Geofysiska mätningar och visualisering för bedömning av heterogeniteters utbredning i en isälvsavlagring med betydelse för grundvattenflöde

Syftet med denna studie är att identifiera och undersöka heterogeniteter i marken, viktiga för hur grundvattnet rör sig i en mer lokal skala. Undersökningar av ett områdes geologi görs vanligen genom observationer i fält, kombinerat med studier av jord- och bergartskartor och dokumenterade provborrningar (borrprotokoll). Beroende på borrmetod erhålls varierande, men ofta god information om jordlagrens mäktighet och sammansättning. Då syftet med undersökningen är att få en generell bild av de geologiska förhållandena inom ett område kan detta vara tillräckligt. Då ett stort område ska undersökas blir ett omfattande borrningsprogram mycket kostsamt, varför geofysiska metoder kan vara ett bra komplement. Geofysiska mätningar ger information om markens fysikaliska förhållanden vilka avspeglar olika lagerenheter och dessas egenskaper. För att geofysiska mätdata ska kunna tolkas på ett bra sätt krävs emellertid en kombination av flera geofysiska metoder, kompletterade med borrningar för att till exempel mer exakt bestämma jordlagers mäktighet och djup till berggrunden – ett slags facit för de geofysiska undersökningarna. Hydrogeologiska beräkningar av den hydrauliska konduktiviteten ger en huvudriktning för grundvattenflödet som kan avvika från den sanna flödesvägen och bestäms av markens heterogenitet och anisotropi. Geofysiska mätmetoder kan därför vara potentiella komplement vid undersökningar och tolkningar av de här aspekterna. Studien visar att två-dimensionell resistivitets mätning kan visualiseras tre dimensionellt vilket är billigare och mindre tidskrävande. Ytterligare fördelar med den tredimensionella modellen är dess förmåga att visualisera geologi eller geofysiska mätresultat i flera dimensioner, vilket kan vara ett hjälpmedel vid tolknings arbetet. Detta kan vidare användas som ett verktyg i presentationssyfte för ökad förståelse. I undersökningsområdet, beläget i Skåne, upprättades sju parallella profiler för geofysiska mätningar, resistivitet, markradar (GPR) och självpotential (SP). Resultatet från resistivitet mätningarna överfördes till programmet Mining Visualization System (MVS) där de interpolerades och skapade en tredimensionell modell. Fördelen med programmet MVS är att statistiska analyser kan göras och att modellen kan visualiseras på många olika sätt. Detta ökar möjligheten att upptäcka heterogeniteter som kan påverka grundvattenflödet. Vidare, användes SP mätningarna för att bestämma grundvattenflödet inom det geofysiska undersökningsområdet. För att titta på den generella grundvattenströmningen inom området utfördes observationer i befintliga och nya grundvattenrör. Radarmätningar utfördes längs profilerna med avsikt att korreleras mot resistivitetsmätningarna för bestämning av djup till lagergränser, men nedträngningsdjupet blev för litet. Radar anses vara ett bra komplement till resistivitetsmätningar, men i områden som utgörs av lera eller andra finkorniga sediment bör antenner med lägre frekvens användas.Populärvetenskaplig sammanfattning: De kvartära landskapsformerna i södra Sverige skapades till stor del under och i samband med avsmältningen av den senaste inlandesisen. Skåne blev isfritt för ca 13 000 år sedan med en isavsmältning i nordvästar Skåne mot NO. I samband med denna avsmältning skapades ett småkuperat moränlandskap, plana slätter, mindre kullar och åsar. Åsarna har bildats av material som transporterades med smältvatten i isälvar under, ovanpå isen eller mellan kvarvarande isblock. Detta material utgörs främst av sand och grus, men beroende på flödet i vattendragen kan även finare material förekomma tillsammans med större sten. Uttagsmöjligheterna av grundvatten i isälvsmaterial anses normalt vara hög pga. den högre vattenledningsförmågan i jämförelse med t. ex. sorterade finkornigare material. Vatten i marken rör sig inte alltid den kortaste vägen utan där det är lättast att ta sig fram. I en isälvsavlagring kan sedimenten antas vara heterogena till följd av variationer i vattenflöden och mängden material som transporterades i isälvarna i samband med uppbyggnaden av isälvsavlagringarna. Vid beräkningar av grundvattenflöden i marken antas jordlagren vara homogena, vilket emellertid sällan eller aldrig är fallet. Syftet med föreliggande