Nikkelfrigivelse ved pyritoxidation forårsaget af barometerånding - pumpning

3 Undersøgelsesprogram

3.1 Arbejdshypoteserne
3.2 Eksterne datakilder
3.3 Undersøgelse af gastransport i felten i eksisterende boringer
3.3.1 Kriterier for udvælgelse af boringer
3.3.2 Borehulslogging
3.3.3 Måleopstilling og -udstyr til overvågning af barometerånding
3.3.4 Besigtigelse af boringer og måleprocedurer
3.3.5 Databehandling
3.4 Detailundersøgelser af gastransport i værkstedsområde
3.4.1 Udvælgelse af værkstedsområde
3.4.2 Borearbejde og prøvetagning
3.4.3 Måleudstyr og -procedure for overvågning af poreluft og porelufttryk i gasmålefiltre
3.5 Analysearbejder
3.5.1 Kernebeskrivelser
3.5.2 Kerneanalyser
3.5.3 Vådkemiske analyser
3.5.4 Kemiske ekstraktioner
3.6 Kvalitetssikring og opbevaring af data og prøver

3.1 Arbejdshypoteserne

Det har gennem en længere årrække været evident ud fra grundvandskemiske data og geologiske/hydrogeologiske oplysninger, at der i Køge Bugt området er en sammenhæng mellem forhøjede indhold af nikkel i grundvandet og forekomsten af frie vandspejlsforhold i kalkgrundvandsmagasinet (Roskilde Amt, 1993; Københavns Amt, 1996). Sammenhængen har tidligere betinget, at myndighederne har ønsket iværksat foranstaltninger for at få hævet grundvandsspejlet. Eksempelvis ved en spredning eller reduktion af oppumpningen.

Etablering af et frit grundvandsmagasin er imidlertid ikke i sig selv en tilstrækkelig forudsætning for, at der finder oxidation af pyrit sted i den umættede zone. Såfremt der findes et dæklag af moræneler over det frie grundvandsmagasin, vil dette i langt de fleste tilfælde være vandmættet, og herved udgøre et gastæt dække over den umættede zone i det primære grundvandsmagasin.

Afsænkning af grundvandsspejlet og etablering af et frit vandspejl, samt forekomst af en umættet zone indeholdende pyrit med nikkel, er nogle af forudsætningerne, for at der kan foregå en betydelig primær frigivelse af nikkel til grundvandet. Andre forudsætninger er yderligere, at der forekommer kombinationen af højpermeable og lavpermeable lag over den umættede zone, og at den højpermeable del har en relativt høj gaspermeabilitet hvorigennem der kan forekomme gasudveksling mellem atmosfæren og poreluften i umættet zone. Den "højpermeable zone" kan være et sandvindue i et lavpermeabelt dæklag, eller alternativt en boring som er filtersat i den umættede zone, og som ikke er gastæt i afslutningen.

Forekommer disse forhold, er betingelserne til stede for en primær frigivelse af nikkel til grundvandet. Den primære frigivelse af nikkel til grundvandet medfører imidlertid ikke nødvendigvis, at koncentrationen af nikkel bliver høj i grundvandet. Koncentrationen af nikkel i grundvandet vil kun blive høj under betingelser, hvor en betydelig del af det frigivne nikkel ikke bindes til fx. oxider af jern- og mangan, lermineraler eller organisk stof.

Flere steder i det Østsjællandske område ses der høje koncentrationer af sulfat på 100-200 mg/l, og som det fremgår af afsnit 2.2.1 viser dette, at oxidationen af sulfider, i hvert fald nogle steder, må foregå i den umættede zone. Denne proces bliver accelereret ved sænkninger af grundvandsstanden, idet nye lag med pyrit bliver eksponeret for ilt. Transporten af ilt ned i jordlagene kan teoretisk set enten foregå ved diffusion eller ved en advektiv gasstrømning igennem højpermeable zoner i dæklagene eller igennem åbne boringer. Det er sidstnævnte mulighed, der, som nævnt, er undersøgt i dette projekt.

