R-01-07

Svensk Krnbrnslehantering ABSwedish Nuclear Fueland Waste Management CoBox 5864SE-102 40 Stockholm SwedenTel 08-459 84 00

+46 8 459 84 00Fax 08-661 57 19

+46 8 661 57 19

Reflektionsseismiska studierinom Laxemaromrdet

B Bergman, C Juhlin, H Palm

Uppsala Universitet, Institutionen fr geovetenskaper

Februari 2001

Reflektionsseismiska studierinom Laxemaromrdet

B Bergman, C Juhlin, H Palm

Uppsala Universitet, Institutionen fr geovetenskaper

Februari 2001

ISSN 1402-3091

SKB Rapport R-01-07

Denna rapport har gjorts p uppdrag av SKB. Slutsatser och framfrda sikter irapporten r frfattarens(nas) egna och behver ndvndigtvis inte sammanfallamed SKB:s.

Abstract

Two c. 2 km long crossing lines with high-resolution reflection seismics were acquiredat Laxemar, close to The sp Hard Rock Laboratory, in December 1999. The maingoal with the investigation was to make a full-scale test of developed methods inreflection seismics with the use of small shotholes and small explosive charges. Thesecondary goal was to identify fracture zones that might correlate with water bearingfracture zones found in boreholes.

Both lines had 10-meter separation between the geophones and charge holes. Shot sizeswere 15-gram plastic explosives for shots in rock and 75-gram ones for shots in losesediments and till.

The results from the measurements show that the small shotholes technique and smallcharges works well to investigate the rock down to a depth of 34 kilometers. Thesignal penetrates at least to c. 1500-metres (500 ms travel time for the seismic signal)along both lines. Over some parts of the lines the seismic signal penetrates to c. 6000-metres (2 seconds travel time). Five dipping reflectors (c. 3050) can be identified.Three of these can be projected up to the surface on both lines and their 3D orientationcan be determined. These reflectors also coincide with topographical depressions. Thetwo other dipping reflectors are only visible on one line, but can be assumed to correlatewith topographical depressions and that way be assigned a three dimensional orienta-tion. Four of the reflectors correlate with previously mapped fracture zones.

A zone of sub-horizontal reflectivity (015) is visible at 650-900 meters depth wherethe lines cross the deep borehole KLX02. This zone dips gently towards the east andcan be correlated with sections of greenstones found in KLX02. The zone of sub-horizontal reflectivity continues to the deep borehole KLX01, but is not as clear here.This sub-horizontal zone may be the hydraulic connection between the boreholes intheir deeper part. Deeper down at 1100 ms (c. 3 km), there are strong reflections whichprobably arises from the same zone as seen on the vr reflection seismic lines. Thiszone dips around 9 towards the north and would reach the surface c. 10-km south ofLaxemar if it is planar.

Sammanfattning

Tv cirka 2 km lnga korsande linjer med hgupplsande reflektionsseismik utfrdesvid Laxemar, i nrheten av splaboratoriet, i december 1999. Huvudmlet medunderskningen var att genomfra en fullskalig tillmpning av utarbetad metodik frreflektionsseismik med anvndning av klenhlstekniken och sm sprngladdningar.Delml var att identifiera sprickzoner som kan korreleras med vattenfrande zoner somptrffats i borrhl.

Bda linjerna hade 10 meters separation mellan geofonerna och 10 meter mellansprnghlen. Vid sprngningarna anvndes 15 gram sprngdeg vid skott i berg och 75gram sprngdeg i lsa sediment och morn.

Resultatet frn mtningen visar att klenhlstekniken med sm laddningar fungerarutmrkt fr att underska berget ner till cirka 34 kilometers djup. Signalerna penetrerartill minst cirka 1500 meter (500 ms gngtid fr den seismiska signalen) lngs bggelinjerna. ver vissa delar av linjerna penetrerar signalerna till minst cirka 6000 meter(2 sekunders gngtid).

Fem lutande reflektorer (3050) kan observeras. Tre av dessa kan projiceras upp tillytan p bda linjerna varvid de r tredimensionellt bestmda i position och de sam-manfaller med topografiska snkor. De tv andra reflektorerna syns enbart p en linjemen antas korrelera med topografiska snkor och kan p s stt ges en tredimensionellposition. Fyra av de fem reflektorerna kan ocks korreleras med tidigare karteradesprickzoner.

En zon av subhorisontell reflektivitet (015) ses p 650900 meters djup dr linjernasammanfaller med djupborrhlet KLX02. Zonen stupar svagt mot ost och kan korrelerasmed avsnitt av grnstenar i KLX02. Zonen av subhorisontell reflektivitet strcker sigven bort till djupborrhlet KLX01, men r inte lika tydlig hr. Denna subhorisontellazon kan vara den som hydrauliskt frbinder de nedre delarna av borrhlen.

Djupare ner finns starka reflektioner vid 1100 ms (ca 3 km) som frmodligen kommerfrn samma zon som sgs p reflektionsseismiken p vr. Denna zon stupar ca 9 motnorr och skulle skra ytan cirka 10 km sder om Laxemar om den vore plan.

