| Forside | | Indhold | | Næste |

Grundlæggende geologi og grundvand

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