3.2 Eksterne Datakilder

Som grundlag for nærværende rapport er der indhentet oplysninger fra de berørte amter og GEUS om:
potentialeforholdene i det primære grundvandsmagasin
grundvandskemiske data
boredata
undersøgelsesrapporter

Hos de berørte vandforsyninger, hvor der er udført konkrete målinger, er der udleveret supplerende oplysninger om driften af de undersøgte boringer og eventuelt udleveret supplerende grundvandskemiske data.

Fra DMI er der udleveret data vedrørende det atmosfæriske tryk målt ved Roskilde Lufthavn (beliggende 3 km vest for Tune) dækkende perioden fra 1. januar 2001 til 3. maj. 2002.

3.3 Undersøgelse af gastransport i felten i eksisterende boringer

Med det formål at fremskaffe et overblik over omfanget af gastransporten igennem boringer, blev der som det første feltarbejde gennemført målinger i fem udvalgte boringer. Resultaterne af disse undersøgelser præsenteres i kapitel 4, hvor det fremgår, at der blev målt tydelig gasstrømning i tre af de fem udvalgte boringer.

3.3.1 Kriterier for udvælgelse af boringer

Med udgangspunkt i arbejdshypoteserne var målsætningen at undersøge transporten af gas via boringer ved kontinuerlig måling af gasstrømning og ved måling af gassens indhold af ilt og kuldioxid. Der ønskedes som udgangspunkt foretaget målinger under følgende vilkår:

  1. Indvindingsboring/-er med frit vandspejl og med fastholdt grundvandsspejl i form af niveaustyret oppumpning. I denne situation kan alene effekten af atmosfæriske trykniveauer bestemmes. Repræsenteret af boringer fra Tårnby, Hvidovre og Brøndby.
     
  2. Indvindingsboring med frit vandspejl i normal drift med vekslende drifts- og rovandspejl - altså fluktuerende vandspejl. Målingerne gentages efterfølgende med dykpumpe ude af drift med henblik på at få kvantificeret betydningen af pumpestart og -stop på gasflowet. Repræsenteret af en boring fra Tommestrup på Stevns.
     
  3. Indvindingsboring med boreskoen under grundvandsspejlet uden oppumpning, men under ved oppumpning. Ved dette scenario vil den pludselige effekt af trykudligning mellem et indespærret luftlegeme og atmosfæren kunne dokumenteres, når vandspejlet i boringen ved start af dykpumpe afsænkes til under boreskoen. Ikke repræsenteret.
     
  4. Overvågningsboring med frit vandspejl uden oppumpning. Repræsenteret af en boring fra Tune ved Roskilde.

Der er således foretaget overvågning af barometerånding i fem eksisterende vandforsyningsboringer, hvor der er påvist frit vandspejl i det primære grundvandsmagasin, og hvor boreskoen i henhold til borejournalen for den pågældende boring er placeret i umættet zone.

Vandkvaliteten i alle boringer med undtagelse af Tårnby boringen var ved projektstart nikkelbelastet (>10 µg/l). Ved seneste vandanalyse fra Tårnby boringen (208.68b) fra oktober 2001 var nikkelindholdet imidlertid steget til 16 µg/l. Placeringen af de undersøgte boringer er vist på figur 4. Nærmere beskrivelse af anlæggene er givet i afsnit 4.2.

Figur 4.
Lokalisering af undersøgte boringer

3.3.2 Borehulslogging

I forbindelse med projektet er der foretaget geofysisk borehulslogging af boring 208.2638 i Tune samt 208.2753 i Brøndby omfattende flowlog, resistivitetslog og temperatur- og ledningsevnelogs. Borehulsloggingen er udført af GEUS. De resterende tre boringer var forudgående borehulslogget.

Borehulslogging er gennemført med henblik på verifikation af borejournalens oplysninger om lagfølgen og placering af boresko i forhold til vandspejlet samt med henblik på fastlæggelse af indstrømningsfordelingen i de pågældende boringer. Loggingresultater er ikke medtaget i rapporten, da de primært tjener kontrolformål.

Alle loggingresultater er indberettet til GERDA, GEUS's geofysiske relationsdatabase, hvor de er tilgængelige.

