| Indhold |

Grundlæggende geologi og grundvand

Indholdsfortegnelse

1. Geologi og hydrogeologi

Formål og omfang

Kendskab til de geologiske forhold og bestemmelse af jordarternes egenskaber har stor betydning for vurdering af grundvandsforholdene omkring en boring og for en række tekniske installationer ved boringen.

Denne introduktion til Danmarks geologi og hydrogeologi giver en oversigt, som skal være baggrundsviden, når man arbejder med borearbejde i Danmark, dog vil principper og metoder godt kunne bruges i udlandet.

Litteraturen om Danmarks geologi og hydrogeologi er meget omfattende. Et udvalg af referencer er medtaget, især fokuserende på dansksproget litteratur.

1.1 Introduktion til Danmarks geologiske opbygning

Undersøgelser

Danmark er opbygget af jordarter og bjergarter, hvis alder strækker sig næsten 1.600 millioner år tilbage. I forbindelse med borearbejde til vandforsyning, råstoffer, geoteknik og belysning af miljøforhold strækker interessen sig sjældent længere ned end 300 meter under jordoverfladen og kun ved efterforskning efter olie, gas og geotermisk energi, når man længere ned med boringerne. Det betyder, at det især er aflejringer fra Kridt, Tertiær og Kvartær Perioderne, som skal omtales her, når der ses bort fra Bornholm, hvor der er helt specielle forhold.

Istider og isaflejringer

I det meste af Danmark består de øverste jordlag af istidsaflejringer og lag aflejret efter istiderne (Kvartær). Derfor vil man i langt de fleste undersøgelser først træffe disse aflejringer, og det er da også de kvartære aflejringer, der former terrænoverfladen, bortset hvor ældre lag er skudt op til terræn. De store gletschere, som dækkede Danmark i Kvartær Perioden, har især formet landet enten ved deres bevægelse hen over det eller ved hjælp af det smeltevand, der er løbet ud fra dem. Deres eroderende virkning ses i de store dale i Jylland, men også afsætning af moræneaflejringer og smeltevandsaflejringer har haft en landskabsdannende effekt. Senere har havet og vinden påvirket jordoverfladen ved erosion og aflejring, og denne påvirkning er stadig i gang. På Figur 1 ses fordelingen af de forskellige jordarter i 1 meters dybde. Mellem den ene meter og ned til 300 meters dybde er der en rig variation i jordarternes sammensætning, strukturer og lejringsforhold. Især de strukturelle forhold er af væsentlig betydning ved bestemmelse og kortlægning af de geologiske enheder, som er nødvendig i alle slags efterforskning.

Prækvartæroverfladen

Grænsefladen mellem de kvartære og tertiære aflejringer kaldes for prækvartæroverfladen, og et kort over denne ses på Figur 2. På kortet ses fordelingen af aflejringer fra Øvre Kridt og Tertiær, og en nærmere omtale af de enkelte tidsafsnits aflejringer følger nedenfor. På Figur 3 ses et kort over prækvartæroverfladens højdeforhold. Højdeforholdene er meget varierende, og overfladen er gennemskåret af mange dybe dale. Dybden ned til overfladen er væsentlig at kende ved fx grundvandsefterforskning.

Over de prækvartære aflejringer følger aflejringerne så fra istiderne og tiden derefter, de kvartære aflejringer.

Kort

Kort er vigtige hjælpemidler ved vurdering af de geologiske forhold, og de kort, som er baseret på boringsdata (fx geologiske basisdatakort), bidrager særligt, når man arbejder i et bestemt område. Udover boringer er oplysninger fra kystklinter, råstofgrave, vejarbejder og udgravninger (kaldet daglokaliteter) af stor betydning. På disse lokaliteter kan ses mange detaljer om lagenes lejringsforhold, både vertikalt og horisontalt, hvilket ikke er muligt ved boringerne. Boringerne går derimod langt dybere ned end de dybeste råstofgrave eller klinter.

Figur 1
Kort der viser fordelingen af jordarter i Danmark i 1 meters dybde. Oprindeligt trykt i målestoksforhold 1:200.000. GEUS.
  

Jordarter

De forskellige geologiske tidsafsnit består af jordarter/bjergarter med forskellige karakterer, som godt kan være fælles med andre tidsafsnit, men indholdet af dyr og planter viser ofte, hvor de skal placeres aldersmæssigt. Bestemmelse af jordartstyper og deres alder er derfor et samspil mellem viden om de geologiske forhold og en detaljeret undersøgelse af fx dyrerester. Det kræver ekspertviden at kunne besvare alle spørgsmål om en given jordprøve og ofte hjælp fra forskellige personer med forskellig ekspertviden.

1.1.1 Aflejringer fra Kridt og Tertiær

Inddeling

Ved boring efter grundvand, råstoffer eller geotekniske forhold kan man under de kvartære aflejringer træffe en lang række forskellige jordarter og bjergarter. Udenfor Bornholm nås i Danmark aflejringer fra den alleryngste del af Kridt Perioden eller fra Tertiær Perioden (Underinddelt i tidsafsnittene: Danien, Palæocæn, Eocæn, Oligocæn og Miocæn). Skemaet Figur 4 viser en oversigt over de forskellige enheder i Danmark. På kortet Figur 2, hvor de kvartære lag er fjernet, kan ses, hvordan fordelingen af aflejringer fra de forskellige tidsafsnit er i Danmark.

Skrivekridt fra Krid

Aflejringer fra Kridt Periodens yngste del består næsten udelukkende af kalkbjergarten skrivekridt, som indeholder fint, hvidt kalkslam i silt og lerfraktionerne. Skrivekridtet er næsten altid blødt og uhærdnet, men mere sammenhængende hærdnede lag kan forekomme. I skrivekridt lagene ligger tynde bånd af hård, hærdnet, sort flint dannet ud fra kiselsvampe. Desuden kan skrivekridtet indeholde mange dyrefossilrester. Skrivekridtet er dannet i et hav, som stort set dækkede hele Danmark på det tidspunkt. Skrivekridt kan fx ses ved jordfladen i de store kalkgrave ved Ålborg, hvor det graves som råstof. Desuden ses skrivekridt ved både Stevns og Møns klinter. Den imponerende Møns Klint består af store flager af det hvide skrivekridt, som er blevet skubbet op af istidens gletschere.

Figur 2
Kort over fordelingen af aflejringer ældre end istiderne (Kvartær Perioden). Grænsefladen kaldes for prækvartæroverfladen. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse.
   

Figur 3
Kort over prækvartæroverfladens højdeforhold baseret på oplysninger fra vandforsyningsboringer. Binzer & Stockmarr (1994).
  

Kalk fra Danien

Ved starten af Tertiær Perioden fortsatte aflejringen af kalksedimenter, og gennem tidsafsnittet Danien blev dannet hvid og gul bryozokalk, slamkalk, koralkalk og kalksandskalk (Københavns Kalk), ofte med et stort indhold af dyrefossiler. Sedimenterne optræder både i uhærdnet og hærdnet udgave, men især de to sidstnævnte kan være stærkt hærdnede. Kalkaflejringerne indeholder også bånd af grå eller brun, hærdnet flint. Gennem Danien dækkede havet store dele af Danmark, og kalksedimenter blev aflejret på banker eller rev på havbunden. Danien kalklag ses ved jordoverfladen ved fx Stevns og Faxe. Ved Stevns Klint ligger de over skrivekridt, og grænsen mellem Kridt og Tertiær er markeret ved et tyndt lag af sort ler (Fiskeleret). I Faxe Kalkbrud brydes bl.a. koralkalk, der for det meste er en hærdnet kalk med mange fossiler, især koraller.

Figur 4
Oversigt over aflejringerne ældre end Kvartærtiden. Fra Larsen et al. (1988, 1995)
  

Grønsangskalk, ler og moler fra Palæocen

Efter Danien skete en ændring af forholdene, fordi der nu blev tilført mere materiale fra et nærliggende landområde. Sedimenterne blev stadig aflejret i havet. I Palæocæn blev især aflejret en leret, siltet og sandet kalkbjergart, kaldet grønsandskalk, som næsten altid er hærdnet og sammenhængende. Betegnelsen "grøn" viser hen til, at kalken ofte indeholder et grønt mineral kaldet glaukonit, mens "sand" henviser til, at kalkkornene er i sandfraktionen. Grønsandskalken kan ses i Lellinge Å på Sydsjælland. Samtidig med og lige efter blev der aflejret fedt ler med grålige farver, mens yngre lerlag har både grønne og røde farver. Mod slutningen af Palæocæn og i starten af Eocæn blev aflejret moler (diatomit) og fedt ler med vulkanske askelag. Diatomerne i moleret er encellede kiselalger, og moleret indeholder talrige fossilrester især fisk. Moleret træffes i klinterne på Fur og Mors.

Plastisk ler fra Eocæn

Gennem Eocæn fortsatte havaflejring af ler. Leret blev dog mere finkornet og plastisk og havde røde og grønne farver. Det røde Røsnæs ler ses bl.a i skrænterne på Røsnæs, hvor det skrider ud, når det vandmættes, og kan skabe farlige situationer for bygninger nær skrænterne. Det grønne Lillebælt ler er fundament for den første Lillebælt Bro, hvor et stort arbejde blev gjort for at sikre, at det lå på primært leje. Den yngste leraflejring, Søvind mergel, er lys grågrøn eller olivenbrun, og den har et stort kalkindhold.

Fedt ler og glimmer fra Oligocæn

I det følgende Oligocæn tidsafsnit blev der stadig aflejret ler i havet. De ældste lag består af fedt, grønt og olivengrønt ler, mens de yngste lag består af sort eller brunt glimmerler. Betegnelsen "glimmer" bruges om et tyndt, bladet mineral, som skinner i lyset, når leret vendes og drejes. Glimmerler indeholder stedvis sandlag og glaukonit, og undertiden findes sandstenslag med glaukonit.

Aflejringer fra Miocæn

I Miocæn tidsafsnittet ændrede aflejringsforholdene sig, da grænsen mellem land og hav nu for første gang i lang tid lå ned gennem Danmark eller lige umiddelbart uden for. Dette betød, at der i Miocæn både blev aflejret sedimenter i havet og på landjorden på dansk område. Havaflejringerne består af brunt og sort ler, silt og sand med glimmer, glaukonit, kalkkonkretioner og undertiden mange dyrefossiler. Et eksempel på det marine ler er Gram leret, der kan ses i Gram lergrav. På landjorden skete aflejringen i søer, floder og på deltaer, hvor der ofte var en omfattende plantevækst. Derfor præges landaflejringerne bl.a. af brunkulslag og planterester i lag af glimmerler, -silt og -sand og kvartssand og -grus. I Søby-Fasterholt området var der tidligere store, åbne grave, hvor der blev brudt brunkul.

Stensalt

Kortet over fordelingen af aflejringerne på prækvartæroverfladen (Figur 2) viser også områder i Jylland, hvor der findes salthorste i undergrunden. De fremstår som cirkler på kortet i området fra Randers til Thisted. De ældste aflejringer findes i midten af strukturerne, mens de yngste er yderst. Stensaltet fra Perm Perioden ligger højt i flere af dem og indvindes som råstof.

1.1.2 Aflejringer fra Kvartær

Gletschere

Efter den tertiære tidsperiode, hvor klimaet var varmt og fugtigt, skete et dramatisk skift til det kvartære tidsafsnit, hvor en række kuldeperioder med dannelse af store iskapper vekslede med perioder med isfrit land. Danmark har været dækket af gletscheris i mindst fire kuldeperioder: Istider eller Glacialer (med navnene: Menap, Elster, Saale og Weichsel) adskilt af tre varmere tidsafsnit: Mellemistider eller Interglacialer (med navnene: Cromer, Holstein og Eem). Desuden har der været mindre varmeafsnit indenfor glacialerne: Interstadialer (med navnene: Vejlby, Brørup, m.fl.). Skemaet Figur 5 viser en oversigt istidsaflejringerne i Danmark.

Under istiderne har gletscherne bevæget sig henover landet og dels aflejret usorterede, blandede jordarter: moræneler, -sand og -grus og dels skubbet underliggende lag op og foldet eller forkastet dem. Smeltevandet fra gletscherne har løbet i floder eller ud i søer, hvor der er aflejret smeltevandsler, -silt, -sand eller -grus. Endelig kan smeltevandet også være nået ud i havet, hvor materialet er blevet aflejret som marine lag med dyrerester i.

Figur 5
Oversigt over aflejringerne fra Kvartær tiden. Fra Larsen et al. (1988, 1995). Fra Kommissionen for de Europæiske Fællesskaber (1982).

I kystklinterne ses det, at aflejringerne næsten altid er blevet forstyrret af gletscherne som fx ved Ristinge Klint og Lønstrup Klint, hvor lagene er skråtstillede og ved Røjle Klint, hvor de er foldede.

Afsmeltning

Ved slutningen af istiderne, hvor store mængder smeltevand blev frigivet fra isen, aflejredes grovkornede smeltevandssedimenter på store hedesletter (sandursletter) foran isen, som fx i Midtjylland i Sen Weichsel eller finkornede smeltevandssedimenter i store søbassiner i terrænets lavninger, som fx syd for Limfjorden i Sen Elster.

I mellemistiderne var klimaet et andet og normalt varmere. I søer og moser blev der aflejret tørve og gytje lag, mens der i havet blev aflejret ler og sand med rester af dyr.

Efter istiden

Da den sidste is smeltede væk i Weichsel, blev klimaet varmere, og vandstanden i havene steg. I tiden frem til nutiden har der været en stadig skiften mellem perioder med høj og lav vandstand i havene, og det afspejles af en vekslen mellem havaflejringer (ler, silt, sand, grus) og landaflejringer (tørv, gytje, ler, kildekalk og flyvesand). I dag findes der fx havaflejringer langs kysterne, som ofte er dækket af flyvesand.

1.1.3 Andre tidsafsnit

Gamle jordarter og bjergarter

I dybe boringer, der udføres for at fx finde olie og gas, og på Bornholm træffes jordarter og bjergarter, som er ældre end Kridt Perioden. De ældste hører til tidsafsnittet Prækambrium og består af hårde bjergarter som granit og gnejs. Fra afsnittene Kambrium, Ordovicium og Silur optræder der først sandsten aflejret på landjorden og i havet, og derefter kun havaflejrede skifre og kalksten.

Fra tidsafsnittene Devon, Karbon og Perm findes kun bjergarter i de dybe boringer. Fra Trias, Jura og Nedre Kridt findes sand, sandsten, konglomerater, ler, lersten, skifer og kul.

1.1.4 Tektonik, forstyrrelser og omlejring

Forskydninger

Jordarter og bjergarter er i Danmark ofte flyttet fra det sted, hvor de oprindelig blev dannet. Dette skyldes store forskydninger i undergrunden langs forkastninger, fx ved salthorste eller de opskubninger og foldninger, som istidernes store gletschere forårsagede på de underliggende lag. Det betyder, at jordarterne er blevet blandet op, og at de øverste meter af de prækvartære aflejringer ikke er faststående, eller at de er stærkt opsprækkede. Dette har stor betydning for vandindvinding fra fx kalklag. Knoldekalk er fx en gængs brøndborerterm for en kalkaflejring bestående af afrundede kalkklaster på toppen af den faststående kalk. Dette lag er oftest dannet ved aflejring fra en gletscher. Disse forhold har også betydning for vurdering af funderingsforholdene ved nybygning.