5

Innehllsfrteckning

Sida

1 Inledning 71.1 Omrdets geologi 71.2 Definitioner 7

2 Fltparametrar 92.1 Inmtning 102.2 Sprngning 102.3 Mtningar 11

3 Dataprocessering och analys 133.1 Data, Linje 1 och 2 133.2 Migration 193.3 Sprngning i lsa jordlager jmfrt med i berg 193.4 Geofoner i lsa jordarter jmfrt med i berg 23

4 Diskussion om seismiska data 254.1 Huvudreflektorer 25

4.1.1 Reflektorer som skr ytan 254.1.2 Ytnra subhorisontella reflektorer 264.1.3 Djupare reflektorer 27

4.2 Uppspruckna zonen vid 15501700 meters djup i KLX02 274.3 Jmfrelse med hydrogeologiska mtningar 274.4 Framtida mjligheter 28

4.4.1 VSP (Vertical Seismic Profiling) 284.4.2 RVS 284.4.3 Lngre N-S 2D linje 284.4.4 3D Seismik 28

5 Sammanfattning av resultat 29

6 Referenser 31

Bilagor:Bilaga A: Fullstndiga processeringssteg 33

Linje 1 33Linje 2 37

Bilaga B: Migrerade sektioner 41Bilaga C: Stackade sektioner till 2 sekunder 43Bilaga D: Genomsnitts DMO-hastigheter fr migration av linje 1 och 2 45Bilaga E: Otolkade stackade sektioner 46

Linje 1 46Linje 2 47

7

1 Inledning

Reflektionsseismiska mtningar har p SKB:s uppdrag utfrts vid omrdet norr om LillaLaxemar, i nrheten av splaboratoriet. Mtlinjerna placerades i anslutning till borr-hlen KLX01 och KLX02 med mlen att:

Genomfra en fullskalig tillmpning av dittills utarbetad metodik fr reflektions-seismik med anvndning av klenhlstekniken och sm laddningar.

Erhlla tydliga bilder av sprickzoner som kan korreleras med vattenfrande zoner.

Institutionen fr geovetenskaper vid Uppsala universitet organiserade experimentet ochansvarade fr utfrandet. Borrningen, markgarkontakterna och inmtningen utfrdesav personal utanfr universitetet.

1.1 Omrdets geologiBaserat p Bergman et al /1998, 2000/ domineras ytgeologin i Laxemaromrdet avmedelkorniga gr till gr-rda granitiska eller grandioritiska bergarter med porfyriskstruktur. En svag st-vstlig frskiffring kan ofta urskiljas i dessa. Sder om Frisksjnfrekommer xenoliter av finkorniga basiska eller vulkaniska bergarter. Dr frekommerocks ett strre grnstensmassiv. Detta massiv r intrngt av granitiska bergarter. Andrabergarter som frekommer i omrdet bestr av gngar av rd till gr-rd finkorninggranit, pegmatit och aplit. Omrdet skrs av stvstliga och sydvst-nordostliga sprick-zoner. P cirka hlften av omrdet vid mtlinjerna r berggrunden tckt med lsa sedi-ment och morn.

1.2 Definitioner

Omigrerade data (Stackade data): Seismiska data som har bearbetats fr att frbttrasignal till brus frhllande och genom att addera signalerna p ett sdant stt attreflekterade signaler frstrks. Dessa data r inte korrigerade fr att lutande reflek-torer terfinns lngre upp och med en svagare lutning n dessa reflektorer har iverkligheten. Omigrerade data terges i registrerad tid.

Migrerade data: Seismiska data som har korrigerats fr att ge lutande reflektorerdess sanna djup och lutning. Dock kan fortfarande 2D seismiska data ge en felaktigbild p grund av att reflektorerna inte r plana mot linjerna utan lutar in emot dessaeller befinner sig helt p sidan av. Migrerade data anges antingen i teoretisk registre-rad tid eller i faktiskt djup.

Stationspunkt: Vid den punkt dr i denna mtning bde ett sprnghl och en geofonbelgen.

Lutningen p reflektorer klassificeras i tabell 1-1.

8

Tabell 1-1. Benmningar p reflektorer med avseende p dess lutning._______________________________________

Benmning Tolkad lutning i grader ()_______________________________________

Subhorisontell 015Svagt lutande 1530Lutande 3060Brant lutande 6075Subvertikal 7590_______________________________________

9

2 Fltparametrar

Tv linjer stakades i oktober-november 1999, en SV-NO (Linje 1) markerad 1200 ochen SO-NV (Linje 2) markerad 523750, se figur 2-1, med en stationsseparation p 10meter. Borrpersonalen instruerades att i frsta hand borra sprnghl och geofonhl iberg om det fanns ett omrde med berg maximalt 0,3 meter parallellt med och maximalt2 meter vinkelrtt mot linjen i frhllande till stakningspunkten. Om berg inte fannsinom det omrdet har borrningen gjorts i jord p stakningspunkten. Av den anledningenhar inte stakningspunkten, sprnghlet och geofonhlet alltid samma koordinater.

Linje 1 hade 200 sprnghl och linje 2 hade 228 sprnghl.

Figur 2-1. Berggrundsgeologisk karta med de seismiska linjerna (gula) och stationsnummer. Linje 1(SV-NO) och Linje 2 (SO-NV), modifierad efter Bergman et al /1998, 2000/.

Figur 2-2. Berggrundsgeologisk karta med de seismiska linjerna (gula) och CDP nummer. CDP Common Depth Point Linje 1 (SV-NO) och Linje 2 (SO-NV), modifierad efter Bergman et al /1998, 2000/.

10

Borrning

Borrningen utfrdes av Sdermans Bergsprngning under november och december1999. Borrningarna ve