Digital Geologi med gale påstander Bruk av georadar på en anleggsplass i Oslo. Digital Geologis egne folk opererer målingene. Foto: Halfdan Carstens

Digital Geologi med gale påstander

Påstanden om at georadar kan benyttes for å kartlegge løsmassene i Orkdalen helt ned til flere hundre meters dybde er tuftet på gal bruk av geofysiske data, mener NGUs eksperter.

Tidligere i år presenterte firmaet Digital Geologi (DG), hva de selv anser som en ny metode for kartlegging av løsmasser (GEO01/2020: «Lanserer ny hypotese om kvikkleireskred»). I artikkelen ble det beskrevet hvordan bruken av georadar kunne kartlegge geologiske lag helt ned til berggrunnen. På nettavisen geo365.no («Sterkt tvilende til ny metode») stilte NGI seg tvilende til denne nye metoden.

Mange års erfaring med georadar

I nevnte artikkel presenterer DG et geologisk tverrsnitt (Figur 1) der det påstås at en med georadar kan se ned til “topp berggrunn” som nederst i Orkdalen ligger på ca. 270 meters dyp i henhold til NGUs tolkinger av gravimetri (Tassis et al. 2014).

Indirekte blir det også påstått at en kan se igjennom betydelige mektigheter av morene (opptil 250 meter) og gjennom flere titalls meter med leire. Sistnevnte («Mektighetskart for marin leire») ble ikke presentert i den opprinnelige artikkelen i GEO, men den ligger nå på geo365.no «Lanserer ny hypotese om kvikkleireskred».

Norges geologiske undersøkelse (NGU) har arbeidet med georadar (også kalt Ground Penetrating Radar, GPR) i mer enn 30 år, og sett at metoden er rask og kan gi meget detaljerte bilder av undergrunnen. NGU har også sett at metoden har sterke begrensninger. Det er ikke observert at georadar kan ha den penetrasjonen i leire og morene som det DG påstår. Dette kan forklares ut fra teori.

Figur 1: Tverrsnitt som viser de tolkede horisontene basert på GPR-data, lettseismikk og sonderboringer (Figur presentert av Digital Geologi i GEO01/2020).

Teoretisk bakgrunn

GPR er en høyfrekvent elektromagnetisk metode (EM), og den benytter frekvenser fra et titalls MHz til noen GHz avhengig av hvor dypt og detaljert en vil se. Metoden gir reflekser på lag-grenser der den relative dielektrisitetskonstanten (εr) varierer. Dielektrisitetskonstanten styres langt på veg av vanninnholdet i avsetningen. Dette betyr at bl.a. lagdelte sand- og grusavsetninger vil gi reflekser som avspeiler strukturene i avsetningen. Ved avanserte målinger kan metoden bestemme den relative dielektrisitetskonstanten (εr) i forskjellige lag, men ut over dette ingen andre material-parametere.

Penetrasjonsdypet for georadar er styrt av den elektriske ledningsevnen (σ) og den relative dielektrisitetskonstanten. I EM-teorien snakker en om et skinndyp (δ) som er det teoretiske dypet hvor amplituden på elektromagnetiske bølger er redusert til 1/e eller 37 prosent. 30 års erfaring med georadarmålinger sier at penetrasjonsdypet for georadar er tilnærmet lik skinndypet. For georadar kan skinndypet i meter beregnes ut fra formelen nedenfor, der dielektrisitetskonstanten er ubenevnt og ledningsevnen (σ) oppgis i mS/m (Reynolds 2011):

Allerede i 1994 presenterte NGU en figur som viser hvor dypt en kan se med georadar med en senterfrekvens på 100 MHz i forskjellige materialtyper basert på dette teoretiske skinndypet (Mauring et al. 1994).

Salt, marin leire har en resistivitet på 10 Ωm eller lavere (elektrisk ledningsevne > 100 mS/m) (Solberg et al. 2010a; 2012b) og en dielektrisitetskonstant fra 8 til 40 (Reynolds 2011). Dette betyr at skinndypet for radarbølger i leire er ca. 0,5 m og ifølge vår erfaring er ikke dybderekkevidden vesentlig større.

I utvasket leire, mulig kvikkleire, er resistiviteten fra ca. 10 Ωm og opp mot 100 Ωm. Det betyr at skinndypet og derved penetrasjonen ligger i området 0,5 m til ca. 2,5 m, slik NGI også antyder i sin kritiske merknad til DGs bruk av metoden.