Erosion og omlejring

Gennem istiderne har smeltevandet desuden eroderet de ældre jordarter og aflejret materialet på ny. Undertiden er de nye jordarters udseende meget lig med de ældres, selv om aflejringsforholdene har været anderledes. For eksempel kan miocænt kvartssand, som er omlejret af en smeltevandsflod, være svært at skelne fra faststående kvartssand. Ved udglidning, nedskylning eller skred af jordarter ned ad skråninger mod fx søbassiner sker en ændring af deres sammenhængskraft, og ofte bliver plantemateriale opblandet. Fundering på sådanne jordarter vil næsten altid være problematisk.

1.2 Vandets kredsløb og grundvandsdannelse

Kredsløbet

Den geologiske opbygning af det øverste jordlag er rammen for fx dannelse af grundvand, mens det hydrologiske kredsløb er den nødvendige proces for, at der overhovedet siver vand ned til grundvandsmagasinerne (Figur 6).

Når nedbøren falder opfanges en del af den på planter og træer, hvor den fordamper. Resten falder på jordoverfladen, hvor det enten fordamper, strømmer overfladisk af til vandløb eller søer eller siver ned i jorden.

En del af nedsivningsvandet optages af planternes rødder, fordamper eller indbygges i planternes biomasse. En stor del af vandet vil derefter sive ned til de dybereliggende grundvandsmagasiner eller til vandløbene via drænsystemer og små sandlag. I grundvandsmagasinerne vil vandet transporteres videre til vandløbene eller til havet ved en grundvandstrømning i magasinerne. Derved vil det hydrologiske kredsløb sluttes og starte på ny, når store mængder vanddamp, som er dannet over havene, falder som nedbør over landområderne.

Se her!

Figur 6
Det hydrologiske kredsløb. DGU- Information, 1994.
 

Figur 7
Årlig middel nedbørsfordeling i Danmark (1930-1960). Fra Det Meteorologiske Institut (1975).
  

Figur 8
Eksempel på grundvandsspejlets variation fra 1950 til 1992, DGU ark. nr. 226.75.
  

Vandbalanceligningen

Elementerne i det hydrologiske kredsløb indenfor et bestemt afstrømningsområde er indbyrdes afhængige betragtet over en længere periode, som det er udtrykt i vandbalanceligningen:

N = E + Q + dM, hvor N er nedbør, E er fordampning og Q er afstrømning, mens dM er tilvæksten eller reduktionen i jordlagenes og grundvandsmagasinernes vandindhold. Den centrale faktor for grundvandsdannelsen er således nedbøren, som kan svinge fra år til år (Figur 7). Den mængde nedbør, der er til rådighed til nedsivning, er nettonedbøren, som beregnes ved at fratrække den aktuelle fordampning fra nedbøren. Herudover afhænger det af de geologiske forhold, hvor meget vand der kan sive ned, af hvor meget af vandet der tilbageholdes i rodzonen til brug for planterne, og af hvor meget der strømmer overfladisk af til vandløb og søer.

Figur 9
Porøsitet og permeabilitet. A og C Primær porøsitet/ permeabilitet mellem de enkelte korn. B og D Sekundær porøsitet/permeabilitet knyttet til sprækker og makroporer. Fra Villumsen (1991).

Nedsivning

I områder, hvor jordlagene over grundvandet er sandede eller består af sand og grus som fx i det vestlige Jylland, hvor der også er høj nedbør, vil nedsivningen være betydelig højere end i områder, hvor ler udgør de øverste jordlag. Dette er fx tilfældet på store dele af Fyn, Sjælland og Lolland -Falster. Den største nedsivning foregår om vinteren, når fordampningen er lille på grund af den beskedne plantevækst på bl.a. markerne. Om sommeren er fordampningen i mange tilfælde så stor, at der ikke sker en nedsivning, selv om det regner meget.

Vandstandens variation

Ved mange vandværker og i boringer har den stigende nedbør de sidste 25 år kunnet registreres ved stigende vandstand, og den har desuden ofte udvisket resultaterne af en øget indvinding, hvor vandstanden er blevet sænket på kildepladserne.

Se her!

Figur 10
Skema over de mest betydningsfulde grundvandsmagasiner i Danmark.

På trods af stigende nedbør har der imidlertid også været perioder med beskeden nedbør og tørkeperioder om sommeren. Det seneste tidsrum var i årene 1976-1978, hvor efterspørgslen på borearbejde for at få vand til markvanding var den højeste i det forrige århundrede. Starten af 90'erne var også nedbørsfattige, hvilket har kunnet ses på grundvandsspejlets beliggenhed (Figur 8).

1.3 Jordlagenes fysiske forhold

Porøsitet og permeabilitet

Jordarternes og bjergarternes sammensætning og strukturer har stor betydning for deres egenskaber som grundvandsmagasiner. Der er to karakterer, som er grundlæggende for egenskaberne: porøsitet og permeabilitet (Figur 9). Porøsiteten er forholdet mellem porevolumen og jordartens totalvolumen dvs. mellem jordartspartikler og hulrum i jordarten, mens permeabiliteten er jordartens evne til at lade vand eller luft passere fra hulrum til hulrum og dermed gennem jordarten.

Permeabiliteten er afhængig af kornstørrelse, kornform, sorteringsgrad og sprækkevariation. Den primære porøsitet/permeabilitet er den, der findes imellem de enkelte korn, mens den sekundære findes i sprækker og andre makroporer, der går på tværs af jordartens korn. Meget finkornede jordarter (ler, kalk) har ofte en høj porøsitet, men en lav permeabilitet gennem de primære porer i jordartens matrix. Derimod kan de godt have en høj permeabilitet (og porøsitet) langs sekundære porer, som sprækker og ormehuller. Grovkornede jordarter har relativ høj porøsitet og normalt også en høj permeabilitet. Disse forhold deler dermed jordarterne op i to grupper: Dem der kan indvindes vand fra (aquiferer), og dem der er vandstandsende (aquitarder).

Se her!

Figur 11
Grundvandsmagasinkort (reservoirkort) for de prækvartære aflejringer. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse.

Der er flere parametre, som især bruges ved karakterisering af grundvandsmagasinernes egenskaber: Mættet/umættet zone, hydraulisk ledningsevne (K), transmissivitet (T), specifik ydelse (Sy), specifik kapacitet (c), sænkning pr. time og magasinkoefficient (S).

Mættet/umættet zone

Grundsvandsspejlet ligger oftest et stykke under terræn, og zonen, hvor porerne ikke er vandfyldte, kaldes den umættede zone. Den nederste del af den umættede zone indeholder lidt vand trukket op af kapillærkræfterne og kaldes derfor kapillarzonen. Under grundvandsspejlet findes den vandfyldte mættede zone. På grund af variationen i grundvandsspejlets beliggenhed forårsaget af de klimatiske forhold, kan der optræde en temporært mættet zone, som kun nogen gange er vandfyldt. På grund af en vekslen mellem permeable og ikke-permeable lag i den umættede zone, kan der periodevis optræde mættede forhold over et lerlag.

Hydraulisk ledningsevne

Ved den hydrauliske ledningsevne (K) forstås jordlagenes evne til at transportere en mængde grundvand pr. tidsenhed, og den angives derfor ved fx m/sekund. Den hydrauliske ledningsevne forsøges bestemt ved forskellige metoder som pumpninger, borehulslogging eller ud fra sedimentologiske kriterier.

Transmissivitet

Ved transmissivitet (T) forstås evnen til at transportere vand pr. tidsenhed gennem hele magasinets tykkelse (vandføringsevne) dvs. angivet ved m2 pr. sekund.

Specifik kapacitet

Den specifikke kapacitet (c) er en egenskab ved boringen, og den findes ved at dividere den oppumpede vandmængde med den tilsvarende sænkning af grundvandsspejlet; værdier som findes ved en renpumpning eller prøvepumpning.

Magasinkoefficient

Magasinkoefficienten (S) er et udtryk for den mængde af grundvand, som magasinet opbevarer eller afgiver. Magasinevnen for magasiner med frit vandspejl svarer til den del af porøsiteten, hvor vandet kan bevæges (Specifik ydelse, Sy), og for artesiske magasiner er magasinkoefficienten en størrelse, der er afhængig af jordpartiklernes og vandets elasticitet. Transmissiviteten og magasinkoefficienten bestemmes ved længerevarende prøvepumpninger.

Se her!

Figur 12
Grundvandsmagasinkort for de kvartære aflejringer. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse.

1.4 Beskrivelse af grundvandsmagasiner

Grundvandsmagasiner

De vigtigste grundvandsmagasiner i Danmark er følgende: Skrivekridt, Danien kalk og grønsandskalk fra Kridt, Danien og Palæocæn, som alle er baseret på sprækkebetinget permeabilitet, kvartssand og glimmersand fra Miocæn, smeltevandssand og grus fra istiderne i Kvartær samt marine sandlag fra Senglacial og Postglacial (Figur 10). Mindre grundvandsmagasiner findes i interglacialt/ interstadialt sand og kvartssand fra Kvartær samt i specielle bornholmske jordarter/bjergarter (granit/gnejs, kalksten, skifre, kvartssand og grønsand).

Reservoirkort

Reservoirkort, som viser de vigtigste grundvandsmagasiner i henholdsvis de prækvartære og kvartære aflejringer, kan ses på Figur 11 og 12.

Geologiske modeller

Beskrivelsen af grundvandsmagasinerne er vigtig for at forstå de hydrogeologiske forhold. Udgangspunkt er de geologiske og geofysiske data, som samles fra daglokaliteter, boringer og ved overfladegeofysik. Disse data sammenstilles på kort og i geologiske profiler, og herved bliver det muligt at beskrive grundvandsmagasinerne i tre dimensioner. De grundvandstekniske og grundvandskemiske data kan anvendes til undersøge om beskrivelsen er gyldig.

Ud fra de tre-dimensionelle geologiske modeller af grundvandsmagasinerne (og deres aflejringer) med overliggende og underliggende aflejringer kan deres udbredelse i horisontal og vertikal retning vurderes. Det kan ses, om der er forbindelse mellem flere magasiner, og hvordan kornstørrelsesforholdene varierer. Modeller for grundvandsmagasiner kan anvendes som grundlag for matematiske, hydrogeologiske modeller.

Frit og/eller artesisk magasin

En vigtig parameter ved et grundvandsmagasin er grundvandsspejlets beliggenhed og dets relationer til jordartstyperne. Hvis grundvandsspejlet i fx sand, grus eller kalkmagasiner har åben forbindelse til atmosfæren, fordi ingen impermeable lag ligger over, kaldes de for magasiner med frit vandspejl (Figur 13). Hvis grundvandsspejlet ligger under tryk i et overliggende impermeabelt lag kaldes magasinet for artesisk (Figur 14). På hedesletterne i Vestjylland og i kalklagene i Nordjylland er mange magasiner frie. De fleste steder, hvor moræneler ligger over magasinet, er der tale om artesiske magasiner. Hvis trykket er meget højt, kan der ske det, at når der bores igennem morænelerslaget, vil grundvandetsspejlet blive presset op over jordoverfladen og stå som et springvand op i luften. Hvis grundvandsspejlet i et artesisk reservoir sænkes under det impermeable lags nedre grænse, naturligt eller ved pumpning, opstår der et frit magasin, som atmosfæren fx kan have adgang til i horisontal retning. Et grundvandsmagasin karakteriseres også af en række parametre, som er gennemgået ovenfor i afsnit 1.3: Transmissivitet, hydraulisk ledningsevne, magasinkoefficient mv.

Figur 13
Frit magasin fra Vestjylland. Fra Gravesen, Brüsch & Thomsen (1992). I Vestdanmark uden for hovedopholdslinien infiltreres 120-400 mm af nedbøren til de sandede grundvandsmagasiner. Magasinerne er særdeles følsomme overfor øget nedbør, og ændringer vil påvirke både grundvandsstandens niveau, de kemiske forhold og områderne omkring åerne.
  

Figur 14
Artesisk magasin fra Sjælland. Fra Gravesen, Brüsch & Thomsen (1992). Grundvandsdannelse og transport på Sjælland. Det meste af nedbøren som falder strømmer overfladisk af eller løber gennem dræn og små sandlag. Omkring 50-150 mm pr. år af nedbøren siver ned gennem lerlagene til kalklagene, hvor det meste af grundvandet findes.

1.5 Geologisk og hydrogeologisk kortlægning

Kort

Et vigtigt hjælpemiddel, når man skal vurdere et områdes geologiske og hydrogeologiske forhold, er kort. I Danmark er der en række kort til rådighed, som dog ikke i alle tilfælde dækker hele landet. Kortene er fremstillet i forbindelse med de hydrogeologiske og råstofgeologiske undersøgelser i amterne, og de er ofte udarbejdet af Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse (før DGU, nu GEUS) eller udarbejdet af GEUS i forbindelse med det løbende arbejde eller projekter.

Figur 15a
Jordartskort 1313 III SV Brenderup i 1:25.000. GEUS.

De geologiske kort kan opdeles i tre hovedtyper: Jordartskortene, de geologiske basisdatakort og kortene over prækvartærets højdeforhold.

Jordartskort

Jordartskortene viser jordarternes sammensætning i 1 meters dybde, og der foretaget en tolkning af, hvordan de er dannet. De fleste ældre kort er trykt i målestoksforholdet 1:100.000, mens de nye kort er trykt i 1:50.000. Alle kort forligger desuden på GEUS i 1:25.000, og de er også digitaliserede og indlagt i GEUS GIS-system (Figur 15), hvorfra de kan udtegnes og kombineres med andre temaer.

Figur 15b
Signaturforklaring til jordartskortet.
 

Derudover er hele Danmark udgivet i 1:200.000 på fire kortblade (Figur 1). Denne korttype er særlig anvendelig ved vurdering af infiltrationsområder til grundvandsdannelse, ved vurdering af anlægsarbejder eller indledende undersøgelser af råstofforekomster.

Geologiske basisdatakort

De geologiske basisdatakort viser boringsdata fra GEUS Borearkiv udtegnet som cirkeldiagrammer (Figur 16). De fleste af disse kort er trykt i målestoksforholdet 1:50.000, men i øvrigt kan boringerne fra ZEUS-boringsdatabasen udtegnes i vilkårlig målestok i GEUS GISsystem.

Det geologiske basisdatakort er udgangspunkt for vurdering af grundvandsmagasinernes opbygning og udbredelse, råstoflegemernes tykkelse og udbredelse, og de grundvandstekniske data: grundvandsspejlets beliggenhed, ydelse/sænkning og filterplacering er væsentlige ved indledende bedømmelse af et områdes hydrogeologiske forhold.-

Figur 16a
Geologisk basisdatakort 1312 IV Tommerup i 1:50.000. GEUS.

