Evaluation of DC resistivity and time-domain IP tomography for bedrock characterisation at Önneslöv, Southern Sweden

Abstract

For both construction and exploration purposes, knowledge of the subsurface is important. Geophysical exploration methods can be used to acquire an overview of an area on which further investigations can be based. In this study direct current resistivity and induced polarization data, inverted with a Cole-Cole model in program AarhusInv, are used to characterize the bedrock at Önneslöv in Scania, southwestern Sweden. Önneslöv is situated at the Romele horst, which contain gneissic bedrock intruded by dykes.
Resistivity ρ, with the unit Ωm, is a measurement of a materials' resistance to electric current. Induced Polarization, IP, which is measured as chargeability m with the unit mV/V, is the materials ability to charge up as a capacitor due to displacement of charges. Since both are physical properties of a material they can be used to investigate the material in the ground. The Cole-Cole model calculates the chargeability when the charging current was cut m0, as well as the frequency factor C and time constant τ. In contrast, commonly integral chargeability m is used, which uses a certain timeframe of the polarization decay. Magnetometry, percussion drillings, and borehole geophysics are also used to help refine and verify interpretations.
The results show several NW trending linear elements in the ground. Many of them are interpreted as dykes or weakness zones. Weathering zones and weathered bedrock surfaces are also possible to identify, especially when adding normalised IP. The ground also contains numerous NE trending deformed and metamorphosed dykes that cannot be seen directly in the resistivity and IP data. However, these dykes most likely contribute to generally low resistivity values for bedrock in the area. C and τ follow the IP in terms of magnitude and are believed to be connected to textural differences in the ground. An additional finding is that the colour of the gneissic bedrock corresponds with changes in the gamma ray borehole logs, most likely due to the amount of potassium bearing minerals.

Abstract (Swedish)

Kunskap om markens uppbyggnad är viktig både för konstruktions och prospekteringsändamål. Geofysiska undersökningsmetoder kan användas för att skapa en överblick att basera vidare undersökningar på. I den här studien används likströms resistivitet och inducerad polarisation, IP. Datan är inverterad med en Cole-Cole modell i programmet ÅrhusInv och använd för att karakterisera berggrunden vid Önneslöv i Skåne. Önneslöv är beläget på Romele horsten som består av gnejs innehållande mafiska gångbergarter.
Resistivitet ρ, med enheten Ωm, är ett värde på ett materials resistans mot elektrisk ström. Inducerad polarisation, vilket mäts i uppladdningsförmåga m med enheten mV/V, är materialets förmåga att laddas som en kapacitator till följd av omfördelning av laddningar i marken. Eftersom de är fysiska egenskaper hos ett material kan de användas för att undersöka materialen marken. Cole-Cole modellen beräknar uppladdningseffekten vid tillfället då strömmen bröts m0 samt frekvensfaktorn C och tidskonstanten τ. Detta skiljer sig från den vanligt förekommande integrerade inducerade polarisationen m, då den integrerar ett specifikt tidsavsnitt av urladdningen istället. Magnetometri, hammarborrningar och borrhålsgeofysik har även använts för att förbättra och verifiera tolkningar.
Resultaten visar flera NV gående linjära strukturer. Flera av dem är tolkade som gångbergarter och/eller svaghetszoner. Vittringszoner och vittrade delar av bergöverytan går även att identifiera, särskilt då normaliserad IP även används. Marken innehåller även ett stort antal mindre NO gående deformerade och metamorfoserade gångbergarter som inte går att se tydligt i resistivitets och IP datan. De bidrar dock troligtvis till generellt lägre resistivitetsvärden för berggrund i området. C och τ tycks följa IP värdena vad gäller högre eller lägre och tros bero på textuella skillnader i marken. Ett sidoresultat i den här studien är att färgen på gnejsen går att korrelera med variationen av gammastrålning i borrhålen, troligtvis beroende på mängden kaliuminnehållande mineral.

Popular Abstract (Swedish)

Med geofysiska undersökningsmetoder går det att skaffa sig en uppfattning om vad som finns i marken utan borra eller gräva. Olika metoder använder sig av olika fysiska parametrar i materialet, till exempel våghastighet eller elektrisk resistans. I det här arbetet är det elektrisk resistans och uppladdningsförmåga som har använts. Genom denna metod kan man se var berggrundsytan är, var berggrunden är försvagad av sprickor och vittring och i flera fall om där finns gångbergarter. Till exempel så gör vatten i sprickor att resistansen hos ett material blir lägre än vad som brukar vara förväntat.
Slutsatserna i denna studie är att metoden med fördel går att använda för att få en övergripande bild av marken i ett område och att både berggrundsyta, vittringszoner och framför allt vittrade gångbergarter går att se. Resultaten blir dock bäst i kombination med andra metoder som magnetiska mätningar och borrning. Ytterligare en intressant observation gjordes, nämligen att det kan vara möjligt att korrelera färgen på gnejsen med gammastrålningsmätningar i borrhålen, eftersom de röda mineralen ofta innehåller kalium som har en radioaktiv isotop.

• author: Preis Bergdahl, Daniel
• supervisor: Ulf Söderlund; Torleif Dahlin; Sara Johansson; Per-Ivar Olsson; Matteo Rossi
• organization: Department of Geology
• course: GEOR02 20152
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: bedrock, Cole-Cole, resistivity, induced polarization, dyke, weathering
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 492
• language: English
• id: 8894182
• date added to LUP: 2016-11-01 15:34:25
• date last changed: 2017-11-01 04:08:18