Typiske resistivitetsverdier for morene er 100 til 1000 Ωm, og dielektrisitetskonstanten varierer fra 7 til 14 (Reynolds 2011). For morene kan da skinndypet og derved penetrasjonen variere fra ca. 2 m og opp til ca. 20 m avhengig av porøsitet, vannmetning, vannkjemi og mineralinnhold. Tilsvarende verdier for silt er fra ca. 80 til ca. 200 Ωm, og dielektrisitetskonstanten ca. 5 til 30 (Mauring et al. 1994). Penetrasjonen begrenses derfor til et fåtalls meter.

I vannmettet sand- og grusmasser kan resistiviteten vanligvis være noen hundre Ωm og dielektrisitetskonstanten rundt 15 (Reynolds 2011), og skinndypet kan da bli 20 – 30 m. NGU har kartlagt strukturer ned til ca. 100 m i vannmettede grusavsetninger, men i disse var resistiviteten ekstremt høy, opp mot ca. 8000 Ωm.

I tørr sand/grus er resistiviteten høyere. Skinndypet (og derved penetrasjonen) kan bli tilsvarende høyere.

Manglende penetrasjon i finkornige masser er grunnen til at DG ikke har «funnet eksempler på bruk av GPR for helhetlig, geologisk forståelse».

Figur 2: Beregnet skinndyp for forskjellige verdier av dielektrisitetskonstant og elektrisk ledningsevne (inverse av resistivitet) modifisert fra Mauring et al. (1994). For georadar er penetrasjonsdypet tilnærmet lik skinndypet og penetrasjonen i alle typer leire, silt og morene er sterkt begrenset.

Vurdering av DGs metodikk

DG påstår mer eller mindre direkte i Figur 1 at de ser gjennom “rasmateriale” (Enhet V i tverrsnittet), “marin leire” (Enhet II) og “morene” (Enhet I) med georadar. Dersom en forutsetter at Enhet V er avsetninger fra kvikkleireskred, slik det er påvist bl.a. i Gauldalen (Sveian et al. 2006), er også dette materialet med lav resistivitet (< 200 Ωm, Solberg et al. 2012b).

Ut fra den teoretiske analysen vist ovenfor, er penetrasjonen DG oppgir fysisk umulig i disse enhetene. DGs påstand om at de ser ned til berggrunn med GPR i områder med morene og/eller marin leire kan derfor ikke være riktig. Det påståtte dyp til fjell stemmer imidlertid meget bra med NGUs tolkinger av gravimetri (Tassis et al. 2014).

I DGs svar til NGIs tvil i geo365.no («Svarer på NGI-skepsis») vises et georadarprofil fra et område syd for Fannrem i Orkdalen. Her sier DG at en godt prosessert GPR-linje er «et godt grunnlag for å tolke geologi betydelig dypere enn 1-3 m».

Diskusjonen om profilet er godt prosessert skal vi la ligge. Det er imidlertid vanlig at en i det minste oppgir tovegs gangtid og aller helst en leselig dybdeakse slik at brukere av data kan få et inntrykk av dybdeforholdene. Dette GPR-profilet viser klare skråsjikt som representerer en fluvial deltautbygging og ikke en marin fjordavsetning.

NGU utførte georadarmålinger ved Fannrem kirke i 2018 (Figur 3). Dette profilet viser deltastrukturer (sand og grus) med en mektighet på opp mot 30 m, noe som stemmer meget godt med analysen i Figur 2. Under dette forsvinner alle strukturer og amplituden i signalet representerer forsterket støy.

Figur 3: NGUs georadarprofil ved Fannrem kirke. Profilet er trolig målt i det samme området som DGs profil presentert i geo365, og viser deltastrukturer med en mektighet på opp mot 30 m (resultatene er under rapportering).

Bruk av geofysikk i løsmassekarakterisering

I en tiårsperiode fra 2006 har NGU, i samarbeid med bl.a. NTNU og SINTEF, arbeidet med bruk av 2D Resistivitet, også kalt ERT (Electric Resistivity Tomography), for karakterisering av løsmasseavsetninger (Solberg et al. 2010b).

NGU har også benyttet egne elektromagnetiske måledata fra helikoptermålinger til det samme formålet (Baranwal et al. 2017). Dette arbeidet er i ettertid videreført av NGI, og har resultert i etableringen av firmaet EMerald Geomodelling som har spesialisert seg på tolkning av helikoptermålte EM-data med henblikk på geoteknikk og dyp til fjell.

Resistivitetsprofilet vist i Figur 4 er målt parallelt med skredgropa på Byneset rett etter kvikkleireskredet i januar 2012 (Solberg et al. 2012a/geo365.no («Liten bekk veltet stort lass»). Dette profilet viser klart hvordan tolkingsmodellen presentert av Solberg et al. (2010a og 2012b) kan gi et meget godt grunnlag for karakterisering av løsmassene generelt og leiravsetningene spesielt.