Kortet over prækvartærets højdeforhold viser hvor dybt, der skal bores for at komme gennem istidslagene til de ældre aflejringer. Jordartsfordelingen på prækvartæroverfladen viser kombineret med dybden i hvilke områder, hvor det er hensigtsmæssig at stoppe en vandforsyningsboring og i hvilke områder, det er muligt at træffe grundsvandsmagasiner. Kortet er ofte trykt i målestoksforholdet 1:100.000, hvis det dækker et amt, mens GEUS landsdækkende kort er trykt i målestoksforholdet 1:500.000

Specielle hydrogeologiske kort

De mere specielle hydrogeologiske kort kan indeholde mange forskellige temaer, men især kort over grundvandsspejlets beliggenhed (grundvandspotentialet) og grundvandsskellenes beliggenhed kan være vigtige at anvende ved vurdering af et områdes hydrogeologiske forhold. Andre kort indeholder oplysninger om de hydrauliske forhold (transmissivitet, specifik kapacitet), grundvandskemiske forhold (total analyser, enkelt stoffer), magasinernes sårbarhedsforhold m.fl.

Se her!

Figur 16b
Signaturforklaring til basisdatakortet.
 

Overfladegeofysik

Kortlægning af de øverste 200 meter af de geologiske lag med geofysiske metoder har vundet frem de senere år. Måling af jordlagenes modstandsevne måles ved den geoelektriske metode, som indenfor de senere år gennemføres ved kørsel og måling gennem et område (slæbegeoelektrik). En anden opmåling kaldes den transiente elektromagnetiske metode (også kaldet TEM), som kan måle lagenes modstande til større dybde. Ved begge metoder omsættes de målte modstandsværdier til forskellige aflejringstyper, og overordnede jordartsfordelinger og strukturer kan udtegnes på kort og på profiler.

1.6 Borehulsundersøgelser og grundvandskemi

For at indhente mere detaljerede oplysninger om grundvandsmagasinet og grundvandet udføres en række tests og undersøgelser i en udført boring.

Prøvepumpning og renpumpning

Prøvepumpninger bruges til at bedømme magasinets ydeevne, dvs. hvor meget vand kan der pumpes op i fremtiden, uden at sænkningen af grundvandsspejlet bliver for stor. Prøvepumpninger behandles nærmere i modul 5. En renpumpning er en prøvepumpning, som foretages ved boringens etablering for at sikre, at den giver sandfrit vand.

Grundvandets kvalitet

Grundvandets kvalitet, grundvandskemien, er meget vigtig for at bedømme, om en boring kan yde vand (drikkevand) af en sundhedsmæssig forsvarlig kvalitet. Der udføres en analyse af grundvandet ved en borings etablering, og derefter udføres der gennem driftsfasen begrænsede, normale eller udvidede analyser i forbindelse med boringskontrollen. Grundvandskemien behandles nærmere i modul 2.

Grundvandsovervågning

For at følge grundvandskvalitetens udvikling foretages en overvågning (monitering) i 67 områder af landet i forbindelse med Vandmiljøhandlingsplanen (nu NOVA-programmet). Der er udvalgt en lang række naturlige og tilsatte komponenter i grundvandet, som der analyseres for efter en fastsat analyseplan.

Borelogs

Borehulslogs er et vigtigt hjælpemiddel, der kan supplere undersøgelsen af boreprøverne. Der findes en række forskellige boringslog, der optages ved at sænke en målesonde ned i borehullet enten samtidig med, at boringen udføres (ellog-metoden), eller efter boringens afslutning. De mest almindelige logs er modstandslogs (resistivitet), som måler aflejringernes elektriske modstand, og gammalogs, som måler den naturlige, radioaktive gammastråling. Ved begge metoder omsættes de målte værdier til jordartstyper. Borehulslogs behandles nærmere i modul 6.

Grundvandssænkning

Ved anlægsarbejder og vandindvinding foretages ofte en grundvandssænkning, som har betydning for en række fysiske og kemiske forhold. Grundvandssænkning behandles nærmere i modul 4.

1.7 Hydrogeologiske modeller

Modeller

For at kunne forudsige konsekvenserne af en grundvandsindvinding, både med hensyn til mængder og kvalitet, udarbejdes der hydrogeologiske modeller, som skal medvirke til, at man kan overskue store datamængder og komplicerede sammenhænge. En model vil altid være et forsimplet billede af naturen, virkeligheden, men kan være nyttig til at forstå, hvordan forskellige indgreb i naturen får konsekvenser for grundvand, søer og vandløb og de jordlag, som ligger over grundvandsspejlet. Modellerne opbygges med de geologiske forhold som grundlag, men derudover anvendes alle relevante data fra det hydrologiske kredsløb samt målte værdier for grundvandsspejlet, oppumpede vandmængder, kemiske parametre m.m.

Prognoser

Når modellen er opstillet og kvalitetssikret, kan den bruges til at fremsætte prognoser for forskellige hydrologiske situationer, der kan opstå i fremtiden.

1.8 Jordforurening, kortlægning

Affaldsdepoter, lossepladser og forurenede grunde

I de senere år er der foretaget mere og mere boringsarbejde på affaldsdepoter, lossepladser og forurenede grunde, efterhånden som det er blevet indset, at der ligger mange kilder til forurening overfor grundvand og overfladejord i almindelighed. Arbejde på sådanne områder kræver særlige foranstaltninger især i forhold til opboret eller opgravet materiale. En kortlægning af forurenede grunde i landet foretages af amterne.

1.9 Råstoffer, kortlægning

Råstofegenskaber

De danske jordarter og bjergarter har også råstofegenskaber, der har betydning i forhold til brydning, gravning og anvendelse. Anvendelse som råstof er direkte baseret på jordarternes sammensætning og egenskaber. De grovkornede sandgrusmaterialer og nedknust granit bruges som balastmaterialer og fyld samt til beton. Forskellige typer ler bruges som byggematerialer, mens specielle typer som bentonit og moler har særlige anvendelser. Det rene kvartssand kan anvendes til glasfremstilling, filtersand, belægning på sportsanlæg og specielle industrielle formål. En del af sandgrusmaterialerne tages op fra havbunden.

Kortlægning

Kortlægning af råstoffer på landjorden foretages af amterne, mens kortlægning på havområdet forestås af Staten.

1.10 Geotekniske forhold

Jordarternes geotekniske egenskaber

Jordarternes egenskaber i forbindelse med geotekniske forhold har betydning ved bygning og konstruktion. Jordarternes bæreevne og frostbestandighed afhænger af kornsammensætning, indhold af organisk materiale og strukturforhold. Typisk er isbelastede aflejringer som moræneler og smeltevandssand-grus, hvis de ligger på oprindeligt leje, gode at bygge på, mens tertiære, plastiske lerarter nær jordoverfladen og på skråninger kan være meget farlige at bygge på. Desuden er fx senglaciale og postglaciale tørv og gytjeaflejringer problematiske og kræver næsten altid fundering i forbindelse med byggeri.

1.11 Jordartsklassifikation og jordartsbeskrivelse

Geologisk opdeles jordarter/bjergarter i en række hovedgrupper efter deres sammensætning og oprindelse:

A. Klastiske jordarter: Typisk ler, silt, sand, grus, lersten, skifer, sandsten, konglomerat. De klastiske jordarter er dannet på følgende måde: Eksisterende jordarter og bjergarter forvitrer og sønderdeles af nedbør og temperatur. Derefter transporteres materialet af sted med vand (fersk eller marint), vind eller is og aflejres et andet sted.

B. Karbonat jordarter: Kalk, skrivekridt, dolomit. Karbonatbjergarterne dannes ved erosion, transport og aflejring af ældre karbonatjordarter eller ved kemisk udfældning i ferskvand, havvand eller fra kilder.

C. Organiske jordarter: Tørv, gytje, træ, planter, kul, diatomit, skallag. Organiske jordarter dannes overvejende ud fra planterester, men dyrerester kan også være en større bestanddel. Jordarterne dannes hovedsageligt i søer og sumpe på landjorden, men fx skallag og diatomit findes typisk i havaflejrede lag.

D. Evaporit jordarter: Kalk, stensalt, kaliumsalt. Evaporiter dannes ved inddampning af saltholdigt vand, overvejende i havvand med begrænset cirkulation, men også fra søer med højt saltindhold.

E. Grundfjeldsbjergarter/krystalline bjergarter: Granit, gnejs, pegmatit, diabas. Disse bjergarter dannes ud fra andre jordarter/bjergarter under store tryk og temperaturer i jordskorpen, som fx fra vulkaner og under bjergkædefoldninger.

Beskrivelse af jordprøver udtaget ved borearbejde behandles i modul 3. Her skal understreges det vigtige i at foretage en så præcis beskrivelse som mulig, både ved prøveudtagningen og senere i et laboratorium.

Figur 17
Borerapport udarbejdet af GEUS, som kan anvendes ved indberetning af boringer.

1.12 Indberetning til Borearkivet ved GEUS: Borerapporten og prøverne

Lovene

Ifølge Vandforsyningslovens paragraf 69 og Råstoflovens paragraf 28 skal alle boringer, der udføres, indberettes til DGU (nu GEUS). Dette betyder, at der skal indsendes en lang række data om boringerne til GEUS. Der skal desuden udtages prøver af de gennemborede lag, som skal indsendes til GEUS.

1.12.1 Udfyldelse af borerapporten

Indberetning af data og prøver

De oplysninger og boreprøver, der skal indsendes til GEUS, er beskrevet i en Bekendtgørelse nr. 4. fra 1980 fra Miljøministeriet og et cirkulære af 28. februar af 1980 fra Miljøstyrelsen. De vigtigste data, der skal indsendes, vil blive gennemgået nedenfor. På Figur 17 ses GEUS borerapport. Den kan rumme stort set alle de oplysninger om boringen, der kræves ud fra bekendtgørelsen (undtaget dog pumpeundersøgelser -og data og kemiske data). Felterne kan udfyldes med administrative, tekniske og grundvandstekniske data samt oplysninger om de gennemborede lag, og desuden skal der indsendes boreprøver. I det følgende refereres til punkterne 1-23, som er de enkelte felter på rapporten, men i øvrigt er der også en vejledning på bagsiden af skemaet:

1.12.2 Administrative oplysninger

1.12.3 Borings- og grundvandstekniske oplysninger

Se her!

Figur 18
Hjælpeskema til Borerapport.

1.12.4 Geologiske oplysninger og indsendelse af boreprøver

Geologiske oplysninger

Reglerne for, hvordan prøvernes skal udtages (hvor mange, hvor tit mv.), hvordan de indpakkes, hvad der skal noteres på borerapporten mv., er også beskrevet i bekendtgørelsen og cirkulæret.

1.12.5 EDB-indberetning til Borearkivet ved GEUS

Boringsdatabasen ZEUS

De boringer, der indberettes til GEUS, indlæses i boringsdatabasen ZEUS, hvor der i dag er oplysninger om ca. 190.000 boringer. GEUS har desuden udviklet en mindre omfattende udgave af databasen (især færre geologiske oplysninger) til PC'ere kaldet PC ZEUS.

PC ZEUS

Data til PC ZEUS udtrækkes af den store ZEUS boringsdatabase, og programmel og data kan købes hos GEUS.

EDB-indberetning

For at gøre det muligt at indberette pr. edb til GEUS er der påbegyndt udvikling af et indberetningsmodul til PC ZEUS. Via dette modul vil det være muligt at indsende borerapportoplysninger på diskette i samme omfang, som sker i dag med den manuelle rapport. Boreprøver skal stadigvæk indsendes, og det er muligt at indtaste dybden for prøveudtagningen, en beskrivelse af prøven og nummeret på prøveposen. Derefter er det vigtigt, at den udskrevne borerapport/prøveoversigt indsendes på papir med prøverne, da det ellers senere er vanskeligt at sammenholde prøver og rapport.

1.12.6 Lokalisering af borestedet

GEUS har udarbejdet et skema til lokalisering af borestedet (Figur 19). Lokaliseringsarbejdet udføres normalt af amtskommunerne. Af skemaet fremgår, at mange af oplysningerne til skemaet går igen eller stammer fra borerapporten, især de data som indskrives, før lokaliseringen påbegyndes. Det er derfor også af hensyn til lokaliseringen vigtigt at anføre alle de nødvendige data så præcist som muligt.

1.13 Litteratur

Frederiksen, J., Gravesen, P. Knudsen, B. & Thorsen, S., 1987: Danske jordarter.

Forekomst og egenskaber. - AUC Efteruddannelsen. Kursus i Ingeniørgeologi, 111 sider.

Se her!

Figur 19
Lokaliseringsskema udarbejdet af GEUS.

Gravesen, P., 1993: Geologisk Kort over Danmark. 1:50.000. Kortbladet 1115 III Ulfborg. Geologisk Basisdatakort. - Danmarks Geologiske Undersøgelse, Kortserie nr. 25, 5 sider.

Gravesen, P. & Fredericia, J., 1984: ZEUS-geodatabasesystem. Borearkivet.
- Danmarks Geologiske Undersøgelse, Serie D nr. 3, 259 sider.

Hansen, J.M., 1984: Geologi for enhver. Danmarks Undergrund og Råstofferne.
- Danmarks Geologiske Undersøgelse, 88 sider.

Hansen, M., 1995: Vejledning i anvendelse af PC ZEUS databasen. Version 2.
- Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse, 105 sider.

Hansen, M., 1996: Vejledning i anvendelse af PC ZEUS indberetningsprogram.
- Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse, 18 sider.

Larsen, G., Frederiksen, J, Villumsen, A., Fredericia, J., Gravesen, P., Foged, N., Knudsen, B. & Baumann, J., 1988, 1995: Vejledning i Ingeniørgeologisk prøvebeskrivelse. - Dansk Geoteknisk Forening, Bulletin 1, 135 sider.

Pedersen, S.A.S. & Petersen, K. S., 1995: Geologisk kort over Danmark. 1:50.000.
Geologisk kort over Djursland. - Danmarks Geologiske Undersøgelse, Kortserie nr. 51, 7 sider.

Petersen, A.V. & Gravesen, P., 1995: Borearkivet ved GEUS. Procedurer og arbejdsgange. - DGU Datadokumentation no. 16, 23 sider.

Miljøministeriet, 1980: Bekendtgørelse om udførelse af boringer efter grundvand.
- Miljøministeriets bekendtgørelse nr. 4 af 4. januar 1980, 5 sider.

Miljøministeriet, 1985: Lovbekendtgørelse om vandforsyning mv.
- Miljøministeriets Lovbekendtgørelse nr. 337 af 4. juli 1985, 14 sider.

Miljø- og Energiministeriet, 1996: Lovbekendtgørelse om råstoffer.
- Miljø- og Energiministeriets Lovbekendtgørelse nr. 1007 af 28. november 1996, 10 sider.

Miljøstyrelsen, 1979: Vandforsyningsplanlægning 1. del. Planlægning af grundvandsindvinding.
- Vejledning fra Miljøstyrelsen, 101 sider.

Miljøstyrelsen, 1980: Cirkulære om udførelse af boringer efter grundvand mv.
- Miljøstyrelsens cirkulære af 28. februar 1980, 10 sider.

