Optisk televiewer (OPTV)

Optisk televiewer (OPTV) benyttes til inspeksjon av borehull ved å filme innvendig borehullsvegg. Ved å studere opptakene kan en kartlegge geologi, geologiske grenser, oppsprekningsgrad og bergartenes foliasjon (strøk og fall).
Eksempel på borehullsforløp, vertikalprojeksjon øst-vest.
Figur 1. OPTV-sonde.

OPTV benyttes til forundersøkelser for fjellanlegg og fjellskredkartlegging der sprekkekartlegging og foliasjon er viktige faktorer. Grunnvann- og grunnvarmesundersøkelser bruker også OPTV for undersøkelser av brønner. OPTV er i mange tilfeller bedre enn tradisjonell kjerneboring da en får orienterte sprekker og strukturer direkte. I det følgende blir måleprinsipp for optisk televiewer beskrevet.  Analyse av data blir illustrert ved eksempler fra borehull.

Måleprinsipp og utførelse

Optisk televiewer kan brukes i borehull med en diameter fra 76 – 160 mm. Instrumentet består av et digitalt kamera som filmer mot et hyperbolsk speil, se prinsippskisse figur 1. Kameraet ”ser” vinkelrett en større del av borehullsveggen, men bare en sirkel med høyde 1 mm registreres.  Sonden senkes med en maksimal hastighet 1 meter pr minutt ned i borehullet, og for hver millimeter gjøres en registrering.  Det kan samples 360 eller 720 punkter sirkelen rundt, og i vanlige fjellbrønner gir dette en pikselstørrelse på ca. 1 mm x 1 mm.  Med en slik oppløsning kan metoden påvise sprekker med tykkelse ned mot 0,5 mm.  Metoden kan benyttes i tørre og vannfylte hull, men krever klart vann.

Sonden har innbygget et trekomponent magnetometer, og dette sammen med tre akselerometre  sørger for å orientere bildet (opptaket) uansett sondens og borehullets forløp.  På grunnlag av det orienterte bildet av borehullsveggen kan strøk, fall og sann tykkelse av kryssende strukturer beregnes. 

Med data fra denne instrumenteringen kan også borehullets forløp (avvik) beregnes (Figur 2). Borehullsvinkel kan måles i området 0 – 180o med en nøyaktighet på +/- 0.25o. Retningen kan måles fra 0 til 360o med en nøyaktighet på +/- 2.5o. Avviket måles kontinuerlig langs hele borehullet. Data kan plottes ut grafisk og i tabellform. Vertikalsnitt (tre retninger), horisontalprojeksjon og 3D-plott kan plottes ut. I tillegg til at det er viktig å vite hvor hullet går, må en vite fall og retning på hullet for å bestemme strøkretning og fallvinkel til sprekkene som observeres.

Figur1: prinsippskisse av optisk televiewer.
Figur 2:  Eksempel på borehullsforløp, vertikalprojeksjon øst-vest (venstre) og horisontalprojeksjon (høyre).

Analyse av data

Ved analyse brettes det orienterte digitale bildet ut (se figur 3).  Plane sprekker som krysser borehullet med en viss vinkel, vil da indikeres som en sinusformet kurve.  Steile sprekker vil indikeres med store amplituder ved loddrette hull.  Dersom borehullet skjærer sprekkene vinkelrett, vil disse vises som rette linjer.  Siden bildet er orientert, kan sprekkenes retning og fall beregnes ved å tilpasse (digitalisere) en sinuskurve til hver av dem.  Har sprekkene en viss utbredelse, kan både topp og bunn digitaliseres, og derved kan den sanne tykkelsen beregnes. Analyseprogrammet inneholder en menystyrt beskrivelse av de enkelte hendelser.  Tilsvarende analyse kan gjøres for primære geologiske strukturer (ganger, lagdeling).

Når alle hendelser er digitalisert, kan en utføre sprekke- og strukturanalyse.  Etter å ha plottet polen (normalvektoren) til alle digitaliserte sprekker i et stereogram (figur 4), kan forskjellige sprekkegrupper defineres.  Disse får tildelt en farge (her: blå, rød, grønn og lilla), og sprekkegruppens middelverdi for strøk og fall beregnes. Det kan også gjøres analyse på skjæringslinjer mellom midlere sprekkeplan.

Strøk og fall til et plan er entydig bestemt i et stereografisk plott og blir her plottet som plan-normalens skjæringspunkt (pol) med nedre kuleskall (Schmidt, equal area, lower hemisphere). Sprekkeplanets strøk er retningen til en horisontal linje i planet, mens fallet er vinkelen mellom planet og horisontalen målt 90o på strøket.

Planets fallretning der strøkretningen er den samme (f.eks. N180 og N0), bestemmes av retningen til planets normal, og vil være normalens retning pluss 180o.  Planets strøkretning er pr. definisjon fallretning minus 90 grader (fallretning  =  strøk + 90). Dermed er også strøkretningen entydig bestemt.  Strøkretning beregnes som vinkel fra nord. Hvis for eksempel strøkretning og fall er N180 45, er strøkretningen 180o fra nord (NS) og fallet er 45o mot vest (fallretning N270), mens N0 45 faller mot øst (fallretning N90).

