Søgeord: grundvandsmagasin
på siden: Vinduer og sprækker i jorden og grundvandsbeskyttelse

Beskrivelse: Specialartikel fra GEUS Årsberetning 1996. Vinduer og sprækker er begreber geologer normalt forbinder med hårde krystallinske bjergarter og ikke med løse aflejringer, som f.eks. smeltevandssand og moræneler. Det Strategiske Miljøforskningprograms første fase (SMP-1), er netop afsluttet. Indenfor grundvandsprojekterne er begrebet et geologisk vindue brugt som et centralt element ved beskrivelse af grundvandsmagasinerne og deres dæklag i forbindelse med vurdering af nedbørens nedsivning til grundvandet.
Nøgleord: GEUS, Grundvand, sprækker SMP geologisk vindue foldede bjergarter bjergkæder erosionshuller strategiske miljøforskningprograms første fase SMP1 grundvandsprojekter grundvandsmagasin dæklag nedbør nedsivning grundvandet geofysiske metoder undersøgelser jordlag vand transportvej

www.geus.dk > Publikationer > Geologi for alle > Siden her

'Vinduer' og sprækker i jorden og grundvandsbeskyttelse

af Peter Gravesen

background image
75
"Vinduer" og sprækker er begreber
geologer normalt forbinder med hår-
de krystallinske bjergarter og ikke
med løse aflejringer, som f.eks. smel-
tevandssand og moræneler.
Et "geologisk vindue" er en betegnel-
se, der oprindeligt er brugt for et
fænomen, der forekommer i foldede
bjergarter i bjergkæder, hvor ældre
lag blottes og direkte kan iagttages i
et område, hvor de yngre foldede lag
er fjernet som følge af senere tiders
erosion. Det er disse erosionshuller,
der kaldes for "vinduer", og velkend-
te eksempler fra Alperne er "Engadi-
ner vinduet" i Schweitz-Østrig og
"Tauern vinduet" i Østrig.
Det Strategiske Miljøforskningpro-
grams første fase (SMP-1), er netop
afsluttet. Indenfor grundvandsprojek-
terne er begrebet "et geologisk vin-
due" brugt som et centralt element
ved beskrivelse af grundvandsmaga-
sinerne og deres dæklag i forbindelse
med vurdering af nedbørens nedsiv-
ning til grundvandet. Begrebet er ble-
vet udvidet til også at omfatte den
underjordiske del af "vinduet", der ik-
ke direkte kan iagttages, men som
kan påvises indirekte ved hjælp af
geofysiske metoder. De geofysiske
undersøgelser belyser jordlagenes
egenskaber og lejringsforhold. Man
kan derved få oplysning om vandets
transportveje ned gennem jordlagene
til grundvandet og således også om
spredningen af opløste stoffer, som
har betydning for den kemiske sam-
mensætning af vandet.
DEN TIDLIGERE
OPFATTELSE
AF BESKYTTENDE
LERLAGS BETYDNING
Udbredte, sammenhængende mo-
rænelersdækker over de danske
grundvandsmagasiner har været
betragtet som sikre barrierer, der
forhindrede miljøfremmede stoffer
i at sive ned til grundvandet. Anta-
gelsen beroede på, at morænele-
rets grundmasse har en lav hy-
draulisk ledningsevne. Man formo-
dede derfor, at vandbevægelsen
gennem moræneleret var langsom,
således at forurenende stoffer
havde en forholdsvis lang opholds-
tid i leret.
Dette vil give mulighed for, at stof-
ferne nedbrydes, inden de når
frem til grundvandet. Filosofien
har været : "Jo tykkere lerlag og jo
større horisontal udbredelse, jo
bedre beskyttelse af grundvandet".
Omkring 40 % af Danmarks over-
flade består af moræneler. Mo-
rænelerets tykkelse, sammensæt-
ning og strukturer blev derfor an-
taget at have stor betydning for
nedsivningsmulighederne. I forbin-
delse med de senere års sårbar-
hedskortlægninger bl.a. i amterne