3.3.3 Måleopstilling og -udstyr til overvågning af barometerånding

Figur 5.
Måleopstilling

I figur 5 er vist en principskitse af den benyttede måleopstilling. Det anvendte udstyr omfatter:

Flowmålerør

Et 1,6 m langt Ø 45,2 mm (indvendig diameter) PVC målerør med slangestuds til udtagning af luftprøve til gasanalyse samt studs for isætning af sonde til måling af flowhastighed og gastemperatur. Studs for måling af flowhastighed er placeret midtvejs på røret svarende til en afstand på 80 cm fra rørets ender. Målerøret er designet med henblik på at opnå laminart flow i røret, hvor flowmåling foretages.

GA 2000 Gasmåler

GA 2000 Gas Analyser fra Geotechnical Instruments med dataopsamlingsfunktion. Instrumentet er nyindkøbt til det aktuelle projekt og umiddelbart forudgående fabrikskalibreret og kontrolleret (se afsnit 3.3.4).

Med apparatet er der målt følgende parametre:
O2 med fabriksoplyst måleusikkerhed på ± 1 vol. %
CO2 med fabriksoplyst måleusikkerhed på ± 0,5 vol. % ved et CO2 indhold i intervallet 0-5 vol. % og en måleusikkerhed på ± 1 vol. % ved et CO2 indhold i intervallet 5-15 vol. %.
Atmosfæriske lufttryk samt differenstryk. Målenøjagtighed er ikke oplyst af fabrikken.

Instrumentet måler indholdet af CO2 og O2 ved hjælp af henholdsvis et infrarødt og galvanisk celle måleprincip. Lufttryk måles med tryktransducere.

Testo 400 temperatur- og flowhastighedsmåler

Testo 400 er et multifunktionsinstrument til måling af lufthastighed, -fugtighed, -temperatur og -tryk med stor præcision afhængig af valg af sonde. Apparatet har indbygget dataopsamlingsfunktion.

Aktuelt er der anvendt et varmetrådsanemometer ("eng. hot bulb") til måling af følgende parametre:
Flowhastighed centralt i målerøret med et måleområde på 0 til 10 m/sek. og en måleusikkerhed på ±(0,03 m/sek. eller ± 5 % af måleværdien).
Temperatur. Målenøjagtighed er ikke oplyst, men skønnes at ligge på ± 1ºC (værdien benyttes alene relativt jf. efterfølgende afsnit 3.3.5).

Testo 400 multiinstrumentet og anemometeret er kalibreret i vindtunnel hos Buhl & Bønsøe umiddelbart før start af projektet.

3.3.4 Besigtigelse af boringer og måleprocedurer

I forbindelse med besigtigelse er der foretaget pejling af rovandspejl i de aktuelle boringer.

Besigtigelse og montage af flowmålerør

Forud for opstilling af målegrej er der foretaget en besigtigelse af de pågældende boringer med henblik på at sikre, at boringskonstruktionen er udformet således, at denne forudgående - i den normale driftstilstand - har tilladt en eventuel barometerånding via boringsafslutningen. I alle boringer, der er udvalgt til undersøgelse, er dette tilfældet. Denne kontrol er gennemført med henblik på at sikre, at aktuelle målinger af barometeråndingen kan beskrives og vurderes i relation til den aktuelle vandkvalitet.

Typisk er der påvist utætheder og mulighed for gasudveksling via lysninger, hvor der er ført stigrør og/eller kabel til dykpumpe gennem blindflange. Et eksempel herpå er vist i figur 6. Andre muligheder - blandt flere - for gasudveksling er via ikke lukket pejlestuds, via utæt samling mellem forerør eller via udluftningsrør monteret på blindflange. I en ældre DIF Norm for boringskonstruktioner anbefaledes således montage af udluftningsrør på forerørsafslutningens blindflange.

Figur 6.
Lysning ved kabelgennemføring

Efterfølgende er målerøret monteret direkte i forlængelse af pejlestuds ved hjælp af relevante overgangsstykker - som vist i principskitsen af måleopstillingen i figur 5 - eller fleksibel slange er monteret på pejlestuds og ført hen til bund af flowmålerøret. Samtlige eventuelle øvrige utætheder er blevet tætnet med tape eller silikonefugemasse med henblik på sikring af, at al luftudveksling sker kontrollerbart gennem flowmålerøret. Nogle kvalitative skøn over målerørets og de tekniske modifikationers indflydelse på ændringer af den normale uforstyrrede barometerånding via den pågældende boring er givet i afsnit 2.2.2.

