal meter. Inom kristallin, sprickfattig berggrund kan djupkänningen uppgå till ett hundratal meter.

Figur 8. Exempel på en uppställning av en RMT-mätning. Instrumentet på bilden, EnviroMT, är utvecklat vid Uppsala Universitet (Bastani, 2001, bilden är tagen från Sohlenius et al. 2007)

För berggrund har RMT använts på Gotländsk kalksten och märgel (Erlström et al 2008, 2009, Linde & Pedersen 2004a, 2005) och på graniter (Linde & Pedersen 2004b, 2005).

Linde & Pedersen (2004a, 2004b, 2005) undersökte om det går att använda RMT-metoden för att detektera sprickzoner och spricksystem i berggrund. Deras resultat visar att det är ett utmärkt verktyg för just detta förutsatt att det inte finns störningar i form av starkströmskablar i närheten.

RMT-metoden har på senare år visat sig speciellt användbar för att kartera områden med kalksten och märgel eftersom kalksten har betydligt högre resistivitet i jämförelse med märgel (Persson et al 2009). I den Gotländska berggrunden har man urskiljt märglar från revkalksten med RMT (Erlström et al 2009, Fig 9), samt vid File Hajdar även kunnat urskilja storkskaliga spricksystem i formationer med kalksten som ovanlagrar märgelsten (Linde & Pedersen 2004a). RMT-metoden är speciellt bra på att detektera elektriska ledare, som märgel och märgelsten. Man kan på så vis ganska enkelt skilja ut morfologin på ex revkroppar i den Gotländska berggrunden, ett exempel är fig. 9 där den norra delen består av högresistiva revkalkstenar med en mäktighet på ca 60 m (se Erlström et al 2009 för en beskrivning av fallet).

Den elektriska resistiviteten kan även ge en indikation om kalkstenens kvalitet. Mycket höga resistiviteter (>1000 Ωm) indikerar en ren, sprickfattig kalksten med låg märgelinblandning.

En RMT-mätning görs vanligtvis längs profiler med ett mätpunktsavstånd på 10 m. Vid lättframkomlig terräng är det möjligt att mäta upp till 1 km /dag (100 punkter). Under de senaste åren har ett nytt instrument, MFR (Multi Frequency VLF/LF receiver) utvecklats vid Uppsala universitet (Pedersen och Dynesius, 2008). Detta instrument är en vidareutveckling av RMT-tekniken och fördelarna med det nya instrumentet är bland annat att det är möjligt att göra kontinuerliga registreringar vilket medför att mätningen går betydligt snabbare i jämförelse med det

6

äldre RMT-instrumentet. Vid kontinuerlig mätning registreras enbart den magnetiska komponenten av det elektromagnetiska fältet, vilken framförallt ger information om brantstående sprickzoner i berggrunde. Det nya MFR - instrumentet kommer att testas inom ett SGU-finansierat internt forskningsprojekt under detta år.

Figur 9. Resistivitetsmodell från en RMT mätning på Gotland (Bilden är tagen från Erlström et al. 2009, Fig. 8). Bilden visar tydligt utbredningen av den lågresistiva märgeln och den högresistiva Revkalkstenen. Ytan ät ett utsnitt över samma område från flygresistivitetskartan (VLF) och visar en god korrelation med RMT-mätningen.

Magnusson (2008) använde sig av elektriska metoder som inducerad polaristation (IP) i kombination med elektriska resistivitetsmätningar för att kartera bergkvalitet. Vid elektrisk resistivitetsmätning skickas en ström ut i marken och spänningen uppmäts mellan två potentialelektroder varvid markens resistivitet kan bestämmas. I jämförelse med RMT-metoden ger resistivitetsmätning ofta en bättre upplösning på djup < 5m medan RMT-metoden ger bättre djupinformation och är därför mer användbar för kartering på större djup. Här kan det också vara av intresse att testa kombinationer av metoder för olika ändamål.

7

Utvärdering av tillgängliga dataMed tillgängliga data avses i detta fallet data från bidragande medlemsföretag och data/resultat från litteraturstudien. Det som finns tillgängligt från medlemsföretag är främst data från kalkstensfyndigheter i Dalarna, Värmland, Öland och på Gotland. Dessa utreds med avseende på dels, syftet med själva undersökningen och dels vad man i övrigt kan utläsa från radargrammen. Slutligen utreds möjligheter till utvidgning mot andra industrimineral.