Politikens Forlag, 1967: Danmarks Natur, bind 1 Landskabernes Opståen, 448 sider.

Bilag 1
Tekst fra Bekendtgørelse om udførelse af boringer efter grundvand, Miljøministeriets bekendtgørelse nr. 4 af 4. januar 1980, Kapitel 6.

Bilag 2
Tekst fra Cirkulære om udførelse af boringer efter grundvand mv., Miljøstyrelsens cirkulære af 28. februar 1980, Kapitel 6.

Bilag 3
Lokaliseringsvejledning 1997

2. Jordartsbestemmelse

Jordarternes egenskaber

Bestemmelse af jordarternes egenskaber har stor betydning for vurdering af geologien og grundvandsforholdene omkring en boring og for en række tekniske installationer i og omkring boringen. Den metode til jordartsbestemmelse, som er beskrevet nedenfor, sigter alene på anvendelse på borelokaliteten, hvor den kan bruges til at give jordarterne den første karakteristik. Desuden er det meningen, at den skal anvendes af medarbejdere, som ikke har noget specielt kendskab til geologi og jordarter, men som alligevel kan lære at give jordarterne en entydig beskrivelse ud fra en vurdering af de foreliggende boreprøver. Der lægges op til, at der kun skal foretages en enkelt, overordnet beskrivelse af jordarternes sammensætning og farve, men der skal ikke gøres noget forsøg på at bestemme deres alder og dannelse. Som en følge heraf skal der kun anvendes relativt få beskrivende udtryk, som bliver gennemgået nedenfor. En mere omfattende beskrivelse af boreprøver foretages af Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse (GEUS), Institutter ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU) og ingeniørfirmaer, der fx anvender "Vejledning i ingeniørgeologisk prøvebeskrivelse" som håndbog.

2.1 Introduktion til Danmarks geologiske opbygning

Alder

Danmark er opbygget af jordarter og bjergarter, hvis alder strækker sig næsten 1600 millioner år tilbage i tiden. I forbindelse med borearbejde til vandforsyning, råstoffer, geoteknik og belysning af miljøforhold er det sjældent, at man interesserer sig for de geologiske lag længere ned end til 300 meter under jordoverfladen og kun ved efterforskning efter olie, gas og geotermisk energi, når man længere ned med boringerne.

Ældre aflejringer

Det betyder, at det især er aflejringer fra Kridt, Tertiær og Kvartær Perioderne, som skal omtales her, når der ses bort fra de overfladenære aflejringer og bjergarter på Bornholm, som stort set alle er ældre end aflejringerne fra det øvrige land.

Prækvartæroverfladen

Grænsefladen mellem de kvartære og tertiære aflejringer kaldes for prækvartæroverfladen, og et kort over denne ses på Figur 1. På kortet ses fordelingen af aflejringer fra Øvre Kridt og Tertiær, og en nærmere omtale af de enkelte tidsafsnits aflejringer følger nedenfor. På Figur 2 ses et kort over prækvartæroverfladens højdeforhold. Højdeforholdene er meget varierende, og det kan ses, at overfladen er gennemskåret af mange dybe dale. Dybden ned til prækvartæroverfladen er væsentlig at kende ved fx grundvandsefterforskning.

Kvartære aflejringer

Over de prækvartære aflejringer følger aflejringerne fra istiderne og tiden derefter, de kvartære aflejringer. På Figur 3 ses fordelingen af de forskellige jordarter i 1 meters dybde. Mellem denne ene meter og ned til 300 meters dybde er der en rig variation i jordarternes sammensætning, strukturer og lejringsforhold. Især de strukturelle forhold er af væsentlig betydning ved bestemmelse og kortlægning af de geologiske enheder, som det er nødvendigt at kende udbredelsen af ved stort set al slags efterforskning.

Kort

Kort er et vigtigt hjælpemiddel ved vurdering af de geologiske forhold, og de kort, som er baseret på boringsdata (De Geologiske basisdatakort), kan bidrage, især når man arbejder i et bestemt geografisk område. Udover boringer er oplysninger fra kystklinter, råstofgrave, vejarbejder og udgravninger (kaldet daglokaliteter) af stor betydning. På disse lokaliteter kan ses mange detaljer angående lagenes lejringsforhold, både vertikalt og horisontalt, hvilket ikke er muligt ved boringerne. Boringerne går derimod langt dybere ned end de dybeste råstofgrave eller klinter.

Figur 1
Kort der viser fordelingen af aflejringer ældre end istiderne (Kridt og Tertiær Perioden). Grænsefladen kaldes for prækvartæroverfladen. GEUS.
   

Figur 2
Kort over prækvartæroverfladens højdeforhold baseret på oplysninger fra vandforsyningsboringer. Binzer & Stockmarr (1994).
  

Jordartskarakterer

De forskellige geologiske tidsafsnit består af jordarter/bjergarter med forskellige karakterer, som godt kan være fælles med andre tidsafsnit, men indholdet af dyr og planter viser, hvor de skal placeres aldersmæssigt. Bestemmelse af jordartstyper og deres alder er derfor et samspil mellem viden om de geologiske forhold og en detaljeret undersøgelse af fx dyrerester i aflejringerne. Det kræver ekspertviden at kunne besvare alle spørgsmål om en given jordprøve, og der skal ofte hjælp til fra forskellige personer med forskellig geologisk viden.

Figur 3
Kort der viser fordelingen af jordarter i Danmark i 1 meters dybde. Oprindeligt optrykt i målestoksforhold 1:200.000. GEUS.
  

Metode

Den bestemmelsesmetode, som der lægges op til her, sigter mod, at alle, som uddannes i dette modul efter en indlæringsperiode, skal kunne bestemme jordarterne til hovedgruppe samt beskrive andre karakterer ved jordarterne. Beskrivelserne skal således være ensartede ikke blot fra den samme prøvebeskriver, men også fra alle prøvebeskrivere. På denne måde vil de indhentede data kunne anvendes på en bedre og mere hensigtsmæssig måde i det arbejde, hvor boringsdata indgår.

2.1.1 Aflejringer fra Kridt og Tertiær

Tidsafsnit

Ved boring efter grundvand, råstoffer eller geotekniske forhold kan man under de kvartære aflejringer træffe en lang række forskellige jordarter og bjergarter. Udenfor Bornholm træffes i Danmark aflejringer fra en alleryngste del af Kridt Perioden eller fra Tertiær Perioden (Underinddelt i: Danien, Palæocæn, Eocæn, Oligocæn og Miocæn). På kortet Figur 1 kan ses, hvordan fordelingen af aflejringer fra de forskellige tidsafsnit er i Danmark, når de kvartære lag er fjernet. På skemaet Figur 4 findes en oversigt over de geologiske lag fra Øvre Kridt til og med Tertiær i Danmark.

Skrivekridt fra kridt

Aflejringer fra Kridt Periodens yngste del består næsten udelukkende af kalkbjergarten skrivekridt, som indeholder fint, hvidt kalkslam i silt og lerfraktionerne. Skrivekridtet er næsten altid blødt og uhærdnet, men mere sammenhængende, hærdnede lag kan forekomme. I skrivekridt lagene ligger tynde bånd af hård, hærdnet, sort flint. Desuden kan skrivekridtet indeholde mange dyrefossilrester. Skrivekridtet blev dannet i et hav, som stort set dækkede hele Danmark på det tidspunkt.

Figur 4
Oversigt over aflejringerne ældre end Kvartær tiden. Fra Larsen et al. (1988, 1995).
  

Kalksedimenter fra Danien

Ved starten af Tertiær Perioden fortsatte aflejring af kalksedimenter og gennem tidsafsnittet Danien blev dannet hvid og gul bryozokalk, slamkalk, koralkalk og kalksandskalk, ofte med et stort indhold af dyrefossiler. Sedimenterne optræder både i uhærdnet og hærdnet udgave, men især de to sidstnævnte kan være stærkt hærdnede. Kalkaflejringerne indeholder også bånd af grå eller brun, hærdnet flint. Gennem Danien tiden dækkede havet store dele af Danmark, og kalksedimenter blev aflejret på banker eller rev på havbunden.

Grønlandskalk og ler fra Palæocæn

Efter Danien skete en ændring af forholdene, fordi der nu blev tilført mere materiale fra et nærliggende landområde. Jordarterne blev stadig aflejret i havet. I Palæocæn blev især aflejret en leret, siltet og sandet kalkbjergart, kaldet grønsandskalk, som næsten altid er hærdnet og sammenhængende. Betegnelsen "grøn" viser hen til, at kalken ofte indeholder et grønt mineral kaldet glaukonit. Samtidig med og i tiden efter blev aflejret fedt ler, først med grålige farver, men senere i både grønne og røde farver. Til slut i Palæocæn blev aflejret moler (diatomit), som består af encellede kiselalger (diatomeer) og fedt ler med vulkanske askelag. Den vulkanske aske kom fra en vulkan beliggende i Skagerrak lige syd for Norge.

Plastisk ler fra Eocæn

Gennem Eocæn fortsatte havaflejring af ler. Leraflejringerne blev dog mere finkornede og plastiske, og de fik røde og grønne farver. Den yngste leraflejring er lys grågrøn eller olivenbrun, og den har et stort kalkindhold.

I det følgende Oligocæn tidsafsnit blev der stadig aflejret ler i havet. De ældste lag består af fedt, grønt og olivengrønt ler, mens de yngste lag består af sort eller brunt glimmerler. Glimmerleret indeholder stedvis sandlag og glaukonit, og undertiden findes sandstenslag med glaukonit.

Aflejringer fra Eocæn

I Miocæn tidsafsnittet ændrede aflejringsforholdene sig, da grænsen mellem land og hav nu for første gang i lang tid lå ned gennem Danmark eller lige umiddelbart uden for. Dette betød, at der i Miocæn både blev aflejret jordarter i havet og på landjorden på dansk område. Havaflejringerne består af brunt og sort ler, silt og sand med glimmer, glaukonit, kalkkonkretioner og undertiden mange dyrefossiler. På landjorden foregik aflejringen i søer, floder og på deltaer, hvor der ofte var en omfattende plantevækst. Derfor præges landaflejringerne bl.a. af brunkulslag og planterester i lag af glimmerler, -silt og sand og kvartssand -og grus.

2.1.2 Aflejringer fra Kvartær

Kvartærtidens inddeling

Efter den tertiære tidsperiode, hvor klimaet var varmt og fugtigt, skete et dramatisk skift til det kvartære tidsafsnit, hvor en række kuldeperioder med dannelse af store iskapper vekslede med perioder med isfrit land. Danmark har været dækket af gletscheris i mindst fire kuldeperioder: Istider eller Glacialer (Menap, Elster, Saale og Weichsel) adskilt af tre varmere tidsafsnit: Mellemistider eller Interglacialer (Cromer, Holstein og Eem). Desuden har der været mindre varmeafsnit indenfor glacialerne: Interstadialer (Vejlby, Brørup, m.fl.). På Figur 5 ses en oversigt over de kvartære aflejringer i Danmark.

Moræne- og smeltevandsaflejringer

Under istiderne har gletscherne bevæget sig henover landet og dels aflejret usorterede, blandede jordarter: moræneler, -sand og -grus og dels skubbet underliggende lag op og foldet eller forkastet dem. Smeltevandet fra gletscherne har løbet i floder eller ud i søer, hvor der blev aflejret smeltevandsler, -silt, -sand eller -grus. Endelig nåede smeltevandet også ud i havet, hvor der blev aflejret materiale som marine lag med dyrerester i.

Afsmeltning

Ved slutningen af istiderne, hvor store mængder smeltevand blev frigivet fra isen, aflejredes grovkornede smeltevandsjordarter på store hedesletter (sandur-sletter) foran isen eller finkornede smeltevandsjordarter i store søbassiner i terrænets lavninger. I mellemistiderne var klimaet et andet og normalt varmere. I søer og moser blev der aflejret tørv, gytje og diatomitlag, mens der i havet blev aflejret ler og sand med rester af dyr.

Tiden efter istiden

Efter den sidste is smeltede væk i Weichsel istiden blev klimaet varmere, og smeltevandet fik vandstanden i havene til at stige. I tiden frem til nutiden har der været en stadig skiften mellem perioder med høj og perioder med lav vandstand i havene, og dette afspejles af en vekslen mellem havaflejringer (ler, silt, sand, grus) og landaflejringer (tørv, gytje, diatomit, ler, kildekalk og flyvesand). I dag findes der havaflejringer langs kysterne, hvor de ofte er dækket af flyvesand.

Figur 5
Oversigt over aflejringerne fra Kvartær tiden. Fra Larsen et al. (1988, 1995).

2.1.3 Andre tidsafsnit

Ældre bjergarter og jordarter

I dybe boringer, der udføres for at fx finde olie og gas, og på Bornholm træffes jordarter og bjergarter, som er ældre end Kridt Perioden. De ældste dannelser hører til tidsafsnittet Prækambrium og består af hårde bjergarter som granit og gnejs. Fra afsnittene Kambrium, Ordovicium og Silur optræder der først sandsten aflejret på landjorden og i havet, og derefter kun havaflejrede skifre og kalksten. Fra tidsafsnittene Devon, Karbon og Perm findes kun bjergarter i de dybe boringer. Fra Trias, Jura og Nedre Kridt findes sand, sandsten, konglomerater, ler, lersten, skifer og brunkul.

2.1.4 Tektonik, forstyrrelser og omlejring

Forskydninger

Jordarter og bjergarter er i Danmark ofte flyttet fra det sted, hvor de oprindelig blev dannet. Dette skyldes store forskydninger i undergrunden langs forkastninger, fx ved salthorste eller de opskubninger og foldninger, som istidernes store gletschere forårsagede af de underliggende lag. Det betyder, at jordarterne er blevet blandet op, og at de øverste meter af de prækvartære aflejringer tit ikke er faststående, eller også er de blevet stærkt opsprækkede og nedknuste. Dette har stor betydning for vandindvinding fra fx kalklag. Det har også betydning for vurdering af funderingsforholdene ved nybygning.

Erosion og omlejring

Gennem istiderne har smeltevandet desuden eroderet de ældre jordarter og aflejret materialet på ny. Undertiden er de ny jordarters udseende meget lig med de ældres, selv om aflejringsforholdene har været anderledes. Det kan således være vanskeligt at skelne miocænt kvartssand, som er blevet omlejret af smeltevandet fra en gletscher, fra faststående kvartssand .

2.2 Grundvandsmagasinernes sammensætning og opbygning

Porøsitet og permeabilitet

Jordarternes og bjergarternes sammensætning og strukturer har stor betydning for deres egenskaber som grundvandsmagasiner. Der er to egenskaber, som er grundlæggende for egenskaberne: porøsitet og permeabilitet. Porøsiteten er forholdet mellem jordartspartikler og hulrum i jordarten, mens permeabiliteten er jordartens evne til at lade vand eller luft passere fra hulrum til hulrum og dermed gennem jordarten.