Måleprocedure

Målingerne af barometertryk, gassammensætning, temperatur og gasflow i de valgte boringer er foretaget i perioder varierende i længde fra 7 dage til 22 dage.

GA 2000 gasmåleren blev programmeret til at sample og analysere gasprøver for indhold af CO2 og O2 hvert 15. min. Gasmåleren var programmeret til forudgående at evakuere forbindelsesslanger i 20 sek. før gasanalyse blev udført. Ved hver gasanalyse blev det atmosfæriske barometertryk målt.

Målesonden til måling af flowhastighed og gastemperatur blev indført vinkelret på målerøret og målepunktet for sonden placeret midt i målerøret. Sonden måler således den maksimale flowhastighed centralt i et formodet laminart strømningsfelt.

Testo 400 multiinstrumentet blev programmeret til at sample temperatur og lufthastighed hvert 10. min.

Begge instrumenter blev tømt for data en eller flere gange i måleperioden.

Kontrolprocedurer

I forbindelse med tilsyn er der foretaget kontrol på GA 2000 instrumentets visninger ved måling af atmosfærisk lufts indhold af kuldioxid og ilt. Enkelte gange i forløbet er der tillige foretaget målinger på standardgasser. Resultaterne er vist i tabel 1.

Tabel 1.
Kontrol på indhold af ilt og kuldioxid målt med GA 2000 gasmåler.

Dato

O2 atmosfære
20,9 vol. %

CO2 atmosfære
0,036 vol. %

CO2 standard
5 vol. %

O2 standard
6 vol. %

29-08-2001

20,7

0,2

5,1

6,1

06-09-2001

20,7

0

i.m.

i.m.

05-10-2001

20,4

0,1

i.m.

i.m.

20-11-2001

20,0

0,2

5,0

6,0

11-02-2002

21,2

0,1

5,6

5,5

21-01-2002

20,6

0,1

5,0

5,7

i.m. =ikke målt

Målingerne dokumenterer en fejlvisning på iltindholdet på typisk omkring -0,2 til -0,5 vol. % og en fejlvisning på kuldioxidindholdet på typisk +0,1 vol. % i forhold til atmosfærisk luft. Idet fejlvisningerne er beskedne, og da målingerne anvendes relativt, er der ved præsentation af data i de efterfølgende kapitler ikke foretaget korrektion af de målte værdier for indhold af CO2 og O2.

Til kontrol af GA 2000 gasmålerens målinger af barometertrykket (lufttrykket) er der fra DMI for det sidste år udleveret en tidsserie over lufttrykket målt ved Roskilde Lufthavn. Kontrollen viser en fuldstændig lineær sammenhæng mellem tryk målt af DMI og tryk målt med GA 2000. Målingerne med GA 2000 instrumentet er blot forskudt 4-5 mbar nedad (måler lavere tryk).

Til kontrol af varmetrådsanemometeret er der foretaget målinger af variationen i flowhastigheden i 5 målepunkter på tværs af strømningsfeltet i målerøret. Resultaterne er vist i tabel 2. I hvert målepunkt er måleresultatet fremkommet som et gennemsnit af 20 målinger udført med 1 sek. mellemrum. Centrum af målerøret er det normale målepunkt i målerøret.

Tabel 2.
Kontrolmålinger af flowhastigheder i målerør

Flow; m/sek

Afstand fra centrum af målerør; mm

-15

-7,5

0

7,5

15

1,72

1,74

1,73

1,71

1,71


Det ses, at der tilnærmelsesvist er et laminart, ensartet hastighedsprofil i målerøret. Der må imidlertid forventes nogen reduktion af strømningshastigheden tæt ved den indvendige overflade a røret, og beregning af volumenflowet på baggrund af hastighedsmåling midt i røret resulterer givetvis i en lille overestimering af volumenflowet, - måske op til 10 %.