undersökning är att bedöma geofysiska mätmetoders lämplighet att upptäcka heterogeniteter i isälvsavlagringar som kan påverka det lokala grundvattenflödet. Vidare är syftet att skapa en tredimensionell resistivitetsmodell för lokalisering av jordlagers utbredning i flera dimensioner. Att upptäcka heterogeniteter kan vara viktigt inom t.ex. ett vattenskyddsområde där vissa skyddsåtgärder kan vara nödvändiga för att skydda grundvattentäkten. Vid en eventuell olycka inom ett vattenskyddsområde transporteras föroreningen med grundvattnet mot uttagsbrunnen. För att förhindra vattentäkten från att blir förorenad kan det vara viktigt att veta var den största risken är för en snabb transport av ämnet så att en förorening kan förhindras. Studien visar att det är främst markens resistivitet som kan lokalisera heterogeniteter i en jordlagerföljd. Den tredimensionella resistivitetsmodellen kan vara ett hjälpmedel för tolkning av jordlagrens utbredning i flera dimensioner. Radar kan användas för korrelation mot resistivitetsmätningarna, men vid denna studie användes för låg antennfrekvens och djupnedträngningen blev för liten för att resultaten skulle kunna jämföras mot resistiviteten. Borrningar är ett bra komplement till geofysiska mätmetoder då dokumenterad information kan användas som ett facit vid tolkningar av geologin.The purpose with this study is to identify and examine heterogeneities within the ground, which is important for the groundwater flow on a more local scale. Investigation of the geology within an area is normally done through observations in field, combined with studies of geological maps and documented drillings. Depending on drilling methods, varying results are obtained but often with a good result of the layer thickness and composition. When the purpose of the investigation is to obtain a general geological picture this could suffice. When a larger area is to be examined an extensive drilling program is expensive, why geophysical measurements can be a good complement. These measurements yield information about the physical condition within the ground, which reflects different geological layers and their features. A combination of different geophysical methods is sometimes necessary for interpretation of the results. Some complementing drillings may also be required for more accurate interpretations of the layer thickness and depth to the bedrock. Predicted groundwater flow from general hydrogeological calculations of the hydraulic conductivity gives an average flow direction that can substantially deviate from the true flow directions and paths, all depending on the degree of heterogeneity and anisotropy of the geologic media. Geophysical investigations can be shown to have great potential for the investigation and interpretation of groundwater flow in these aspects. In particular, this study shows that two-dimensional resistivity surveys can be transformed into three-dimensional visualization models and that such an approach is both time and cost effective in hydrogeological investigations. A three-dimensional model further has the advantage of clear and easy visualization aiding in analysis and interpretation. In a chosen survey area, situated in the south of Sweden, seven parallel profiles were constructed for two-dimensional geophysical measurements, such as resistivity, ground penetrating radar (GPR) and self-potential (SP). The results from the resistivity measurements were fed into the program Mining Visualization System (MVS) and interpolated to construct a three-dimensional model. The advantage of constructing a model in MVS is that statistic analysis can be conducted and that the model can be visualized in many different ways. This increases the possibility to detect heterogeneities which have an effect on groundwater flow. Furthermore, the SP method was used to determine the direction of groundwater flow within the investigated area of geophysical measurements. To determine the general groundwater flow, observation of groundwater levels was done in existing and new observation pipes. GPR measurements were made along the profiles and were supposed to be correlated to the resistivity, but the penetration was too small. GPR measurements have otherwise shown to be a good complement to resistivity measurements, but in areas with clay and fine-grained material antennas with lower frequencies are to be preferred