Aquiferer og aquitarder

Meget finkornede jordarter (ler, kalk) har ofte en høj porøsitet, men en lav permeabilitet gennem de primære porer i jordartens matrix. Derimod kan de godt have en høj permeabilitet (og porøsitet) langs sekundære porer, som sprækker og ormehuller. Grovkornede jordarter har relativ høj porøsitet og normalt også en høj permeabilitet. Disse forhold deler dermed jordarterne op i to grupper: Dem der kan indvindes vand fra (aquiferer), og dem der er vandstandsende (aquitarder).

De vigtigste grundvandsmagasiner

De vigtigste grundvandsmagasiner er derfor følgende: Skrivekridt, Danien kalk og grønsandskalk. Fra Kridt, Danien og Palæocæn, hvor grundvandsindvinding er baseret på sprækkebetinget permeabilitet, kvartssand og glimmersand fra Miocæn, smeltevandssand og grus fra istiderne i Kvartær samt marine sandlag fra Senglacial og Postglacial tidsafsnittene. Mindre magasiner findes i interglacialt/ interstadialt sand og kvartssand fra Kvartær, og dertil findes de helt specielle bornholmske magasiner i granit/gnejs, kalksten, skifre, kvartssand og grønsand.

2.3 Andre egenskaber

Råstofegenskaber

Der er også andre egenskaber ved jordarterne, der har betydning. Anvendelse som råstof er direkte baseret på jordarternes sammensætning og egenskaber. De grovkornede sand-grusmaterialer og nedknust granit bruges som balastmaterialer og fyld samt til beton. Forskellige typer ler bruges som byggematerialer, mens specielle typer som bentonit og moler har særlige anvendelser. Det rene kvartssand kan anvendes til glasfremstilling, filtersand, belægning på sportsanlæg og specielle industrielle formål. En del af sand-grusmaterialerne tages op fra havbunden.

Geotekniske egenskaber

Jordarternes egenskaber i forbindelse med geotekniske forhold har betydning ved bygning og konstruktion. Jordarternes bæreevne og frostbestandighed afhænger af kornsammensætning, indhold af organisk materiale og strukturforhold. Typisk er isbelastede aflejringer som moræneler og smeltevandssand-grus, hvis de ligger på oprindeligt leje, gode af bygge på, mens tertiære, plastiske leraflejringer nær jordoverfladen og på skråninger kan være meget problematiske at bygge på. Desuden er fx senglaciale og postglaciale tørv og gytjeaflejringer problematiske og kræver næsten altid fundering i forbindelse med byggeri.

2.4 Jordartstyper og jordartsklassifikation

Geologisk opdeles jordarter/bjergarter i en række hovedgrupper efter deres sammensætning og oprindelse:

Klastiske jordarter

A. Klastiske jordarter: Typisk ler, silt , sand, grus, lersten, skifer, sandsten, konglomerat. De klastiske jordarter er dannet på følgende måde: Eksisterende jordarter og bjergarter forvitrer og sønderdeles af nedbør og temperatur. Derefter transporteres materialet af sted med vand (fersk eller marint), vind eller is, hvorefter det aflejres et andet sted, hvor energiforholdene (bølge, strøm eller vind) er aftaget.

Karbonat jordarter

B. Karbonat jordarter: Kalk, skrivekridt, dolomit. Karbonatjordarterne dannes ved erosion, transport og aflejring af ældre karbonatjordarter eller ved kemisk udfældning i ferskvand, havvand eller fra kilder.

Organiske jordarter

C. Organiske jordarter: Tørv, gytje, træ, planter, brunkul, diatomit, skallag. Organiske jordarter dannes overvejende ud fra planterester, men dyrerester kan også være en større bestanddel. Jordarterne dannes hovedsageligt i søer og sumpe på landjorden, men fx skallag og diatomeer findes typisk i havaflejrede lag.

Evaporit jordarter

D. Evaporit jordarter: Kalk, stensalt, kaliumsalt. Evaporiter dannes ved inddampning af saltholdigt vand, overvejende i havvand med begrænset cirkulation, men også i søer med højt saltindhold.

Grundfjeldsbjergarter

E. Grundfjeldsbjergarter/krystalline bjergarter: Granit, gnejs, pegmatit, diabas, vulkansk aske. Disse bjergarter dannes ud fra andre jordarter/bjergarter under store tryk og temperaturer i jordskorpen, hvorefter materialet bringes som glødende stenmasse til jordoverfladen gennem vulkaner eller i forbindelse med bjergkædefoldninger.

2.5 Brøndborerbeskrivelse: Nøgle til beskrivelsen

Brøndborerbeskrivelsen bygger på en simpel metodik, der kan anvendes i felten under eller lige efter boringens udførelse og uden brug af hjælpemidler. De elementer, der skal beskrives for hver jordartsprøve, er:

Hovedbjergart, underordnede bestanddele, farve, andet indhold.

Hovedbjergart

Hovedbjergart er betegnelsen for hele jordarten eller for en del af prøven, som bestemmer, hvad den skal kaldes: Fx skal sand og grus kaldes for hovedbjergarten sand, hvis korn i sandfraktionen klart dominerer prøven. Hvis en prøve består af så meget materiale i lerfraktionen, at den er sammenhængende og plastisk, kaldes den for ler, og andre korn betegnes som underordnede bestanddele.

Underordnede bestanddele

Underordnede bestanddele er således et mindre indhold i hovedbjergarten af et andet materiale: gruskorn i ler, eller planterester i sand.

Det underordnede indhold i hovedbjergarten kan bestå af enhver af de andre hovedbjergarter. Derfor bruges disse ved beskrivelsen som ler med sand, sand med ler eller kalk med sand, lerblandet sand, sand med lerklumper osv.

Farve

Farven er også vigtig og beskrives med simple betegnelser som rød, grøn osv.

Andet indhold

Andet indhold betyder, at det kan være af betydning at nævne andet indhold som fx specielle dyrerester, planterester eller specielt bjergartsindhold som flint eller konkretioner mv. Der kan også skrives om andet indhold, som måske ikke er af geologisk oprindelse, fx glas og tegl i byfyld, forureninger i form af lugt eller misfarvning.

Figur 6
Skema der viser inddelingen af de klastiske jordarter baseret på kornstørrelse. Fra Larsen et al. (1988, 1995).
  

Et eksempel på beskrivelse

Et eksempel på en prøvebeskrivelse er således følgende:

Hovedbjergart: Ler
Underordnet bestanddel: grus
Farve: brunt
Andet indhold: Teglstumper

Denne beskrivelse ser derefter sådan ud: Ler, gruset, brunt med tegl.

Andre eksempler er:
  
Sand, leret, gråt, med skaller
Kalk, hvid, med flint
Sand, fint, gråt med brunkul
Ler, sandet, sort med glimmer

2.5.1 Hovedbjergarter og underordnede bestanddele

2.5.1.1 Grovkornede klastiske jordarter: Sand, grus og sten (sandsten)

Jordartstyper

De klastiske jordarter er karakteriserede og definerede ved deres kornstørrelse (Figur 6). Desuden skelnes der mellem, om de er bløde og deres enkelte korn løse i forhold til hinanden, eller om kornene er sammenhængende, kittet sammen med andet materiale. Bestemmelse af kornstørrelsen med fingrene kan erfaringsvis relativ let læres, så det kan foregå ude ved borearbejdet.

De mest almindelige grovkornede, klastiske hovedbjergarter er følgende: Sand, grus, sten, grus og sand, sandsten.

Karakter

Deres karakterer er følgende:

Sand består af materiale med en kornstørrelse mellem 0,06 mm og 2,0 mm og vil altid føles kornet. Fint sand har en kornstørrelse mellem 0,06 og 0,2 mm og føles som meget fine, enkelte korn, der ikke er sammenhængende. Det mere grovkornede sand adskilles fra grus ved, at grus har en kornstørrelse på mere end 2 mm. Det kaldes stadig grus op til 2 cm, men derefter er der tale om sten. Både i sand og grus kan der være opblandet andet materiale, og især ler og silt findes ofte i det. De to sidstnævnte jordarter kan være vanskelige at adskille, især når de er opblandede. Det vil derfor være tilstrækkeligt at sammenfatte dem under lerbetegnelsen, og beskrive fx lerblandet sand eller lerblandet grus, når det fine materiale er blandet med det grovere. Hvis der er tale om isolerede klumper eller slirer af fint materiale, beskrives det som sand med lerklumper, grus med lerklumper. Hvis der er lige meget sand og grus i en jordart kaldes den sand og grus.

Undertiden er sandet sammenkittet af andet materiale og er derfor blevet til en sandsten, som kan være mere eller mindre hærdnet og sammenhængende.

Eksempler

Følgende er eksempler på, hvad der skal med i beskrivelserne (se også farver afsnit 2.5.2 og andet indhold afsnit 2.5.3):

Sand, gruset, brunt med skaller, kvarts
Sand, leret (eller lerblandet), gråt
Sand, brunt med lerklumper
Grus, leret, gråt med planterester
Sandsten, grå

2.5.1.2 Finkornede klastiske jordarter: Silt og ler (mudder), lersten, skifer

Jordartstyper

De finkornede, klastiske jordarter består af så små korn, at de enkelte korn ikke kan skelnes med det blotte øje. Til gengæld har de en øget sammenhængskraft og plasticitet fra silt til fedt ler. De vigtigste finkornede klastiske jordarter er: Silt, ler, lersten, skifer.

Karakter

Silts kornstørrelse ligger mellem 0,06 og 0,002 mm. I tør tilstand føles silt som pulver, der støver, hvis man klapper hænderne mod hinanden. I våd tilstand ligner silt gær og har et gærbrud, når den brækkes over. Silt er også let at skylle af hænderne. Ler er materiale under 0,002 mm, og det føles sammenhængende og plastisk i våd tilstand og kan almindeligvis formes. Fedt ler er vanskeligt at skylle af fingrene. I tør tilstand bliver ler hårdt og uformbart. Ler kan indeholde andet underordnet materiale, især mere grovkornet klastisk materiale og beskrives derfor ofte som sandet ler, gruset ler, stenet ler. Hvis ler ikke indeholder andet materiale kaldes det for "stenfrit" ler, også selv om det andet materiale ikke er i stenfraktionen. Meget finkornet ler kaldes for meget fedt ler eller plastisk ler.

Ler eller silt kan også blive hærdnet, og går så under betegnelsen lersten. Hvis det hærdnede lermateriale ser ud til at kunne spalte i tynde lag, kaldes det for skifer.

Eksempler

Ved beskrivelsen skal følgende medtages (se også farver 2.5.2 og andet indhold 2.5.3):

Silt, sandet, gråt, med glimmer
Ler, stenet, brunt med planterester
Ler, stenfrit, blåt
Ler, fedt, grønt med skaller
Lersten, brun
Skifer, sort

2.5.1.3 Organiske jordarter: Muld, tørv, gytje, skaller, planterester

Jordartstyper

Disse jordarter er karakteriseret ved, at de indeholder organisk materiale i form af planterester eller dyrerester. De vigtigste jordarter er: Muld, tørv, gytje, skaller, planterester, diatomit (Kiselgur), brunkul.

Muld træffes normalt som det allerøverste lag, og det er en sandet eller leret jordart med indhold af uomdannede planterester. Tørv er en brun jordart, der næsten udelukkende består af planterester, som for det meste kan ses med det blotte øje. Undertiden kan planteresterne være så omdannede, så de er svære at erkende. Et mål for omdannelsen fås ved at presse tørven ud mellem fingrene. Jo mere der kan presses ud, jo mere omdannet er tørven.

Gytje består af dyrerester. Jordarten er brun, sort eller grå og den føles som en gummibold, når man trykker på den.

Jordarten skaller består næsten udelukkende af hele skaller eller skalfragmenter af snegle og muslinger. Andre kalkskallede dyr kan også indgå. Planterester er en jordart, som består af erkendelige planterester, som kan skilles ad. Derfor er der ofte tale om grene og blade.

Jordarten diatomit består af encellede kiselalger og undertiden lidt ler og silt. En ældre betegnelse er kiselgur, som især har været brugt for diatomiter i interglaciale moser. En diatomittype kaldes for moler, som er betegnelsen for en Eocæn diatomit i Limfjordområdet. For dem alle gælder, at i tør tilstand er de meget lette, meget lettere end leraflejringer, som de kan minde om.

Brunkul består af omdannede planterester, men undertiden kan der stadig ses oprindelige strukturer efter fx træ (vedstrukturer). Brunkul er brun eller sort.

Eksempler

Eksempler på beskrivelsens indhold er følgende (se også farver 2.5.2 og andet indhold 2.5.3):

Muld, leret, brun med planterester
Tørv, omdannet, brun
Gytje, leret, grå med planterester
Diatomit, leret, brun
Brunkul, brun

2.5.1.4 Karbonater (Kalkjordarter): Kridt og kalk

Jordartstyper 

Kalkjordarterne er karakteristiske ved deres høje indhold af CaCO3 (Calciumkarbonat), og deres ofte hvide eller grå farver. De to vigtigste betegnelser er: Kridt, (skrivekridt) og kalk.

Karakter

Kridt (skrivekridt) er en finkornet, hvid kalkbjergart, hvor det meste materiale er under 0,06 mm. Dette kaldes for kalkslam. Kridtet føles som fint pulver i tør tilstand, og det kan bruges til at skrive med. I våd tilstand er det løst, flydende kalkslam. I kridtet findes der underordnet tynde lag af flint, som ofte er sort eller mørkegrå. Flint er en tæt, hård bjergart dannet af kiselsvampe på havbunden. Kridt eller skrivekridt er for det meste uhærdnet eller svagt hærdnet, men der kan forekomme horisonter, som er mere hærdnede.

Kalk er kalkjordarter med en mere varieret sammensætning, især med hensyn til kornstørrelsen, men også på grund af dyrefossilindholdet. Desuden er hærdningsgraden forskellig fra den ene kalkbjergart til den anden.

Forskellen mellem kridt og kalk ses således ud fra beskrivelsen ved forskelle i hærdningsgrad og kornstørrelse. Desuden har kalkbjergarterne også en tendens til at være mere grålige eller gullige. I kalkbjergarterne findes også flint, men den er her ofte mere gråbrun eller grå-lysegrå.

Eksempler

Beskrivelsen af kalkjordarterne skal indeholde følgende (se også farver 2.5.2 og andet indhold 2.5.3):

Kalk, grå med brun flint
Kalk, gul med dyrerester
Kridt, hvid med sort flint

Da kalk/kridt kan være hårdere at bore i end andre jordarter, vil det være hensigtsmæssigt at bemærke dette under beskrivelsen som: hård eller meget hård.

2.5.1.5 Evaporiter (Saltjordarter): Stensalt

Karakter

Der er kun en evaporit, som skal omtales her, og det er stensalt. Stensalt er almindeligvis farveløs eller har lyse farver. Bjergarten er sammenhængende og smager salt.