Samtlige målinger af flowhastigheder ligger inden for anemometerets fabriksgaranterede måleområde på op til 10 m/sek. svarende til maksimale flowhastigheder på knap 60 m³/time.

3.3.5 Databehandling

Alle overvågningsdata er udlæst fra måleinstrumenterne og konverteret til Excel regnearksfiler. I regneark er der foretaget:
Fastlæggelse af fortegn (+) på flowet i målerøret - udblæsning (+) eller indblæsning (-). Fortegnet er fastlagt ved en manuel analyse af flowdata sammenholdt med lufttemperaturdata, målinger af gassammensætning og barometertrykket. I varme perioder bestemmes flowretningen let alene på grundlag af temperaturmålinger, idet skift i flowretning fra indblæsning til udblæsning giver sig til kende ved tydelige temperaturfald. Vice versa i meget kolde perioder om vinteren.
 
Ændring i flowretningen fra udblæsning til indblæsning giver sig tilsvarende tydeligt til kende ved en momentan stigning i iltindholdet og fald i kuldioxidindholdet, hvorimod fald i iltindholdet og stigning i kuldioxidindholdet er mere beskedne ved skift til udblæsning.

Samlet er det muligt at opnå en præcision i fastlæggelse af skift i flowretningen på typisk +10 min.
 
Beregning af volumenflow (m³/time). Volumenflowet er beregnet som flowhastighed (med fortegn () multipliceret med tiden x tværsnitsarealet af målerøret (3600 sek./time ( 1,6 (10-3 m²).
 
Beregning af det summerede volumenflow mellem skift i flowretning - én flowhændelse/-periode. Beregnet i regneark ved simpel integration af volumenflow.
 
Beregning af manglende O2 og overskud af CO2 i udblæsningsluften for hver udblæsningsperiode. Beregnet i regneark som summen af "hvad der mangler af ilt" (i m³) i den udblæste luft i forhold til atmosfærisk luft. Tilsvarende for kuldioxid beregnes hvad udblæsningsluften er beriget med af CO2 i forhold til i atmosfærisk luft.

3.4 Detailundersøgelser af gastransport i værkstedsområde

Ud fra målinger af gas ud- og indblæsning i de fem undersøgelsesboringer blev der udvalgt et område, hvor der blev foretaget detaljerede undersøgelser. Undersøgelserne planlagdes med henblik på at dokumentere og kvantificere gasstrømningen i boringerne. Samtidig skulle det valgte område have en passende mægtighed af den umættede zone, så der kunne udtages et passende antal jordprøver, og samtidig måtte den umættede zone af hensyn til omkostninger ved borearbejdet ikke have en for stor mægtighed.

3.4.1 Udvælgelse af værkstedsområde

De detaljerede undersøgelser blev gennemført ved Tune.

Med det formål at fremskaffe data om effekten af den påviste gasstrømning via boring 208.2638 ved Tune Vandværk, blev der etableret tre undersøgelsesboringer inden for en afstand af 10, 40 og 100 meter fra 208.2638. Disse er blevet anvendt til en undersøgelse af effekten af gasstrømningen i den umættede zone, og til indsamling af data om de grundvandskemiske forhold til brug ved tolkning af de relevante geokemiske processer, der er styrende for nikkels mobilitet i den mættede zone.

Resultaterne af undersøgelserne ved Tune Vandværk præsenteres i kapitel 4, afsnit 4.3.

3.4.2 Borearbejde og prøvetagning

Undersøgelsesboringerne blev boret som kerneboringer med kernediametre på 56 mm, hvor der blev benyttet skyllevand. Til skyllevandet blev tilsat store mængder NaCl, med henblik på at kunne vurdere om der forekom en opblanding af det tilsatte skyllevand og porevandet i den umættede zone. Dette var ikke tilfældet.

Figur 7
Placering af boringerne i Tune

I forbindelse med undersøgelserne ved Tune Vandværk, blev der boret tre kerneboringer (figur 7). Boringerne Tune 1 (DGU nr. 207.3697) og Tune 2 (DGU nr. 207.3698) er afsluttet omkring 5 m under grundvandsspejlet, hvilket svarer til ca. kote +20 meter. På grund af tekniske problemer under borearbejdet blev boring Tune 3 (DGU nr. 207.3699) afsluttet ca. 1 m over grundvandsspejlet i kote +26. Borearbejdet blev udført af Faxe Kalk A/S i perioden fra 21. november til 20. december 2001.

