3D-modellering av løsmasser og potensiell kvikkleire i Orkdalen ved bruk av Leapfrog Geo
Description
Full text not available
Abstract
Store deler av Orkdalen ligger under marin grense, hvor det potensielt kan forekomme kvikkleire. Uklarheter vedrørende dalens løsmassefordeling og utbredelse av kvikkleire medførte at Orkland kommune i 2021 initierte et samarbeidsprosjekt mellom Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE) og Norges geologiske undersøkelse (NGU) for bedre kartlegging, med fokus på marine avsetninger og kvikkleire. Denne masteroppgaven bidrar til kartleggingen av Orkdalens grunnforhold ved modellering av dalens litostratigrafi ogutbredelse av potensiell kvikkleire i tre dimensjoner. Videre er formålet med oppgaven å belyse verdien av å benytte offentlig data ved 3D-modellering av løsmasser, samt vurdere Leapfrog Geo sin egnethet til 3D-modellering av litostratigrafi og kvikkleire. Dette er av interesse ettersom romlig forståelse av grunnforhold og kvikkleire, i lys av kvikkleireskredet i Gjerdrum i 2020, vurderes av Gjerdrumutvalget som en viktig faktor for å redusere risiko for kvikkleireskred og fremming av trygg samfunnsutvikling.
Det er benyttet LiDAR-data, kvartærgeologisk kart over Orkdalens nordlige deler og borehullsdata fra databasene GRANADA og NADAG ved modellering i Leapfrog Geo. 3D-modelleringen har også brukt geofysiske datasett fra henholdsvis helikopterbåren resistivitet (HEM), elektrisk resistivitetstomografi (ERT), georadar (GPR) og gravimetridata. Den geofysiske dataen var ferdig prosessert ved NGU og har gitt et viktig grunnlag for modellering av sedimentmektighet, skille forskjellige typer avsetninger og indikere marine- ogpotensielt kvikke avsetninger. Tre modeller ble konstruert. Modellene "Maksimal moreneutbredelse" og "Minimal moreneutbredelse" illustrerer Orkdalens litostratigrafi, og modellen "Utbredelse av potensiell kvikkleire" visualiserer utbredelsen av potensiell kvikkleire.
Leapfrog Geo er et egnet program for modellering av løsmasser grunnet dets kompatibilitet med en rekke fil-format, og at manuell redigering av kontaktflater og parameterisering tillates. På den annen side er det krevende å modellere realistiske kvartærgeologiske enheter ved lav datadekning uten bruk av kreativ bruk av programmets verktøy. Dette reduserer brukervennligheten til gjeldende formål og øker usikkerheten i modellene. Ytterligere reflekterer modellenes validitet kvaliteten og dekningen på inndataen. Bruk av borehullsdata fra GRANADA og NADAG til 3D-modellering av løsmasser og kvikkleire utgjør en god ressurs for informasjon om grunnforhold, men krever mye prosessering og tolkning for å benyttes i 3D-modellering. Det er derfor anbefalt å opptrette en strengere standard for innrapportering av borehull for å redusere sikkerhet vedrørende tolkning av grunnforhold i fremtidige modeller.
Resultatene viser at det er stor sedimentmektighet i Orkdalen med en største dybde på om lag 200 m innenfor det modellerte området. I dalen forekommer elve- og breelvavsetninger, samtidig som marine avsetninger utgjør en stor majoritet av det totale løsmassevolumet. Det er også avsetninger med resistivitetsverdier under de marine avsetningene som kan antyde grovere materiale. Dette kan stamme fra breelvavsetninger eller morene. Grunnet Orkdalens kvartærgeologiske historie er det vurdert at dette volumet må bestå av mer ennmorene, ettersom det antas at bunnmorenen kun vil ha en mektighet på noen få meter. Det er samtidig en mulighet for at den reelle fjellovergangen faller innenfor dette volumet. Resultatene viser at det sannsynligvis er en betydelig opptreden av kvikkleire i Orkdalen. Når det er sagt er det også sannsynlig at det modellerte volumet er overestimert, fordi andre materialer enn kvikkleire kan ha resistivitetsverdier mellom 10 og 100 Ωm. Substantial areas of Orkdalen are located below the marine limit, where the presence of quick clay is possible. Uncertainties regarding the distribution of sediment and extent of quick clay in the valley prompted Orkland municipality to initiate a collaborative project in 2021 involving the Norwegian Water Resources and Energy Directorate (NVE) and the Geological Survey of Norway (NGU) to improve the mapping, with a focus on marine deposits and quick clay. This master’s thesis contributes to the mapping of the subsurface conditions in Orkdalen through modeling the lithostratigraphy of the valley and the distribution of potential quick clay in three dimensions. Furthermore, the purpose of this thesis is to illuminate the value of public data for use in 3D-modeling of sediments, as well as to assess the suitability of Leapfrog Geo for 3D-modeling of lithostratigraphyand quick clay. This is of interest as spatial understanding of subsurface conditions and quick clay, in light of the Gjerdrum quick clay landslide in 2020, is considered by the Gjerdrum committee as a crucial factor in reducing the risk of quick clay landslides and promoting safe societal development.
LiDAR data, a Quaternary geological map of the northern parts of Orkdalen, and borehole data from the GRANADA and NADAG databases have been utilized in the modeling process in Leapfrog Geo. The 3D-modeling has also incorporated geophysical datasets obtained from Airborne Electromagnetic (AEM) Surveys, Electrical Resistivity Tomography (ERT), Ground Penetrating Radar (GPR), and gravimetry. The geophysical data was processed by NGU and have provided a crucial foundation for modeling sediment thickness, distinguishing different types of deposits, and indicating marine and potentially quick deposits. Three models were constructed. The "Maximal Moraine Extent" and "Minimal Moraine Extent" models illustrate the lithostratigraphy of Orkdalen, while the "Extent of Potential Quick Clay" model visualizes the distribution of potential quick clay.
Leapfrog Geo is a suitable software for modeling sediments due to its compatibility with various file formats and the accomodation of manual editing and parameterization of contact surfaces. However, it can be challenging to model realistic Quaternary geological units with limited data coverage without having to employ creative use of the program’s tools. This reduces the user-friendliness for the intended modelling purpose and thereby increases uncertainty in the models. Furthermore, the validity of the models reflects the quality and coverage of the input data. The use of borehole data from GRANADA and NADAG for 3D-modeling of sediments and quick clay represents a valuable resource for subsurface information. However, it requires significant processing and interpretation to be utilized in 3D-modeling. Therefore, it is recommended to establish stricter reporting standards for borehole data to reduce uncertainties regarding the interpretation ofsubsurface conditions in future models.
The results indicate that there is a significant sediment thickness in Orkdalen, reaching a maximum depth of approximately 200 m within the modeled area. The valley contains fluvial and glaciofluvial deposits, while marine deposits constitute a large majority of the total sediment volume. Additionally, there are deposits with resistivity values beneath the marine deposits which may represent coarser materials. These deposits could originate from glaciofluvial deposits or moraines. Due to the Quaternary geological history of Orkdalen, it is considered that this volume must consist of more than moraine, as it is assumed that the basal till would only have a thickness of a few meters. There is also a possibility that the actual transition to bedrock is within this volume. The results indicate that there likely is a significant occurrence of quick clay in Orkdalen. However, it should be noted that the modeled volume is likely overestimated as other materials besides quick clay can have resistivity values between 10 and 100 Ωm.