Eksempel

Stensalt skal beskrives på følgende måde (se farve 2.5.2 og andet indhold 2.5.3) Stensalt, hvid og gul

2.5.1.6 Grundfjeldsbjergarter: Granit, diabas, vulkansk aske

Karakter

De vigtigste grundfjeldsbjergarter indenfor dansk område er granit, diabas og vulkansk aske. Granik anvendes som en samlebetegnelse for de krystalline bjergarter, der er dannet på større dybde. På Bornholm findes også bjergarten gnejs, men den regnes under granit i denne sammenhæng. Granitter er mellem- til grovkornede, hårde, sammenhængende bjergarter i rødlige og grålige farver. Diabas er en finkornet, sort, vulkansk bjergart, der optræder i mindre, begrænsede bjergartslegemer i granitterne. Vulkansk aske er også en finkornet, vulkansk bjergart med sorte eller grå farver, som i Danmark oftest træffes vekslende med moler i Limfjordsområdet.

Eksempler

Beskrivelser af grundfjeldsbjergarterne kan være følgende (se farver 2.5.2 og andet indhold 2.5.3):

Granit, rød med sort diabas
Diabas, sort
Vulkansk aske, sort og brun med diatomit

2.5.1.7 Fyld og andre "kunstige jordarter"

Karakter

De almindeligste forekomster af "kunstige jordarter", dvs. jordarter dannet af mennesket er byfyld, indpumpet materiale, pløjet jord og overskudsjord.

Byfyld/fyld er almindelig i de fleste byer. Det kan være vanskeligt at erkende, om en jordart er fyld. Forholdsvis sikre tegn er indhold af teglstumper fra mursten eller tagtegl, glasskår eller slagger. I en række byer, hvor opfyldningen strækker sig tilbage til Vikingetid/Middelalder, kan der findes meget andet i fylden. Indpumpet materiale er oftest sand eller grus, som er pumpet ind fra havbunden for at fylde et kystnært areal op. Det kan være svært at genkende, men indhold af skaller kan pege på sådant materiale. Pløjet jord forekommer især udenfor byområder på marker, hvor store mængder jord kan være flyttet i tidens løb. Overskudsjord fra fx udgravninger bliver ofte flyttet til andre områder for deponering og kan også være svær at erkende.

Eksempler

Fyld mv. beskrives således (se farver 2.5.2 og andet indhold 2.5.3):

Byfyld, leret med tegl
Indpumpet sand, gruset, brun
Omgravet jord, brun
Overskudsjord, leret, stenet, brun

Hvis man ikke er sikker på, at der er tale om fyld eller lignende, er det bedre at beskrive jordarten til en anden hovedbjergart, typisk: muld, sand eller ler.

2.5.2 Farver

Beskrivelse af farver er meget subjektiv og afhængig af den enkelte, der undersøger jordarterne. Erfaringen viser, at det ved detaljeret beskrivelse/bestemmelse er nødvendigt at anvende et farvekort. Dette er ikke meningen ved denne beskrivelsesmetodik, så derfor henføres jordarternes farver udelukkende til de "rene" farver. Nedenstående farver virker noget anderledes på jordprøver, end hvis man ser på fx stof eller maling, men derfor er det alligevel muligt at henføre jordarternes farver til disse hovedgrupper:

Gul
Brun
Sort
Rød
Grøn
Blå
Hvid
Grå
Farveløs

2.5.3 Andet indhold

Bjergarterne/jordarterne indeholder ofte udover deres hovedkomponenter, som findes alle vegne, specielle mineraler, bjergarter, planterester, (plantefossiler) eller dyrerester (dyrefossiler), som medtages ved beskrivelsen. Der kan desuden skrives om andre ting, som præger prøven, fx egenskaber som er opstået ved forurening. Det er ønskeligt, at nævne disse komponenter ved beskrivelsen i det omfang, det er muligt. Mulighederne er mange, men her skal kun nævnes det materiale, som er almindeligt som specialindhold.

Mineraler

Kvarts, som er et glasklart, hårdt mineral. Typisk for miocænt sand. Glimmer, som er et tyndt, bladet mineral, er sort eller glasskinnende. Typisk for oligocænt og miocænt ler.

Glaukonit, som er et afrundet, grønt, leret mineral. Typisk for palæocæne, oligocæne og miocæne aflejringer.

Bjergarter

Flint, som er en tæt, hård bjergart i sorte, grå eller brune farver. Typisk for Kridt og Danien kalkaflejringer.

Konkretioner, som er hårde, sammenhængende bjergarter, der normalt er afrundede. Består tit af calciumkarbonat. Findes typisk i tertiære aflejringer.

Okker, som er en ofte blød, rød eller gul bjergart, der består af jernholdige mineraler. Dannes fx ud fra tertiære jordarter, men findes i de kvartære.

Figur 7
Borerapport udarbejdet af GEUS, som kan anvendes til indberetning af boringsdata og jordprøver.
  

Planterester

Et specielt indhold af planterester kan bestå af:

Grene, blade, stængler, frugter

Dyrerester

Et specielt indhold af dyrerester kan bestå af:

Muslinger, snegle, bryozoer

Andre egenskaber

Følgende beskrives, hvis det registreres i jordarten:

Lugt, misfarvning, indhold af forurenende stoffer

2.6 GEUS beskrivelse af jordprøver

Metodik

Ved GEUS foretages en mere omfattende beskrivelse af de prøver, som indsendes ifølge love og bekendtgørelser (se afsnit 2.7). Metoderne, som anvendes, svarer til de beskrevne i "Vejledning i Ingeniørgeologisk prøvebeskrivelse", og normalt vil alle mulige parametre blive undersøgt ved beskrivelsen. Beskrivelserne indlæses direkte i ZEU-Sboringsdatabasen.

Aldersbestemmelse

GEUS gør meget ud af, at henføre jordarterne/aflejringerne til de rigtige tidsafsnit, og trækker på den arbejdskraft, der er på institutionen, som kan bestemme dyre- og plantefossiler. Derudover henføres jordarterne til de formelle geologiske enheder, som er etableret på dansk område (Figur 4 og 5).

2.7 Indberetning til GEUS: Borejournalen og prøverne

Love og oplysninger 

Ifølge Vandforsyningslovens paragraf 69 og råstoflovens paragraf 28 skal alle boringer, der udføres, indberettes til DGU (nu GEUS). Dette indebærer desuden, at der skal udtages prøver af de gennemborede lag, og de skal indsendes til GEUS. Reglerne for, hvordan prøvernes skal udtages (hvor mange, hvor tit mv.), hvordan de indpakkes, hvad der skal noteres på borejournalen mv., er skrevet i en Bekendtgørelse og en vejledning. De vigtigste ting vil blive gennemgået nedenfor. På Figur 7 ses GEUS borerapport. Den kan rumme stort set alle de oplysninger om boringen, der kræves ud fra bekendtgørelsen (undtaget dog pumpeundersøgelser -og data og kemiske data). Det forudsættes, at udfyldelse af felterne med administrative, tekniske og grundvandstekniske data er foregået andetsteds. I det følgende refereres til punkterne 1-6 (de enkelte felter på rapporten) (Figur 7):

Udfyldelse af rapporter

Pkt. 1. I rapportens kant gives første anvisning på prøveudtagelsen, der siger: En prøve for hver 5 meter, men altid en prøve fra hvert lag. Denne tekst er direkte fra Boringsbekendtgørelsen, der kan ses i uddrag på rapportens bagside.

Pkt. 2. Dybde i m.u. terræn. I denne rubrik angives det dybdeinterval (lag), hvorfra prøven er udtaget, fx 2,0-3,0 m (med en decimal efter kommaet).

Pkt. 3. Udfyldes når der er oplysning om den præcise dybde, hvorfra prøven er taget (i meter under terræn med en decimal efter kommaet). De to dybdeangivelser supplerer hinanden.

Pkt. 4. Den udtagne jordart beskrives i overensstemmelse med de regler, som er omtalt i dette materiale.

Pkt. 5. Prøverne pakkes ned i plastikposer, og det er meget vigtigt, at de nummereres, og at der er overensstemmelse mellem prøveindhold i poserne, beskrivelsen på borerapporten og nummeret på posen.

Pkt. 6. Der fortsættes på et hjælpeskema, hvis det er nødvendigt.

2.7.1 Prøveudtagning

Antal prøver

Udtagningen af prøverne er et helt centralt punkt for at få de korrekte oplysninger ud af indberetningen. Prøvemængden skal overholdes: En prøve for hver 5 meter, men altid en prøve for hvert lag. Denne bestemmelse skal sikre, at der tages prøver fra alle geologiske lag, men at der kun tages en prøve fra hver femte meter, hvis der bores i et tykt lag (hovedbjergart med ens sammensætning). Udtagningsdybderne, både intervallet (over- og undergrænser, eller laggrænser), hvorfra prøven er taget Prøvestørrelsen Orden Indpakning og/eller også den eksakte prøvetagningsdybde, skal være rigtige og angives i meter under terræn.

Prøvestørrelsen

Prøvestørrelsen er vigtig, og den skal være mellem 1/4 til 1/2 liter (tænk på mælkekartoner). Det er vanskeligt at bedømme for små prøver, især hvis de kommer fra skylleboringer eller lignende boremetoder. Hvis prøverne har den rigtige størrelse, er der mulighed for at tage højde for de fejlkilder, der kan være ved prøver fra fx skylleboringer.

Orden

Sammenblanding af prøvemateriale fra forskellige dybder kan føre til fejlagtige konklusioner ved fx GEUS efterfølgende prøvebeskrivelse, og dette har konsekvenser for den senere anvendelse i forbindelse med bedømmelse af de geologiske forhold og grundvandet. Derfor er adskillelse af prøverne ved udtagningen vigtig, og det anbefales kraftigt, at borefirmaet etablerer et sikkert system til at holde orden i prøverne.

2.7.2 Indpakning og mærkning af prøverne

Indpakning

Prøverne skal indpakkes i plastikposer, som lukkes forsvarligt med fx clips. Af hensyn til indberetningen og den senere anvendelse af oplysningerne er det væsentligt, at der er overensstemmelse mellem prøveudtagningsdybden (noteret på borerapporten), beskrivelsen af jordprøven (brøndborerens beskrivelse på rapporten) og prøvenummeret på prøveposen (skrevet på borerapporten), og at disse oplysninger medfølger de indsendte prøver. Jordprøver, der ikke kan placeres i den rigtige dybde, eller jordprøver, som ikke stemmer overens med beskrivelsen på rapporten, er faktisk ubrugelige.

2.8 Litteratur

Binzer, K. & Stockmarr, J., 1994: Geologisk kort over Danmark. 1:500.000.
Prækvartæroverfladens højdeforhold.- Danmarks Geologiske Undersøgelse Kortserie nr. 44, 10 sider.

Frederiksen, J., Gravesen, P. Knudsen, B. & Thorsen, S., 1987: Danske jordarter.
Forekomst og egenskaber. AUC Efteruddannelsen. Kursus i Ingeniørgeologi, 111 sider.

Gravesen, P. & Knudsen, J., 1981: Beskrivelse af boreprøver fra vandforsyningsboringer ved Danmarks Geologiske Undersøgelse.- Vandteknik, nr. 5, side 111-118.

Gravesen, P. & Fredericia, J., 1984: ZEUS-geodatabasesystem. Borearkivet.
Danmarks Geologiske Undersøgelse, Ser. D nr. 3, 259 sider.

Hansen, J.M., 1984: Geologi for enhver. Danmarks undergrund og Råstofferne.
Danmarks Geologiske Undersøgelse, 88 sider.

Larsen, G., Frederiksen, J, Villumsen, A., Fredericia, J., Gravesen, P., Foged, N., Knudsen, B. & Baumann, J., 1988, 1995: Vejledning i Ingeniørgeologisk prøvebeskrivelse. Dansk Geoteknisk Forening, Bulletin 1, 135 sider.

Miljøministeriet, 1980: Bekendtgørelse om udførelse af boringer efter grundvand.
Miljøministeriets bekendtgørelse nr. 4 af 4. januar 1980, 5 sider.

Miljøministeriet, 1985: Lovbekendtgørelse om vandforsyning mv. Miljøministeriets Lovbekendtgørelse nr. 337 af 4. juli 1985, 14 sider.

Miljø- og Energiministeriet, 1996: Lovbekendtgørelse om råstoffer. Miljø- og Energiministeriets Lovbekendtgørelse nr. 1007 af 28. november 1996, 10 sider.

Miljøstyrelsen, 1980: Cirkulære om udførelse af boringer efter grundvand mv.
Miljøstyrelsens cirkulære af 28. februar 1980, 10 sider.

Bilag 1
Lovbekendtgørelse om vandforsyning mv. Nr. 337 af 4. juli 1985, § 69.

Lovbekendtgørelse områstoffer. Nr. 1007 af 28. november 1996, § 28.

Politikens Forlag, 1967: Danmarks Natur, bind 1 Landskabernes Opståen, 448 sider.

Sorgenfrei, T. & Berthelsen, O., 1970: Geologi og vandboring. Danmarks Geologiske Undersøgelse, III rk., 31, 106 sider.

Bilag 2
Bekendtgørelse om udførelse af boringer efter grundvand. Nr. 4 af 4. januar 1980, § 17.

Cirkulære om udførelse af boringer efter grundvand mv.. Af 28. februar 1980, Kapitel 6.

3. Prøvepumpning

3.1 Introduktion

Lovgivning

Miljøministeriets bekendtgørelse nr. 4 af 4. januar 1980: Bekendtgørelse om udførelse af boringer efter grundvand.

I §8 nævnes, at der efter borearbejdets afslutning skal afholdes en renpumpning og en prøvepumpning.

Renpumpning

I §9 nævnes, at renpumpningen skal afholdes i 3 trin med trinvis stigende kapacitet. 1. og 2. trin pumpes med henholdsvis 1/4 og 1/2 af forventet maksimal kapacitet og på 3. trin pumpes med maksimal kapacitet i mindst 4 timer. Det oppumpede vand skal ved afslutning af alle 3 trin være sandfrie. Umiddelbart før stop af pumpen ved 3. trin foretages en pejling, og efter stop af pumpning foretages en tilbagepejling.

Prøvepumpning

Miljøstyrelsens cirkulære nr. 65 af 28. februar 1980: Cirkulære om udførelse af boringer efter grundvand m.v. I cirkulærets kapitel 3 redegøres mere detaljeret om prøvepumpningens udførelse.

3.2 Formål med prøvepumpning

Formål

Formålet med en prøvepumpning er ved forskellige pumpeforsøg og beregninger at bestemme de lokale hydrauliske forhold omkring boringen for at vurdere, hvor god boringen er til at udnytte disse, samt at bestemme det vandførende lags transmissivitet.

Generelt omfatter prøvepumpningsbegrebet også pumpetest med henblik på beregninger af flere hydrauliske forhold i det vandførende lag. Disse test er mere omfattende og kræver blandt andet flere observationsboringer. Beregningerne er også mere omfattende. Hovedvægten vil således blive lagt på test af pumpeboringen, men prøvepumpning med anvendelse af observationsboringer vil kortfattet blive omtalt.