Boringerne er placeret henholdsvis 10 m, 40 m og 100 m fra indvindingsboringen Tune 0 (207.2638) ved Tune Vandværk. Koten for terræn er i området omkring +60 m. Grundvandsspejlet ved Tune, målt i Tune 0, har i perioden 1990-2002 varieret mellem ca. kote +22 m og +25 m.

Med henblik på en identifikation af det forventede boreprofil, blev den første boring (Tune 2) udtaget kerner fra terræn og til bunden af boringen. Længden af de individuelle kerner er 90 cm, og diameteren er 56 mm. Da de geologiske forhold viste sig at svare til det forventede, blev kerneboring kun udført i prækvartæret i de to efterfølgende boringer. Fra boring Tune 3 blev der dog udtaget prøver af de gennemborede glaciale sedimenter med boresnegl.

De tre boringer ved Tune er udbygget med PVC rør med en ydre diameter på 32 mm, og indre diameter på 24 mm. Boringerne Tune 1 og Tune 2 har hver et 1 m langt filter, med en halv meter blindrør under filteret.

Udvendig på blindrøret er der i hver af de tre undersøgelsesboringer ved Tune placeret fire gasfiltre af kobber i den umættede zone. Kobberrørene er uden samlinger, og er således monteret som hele længder for at sikre, at de er gastætte. Rørenes indre diameter er 4 mm, og den ydre er 6 mm. Indstrømning fra en given dybde foregår igennem tre borede, 2 mm huller i kobberrørene. Omkring gasfiltrene er grus-kastet med mellemkornet sand, og imellem disse zoner er der "afproppet" med en blanding af mellemkornet sand og silt, som har en lavere gaspermeabilitet end sandet. Dette er gjort for at sikre, at der ikke kan foregå en større gastransport langs PVC røret. I hele det glaciale dæklag er der afproppet med bentonit, som blev pumpet ned langs borerøret som en suspension.

Boreprofiler og udbygning af boringerne fremgår af bilag A.

3.4.3 Måleudstyr og -procedure for overvågning af poreluft og porelufttryk i gasmålefiltre

Poreluftens indhold af ilt og kuldioxid ved undersøgelserne ved Tune er målt efter samme procedure, som beskrevet i afsnit 3.3.3, idet der dog kun er foretaget målinger for hver hele time i boringerne Tune 0, Tune 2 og Tune 3. I boring Tune 1 er målingerne foretaget med 15 min. intervaller. Gasmålingerne på de fire boringer blev foretaget med IR gasmålere type GA2000 og GA94 fra Geotechnical Instruments.

Nogle af de ældre GA 94 gasmålere målte op til 4 vol.% forkert ved måling af iltindholdet i atmosfærisk luft. Derfor er der ca. ugentligt foretaget kontrolmålinger på standardgasser indeholdende en kendt mængde CO2 og O2. Sammensætningen af standarderne fremgår af tabel 1. På baggrund af måleresultaterne er der foretaget en lineær korrektion af gasmåledata.

I de tre overvågningsboringer er poreluftens indhold overvåget i målefilter 2 (det næst dybeste). Dette filter blev valgt, idet målefilter 2 i alle tre boringer er placeret nær samme stratigrafiske horisont - toppen af Danienkalken (jf. afsnit 4.3).

Porelufttrykket i den umættede zone blev målt i det samme gasfilter, som benyttedes til målingerne af gassammensætningen. Måleintervallerne var for hver 30 min. for boring Tune 3, mens porelufttrykket i boringerne Tune 1 og Tune 2 blev målt med 15 min. intervaller.
Lufttrykket er målt med Testo 400 med absolut trykføler med målenøjagtighed på + 5 mbar.
I Tune 1 er differenstryk mellem poreluft og lufttryk målt med GA2000. Nøjagtighed ca. + 0,2 mbar. Porelufttrykket er beregnet ved at addere målt differenstryk og lufttrykket målt med Testo 400.
I Tune 2 er differenstryk mellem poreluft og lufttryk målt med Testo 400 med differenstrykmåler med målenøjagtighed på 0,1 mbar. Porelufttrykket er beregnet ved at addere målt differenstryk og lufttrykket målt med Testo 400.
I Tune 3 er porelufttryk målt med trykmåler monteret Aquatronic Micrologger. Nøjagtighed anslået + 5-10 mbar.