DalarnaKalkstensfyndighet

Ordovicisk kalksten, sk. Bodakalk, sedimentär mound som är kraftigt tektoniserad.

Den Ordoviciska kalkstenen i Dalarna består av två typer, Kullsbergskalksten och Bodakalksten. Det är främst Bodakalkstenen som innehåller en tillräckligt ren sten för att kunna fungera som slaggbildare i stålindustrin. Både Bodakalkstenen och Kullsbergskalkstenen är kraftigt tektoniskt påverkat av meteoritnedslaget i Siljan (Fig. 10). Det är ofta tätt mellan förkastningar, lagerföljden är på många håll kaotisk, och man kan hitta lerskiffrar och t.o.m. graniter i kalkstenen där berggrunden har kastats upp och sedan hamnat i total oordning. För en mer detaljerad beskrivning av lagerföljderna och den senaste tolkningen av stratigrafin och depositionsmiljöerna runt Siljansområdet, finns detta beskrivet i Calner et al (2010) och Olsson (2009).

Figur 10. Vy från ena brottväggen i Osmundsberg. Längst till vänster syns en rest av den numera utbrutna revkalken som tillhör Bodakalksten (populärt kallat revmound). Revkalksten kan man också hitta i Kullsbergskalksten, men denna brukar inte vara av lika god kvalitet. Notera också hur förkastad lagerföljden är, vilket förstås betydligt försvårar en brytning. (Foto av O. Sandström).

Här har man använt sig av en 50MHz antenn vilket ger ett stort penetrationsdjup, men en ganska grov upplösning. Djup från markyta till bergytan har detekterats och större förkastningar/tektonik syns också ganska väl (Fig. 11). Data har inte kopplats med borrningar, men har använts för att ta fram var lämpliga borrningar bör utföras, samt även för att undersöka ”stripping ratio”.

8

Figur 11. Detalj med tolkning från en GPR-profil över Bodakalk i Dalarna utförd med en 50MHz antenn.

Löttorp, ÖlandKalksten

Ordovicisk kalksten sedimentär, lagrad saknar större tektonik.

Ölands Ordovicium består av lagrad kalksten som är i princip opåverkad av tektonik. En svag stupning på lagren åt öster gör att de äldsta lagerföljderna finns på den västra sidan av ön och de yngsta på den östra. För en mer detaljerad beskrivnig av Ölands gelogi, finns detta beskrivet i Stouge (2004).

Georadarundersökningen var främst riktad mot att finna grundvattenakviferer. Dock kan man ganska enkelt även urskilja gränsen mellan den lagrade ordoviciska kalkstenen och ovanliggande sandbankar (Fig. 12). Antennen som användes var en 200MHz antenn. Notera hur väl man ser den interna lagringen i både sanden och kalkstenen.

9

Figur 12. Detalj från en undersökning av grundvattenakviferer på Öland. Den röda linjen visar avgränsningen mellan ovanliggande sandavlagringar (=själva akviferen) och den underliggande kalkstenen.

Stucks, GotlandKalkstensfyndighet

Silurisk kalksten, sedimentär, lagrad, tektoniskt opåverkad.

Norra Gotland består huvudsakligen av lagrad kalksten och revkalksten där vissa områden har en kemisk och fysikalisk kvalitet som lämpar sig för industriella applikationer som slaggbildare vid ståltillverkning. Endast ett fåtal platser i Sverige har sten av denna kvalitet, vilket gör området extra viktigt ur sammhällsynpunkt (se Danielsson 2007). För en mer detaljerad beskrivning av Gotlands geologi, se Erlström et al. (2009) och Eriksson & Calner (2005).

I den här undersökningen hade man en övre kvalitetssten och en undre, inte lika ren kalksten. Dessa skiljs åt av ett lerlager (Fig. 13) som ganska tydligt kan detekteras med hjälp av georadar (Fig. 14). Utrustningen bestod av en Ramac X3M GPR med 100 Mhz skärmad antenn, kombinerad med en Datagrid Mk-1 bärvågs-GPS. Resultatet presenterades i ett 3D-GIS (Fig. 15) där man kan avläsa jorddjup och djup ner till den aktuella reflektorn, samt förstås, volymer.

10

Figur 13. Brytvägg i Stucks stenbrott som visar en övre kvalitet och en undre som skiljs av ett distinkt lerlager (streckad linje). (Foto av L. Gustafson).

