Dalføret Orkdalen i Trøndelag har et tykt løsmassedekke over de krystalline bergartene (berggrunnen). Som ellers i landet stammer de fra tiden etter siste istid og består for det meste av morener, marine leirer og fluviale sander. Men fordelingen av leire og sand har opp til nå vært ukjent, noe som har hatt implikasjoner for blant annet kommunens arealplanlegging.
– Hovedproblemstillingen i Orkdal kommune er utbredelsen og mektigheten av kvikkleire, forklarer Erling I.H. Siggerud i Digital Geologi AS.
– Arbeid fra andre steder rundt Trondheimsfjorden viser tydelig at det ikke er samsvar mellom hvor NVE har postulert kvikkleire og våre antakelser basert på egen kartlegging og egne observasjoner i felt. Vi skjønte derfor at det var nødvendig å gå grundig til verks og ta i bruk nye metoder for å forstå hvor det finnes kvikkleire i Orkdal.
Siggerud konstaterer at gravimetriske kart fra Norges geologiske undersøkelse (NGU) antyder at Orkdalen har opptil flere hundre meter med marine løsmasser, men det har ikke vært mulig å identifisere de forskjellige sediment-typene.
Ved hjelp av ferske geofysiske og geologiske data fra både dalen og fjorden utenfor, utarbeidet Digital Geologi i fjor en ny geologisk modell for Orkdalen som i stor detalj viser forekomst, utbredelse og tykkelser av kvartære løsmasser. Den gir et helt forskjellig bilde av grunnforholdene enn tidligere antatt, og den oppdaterte kunnskapen bruker de til å si noe om faren for leirskred, og derfor også hvor det kan være utrygt å bygge nytt.
© Digital Geologi AS
Ny anvendelse av gammel teknologi
– På oppdrag fra Orkdal kommune har vi samlet inn 85 km med grunnpenetrerende data (GPR) oppover dalen. Samtidig samlet vi inn 24 km med lettseismikk på vegne av Trondheim Havn i fjordbassenget rett utenfor utløpet av Orkla, forteller Lars Edvard Rygg Kjellesvik i Digital Geologi.
– GPR er lett å samle inn. Vi kan bruke både bil og ATV (kjørehastighet ca. ti km/time), og fordi utstyret ikke veier mye, kan til og med bikkja dra utstyret etter seg, supplerer Siggerud, som har prøvd nettopp det med egen polarhund.
Det er således lett å samle inn denne type data, forteller de to, litt mer komplisert er det å prosessere dem, og kjennskap til for eksempel kumlokk, ledninger, rør og andre metallgjenstander, som alle gir sterke signaler, altså støy, er viktig for å filtrere dem bort i prosesseringen og slik sikre god kvalitet på dataene. Spesielt er det en utfordring å gjøre korrekt dybdekonvertering.
– Det som skiller oss fra rådgivende ingeniørfirmaer er at vi tolker dataene basert på metoder og verktøy vi har tatt med oss fra petroleumsnæringen. Vi tilbyr derfor kvantitative, helhetlige tolkninger i 3 dimensjoner, sier Kjellesvik.
– Det står i sterk kontrast til at vi ikke har funnet eksempler på bruk av GPR for helhetlig, geologisk forståelse Det kan se ut til at rådgivende ingeniørfirmaer først og fremst bruker GPR til å identifisere objekter i undergrunnen.
Kjellesvik har selv vært med og utvikle modelleringsverktøy for oljebransjen (Roxar RMS), og begge de to har utstrakt erfaring med geologisk modellering basert på brønndata og seismikk.
Data fra GPR og sonderboringer inn i løsmassene har de to erfarne geoviterne brukt til å kartlegge 5 horisonter for Orkdal kommune: berggrunnen («basement»), moreneavsetninger, marine løsmasser (hovedsakelig leire), fluviale avsetninger (hovedsakelig sand) og fyllmasser (antropogene avsetninger). Se illustrasjonen øverst i saken.
Basert på disse kartene har Digital Geologi, igjen ved hjelp av RMS, utarbeidet tykkelseskart for tre lag: marin leire, fluviale avsetninger og fyllmasser.
GPR
GPR (Ground Penetrating Radar) sender høyfrekvente elektromagnetiske bølger ned i undergrunnen og måler styrken på de reflekterte signalene og tiden det tar for dem å komme tilbake. GPR kan brukes til å detektere objekter, hulrom, sprekker og endringer i materialegenskaper, og derfor også til å kartlegge grenseflatene mellom materialer med ulik konduktivitet.
© Digital Geologi
Nye observasjoner
Den systematiske tolkningen av GPR-data er vist i 3 forskjellige kart. Samlet sett viser de den geologiske utviklingen av avsetningssystemet i Orkdalen.
– Vi har gjort 3 viktige observasjoner: moreneavsetningen er betydelig tykkere enn tidligere antatt, det betyr igjen at laget med marin leire er mye tynnere enn tidligere antatt, og at de fluviale avsetningene først har bygget seg utover dalføret frem mot kystlinjen for deretter å skjære seg ned i de eldre sedimentene, forteller Siggerud.