3.3 Indledning

Indledning

Prøvepumpningsforsøg bygger på en sammenhæng mellem pumpeydelse, sænkning af vandstand i pumpeboringer og eventuelle observationsboringer. I det øjeblik en pumpe startes, begynder vandstanden i boringen at falde, og vand begynder at strømme ind i boringen fra det vandførende lag for at kompensere for den bortpumpede vandmængde. Når der strømmer lige så meget vand ind i boringen, som der pumpes op, ophører vandstanden i boringen med at falde. Udenfor boringen i det vandførende lag vil grundvandsspejlet (ved vandførende lag med frit vandspejl) eller trykniveauet (ved vandførende lag, der er artesiske) også falde, først lige udenfor boringen, men efterhånden i længere og længere afstand fra boringen. Det er denne udbredelse af sænkningen af grundvandsstanden (sænkningstragten), der kan måles i observationsrør (andre boringer), og det er disse måledata, der danner grundlag for beregninger.

Figur 1a
Specifik kapacitet, virkningsgrad og oparbejdning
  

Figur 1b
Variation i specifik kapacitet i en pumpeboring som følge af ydelse og pumpetid

Beregningerne udføres ved hjælp af en matematisk model, det vil sige en formel, eller en grafisk fremstilling af en formel, fx en ret linie eller en typekurve. Den grundlæggende formel (Theis' ligning) er et kompliceret matematisk udtryk, og er i sin oprindelige form udviklet til at beskrive varmens udbredelse i fast stof. Det siger sig selv, at et vandførende lag er et meget mere uensartet medie/legeme end for eksempel en jernstang. Derfor må man gøre sig klart, hvilke forudsætninger, der er gjort for at anvende den matematiske formel, og hvad der sker, hvis disse forudsætninger ikke er til stede.

Forudsætninger

Figur 2
Afsænkningskomponenter i en pumpeboring

Et andet problem er, hvor mange målinger der skal tages for, at man med rimelighed kan sige, at målingerne kan repræsentere den matematiske ligning (graf).

Antal målepunkter

To punkter i et diagram vil altid kunne repræsentere en ret linie, men det virker tilfældigt, om det nu også er den rigtige linie, der er tale om. Tre punkter er bedre, men er der en fejlmåling, således at punkterne ikke falder på en ret linie, kan der tegnes to linier, uden at man kan sige noget om, hvilken der er den rigtige. Det er vanskeligt at sige, hvor mange målinger der er nødvendige. Antallet vil sikkert variere fra gang til gang, i bilag 1 er angivet generelt accepterede forslag.

Måletidspunkter

Endvidere er det ikke ligegyldigt, hvornår målingerne tages. Hvornår skal der tages mange med korte tidsmellemrum, og hvornår kan der tages få med lange tidsmellemrum. I de analysemetoder, der anvendes ved prøvepumpninger bruges generelt en logaritmisk tidsakse. Dette betyder, at måleperiodens første del fra fx 0,1 - 1 minut afbilledes med et lige så langt stykke på tidsaksen som tidsperioderne 1 - 10 min., 10 - 100 min. og 100 - 1.000 min etc. Generelt vil det derfor være bedst at tage mange målinger i begyndelsen af en prøvepumpning.

Sænkning

Det matematiske udtryk for sænkningen i en pumpeboring som funktion af det vandførende lags hydrauliske egenskaber (transmissivitet T og magasinkoefficient S), pumpeydelsen Q, boringens radius r_w, pumpetid t og sænkningstab i og omkring boringen CQⁿ, er:

Det komplicerede led foran plustegnet angiver bidraget fra det vandførende lag og kan forkortes til BQ. Ligningen kan herefter skrives som:

Det ses af ligningen, at øges Q, vil begge led på ligningens højre side øges og altså også s_w. Også hvis tiden t øges, vil s_w vokse.

3.4 Prøvepumpning i forbindelse med oparbejdning

Oparbejdning

Oparbejdning af boringer er en proces, hvorved fint materiale fra boringens umiddelbare nærhed bliver fjernet, og hvorved alle følger af borearbejdets påvirkning af det vandførende lag (mudderbelægning og mudderindtrægning) bliver fjernet. Oparbejdningen er tilendebragt, når boringen er sandfri samt ud fra et hydraulisk kriterium, når der ikke sker nogen yderligere forbedring af den specifikke kapacitet eller virkningsgraden under forudsætning af samme pumpeydelse (Figur 1a). Ændres på pumpeydelsen, vil den specifikke kapacitet aftage, når ydelsen øges. For samme pumpeydelse vil den specifikke kapacitet aftage med voksende pumpetid (Figur 1b).

Ovenfor er nævnt begreberne specifik kapacitet og virkningsgrad, disse ord kræver en nærmere forklaring.

Specifik kapacitet

Den specifikke kapacitet for en boring er pumpeydelsen Q pr. m sænkning (s), altså ydelsen divideret med sænkningen (Q/s).

Det matematiske udtryk for den specifikke kapacitet er:

Det ses, at øges Q vil ledet CQ^n-1 for n>2 vokse endnu mere, hvorfor den specifikke kapacitet Q/s_w vil aftage.

Sænkningsbidrag

Sænkningen i boring er sammensat af flere sænkningsbidrag, idet det strømmende vand på vej mod og i boringen passerer zoner med forskellige modstande mod strømningen. Dette kan udtrykkes således (Figur 2):

s_w = s₁ + s₂ + s₃ + s_4, hvor
s_w er sænkningen i pumpeboringen.
s₁ er sænkningen i det vandførende lag udenfor boringen
s₂ er sænkningen i filterhudszonen, dvs. den grænsezone mellem det vandførende lag og gruskastningen, der kan påvirkes under borearbejdet og oparbejdningen.
s₃ er sænkningen i gruskastningen.
s₄ er sænkningen forårsaget af modstand mod indstrømning i filterets slidser, gennem slidserne og op gennem filterrør og foringsrør.

s₃ og s₄ er ved korrekt valg af gruskastningsmateriale og af filterrør ubetydelige i forhold til de andre sænkningsbidrag.

Virkningsgraden (V) for en boring er defineret som forholdet mellem sænkningsbidraget fra det vandførende lag s₁ og summen af alle sænkningsbidrag ved samme pumpeydelse, altså:

Virkningsgrad

Virkningsgraden er altså mindre end 1, da s₁ divideres med sig selv plus noget mere. s3 og s4 er normalt ubetydelige og kan derfor lades ude af betragtning. s1 kan beregnes udfra sænknings/stigningsdata og pumpetidsdata ved eller efter en prøvepumpning. s2 kan beregnes udfra sænknings/stigningsdata i flere observationsboringer samt kendskab til afstandene mellem pumpeboring og observationsboringer. Disse beregninger vil blive yderligere omtalt i et senere afsnit.

En anden metode til vurdering af oparbejdningstilstanden, der ikke kræver så omfattende beregninger, er at betragte etableringsforholdet. Det vil sige forholdet mellem stigningen til et givet tidspunkt efter pumpestop og den totale sænkning i pumpeboringen, fx s3/sw, hvor s3 er stigningen efter 3 minutter. Boringens tilstand anses for at være uacceptabel, dersom forholdet er større end 0,90.

Figur 3a
Variation i specifik sænkning som følge af pumpeydelse for en boring under oparbejdning
  

Figur 3b
Variation i specifik kapacitet som følge af pumpeydelse for en boring under oparbejdning
  

Figur 3c
Variation i specifik sænkning som følge af pumpeydelse for en godt oparbejdet boring
  

Figur 3d
Variation i specifik kapacitet som følge af pumpeydelse for en godt oparbejdet boring
 

Specifik sænkning

Sænkningsdata kan i form af den specifikke sænkning sw/Q anvendes til vurdering af oparbejdningstilstanden. Anvendelsen kræver dog, at der har været udført en trinvis prøvepumpning, se senere, idet der kræves mindst tre værdier af den specifikke sænkning. Dersom den specifikke sænkning aftager med voksende pumpeydelse, pågår oparbejdningen stadig (se Figur 3a), fordi den hydrauliske ledningsevne i det vandførende lag umiddelbart udenfor boringen stadig forbedres ved fjernelse af fint materiale. Betragtes den specifikke kapacitet (se Figur 3b) for samme situation, vil denne stige under oparbejdningen. Når den spec. sænkning begynder at vokse med stigende ydelse (Q), er oparbejdningen afsluttet (se Figur 3c). Den specifikke kapacitet vil falde for samme periode (se Figur 3d).

Retablering af vandspejl

Retableringens forløb efter pumpestop kan illustreres som ved Figur 4, hvor retableringsforholdet er plottet mod tid efter pumpestop. Det ses af figuren, at efter 3 minutter er 98% , henholdsvis 92% af sænkningen retableret. Da der kun er gået relativ kort tid siden pumpestop, må retableringsforholdet være influeret af forhold i boringens umiddelbare nærhed (formentlig i filterhudszonen). Der er altså i filterhudszonen en stor modstand mod strømningen, hvilket tyder på, at oparbejdningen kunne forbedres. En meget hurtig retablering af vandspejlet efter pumpestop kan altså ikke fortolkes som et tegn på en god boring, tværtimod.

Figur 4
Retablering af grundvandsstand efter pumpestop
  

Figur 5
Sænkning versus ydelse

3.5 Trinvis varieret prøvepumpning

Trinvis varieret prøvepumpning

Trinvis varieret prøvepumpning anvendes til at bestemme, hvor stor en del af den fremkomne sænkning i pumpeboringen der skyldes modstand mod strømning i det vandførende lag, og hvor stor en del af sænkningen, der skyldes egenskaber ved boringen.

Trinvis varieret prøvepumpning kan endvidere anvendes til at bestemme den i driftsmæssig henseende bedste specifikke kapacitet. Det vil sige den højeste pumpeydelse ved de forhåndenværende sænkningsmuligheder.

Den optimale specifikke kapacitet kan bestemmes ud fra et plot af sænkning versus pumpeydelse, (se Figur 5). Ved hjælp af kurven kan den pumpeydelse, der svarer til den valgte sænkning, aflæses.

Resultaterne fra analysen af en trinvis varieret prøvepumpning kan som nævnt anvendes til at skønne over sænkningsbidrag fra det vandførende lag og fra pumpeboringen.

Se her!

Figur 6
Trinvisvarieret pumpning. Jacob's metode.

Ligningen, der viser sammenhængen mellem sænkning pumpeydelse og de hydrauliske parametre, udtrykkes i dette tilfælde således:

B er faktoren for tabet i det vandførende lag, og C kaldes filtertabsfaktoren og tillægges turbulent strømning i boringen og i boringens allernærmeste omgivelser.

Datagrundlaget til beregningerne er sammenhørende værdier af sænkning og pumpeydelse for 4-5 forskellige ydelser (mindst 3).

Der anvendes i almindelighed to metoder Jacob's og Roarbough's til analysen, og ved begge metoder udtrykker man de ovenstående ligninger ved den specifikke sænkning (s_w/Q ).

Jacob's metode

Den første metode (Jacob's) kan udtrykkes således:

s_w/Q = B + CQ. Denne ligning kan afbilledes grafisk på lineært papir ved at plotte værdier af s_w/Q på y-aksen og Q-værdier ud af x-aksen, og vil fremstille en ret  linie. Liniens skæring med y-aksen giver værdien for B i enheden sek/m2. C angiver liniens hældning og måles i enheden sek2/m5. (Eksempel Figur 6).

Se her!

Figur 7
Trinvisvarieret pumpning. Roarbough's metode.

Roarbough's metode

Den anden metode er Roarbough's metode, der kan udtrykkes som s_w/Q = B + CQ^n-1, hvilket viser en ikke lineær sammenhæng. Omskrives ligningen til et logaritmisk udtryk fås:

log (s_w/Q - B) = log C + (n-1)logQ. Et plot på dobbeltlogaritmisk papir af (s_w/Q B) versus Q vil med et rigtigt gæt på værdien B fremstille en ret linie. B-værdien vil ligge et sted mellem laveste og højeste værdi af s_w/Q, 3-4 gæt vil normalt være tilstrækkeligt. n-1 angiver liniens hældning (målt lineært). C kan beregnes efter følgende formel:

Den her fremstillede opdeling i laminært formationstab og turbulent indstrømningstab er ofte mere teoretisk end svarende til virkeligheden. Ofte er det ikke muligt at foretage den postulerede skelnen. (Eksempel Figur 7).

3.6 Retliniemetoden (Cooper-Jacob metoden)

Retniniemetoden

Under forudsætning af små værdier af størrelsen

(fx <0,05), dvs. små værdier af r og store værdier af pumpetiden t kan retliniemetoden anvendes til analyse af en prøvepumpning med henblik på beregning af det vandførende lags hydrauliske egenskaber, transmissiviteten (T) og magasinkoefficient (S) ved artesiske forhold eller specifik ydelse (s_y) ved frie vandspejlsforhold.

Herudover kan metoden anvendes til at beregne sænkninger til tidspunkter ud over den anvendte prøvepumpningsperiode, sænkninger ved andre pumpeydelser end den anvendte, og til at beregne sænkninger i forskellige afstande fra pumpeboringen. Herunder også sænkningen umiddelbart udenfor boringen, hvorved den totale sænkning i pumpeboringen kan opdeles i bidrag fra det vandførende lag og bidrag fra boringen.

Ved denne metode plottes på enkeltlogaritmisk papir sænkningen (s) i m på den lineære akse og pumpetiden (t) i minutter på den logaritmiske akse.

Det vandførende lags transmissivitet kan beregnes efter formlen: Dersom de samme forudsætninger, som er nævnt i indledningen, er opfyldt, vil de plottede punkter ligge på en ret linie. Herved kan der opnås endnu en beregningsmæssig forenkling, idet man i stedet for s kan anvende hældningen over en dekade s, herved fås:

Magasinkoefficienten beregnes efter formlen.

hvor t₀ er den tid, der svarer til skæringspunktet mellem data-linien og linien, der svarer til sænkning lig med 0.

Bemærk at ved plotning på tidsaksen anvendes enheden minutter. Men ved indsættelse i formler anvendes altid SI-enheder, dvs. for tid, sekunder. (Eksempel, Figur 8).

Cooper-Jacobs formel kan også anvendes i tilfælde, hvor der kun er data fra pumpeboringen, dog kan man i dette tilfælde ikke beregne magasinkoefficienten.

3.7 Retliniemetoden anvendt på stigningsdata

Retliniemetoden, stigningsdata

I stedet for sænkningsdata kan man anvende stigningsdata. Dette har blandt andet den fordel, at eventuelle uregelmæssigheder i pumpeydelsen under pumpning udjævnes under stigningen. Metoden anvendes hyppigt til beregning af det vandførende lags transmissivitet og til beregning af en borings virkningsgrad ud fra stigningsdata fra en enkelt pumpeboring.

Figur 8
Retliniemetoden. Tid-sænkning.
  

Se her!

Figur 9
Retliniemetoden. Stigningsdata.

Fremgangsmåden svarer helt til den, der blev anvendt ved sænkningsdata. Stigningsdata i m plottes mod stigningstider i minutter på semilogaritmisk papir med stigningen på lineære akse og tid på den logaritmiske akse. Anvendte tidsintervaller fremgår Bilag 1. Hældningen s over en dekade af den rette linie gennem punkterne måles, og T-værdier beregnes efter samme formel som ved sænkningsdata (se Figur 9). Transmissivitetsværdien bruges til at beregne den teoretiske stigning efter 60 minutter (=3.600 sekunder) s3600. Der skelnes mellem minutter og sekunder, fordi det er mest praktisk at anvende minutter som tidsenhed ved plotning, men ved indsættelse af værdier i formler er det bedst at bruge sekunder.