Figur 14. Exempel på radargram från kalkfyndigheten på Stucks, Gotland. Den kraftiga reflektorn är ett lerlager som skiljer två kalkstenskvaliteter.

Figur 15. 3D-diagram över markytan och underliggande lerlager.

11

SlutsatserDenna förstudie visar att GPR och RMT är två verktyg som kan vara högst användbara vid en prospektering av såväl industrimineral som ballast och natursten. Följande slutsatser kan dras:

• GPR är mycket användbart för detaljerade undersökningar där högre upplösning krävs ner till ca 10 meters djup.

• GPR är även användbart på större djup (ner till ca 20-50 meter) där kraven på upplösning ej är stora.

• För bergmaterial är GPR ett utmärkt verktyg vid prospektering av naturgrus och moräntäkter. För bergtäkter är GPR användbart för att kartera större strukturer och bergartsgränser.

• Inom stenindustrin är GPR användbart för sprickkartering ner till 10-15 meters djup. Kvaliteten på resultaten beror dock på bergarten samt hur vertikala sprickorna är.

• I mineralindustrin har man främst använt GPR för undersökning av kalkstenar, men flera andra mineral är möjliga.

• RMT är en relativt snabb och effektiv metod för att bestämma resistivitetsvariationer i marken. Metoden har på senare är framgångsrikt används för karaktärisering av kalkstensfyndigheter men är även användbar för identifiering av större sprickor och sprickzoner i berggrunden.

• Ytterligare undersökningar på användbarhet och metodik krävs för att säkerställa vad som faktiskt går att tolka med GPR och RMT.

• GPR i kombination med RMT bör testas. Ett exempel där dessa båda metoder skulle kunna kompletera varandra väl är vid olika kalkstensundersökningar. Båda metoderna bör dock testas tillsammans på flera bergarter.

12

ReferenserAaltonen, J. & Nissen, J., 2002: Geological mapping using GPR and differential GPS positioning: a

case study. Proceedings of the Ninth International Conference on GPR, 207-210.

Bastani, M., 2001: EnviroMT- A New Controlled Source/Radio Magnetotelluric System Ph.D. thesis. Acta Universitatis Upsaliensis, Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 32.

*Bristow, C. S., & Jol, H. M., 2003: An introduction to ground penetrating radar (GPR) in sediments. Geological Society, London, Special Publications 211, 1-7.

*Butnor, J. R., Doolittle, J. A., Kress, L., Cohen, S. & Johnsen, K. H., 2001: Use of ground-penetrating radar to study tree roots in the southeastern United States. Tree Physiology 21, 1269-1278.

Calner, M., Lehnert, O. & Joachimski, M. 2010: Carbonate mud mounds, conglomerates, and sea-level history in the Katian (Upper Ordovician) of central Sweden. Facies 56, 157-172.

*Carreón-Freyre, D., Cerca, M. & Hernandez-Marin., M., 2003: Correlation of near-surface stratigraphy and physical properties of clayey sediments from Chalco Basin, Mexico, using Ground Penetrating Radar. Journal of Applied Geophysics 53, 121-136.

*Denis, A., Huneau, F., Hoerlé, S. & Salomon, A., 2009: GPR data processing for fractures and flakes detection in sandstone. Journal of Applied Geophysics 68, 282–288.

Eriksson, M. E. & Calner, M., (eds.) 2005: The Dynamic Silurian Earth. SGU Rapporter och meddelanden 121, 1-99.

Erlström, M., Persson, L., Sivhed, U. & Wickström, L. 2008: Regionala Kartor 1:250 000, Gotland. SGU Rapporter & Meddelanden 130, 132-142.

Erlström, M., Persson, L., Sivhed, U. & Wickström, L., 2009: Beskrivning till regional berggrundskarta över Gotlands län. SGU serie K 221, 66pp.

*Fondelius, S., 2006: Användning av georadar som hjälpmedel vid prospektering av grus- och bergtäkter. Examensarbete. Luleå Tekniska Universitet 2006:001 HIP, 31pp.

Jol, H. M., (ed.) 2009: Ground Penetrating Radar: Theory and Applications. Elsevier, 524pp.

*Kovin, O. N., 2006: GPR-investigations in Upper Kama Potash Mines. Unpublished report, Department of Geological Sciences and Engineering, The Missouri University of Science and Technology.14pp.