Figur 3: Eksempel på opptak og analyse. Enkeltstående sprekker er tilordnet sinusfunksjon og fallretning og vinkel beregnet.  Pilhodet angir individuelle sprekkers fall mens halen viser fallretning (nord opp).  Ved større åpne sprekker er topp og bunn digitalisert og sann åpning på sprekkene er beregnet.
Figur 4: Eksempel på analyse av sprekker i stereogram. I øverste tabell er midlere sprekkeretning og fallvinkel for hver sprekkegruppe beregnet, og antall sprekker og sprekkefrekvens for hele hullet beregnet for hver av gruppene.  Nederste tabell viser retning og fall på skjæringslinjen mellom de midlere sprekkeplanene.

Neste steg i analysen er å plotte alle digitaliserte hendelser, nå med tilordnet gruppefarge, som funksjon av dyp.  De forskjellige sprekkemønstrene tilordnes histogrammer, se figur 5, og på grunnlag av disse kan hullet deles inn i soner som hver er karakterisert med spesielle sprekkemønster.  Sprekkefrekvens for alle definerte grupper kan deretter beregnes innenfor hver sone i borehullet. Tilsvarende analyser kan også gjøres for bergartsganger og eventuelt bergartsgrenser.  I tillegg til grafisk presentasjon kan alle data listes i tabellform. På figur 5 er den blå sprekkegruppen dominerende.

Figur 5 viser frekvenshistogrammer for et borehull som er undersøkt med optisk televiewer. Frekvenshistogrammene (blå, rød, grønn og lilla) viser beregnet sprekkefrekvens i definerte soner av hullet, og viser dermed detaljert hvordan oppsprekkingen er i hullet. Alle sprekker er angitt i "pilplott" der pilens hode angir fallet, mens halen angir fallretning. Nord er opp på arket, øst mot høyre osv. Hvert pilhode er fylt med den gruppefarge tilsvarende sprekk tilhører. Piler uten farge er sprekker utenfor noen av de definerte gruppene.

Alle sprekke- og borehullsdata kan listes opp i tabeller.

Figur 5.  Sprekkelogg for tolket borehull.  Til venstre vises de individuelle sprekkene som pilplott.  Pilhodene angir individuelle sprekkers fall, mens halen viser fallretning (nord opp). Histogrammene viser hvor i borehullet de forskjellige sprekkemønstrene opptrer (sprekkefrekvens).  Høyre kolonne viser borehullsforløp med fall og retning og et RQD (Rock Quality Designation) estimat.  Heltrukne horisontale linjer angir grenser mellom definerte soner.

Eksempler på bruk

NGU har brukt optisk televiewer i sine prosjekter der forundersøkeleser for fjellanlegg har inngått. Sprekkekartlegging er en viktig faktor i slike undersøkelser. I de senere år har NGU hatt flere prosjekter innen fjellskredkartlegging. Tre områder har vært i særlig fokus, Åknes og Mannen i Møre og Romsdal og Nordnesfjellet i Troms. I de nevnte områder er det boret flere hull som er undersøkt med OPTV for å kartlegge foliasjon og oppsprekking. Hvordan foliasjonen opptrer i forhold til fallretning og fallvinkel til de oppsprukne fjellpartier er viktig å kartlegge. Foliasjonsparallelle sprekker som har samme retning og fallretning som fjellsiden vil være ugunstig med hensyn for fare for utglidning.

Figur 6 viser beregnet fallvinkel og fallretning for foliasjon og sprekker i de øverste 30 m av borehull KH-01 i det oppsprukne fjellpartiet Mannen i Romsdalen. Fra 15 m dyp opptrer sprekkene foliasjonsparallelle med fallretning mot NNØ-NØ. Her er dette en ugunstig retning da fjellsiden til partiet som er i bevegelse faller i samme retning. Til høyre på figuren vises et OPTV-bilde, 27 – 29 m dyp, som viser kraftig oppsprekking med leirfylte sprekker.

Figur 6. Fallretning og fallvinkel til sprekker og foliasjon fra 4 – 30 m i borehull KH-01, Mannen.
Til høyre sterkt oppsprukket parti, 27 – 29 m.

Figur 7 viser data fra Åknes, Stranda. Et 200 m dypt borehull er boret i øvre del av fjellpartiet som er i bevegelse. Figuren viser fallvinkel og fallretning for foliasjon og sprekker plottet mot dyp. En ser tydelig sammenfallende retning og vinkel for sprekker og foliasjon i de øverste 70 m av hullet. Under 70 m er hullet lite oppsprukket. Fallretningen er SØ, hvilket er rett ned mot fjorden. En fallvinkel på ca 30o tilsvarer fjellsidens helningsvinkel ned mot fjorden. Dette er ugunstig med hensyn til utglidning. Den kraftige oppsprekkingen i de øverste 60 – 70 m skyldes at det er dette partiet som er i bevegelse. Til høyre på figurer vises kraftig oppsprekking ved 17 – 20 m dyp (OPTV bilde fra ÅTBs televiewer). ÅTB står for Åknes/Tafjord Beredskap og sorterer nå under NVE.

Figur 7. Beregnet fallretning og fallvinkel for foliasjon (svart) og sprekker (rød) i borehull KH-08 Åknes, Stranda. Til høyre oppknust fjell ved 17 – 20 m i borehullet filmet med OPTV (ÅTB’s televiewer).