Bedrock fracture zones and esker chains in the Kyläniemi area, SE Finland

Abstract

The Kyläniemi area is situated in the Salpausselkä I- Salpausselkä II end moraine zone. Bedrock fracture zones are less well studied in the study area because the area is mostly under water and bedrock is exposed only on little islands. The primary aim of this work was to study bedrock of the study area, bedrock fracture zones and their relationship to esker chains in the study area. The work forms a part of Subjärki project which is a joint research venture of the University of Oulu and POSIVA Oy.

The work has been carried out by geologic field work on bedrock exposures, Ground Penetrating Radar measurements (GPR), map interpretation and GIS-methods. Map interpretation of fracture zones and esker chains were carried out by using Digital Elevation Model and Laser scanning data. In addition, sand and gravel data of Geological Survey of Finland (2012) and topographic maps from National Land survey of Finland were used in map interpretation. Digitizing of fracture zones and esker were done with Arc Map.

Observations on orientation of bedrock jointing can be divided in three classes: northwest-southeast, northeast-southwest and west-east orientation. Observations on jointing are following the general orientation of fracture zones in the study area. Jointing is mostly sheeting type, but in some exposures there is also wedge jointing type. On the basis of GRP-measurements reflections indicate mostly sheeting joints, but there are also hyperbolic reflections that could be indicating wedge joint type. Observations made on bedrock surface could not be correlated to GPR-profiles because joints are not extending very deep.

Fracture zones in the study area can be divided in three classes: northwest-southeast, west-east and north-south orientation. The length of fracture zones is from few metres in exposures to few ten kilometres in regional scale. Eskers follow the orientation of fracture zones in southwest and northwest parts of the study area. In northeast side of Second Salpauselkä eskers do not follow the orientation of fracture zones, instead eskers run perpendicular to fracture zones. In southeast side of Second Salpausselkä eskers follow the north-south orientation of fracture zones. Eskers seem to follow the orientation of fracture zones only further of Second Salpauselkä, in its northwest- and south sides.

Saimaan alueen ruhjevyöhykkeet ovat huonosti tutkittuja, koska alue on enimmäkseen veden alla ja kallioperä on paljastunut vain pienillä saarilla. Tämän työn tavoitteena on ollut tutkia alueen kallioperää ja ruhjevyöhykkeitä sekä niiden mahdollista yhteyttä Saimaan alueen harjujen kulkuun. Työ on toteutettu osana Subjärki-projektia Oulun yliopistossa. Työn tilaajana on Posiva Oy.

Työhön kuului geologista kallioperäkartoitusta kalliopaljastumilla sekä maatutkaluotausta. Lisäksi tehtiin karttatulkintaa ja käytettiin GIS-menetelmiä. Ruhjevyöhykkeiden ja harjujen tulkintaan käytettiin digitaalista korkeusmallia DEM sekä laserkeilausaineistoa. Lisäksi käytettiin Geologian tutkimuskeskukselta (2012) saatuja sora- ja hiekka-aineksen arviointikarttoja sekä maanmittauslaitoksen topografisia karttoja. Tulkinta tehtiin Arc Map-ohjelmalla.

Tutkimusalueen rakohavainnot voidaan jakaa karkeasti luode-kaakkosuuntaisiin, koillinen-lounassuuntaisiin sekä länsi-itäsuuntaisiin. Rakohavainnot vastaavat tutkimusalueen ruhjevyöhykkeiden suuntaa. Tutkimusalueen rakoilu on laatta- tai kiilarakoilua. Maatutkaluotausaineistossa näkyy lähinnä laattarakoilua, mutta muutamilla paljastumilla rakoilu on hyperbolista, joka voisi mahdollisesti indikoida kiilarakoilua. Pinnalla tehtyjä havaintoja ei voida korreloida maatutkaluotauksessa näkyviin heijastuspintoihin, koska pinnalla tehdyt havainnot eivät ulotu kallionpintaa syvemmälle.

Tutkimusalueen ruhjevyöhykkeet voidaan jakaa suurpiirteisesti kolmeen luokkaan: luoteis-kaakkosuuntaiset, länsi-itäsuuntaiset ja pohjois-eteläsuuntaiset ruhjevyöhykkeet. Ruhjeiden pituus on paljastumamittakaavan muutamien metrien pituisista raoista alueellisen mittakaavan muutamiin kilometrien tai muutamien kymmenien kilometrien pituisiin ruhjeisiin.

Harjut kulkevat ruhjevyöhykkeiden suunnassa tutkimusalueen lounais- ja luoteisosissa. Toisen Salpausselän koillispuolella harjut kulkevat ruhjevyöhykkeitä vastaan kohtisuorassa. Toisen Salpauselän kaakkoispuolella harjut kulkevat suurpiirteisesti ruhjeiden suunnassa noudattaen pohjois-eteläsuuntaista ruhjevyöhykkeiden suuntaa. Harjut näyttävät mukailevan ruhjevyöhykkeiden suuntaa, mutta näin tapahtuu vain kauempana Salpausselkävyöhykkeestä, toisen Salpausselän luoteis- ja eteläpuolella.