*Kruger, J. M., Martinez, A., and Franseen, E. K., 1996: A high-frequency ground-penetrating radar study of the Drum Limestone, Montgomery County, Kansas: Kansas Geological Survey Open-file Report 96-49, 17 p.

*Lecomte, I., Thollet, I., Juliussen, H. & Hamran, S-E., 2008: Using geophysics on a terminal moraine damming a glacial lake: the Flatbre debris flow case,Western Norway. Advances in Geoscience 14, 301-307.

Linde, N. & Pedersen, L. B., 2004a: Evidence of electrical anisotropy in limestone formations using the RMT technique, Geophysics 69, 909–916.

Linde, N. & Pedersen, L. B., 2004b: Characterization of a fractured granite using radio magnetotelluric (RMT) data, Geophysics 69, 1155-1165.

Linde, N. & Pedersen, L. B., 2005: Karaktärisering av sprickzoner med den nya EnviroMT-tekniken. FoU-seminarium vid SGU 9 mars 2005, Dokumentation. SGU-rapport 2005:7, 25-26.

13

*Loudes, H., 2008: Natural Stone assessment with ground penetrating radar. Estonian Journal of Earth Sciences 57, 149.155.

*Lucius, J.E., Langer, W.H., & Ellefsen, K.J., 2006: An introduction to Using Surface Geophysics to Characterize Sand and Gravel Deposits. U.S. Geological Survey, Open-File Report 2006-1257, 51pp.

Magnusson, M. K., 2008: Geoelectrical Imaging for interpretation of Geological Conditions Affecting Quarry Operations. Licentiate thesis, KTH Engineering Geology and Geophysics. 12pp.

*Martinez, A., Kruger, J. M., & Franseen, E. K., 1995: A high-frequency ground-penetrating radar study of the Plattsburg Limestone and Bonner Springs Shale, I-435/I-70 Interchange, Southwest Wyandotte County, Kansas. Kansas Geological Survey, Open-file Report 95-58, 52 p.

*Martinez, A., Feldman, H. R., Kruger, J. M., & Beaty, D. S., 1996: Three-dimensional characterization of a fluvial sandstone reservoir analog in northeast Kansas using high-resolution ground-penetrating radar. Kansas Geological Survey, Open-file Report 96-36, 30 p.

*Martinez, A., Kruger, J. M. & Franseen, E. K., 1998: Utility of Ground-penetrating Radar in Near-surface, High-resolution Imaging of Lansing-Kansas City (Pennsylvanian) Limestone reservoir analogs. Current Resesarch in Earth Sciences, Kansas Geological Survey, Bulletin 241, 43–59.

Morelli, G. F., Zenone, T., Teobaldelli, M., Fischanger, F., Matteucci, M. & Seufert, G., 2007: Use of Ground-Penetrating Radar (GPR) and Electrical Resistivity Tomography (ERT) to study tree roots volume in pine forest and poplar plantation . Proceedings of the 5th International Workshop on Functional-Structural Plant Models, 21:1-4.

Murray, R. C., 2004: Evidence from the Earth – Forensic Geology and Criminal Investigation. Mountain Press Publishing Company, 226p.

Olsson, H., 2009: Climate archives and the Late Ordovician Boda Event. Bachelor Thesis at the Department of Geology, Lund University. Examensarbeten i Geologi vid Lunds Universitet – Berggrundsgeologi, nr 244, 23pp.

Pedersen, L.B. & Dynesius, L., 2008: Final report on the Multi Frequency VLF/LF receiver (MFR) project, Department of Earth Sciences/Geophysics, Uppsala University.

Pedersen, L.B., Bastani, M. & Dynesius L.,2005: Ground water exploration using combined controlled source and radiomagnetotelluric techniques. Geophysics 70, G8-G15.

Persson, K., 2005: Integrated Geophysical-Geochemical Methods For Archaeological Prospecting. Licensiate Thesis KTH, TRITA-LWR.LIC 2027, 42pp.

Persson, L., Erlström, M., Bastani, M., & Pedersen, L. B., 2009: Airborne VLF measurement over the island of Gotland, Sweden. Extended abstract AEM2008, 5th International Conference on Airborne Electromagnetics, Haikko Manor, Finland, 28 – 30, pp. 4.

Pueyo O., Casas-Sainz, A. M., Soriano, M. A., & Pocovi-Juan, A., 2009: Mapping subsurface karst features with GPR: results and limitations. Environmental Geology 58, 391-399.