har lertykkelse og lerudbredelse
således været nogle af de vigtigste
parametre til klassificering af
grundvandsmagasinernes sårbar-
hed. Disse forhold er f.eks. blevet
illustreret med kort, der viser den
samlede tykkelse af lerlag ovenfor
filtrene i vandindvindsboringer.
Sådanne kort er bl.a. udarbejdet
på basis af oplysninger fra GEUS'
boringsdatabase.
"VINDUER" OG SPRÆKKER I JORDEN
OG GRUNDVANDSBESKYTTELSE
af Peter Gravesen
Vandforsyningsboring i Hareskoven,
nær København
background image
76
TO BETYDNINGSFULDE
FORHOLD DER ØGER
SÅRBARHEDEN
Indenfor de seneste år er der
imidlertid to forhold som særligt
er kommet i fokus med hensyn til
morænelers egenskaber og optræ-
den:
1. Sprækker og makroporer i de
enkelte morænelerslag og
2. Større eller mindre sandvinduer
i morænelersdækkerne.
Sprækker og makroporer i de
øvre morænelerslag har vist sig at
have afgørende betydning for van-
dets nedsivningsmuligheder. Den
hydrauliske ledningsevne i de øvre
jordlag er således væsentlig højere
end i dybere liggende mere ensar-
tede morænelerslag. Nitratholdigt
eller pesticidholdigt vand siver
derfor relativt hurtigt ned til
grundvandszonen, hvor vandspej-
let ligger indenfor de øverste ca.
10 meter. For nitrats vedkommen-
de har det vist sig, at der sker en
reduktion af nitrat i makroporer-
ne, især hvis der i jordlagene er et
højt organisk indhold. På større
dybde er sprækkers og makropo-
rers udbredelse og strukturer
mindre kendt, bl.a. på grund af
vanskelighederne med at under-
søge forholdene i de dybereliggen-
de lag.
Sandvinduer i morænelersflader
kan være vanskelige at erkende
ved et blik ud over landskabet,
selv om de ofte ligger lidt lavere i
terrænet. Ved en traditionel kvar-
tærgeologisk kortlægning bliver de
geologiske lag bestemt ned til ca.
en meters dybde under jordover-
fladen. Overfladenære forekom-
ster af sand- og gruslag i moræne-
lersdækkerne kortlægges også,
men de geologiske vinduers rumli-
ge udbredelse under jordoverfla-
den på større dybde fremgår ikke
af overfladekortlægningen. Kun
hvis der i forbindelse med kort-
lægningen er undersøgt sand- og
grusgrave eller klintprofiler i
nærheden af sandvinduerne, er det
muligt at få et mere detaljeret ind-
blik i aflejringernes rumlige udbre-
delsesforhold. For at få et mere
præcist kendskab til disse forhold
er det nødvendigt at udføre dybe-
re boringer og anvende geofysiske
undersøgelsesmetoder.
Figur1. Snit gennem iltet, gulbrunt moræneler,
der er gennemsat af sprækker. Sprækkernes
rand er markeret ved udfældning af jernholdige
mineraler, mens sandet i selve sprækkerne er
helt lyst.
Figur 2. Udsnit af GEUS jordartskort 1315 III SV Hinnerup
fra området omkring Grundfør i Østjylland. Jordartssymbo-
lerne og farvesignaturerne kan ses på signaturforklaringen.
Kortet viser de kvartære lags sammensætning i 1 meters
dybde. Der kan f.eks. ses et større sandområde (TS)
nordøst for Grundfør omgivet af moræneler (ML).
FG -
FS -
FL -
FP -
FT -
Ferskvandsgrus
Ferskvandssand
Ferskvandsler
Ferskvandsgytje
Ferskvandstørv
ES -
TG -
TS -
TL -
DG -
Flyvesand
Ferskvandsgrus
Ferskvandssand
Ferskvandsler
Smeltevandsgrus
DS -
DL -
MG -
MS -
ML -
Smeltevandssand
Smeltevandsler
Morænegrus
Morænesand
Moræneler
background image
77
NYE
UNDERSØGELSES-
METODER
Boringer giver, ud fra boreprøver
og borehulslogs, detaljerede op-
lysninger om sedimenternes sam-
mensætning på selve borestedet.