Virkningsgrad

I Danmark er der blevet praksis at anvende stigsningsdata efter 1 time til beregning af virkningsgraden. Denne beregnes jf. tidligere ved at dividere den teoretiske stigning s3600 med den målte stigning efter 1 time smålt (se Figur 8). Metodens anvendelse forudsætter dog, at det vandførende lag i den del, der påvirkes indenfor 1 time, ikke ændres med hensyn til de hydrauliske parametre. Ligeledes bør man sikre sig, at der ikke er påvirkninger, der kan henføres til forerørseffekt. En effekt, der ved sænkning skyldes påvirkning af det vandvolumen, der står i boringen, og ved stigning skyldes, at vand for længe vedbliver at strømme ind i boringen efter pumpestop. Teorien forudsætter ubetydeligt vandvolumen i boringen. Forerørseffekten forekommer især ved en kombination af stor borediameter og lille T-værdi. Jf. de forudsætninger, der er nævnt i indledningsafsnittet. Eventuelle ændringer i T og S og forerørseffekt vil vise sig ved, at den tegnede kurve vil knække en eller flere gange.

Figur 10
Retliniemetoden. Afstandsænkning.
 

Figur 11
Virkning af forerørseffekt på sænkningsforløbet.
  

Figur 12
Virkning af sænkningsdæmpende forhold.

3.8 Retliniemetoden anvendt ved sænkning versus afstandsdata

Retliniemetoden, afstandsdata

I stedet for at plotte sænkning versus pumpetid, kan man for samme tidspunkt efter pumpestart plotte sænkningen i forskellige observationsboringer versus afstanden til observationsboringen. (Eller stigningsværdier efter pumpestop).

Ved afstand-sænknings eller stignings-plot anvendes følgende formler til beregning af de hydrauliske parametre:

hvor r_o er den afstand, der svarer til sænkningen (s) lig med 0. (Eksempel Figur 10).

Ved ekstrapolation af sænknings/stigningskurven til en afstand, svarende til boringens radius, kan en sænkningsværdi aflæses, der angiver den sænkningsandel, der skyldes det vandførende lag. Den resterende del af den totale sænkning målt i pumpeboringen skyldes indstrømningstab og andre sænkningstab.

3.9 Forhold der påvirker sænkningskurven (Stigningskurven)

I indledningen er nævnt 6 forhold, der skal være opfyldt, for at analysen kan gennemføres ved de nævnte metoder. Er disse forhold ikke opfyldt, sker der afvigelser fra det retliniede forløb. Disse afvigelser viser sig ved knæk på den rette linie i diagrammerne.

Forerørseffekt

Dersom det vandførende lag har en lille T-værdi og en stor forerørsdiameter, kan der gå nogle minutter, inden virkningen (forerørseffekten) af det vandvolumen, der står i foringsrøret, er ophørt. Sænkningsforløbet (se Figur 11) viser, at der i de første minutter er en meget stejl sænkningskurve, der senere afløses af en kurve med mindre hældning, og som repræsenterer forholdene i det vandførende lag. Beregninger foretaget på det første kurvestykke vil give en for lav T-værdi. T-værdien beregnet på det sidste kurvestykke giver den korrekte værdi. Beregning af virkningsgrad ud fra data svarende til begge kurvestykker vil give en for lav værdi.

Forerørseffektens ophør kan beregnes ved følgende ligning:

t_c = 0,192 (d_c ² - d_p ²)* s/Q, hvor
t_c er antal minutter fra pumpestart(pumpestop) til ophør af forerørseffekt.
d_c er forerørsdiameter i m.
d_p er pumperørsdiameter i m.
s/Q er specifik sænkning m pr. m³/sek.

Sænkningsdæmpende forhold 

Forsinket vandafgivelse/lækage/infiltration/hydrologisk positiv grænse/forøget lagtykkelse/ forøget transmissivitet vil virke sænkningsdæmpende. Det vil sige, at sænkningskurven vil knække og få en mindre hældning, (Figur 12).

Forsinket vandafgivelse er et fænomen, der optræder ved vandførende lag med frit vandspejl. Det skyldes, at al vand ikke afdrænes momentant, idet vand i de største porer afdrænes hurtigere end vandet i de mindre porer. I den første del af sænkningsperioden optræder en normal sænkningskurve, men når det forsinkede vand afdrænes, formindskes sænkningen, og kurven bliver fladere.

Lækage er et fænomen, der opstår under artesiske forhold, når trykniveauet i det vandførende lag som følge af pumpningen falder i forhold til trykniveauet i det overliggende halvgennemtrængelige lerlag. Trykniveauforskellen presser vand ud af lerlaget, og dette tilskud formindsker sænkningen, hvorfor sænkningskurven får en fladere hældning.

En hydrologisk positiv grænse opstår, når sænkningstragtens udbredelse når et område, hvorfra der er et tilskud af vand til det vandførende lag. Det kan være vandløb eller søer. Tilskuddet dæmper sænkningen.

Sænkningsforøgende forhold

Formindskelse af T-værdi og lagtykkelse og hydrologisk negativ grænse vil virke sænkningsforøgende, (Figur 13). En hydrologisk negativ grænse opstår, når sænkningstragten når en impermeabel grænse fx et lerlag, hvorved sænkningstragten ikke længere kan udbrede sig i denne retning. Området, hvorfra der strømmer vand til boringen, er blevet formindsket, hvilket medfører, at sænkningen forøges. Dette fremtræder på sænkningskurven som et knæk med en efterfølgende stejlere kurve.

3.10 Anvendelse af hydrauliske egenskaber

Påvirkning

Der kan opstå konflikter mellem naboer, dersom den ene ved pumpning fra en boring (A) påvirker (sænker) vandstanden i naboens boring (B). Således at ejeren af boring B enten må sænke sin pumpe eller foretage en uddybning af sin boring.

Man kan anvende de hydrauliske parametre til at forudsige sænkninger af grundvandsstanden i en given afstand fra en pumpeboring.

Eksempel:

Fra boring A foreligger følgende data:

Diameter 12" (=0,305 m). Ro-vandstand 14,69 m u.t.
Pumpeydelse. 36 m³/h (= 10,0 ^* 10^-3 m³/sek)
Tilbagepejlingsdata: 3 min/ 17,14 m; 10 min/ 16,40 m; 30 min/ 15,82 m; 120 min/ 15,17 m, 360 min/ 14,76 m.
Trinvis pumpning: 1. trin: 12,0 m³/h / 3,16 m. 2. trin: 24,0 m³/h / 6,51 m. 3. trin: 36 m³/h / 9,81 m.

Figur 13
Virkning af sænkningsforøgende forhold.
  

Figur 14
Stigning efter pumpestop

Fremgangsmåde

1. Af plottet stigning versus tid (Figur 14) beregnes = 1,14 m; T =
     
      
   magasinkoefficienten skønnes til 3 ^* 10^-4, da det vandførende lag er artesisk. Virkningsgraden (V) beregnes til 0,80.
2. Fra trinvisvarieret prøvepumpning plottes s versus Q. (Figur 15)
3. Ved boringens yderkant afsættes (se Figur 15) sænkningen i det vandførende lag (sænkning i boring gange virkningsgraden). Fra dette punkt tegnes en linie med en hældning over en dekade svarende til to gange den fundne -værdi fra stigningsplottet. Jævnfør at ved afstandsænkningsplot er = 0,366 Q/T. Sænkningen i forskellige afstande kan nu aflæses på diagrammet.
4. Den til den halve pumpeydelse (18 m³/h) svarende sænkning aflæses på plottet sænkning versus pumpeydelse. Der korrigeres med virkningsgraden, og samme procedure som ovenfor gennemføres.

Figur 15
Sænkning versus pumpeydelse.
 

Figur 16
Beregning af sænkning i naboboringer

3.11 Litteratur

Andersen, L. J. og Hamann, Z., 1970: Nye metoder for prøvepumpning af boringer og grundvandsreservoirer. Danmarks Geologiske Undersøgelse III rk. nr. 38., København. 91 sider.

Andersen, L. J., 1971: Prøvepumpning: Forudsætninger og muligheder. I Kursus i Vandforsyningsteknik XX. Dansk Vandteknisk Forening. Århus. Side 137-163.

Bouwer, H., 1978: Groundwater Hydrology. McGraw-Hill. 480 sider.

Driscoll, F. G. ed., 1986. Groundwater and Wells. Johnson Division, St. Pouls Minnesota. 1089 sider.

Hamann, Z., 1971: Prøvepumpning, eksempler fra praksis. I Kursus i Vandforsyningsteknik XX. Dansk Vandteknisk Forening. Århus. Side 166-215.

Krusemann, G. P. and de Ridder, N. A., 1970: Analysis and Evaluation of Pumping Test Data. Bulletin 11. Intern. Inst. for Land Reclamation and Improvement, Waageningen. 200 sider.

Magtengaard, J. R., 1979: Tryktab i filterkonstruktioner. Vandteknik nr. 3., 1979. Side 71-80.

Miljøstyrelsen, 1979: Vandforsyningsplanlægning 1. Del. Vejledning nr. 1/1979. Miljøstyrelsen, København. 101 sider.

Roscoe Moss Company, 1990: Handbook of Ground Water Developement, John Wiley & Sons, New York. 493 sider.

Sørensen, T., 1977: Boringers virkningsgrad, Vandteknik nr. 4. 1977. Side 1-9.

Todd, D. K., 1980: Groundwater Hydrology. John Wiley, New York. 535 sider Williams, D.E., 1985: Modern Techniques in Well Design. Journ. Amr.

Water Works Association. Sept. 1985. Side 68-74.

Bilag 1
Prøvepumpningsvejledning

For at få kendskab til den vandmængde, en boring vil kunne yde, og hvilke sænkninger i boring og grundvandsstand en valgt oppumpning vil medføre, er det nødvendigt, at renpumpning og prøvepumpning af en boring udføres systematisk. GEUS vil foreslå følgende prøvepumpningsprocedure for vandforsyningsboringer.

Indledende forberedelser.

Målepunkt 

For både pumpe- og observationsboringer vælges et fast målepunkt, sædvanligvis top af foringsrør, og alle pejlinger angives i m under dette målepunkt. Hovedet på vedlagte prøvepumpningsskema udfyldes så fuldstændigt som muligt.

Ved pumpevandets udløb placeres et målekar (200 l) til måling af pumpeydelse. Det vil være en fordel at montere et vandur for løbende kontrol af ydelsen.

Prøvepumpningstyper

En fuldstændig undersøgelse af en boring og det vandførende lag kræver tre typer for prøvepumpning.

1. Renpumpning (Oparbejdning)
2. Prøvepumpning med trinvis varieret pumpeydelse.
3. Prøvepumpning med konstant pumpeydelse.

For boringer, der anvendes til mindre forsyninger er en renpumpning almindeligvis tilstrækkelig. Ved boringer, der indgår i en større vandforsyning (vandværker), anvendes alle tre prøvepumpningstyper.

1. Renpumpning (Oparbejdning)

Renpumpning

Renpumpning udføres i 3 trin af sædvanligvis 2, 4, og 8 timers varighed. I tilfælde af at vandet bliver hurtigt sandfrit, kan varigheden af de enkelte trin nedsættes, dog ikke til under en time pr. trin. Renpumpningen bør altid fortsætte, til boringen er sandfri.

Pumpeydelsen af de 2 første trin vælges til henholdsvis en fjerdedel og til en halvdel af den forventede maksimale ydelse. Der pumpes med maksimal ydelse på 3. trin. Pumpens ydelse måles regelmæssigt på hvert trin, mindst 3 målinger pr. time.

Pejlinger udføres jævnt med mindst 6-8 målinger pr. trin. Tidspunkterne for pejlingerne noteres ned.

Tilbagepejling

Tilbagepejling udføres efter stop af renpumpningen i en time på følgende tidspunkter: 1; 2; 3; 5; 7; 10; 20; 30; 40 og 60 minutter efter pumpestop.

I observationsboringer i pumpeboringens nærhed pejles på start og stop af pumpning, således at den totale sænkning i observationsboringen kan beregnes.

2. Prøvepumpning med trinvis varieret pumpeydelse

Trinvis varieret pumpning udføres for at bestemme en borings specifikke kapacitet og boringskonstruktionens indflydelse på den totale sænkning i pumpeboringen. Den trinvise prøvepumpning udføres med mindst 3 forskellige pumpeydelser, helst fire.

Den maksimalt opnåede pumpeydelse under renpumpningen fordeles jævnt på hvert trin. Pumpeydelsen måles under hvert trin så tit som muligt dog mindst 3 gange. Varigheden af hvert trin bør være 1 time. Pumpeydelsen bør holdes konstant på hvert trin.

Pejleintervaller

Pejlinger under hvert trin foretages med følgende intervaller:

1. - 10. minut hvert minut
10. - 20. minut hvert 2. minut
20. - 40. minut hvert 5. minut
40. - 60. minut hvert 10. minut

Tilbagepejling foretages efter sidste trin i en time med samme tidsintervaller som ovenfor.

I observationsboringer pejles umiddelbart før start og stop af pumpning, således at den totale sænkning i observationsboringerne kan beregnes.

3. Prøvepumpning med konstant pumpeydelse

Denne prøvepumpningstype foretages for at bestemme det vandførende lags hydrauliske egenskaber (transmissivitet og magasinkoefficient og lækagekoefficient mv.) samt for at bestemme randbetingelser.

Under en prøvepumpning med konstant kapacitet pejles med følgende intervaller.

Umiddelbart før start af pumpning, og herefter:

0. - 10. min. hvert minut
10. - 20. min. hvert 2. minut
20. - 30. min. hvert 5. minut
40. - 60. min. hvert 10. minut
60. - 90. min. hvert kvarter
90. - 240. min. hver halve time
4. - 10. time hver hele time
10. - 18. time hver 2. time
18. - 26. time hver 4. time
26. - 62. time hver 6. time

herefter 2 gange pr. døgn

Sidste pejling umiddelbart før pumpestop.

Pumpeydelse

Pumpeydelsen måles hver gang der pejles i pumpeboringen.

Måletidspunkter for pejling og pumpeydelse noteres.

Pumpeydelsen bør holdes så konstant som muligt og angives, som den er målt. Fx med målekar i antal liter pr. antal sekunder eller med vandur i antal 1.000 liter pr. antal sekunder. Vandurets stilling ved start og slutning af pumpning bør noteres.

Pumpningens varighed kan ikke afgøres på forhånd, men bør vare mindst 1 døgn.

Alle benyttede observationsboringer pejles umiddelbart før pumpestart og pejles med samme hyppighed som pumpeboringen fra det øjeblik, de er påvirkede.

Tilbagepejling efter pumpestop foretages i såvel pumpeboring som observationsboringer med samme tidsintervaller som under pumpningen. Varigheden af tilbagepejlingen er den samme som under pumpning.

Se her!