*Savaidis, A. S., Tsokas, G. N., Vargemezis, G. & Dimopoulos, G., 1999: Geophysical prospecting in the Akropotamos dam (N. Greece) by GPR and VLF methods. Journal of the Balkan Geophysical Society 2, 120-127.

*Sigurdsson, T. & Overgaard, T., 1998: Application of GPR for 3-D visualisation of geological and structural variation in a limestone formation. Journal of Applied Geophysics, 40, 29-36.

Sohlenius, G., Persson, L. & Batsani, M., 2007: Geofysiska metoder för at identifiera områden med

14

sulfidhaltiga sediment, slutrapport. SGU-rapport 2007:31, 44pp.

*Stokes, A., Fourcaud, T., Hruska, J., Cermak, J., Nadyezdhina, N., Nadyezdhin, V. & Praus, L., 2002: An evaluation of different methods to investigate root system architecture of urban trees in situ: 1. Ground Penetrating Radar. Journal of Arboriculture 28, 2-10.

Stouge, S., 2004: Ordovician siliciclastics and carbonates of Öland, Sweden. In: Munnecke, A. & Servais, T. (eds.): Early Palaeozoic Palaeogeography and Palaeoclimate. Erlanger Geologische Abhandlungen 5, 91-111.

*Theune, U., Schmitt, D. & Sacchi, M., 2005: Looking inside the Turtle Mountain: Mapping fractures with GPR. GSEG Recorder September 2005, 34-38.

*Williams, P. W., 2008: The role of epikarst in karst and cave hydrogeology: A review. International Journal of Speleology 37, 1-10.

15

Bilaga 1: Förslag på projekt till MinBaS Innovation

10 olika typer av berggrund undersöks med GPR och RMT. Syftet är att göra en så kallad ”Ground Truthing” (GT) av berget ifråga. En GT består i att man t.ex. mäter en geofysisk profil parallellt med en brottvägg för att kunna ha en referens till tolkningen av data. Uppmätta data tolkas först var för sig (GPR och RMT), jämförs och översätts sedan av referensen. Därefter kan man mäta ytterligare profiler med GPR och RMT som samtolkas oberoende av referensen, men som har någon form av facit i form av ytterligare en brottvägg eller en borrkärna. Varje radarmätning görs med flera frekvenser för att ta fram skillnader i respons, upplösning och penetrationsdjup för olika bergarter. RMT profilen bör placeras på ett sådant avstånd (ca 50 m) från brottväggen för att inte mätningen skall påverkas. På några lokaler görs även mätning med det nya MFR instrumentet. Fördelen med detta instrument är möjligheten till kontinuerlig datainsamling och att mätningen går betydligt snabbare. Möjligheten finns även att göra flera parallella profiler för att få en 3D bild av bergvolymen.

Ett flertal tester genomförs med två olika frekvenser på 10 täkter/fyndigheter med olika material. Frekvenserna 100MHz och 500MHz föreslås för GPR, då dessa tidigare har visat på en god mix av penetrationsdjup och upplösning. Total projektkostnad uppskattas till 1 216 KSEK i projektmedel för både RMT och GPR och 890 KSEK i egeninsatser från deltagande företag och organisationer.

Uppskattade kostnader:GPR:

10 täkter/omr à 30 000 SEK + ställkostnader på ca 10 000 SEK/plats 400 000 SEK

Sammanställning 10 st x 10 tim à 600 SEK/tim 60 000 SEK

RMT:

Planering, mätning och tolkning, 560 tim à 600 SEK/tim 336 000 SEK

Instrumenthyra 20 000 SEK

Resor, traktamenten mm 40 000 SEK

Analys, modellering, utvärdering, rapportskrivning mm ca 15v heltid 600 tim 360 000 SEK

Totalt kostnader projektmedel 1 216 000 SEK

Egeninsatser:Arbetsgrupp 10 personer, 5 möten 190 000 SEK

Borrkärnor 10 st, 50m à 1000 SEK/m 500 000 SEK

Karterade underlag & grundkartor 150 000 SEK

Assistans på plats, know-how mm 50 000 SEK

Summa egeninsatser (54% av total insats) 890 000 SEK

Totalt projektet exkl. moms 2 106 000 SEK

16

Tidplan:Fältarbete 20-30 dagar

Sammanställningar 15 dagar

Analys, modellering, utvärdering, rapportskrivning mm 75 dagar

Total tid (motsv heltid): 120 dagar

17