I tillegg indikerer 2D resistivitetsprofiler, i kombinasjon med geotekniske data, grunnvannsforholdene og hvordan utvasking av saltet i leira foregår i ulike soner i undergrunnen. Utvasking av leire er bl.a. knyttet til lagdeling av sedimenter, beliggenheten til berggrunnen, poretrykksforhold i tillegg til terrenghelning (Solberg et al. 2012b).

Figur 4: Tolket resistivitetsprofil fra skredområdet på Byneset i 2012 (Solberg et al. 2012a). Materialene er tolket ut fra klassifiseringsmodell presentert av Solberg et al. (2010a). Merk at hvite felter i borehullene er tolket kvikkleire fra dreietrykksondering, og at alle disse ligger i resistivitetsområdet 10 til 100 Ωm (grønne og gule farger).

Kan få katastrofale følger

Georadar har meget begrenset penetrasjon i marine avsetninger, både i salt, intakt leire og i utvasket, mulig kvikkleire. Penetrasjonen i silt og morene kan også være begrenset avhengig av porøsitet, vannmetning, vannkjemi og eventuelt mer ledende mineraler.

Metodikken DG benytter seg av for å kartlegge løsmassene ned til flere hundre meters dybde i Orkdalen er etter vår mening feil. For å kunne karakterisere marine avsetninger med geofysikk, må metoder som måler resistiviteten benyttes. Disse kan blant annet utføres som 2D (3D) resistivitetsmålinger (ERT) på bakken eller i 3D med elektromagnetiske målinger fra helikopter.

Det er synd at en så god ide med 3D (4D) geologisk modellering ødelegges av feil bruk av geofysikk. Feil geologisk modell kan i verste fall gi katastrofale følger.


JAN STEINAR RØNNING1, INGER-LISE SOLBERG2 og LOUISE HANSEN3

  • Senior geofysiker, Norges geologiske undersøkelse (NGU) og Førsteamanuensis II, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, NTNU
  • Senior skredforsker, NGU og timelærer NTNU
  • Senior kvartærgeolog, NGU

Referanser

Baranwal, V.C., Rønning, J.S., Solberg, I.L., Dalsegg, E., Tønnesen, J.F. & Long, M. 2017: Investigation of a sensitive clay landslide area using frequency domain helicopter-borne and ground geophysical methods. In: Thakur,V., L’Heureux, J-S. & Locat, A.: Landslides in Sensitive Clays, Springer 2017, ISSN 1878-9897, DOI 10.1007/978-3-319-56487-6. 2nd

Mauring, E., Koziel, J., Lauritsen, T., Rønning, J.S. & Tønnesen, J.F. 1994: Målinger med georadar. Teori, anvendelse, teknikker og eksempler på opptak. NGU Rapport 94.024. https://www.ngu.no/upload/Publikasjoner/Rapporter/1994/94_024.pdf

Reynolds, J. M. 2011: An Introduction to Applied and Environmental Geophysics. Wiley & Sons, West Sussex, UK (2nd edition).

Solberg, I.L., Hansen, L., Rønning, J.S. og Dalsegg, E. 2010a: Veileder for bruk av resistivitetsmålinger i potensielle kvikkleireområder. Versjon 1.0. NGU Rapport 2010.048, 90 sider. https://www.ngu.no/upload/Publikasjoner/Rapporter/2010/2010_048.pdf

Solberg, I.L., Rønning, J.S. & Hansen, L. 2010b: Finner kvikkleire på billigste måte. Geo Vol. 13, nr. 7, s. 34-38.

Solberg, I.L., Dalsegg, E., L’Heuereux, J.S. Rønning, J.S. 2012a: Resistivitetsmålinger for løsmassekartlegging ved skredgrop på Byneset, Sør-Trøndelag. NGU rapport 2012.004 https://www.ngu.no/upload/Publikasjoner/Rapporter/2012/2012_004.pdf

Solberg, I.L., Hansen, L., Rønning, J.S., Haugen, E.D., Dalsegg, E. & Tønnesen, J.F. 2012b: Combined geophysical and geotechnical approach for ground investigations and hazard zonation of a quick-clay area, Mid Norway. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. Published, Vol. 71(1): 119-133, DOI: 10.1007/s10064-011-0363-x

Sveian, H., Hansen, L., Solberg, I.L. & Rokoengen, K. 2006: Veibygging avdekker skredhistorien. Geo Vol. 9, nr. 3, s. 20-25.

Tassis, G., Gellein, J. & Tønnesen 2014: Gravity measurements applied to the mapping of sediment thickness and bedrock morphology in Orkdalen, Orkdal Municipality, Sør-Trøndelag. NGU Report 2014.010 (37 pp). https://www.ngu.no/upload/Publikasjoner/Rapporter/2014/2014_010.pdf

X