Etter hvert som landet steg etter istiden, har elven Orkla begynt å erodere i de eldre sedimentene og helt ned til toppen av morenen, og derved effektivt erodert vekk det som måte være avsatt av marine leirer i de sentrale delene av dalen.
– Men selv om laget med marin leire generelt er tynnere enn antatt, har vi funnet tre områder der det fortsatt er betydelig mengder (>30 meter) som kan gi kvikkleireskred.
Kartlegging av moreneoverflaten, ikke minst i selve Orkanger og Fannrem, var spesielt viktig da kommunen her står overfor oppdatering av reguleringsplanen og søknader om oppføring av nye bygg. Punktdata som tydet på forekomst av kvikkleire, forsterker behovet for bedre kunnskap om ev. farer.
Ny hypotese
– Dagens forklaringsmodeller for kvikkleireutbredelse kan ikke brukes til å forklare utbredelse av kvikkleire som vi observerer gjennom sonderinger og prøvetaking, samt der hvor kvikkleireskred har oppstått utenfor de kartlagte sonene, hevder Kjellesvik og Siggerud.
– Felles for dem er også at ingen av dem forklarer hvorfor det utvikles kvikkleire noen steder og andre steder ikke.
Det grundige arbeidet i Orkdalen satte derfor de to geologene på sporet av en helt ny hypotese. De kaller den selv «Orkdalmodellen».
– Vi observerte at det er overhyppighet av kvikkleire i flate områder. Derfor begynte vi å se på dette systematisk, og konklusjonen er at det ser ut vil å være en klar sammenheng mellom opptreden av kvikkleire og helningen på skråninger. Erfaringsmaterialet sier at forekomsten av observert kvikkleire er 2,5 ganger høyere i de områdene der terrenghelningen er under 5° enn der terrenghelning er større enn 5°, sier Siggerud.
– Da vi testet dette mot rapporterte kvikkleireobservasjoner og tidligere skredhendelser, også basert på data fra Skatval og Byneset, fikk vi bekreftet hypotesen.
Hypotesen forklarer de med at mengden tilgjengelig vann som vil trekke ned i bakken er en funksjon av terrenghelning og form. Det er som kjent ferskvann som vasker saltet ut av leiren og gjør den kvikk, og utvaskingen er derfor en funksjon av tilgangen på ferskvann overtid.
– For terreng med mer enn 5° helning vil overflatevannet i det enkelte nedslagsområdet føre til at vannet renner ned i søkk og fordypninger, og som deretter fører til ravinedannelse. Der terrenget er mindre enn 5°, blir vannet derimot på en helt annen måte stående og over tid trenge ned i bakken.
© Digital Geologi AS
På alle skalaer
– Det er interessant at Orkdal kommune i sin arealplanlegging har valgt å benytte det samme planleggingsverktøyet med de samme algoritmene som oljeindustrien benytter, og som for eksempel Equinor har benyttet i utviklingen av Johan Sverdrup-feltet, sier Kjellesvik.
– Våre GPR-data i kombinasjon med grunnseismikk i fjorden tilsvarer 3D-seismiske data på feltet, mens sonderboringene vi hadde tilgang på, noen meter til titalls meter dype, tilsvarer letebrønnene på feltet.
Nå vil de driftige driverne av det lille firmaet Digital Geologi at også andre skal ta verktøyet i bruk, det være seg kommuner, ingeniørfirmaer, Statens vegvesen, Bane Nor, NVE, og andre.
– Vi har allerede gjort over et titalls jobber i Trøndelag, Oslo og Viken, og verktøyet er anvendelig på alle skalaer, fra byggegroper til områdekartlegging.
I Orkdal har gründerne vært mest opptatt av løsmassene, men de fremholder at metoden også er anvendelig for å se nærmere på den underliggende berggrunnen, for eksempel sprekkemønstre, forkastningssystemer og knusningssoner.
Da burde det heller ikke mangle interessenter (les: kunder) for selskapet de står bak.
Ser fremover
– Det vi gjør er å kombinere geologisk kunnskap med seismikk og brønner for å gjøre akkurat det samme på land som offshore. At metodikken virker, er det ingen vil om. Den er gjennomprøvd av oljeselskapene gjennom de siste 25-30 årene, fremholder Kjellesvik.
– Det som skiller oss fra tradisjonell løsmassekartlegging er altså at vi lager et beslutningsgrunnlag som er i 3 dimensjoner og betydelig mer komplett. Helt konkret kan vi levere fra oss flater og volumer, i stedet for bare punktinformasjon, presiserer han.
Geologen Siggerud og geostatistikeren Kjellesvik ser like fullt et stort potensial for forbedringer.
– Vi har et klart ønske om å ta inn andre og flere typer data og dermed redusere usikkerhet i forhold til forståelsen av grunnforholdene, avslutter de.