TCN-sonde

Måling av temperatur, vannets elektriske ledningsevne og naturlig gammastråling kan gi verdifull informasjon ved en rekke undersøkelser.

Temperatur benyttes tradisjonelt i varmestrømsstudier og vurdering av energiuttak ved å måle temperaturgradienten mot dypet. Temperaturen kan også gi verdifull informasjon om vanninnslag knyttet til sprekker i fjell. Vannets ledningsevne er viktig for studie av vannkvalitet, men også her er det mulig å få indikasjoner om vanninnslag fra sprekker. Naturlig gamma-stråling gir informasjon om litologi da forskjellige bergarter har forskjellig innhold av de naturlig forekomne radioaktive elementene uran, thorium og kalium. Temperatur, vannets ledningsevne og gammastråling logges med en og samme sonde, ofte kalt TCN-sonde, med en loggehastighet på 3 m/min. Enhetene for de målte størrelser er henholdsvis grader celsius (oC), mikro-Siemens pr. centimeter (μS/cm) og tellinger pr. sekund (counts pr second, cps). 

TCN-sonde
TCN-sonde

Temperatursensoren produserer en elektrisk strøm som er proporsjonal med temperaturen. Selve sonden er plassert i et kammer nederst på sonden hvor vannet strømmer igjennom. Målenøyaktigheten ved NGUs sensor er oppgitt til +/- 0,5 oC, men erfaring tilsier at denne kan være bedre. Sonden kan benyttes i temperaturintervallet 0 til 70 oC. Ledningsevnen i vannet måles ved å måle strømmen i en vannfylt celle. Strømstyrken er avhengig av ledningsevnen og det kan måles i området 50 – 50,000 μS/cm. Nøyaktigheten er angitt til +/- 2,5 % ved 500 μS/cm.

Naturlig gammastråling måles med en NaI-krystall (sylinder) som måler 50 mm x 25 mm. TCN-sonden måler naturlig totalstråling som summen av strålingen fra U, Th og K og kan ikke skille mellom disse elementene. Måleenheten er counts per second API standard. API er en felles internasjonal standard som sonden er kalibrert etter, slik at målinger med forskjellig utforming kan sammenlignes.

Forandring i vanntemperatur og elektrisk ledningsevne indikerer innstrømning av vann i hullet med andre egenskaper enn i brønnen forøvrig. Dette kan igjen tyde på åpne sprekker. Temperaturgradienten mot dypet har betydning for grunnvarmekapasiteten. Økt ledningsevne betyr økt ioneinnhold i vannet. Lavere ledningsevne kan tyde på innstrømning av overflatevann, da slikt vann vanligvis har noe lavere ioneinnhold enn vann som har oppholdt seg lenge i fjellet. Kravet til drikkevann er en ledningsevne mindre enn 400 μS/cm.

Med gammalogg kartlegges den naturlige gammastrålingen (totalstråling) langs borehullet. Forandringer i gammastråling er knyttet til endringer i geologien og den mineralogiske sammensetningen i bergartene. Det er i hovedsak elementene kalium, uran og thorium som gir gammastråling. Mest vanlig er kalium som finnes i feltspat. Feltspat (kalifeltspat) er et mineral som finnes i de vanligste bergartene. Sandstein, f. eks., har liten gammastråling (mye kvarts), mens noen granitter har sterkere stråling da de inneholder feltspat og i enkelte tilfeller uran og thorium. Alunskifer har høy stråling da den inneholder mye uran. Eksempler på målte verdier er vist i Tabell 1.

Bergart Ledningsevne (μS/cm) 

Naturlig gamma (API )

Alunskifer, Oslofeltet  1000 – 1300  1000 – 2000 
Rombeporfyr, Oslofeltet  200 – 220  150 – 200 
Syenittporfyr, Oslofeltet  30 – 140  100 – 120 
Kalkskifre, Oslofeltet  270 – 600  40 – 80 
Sandsteiner, Oslofeltet  180 – 230  30 – 80 
Basalt, Oslofeltet    15 – 30 
Diabas, Oslofeltet    15 – 20 
Gneis, grunnfjell  40 – 350  20 – 100 
Dioritt, grunnfjell  300 – 350  10 – 20 
Grønnstein, Trondheim  200 – 400  5 – 25 
Trondhjemitt, Trondheim  300 – 400  40 – 50 
Kvartsdioritt, Nordvestlandet  Saltvannsinntrengning  50 – 100 

Eksempel på TCN-logg og beregnet temperaturgradient er vist i figur 2 som viser logg av temperatur, elektrisk ledningsevne i vann og total naturlig gammastråling i et 815 m dypt borehull ved Hamar Flyplass. Fra temperaturloggen er det beregnet temperaturgradient i oC/km. Gammastrålingen øker kraftig i alunskifer mens den er lav i den overliggende skiferen og den underliggende øyegneisen. Temperaturgradienten ligger på ca 20 oC/km over alunskiferen og øker til ca 30 oC/km i alunskiferen. Gjennomsnittlig temperaturgradient i Østlandsområdet ligger på ca 20 oC/km.

Figur 2. Temperatur, elektrisk ledningsevne i vann, total naturlig gammastråling og temperaturgradient i 815 m dypt borehull ved Hamar Flyplass.
Figur 2. Temperatur, elektrisk ledningsevne i vann, total naturlig gammastråling og temperaturgradient i 815 m dypt borehull ved Hamar Flyplass.