3.5 Analysearbejder

3.5.1 Kernebeskrivelser

Sedimentet er beskrevet geologisk med henblik på fastlæggelse af lithologiske grænser, farve etc. En beskrivelse af en kerne er vedlagt i bilag A. Kernerne blev efterfølgende fotograferet. Der er udtaget prøver til:
fremstilling af tyndslib
bestemmelse af indhold af sulfider
fremstilling af polerprøver
kemiske ekstraktioner

Det fremgår af bilag A, hvorfra prøver er udtaget af kernerne.

3.5.2 Kerneanalyser

Som grundlag for kerneanalyserne er der vinkelret på kernerne fra hver af de tre boringer for ca. hver meter udboret små kernestykker (cirkulære kernestykker med en diameter på 25 mm og en længde på 4 til 7 cm)

Bestemmelse af porøsitet og vandmætning.

Sedimenternes vandindhold og porøsitet er bestemt ved vejning efter følgende procedure:

  1. sedimenterne er vejet ved naturligt vandindhold
  2. sedimenterne er vejet efter vandmætning
  3. sedimenterne er vejet efter tørring

Sedimenternes naturlige vandmætning er herefter beregnet ud fra vejningerne ved 100 % vandmætning og det naturlige vandindhold, mens porøsiteten er bestemt ud fra vejningerne og målte korndensiteter (se nedenstående). På grund af problemer med at få luft ud af kernestykkerne i forbindelse med vandmætningen af kernestykkerne, kan porøsiteten være underbestemt og den naturlige vandmætning bestemt til at være for høj. Usikkerheden skønnes til 5-10 % på vandmætningen.

Disse indirekte bestemte porøsiteter er kontrolleret ved måling af porøsitet på mindre delkerner ved anvendelse af Boyle´s lov. Målemetodens teoretiske grundlag er i realiteten illustreret i figur 3. Princippet i denne metode er, at sedimentets volumen bestemmes i en prøve med et kendt total volumen af bjergarten. Dette gøres ved at måle trykstigningen i et målekammer med kendt volumen efter prøven er placeret i dette. Metoden er en standardmetode der benyttes i forbindelse med undersøgelse af bjergarters porøsitet ved kommercielle kerneanalyselaboratorier. Bestemmelserne er udført på M&R DTU på et HGP 100 porøsimeter fra Edinburgh Petroleum Services Ltd.

Bestemmelse af permeabilitet.

Sedimenternes permeabilitet på tørrede kerneprøver er målt som gaspermeabiliteter med N2 ved tre forskellige gasflow. Ud fra måling af det etablerede flow ved en given trykgradient kan permeabiliteten bestemmes ved anvendelse af Darcy's lov. Da der er foretaget tre målinger på hver kerneprøve, kan der foretages Klingenberg korrektion (Klingenberg, 1941). Målingerne blev udført på M&R DTU på et DGP 200 gaspermeameter fra Edinburgh Petroleum Services Ltd.

Bestemmelse af kapillærtrykskurver

Der er udvalgt to kerneprøver fra 207.3697 (Tune 1) til beskrivelse af kapillærtrykskurver. Den ene prøve er fra Selandien Grønsandskalk, mens den anden er fra Danienkalken.

Analyserne er udført af ResLab, Stavanger, Norge ved kviksølvinjektion og tilbagetrækning. Analysedata er vedlagt i bilag B. Disse data er benyttet til at bestemme en dræneringskurve for et luft-/vandsystem, der formodes med rimelig tilnærmelse at beskrive forholdene i den umættede zone ved fluktuerende vandspejl. Beregning af dræneringskurven er foretaget med konventionel konvertering ved hjælp af standardværdierne for grænsefladespænding og kontaktvinkel for de to luft/væske-systemer (Archer & Wall 1986).

3.5.3 Vådkemiske analyser

Som følge af de kapillære kræfter i den finkornede kalk, kan porevandet ikke udtages fra sedimentet ved centrifugering. Porevandet kan enten udpresses ved anvendelse af en ikke vandblandbar væske, eller ved at bringe porevandet i kemisk ligevægt ved diffusion med en kendt mængde MilliQ vand. Den sidste metode er anvendt i denne undersøgelse.

Beregninger med det geokemiske program PHREEQC - og efterfølgende målinger af vandets elektriske ledningsevne - viste, at porevandet i kernerne praktisk taget kommer i ligevægt med en tilsat vandmængde i løbet af 2-3 uger.

Stykker af kerner med længder mellem 5 og 15 cm blev efter vejning anbragt i gastætte poser, hvortil der blev tilsat en kendt mængde, iltfrit MilliQ vand. Poserne blev herefter forseglet, så de var vand- og gastætte. Prøverne blev herefter anbragt i et kølerum ved 8 0C i 21 dage.

Efter de 21 dage blev der udtaget en prøvemængde af vandet i poserne til kemisk analyse. Prøvemængden blev bestemt ved vejning af pose med resterende vand. Vandet blev analyseret for calcium og magnesium ved AAS på en GBC 932AA, mens sulfat- og kloridkoncentrationer blev bestemt ved ionkromatografi på Jasco HPLC udstyr. Nikkel blev analyseret ved AAS med grafitovn på en Perkin-Elmer Zeeman 5000. Prøvevandets indhold af klorid blev anvendt til at vurdere risikoen for påvirkning af porevæsken af tilsat borevand under borearbejdet, idet der blev tilsat store mængder klorid til borevandet (se afsnit 3.4.2).

Sedimentprøverne med vand blev herefter tørret ved 500C i tre dage, så det resterende vand fordampede. Det tørre sediment blev herefter vejet. Ud fra vejningerne kan mængden af det oprindelige porevand samt den tilsatte vandmængde bestemmes.

3.5.4 Kemiske ekstraktioner

Sedimenternes indhold af sulfider, herunder pyrit, er bestemt med en standard Cr-reduktionsmetode (Zhabina & Volkov, 1978). Sulfidernes indhold af nikkel, cobolt og arsen er bestemt med en mikrosonde på Københavns Universitet.

Med henblik på bestemmelse af mængden af adsorberet nikkel i den umættede zone er ca. 10 gram af sedimentet ekstraheret med Na-dithionit (Na2S2O4). Metoden er beskrevet af Mehra & Jackson (1960). Ekstraktionen foregår i et basisk miljø, hvorved opløsningen af kalk minimeres. Under ekstraktionen foregår der en oxidation af den reducerede svovl i dithioniten, hvorved der foregår en reduktion af bl.a. jern, som i sedimentet hovedsageligt findes i mineraler af oxider og hydroxider.

I forbindelse med ekstraktionerne er der analyseret for calcium, magnesium, jern, mangan, nikkel, aluminium og silicium. Calcium-, magnesium- og nikkelkoncentrationer blev bestemt som beskrevet ovenfor i afsnit 3.5.3. Jern, mangan og aluminium blev bestemt ved AAS på en GBC 932AA, mens silicium blev bestemt spektrofotometrisk ved molybdosilicat metoden (Clesceri et al., 1989).

3.6 Kvalitetssikring og opbevaring af data og prøver

Samtlige originale fotos, data, kontrolskemaer, kvalitetssikringsdokumenter er samlet i en mappe hos Miljø & Ressourcer DTU. Projektkorrespondance, bore- og gravetilladelser og øvrige dokumenter er i arkiv hos Rambøll, Virum.

Resterne af kerneprøvemateriale og prøver fra boringerne i Tune og Brøndby er fordelt som følger:
Århus Universitet har modtaget og opbevarer kernemateriale fra boring 207.3697.
GEUS har modtaget og opbevarer kernemateriale fra boring 207.3698.
Miljø & Ressourcer DTU opbevarer kernemateriale fra boring 207.3699 og 207.3700.