Det videre arbejde med at udre-
de lejringsforholdene under jord-
overfladen mellem boringerne
forudsætter kendskab til anven-
delse af såkaldte "faciesmodel-
ler", der beskriver de forskellige
jordarters sandsynlige udbredelse
og fordeling, og som dermed gi-
ver mulighed for at korrelere fra
lag til lag mellem boringerne.
En geologisk model baseret på
sådanne tolkninger åbner mulig-
hed for at vise de forskellige lags
sandsynlige udbredelse, men ikke
deres konkrete beliggenhed i alle
punkter.
Ved at supplere de direkte iagtta-
gelser med geofysiske under-
søgelser opnås ofte et mere
præcist indblik i lejringsforholde-
ne. Geofysiske undersøgelser kan
derfor bidrage til en mere nøjag-
tig kortlægning af vandets trans-
portveje under nedsivningen til
grundvandet.
Ved anvendelse af de nye meto-
der, som er udviklet ved Århus
Universitets Geofysiske Afdeling,
kan en sammenhængende kort-
lægning af "sandvinduernes" rum-
lige udbredelse i dybden foreta-
ges ved hjælp af en særlig meto-
de, hvor strømførende elektro-
der slæbes henover jordoverfla-
den efter et køretøj. Herved op-
nås kontinuerte modstandsmålin-
ger i de linieprofiler, der opmåles.
Målingerne kan nå 15-20 meter
ned i jorden. De målte mod-
standsværdier afhænger af de til-
stedeværende jordarter, og en
samlet model for et område kan
derefter udarbejdes og beskrives.
"Vinduernes" placering i jorden
vil fremgå i detaljer, således at lej-
ringen i forhold til det omkringlig-
gende moræneler kan illustreres.
Foruden den geoelektriske meto-
de bidrager også "georadar un-
dersøgelser", hvor man sender
Figur 3. Kort med slæbegeoelektriske målinger
fra Grundfør området. Kortet viser jordlagenes
modstandforhold i ca. 10 meters dybde. De rø-
de farver angiver de højeste modstande svaren-
de til sandede-grusede lag, mens de blå farver
angiver de laveste modstande svarende til lere-
de lag. Kortet viser således flere områder (vin-
duer) med sandaflejringer. (Kortet er udarbej-
det af K. I. Sørensen, Geofysisk. Afdeling, Aar-
hus Universitet).
background image
elektromagnetiske bølger, ra-
darstråler, ned gennem jordlage-
ne, til lokalisering af sandvinduer i
et lerdække. Radargrammer kan
optages til 20-30 meters dybde alt
afhængig af jordlagenes indhold af
ler. Muligheden for at kunne skel-
ne mellem ler og sand er netop
afgørende for stedfæstelse af vin-
duerne.
EKSEMPEL PÅ
"VINDUER"
Ved Grundfør i Østjylland er der, i
forbindelse med et projekt under
det Strategiske Miljøforsknings-
program, kortlagt en 160 meter
dyb, begravet dal, dvs. en dal der
ikke kan spores på jordoverfladen.
Dalen er en del af et større nord-
syd gående dalsystem. På langs
med og henover dalen, i de aflej-
ringer der opfylder dalen, ligger
det udbredte, regionale grund-
vandsmagasin i "Haldum Formati-
onen", der er delvis dækket af
moræneler. Imidlertid er der også
påvist sandvinduer oven over ma-
gasinet, ved hjælp af de metoder,
der er beskrevet ovenfor. Projek-
tet gik specielt ud på at undersøge
nitratforholdene i den umættede
zone over grundvandsspejlet og i
grundvandsmagasinet og om mu-
ligt forklare årsagerne til variatio-
nerne i de nitratmængder, man
finder i grundvandsmagasinet.
Grundfør ligger øst for hovedop-
holdslinien for isens største ud-
bredelse i sidste istid (Ussings li-
nie under Weichsel istiden) og
vest for den yngre østjyske isrand-
linie (Harders linie), der blev dan-
net under et længere ophold i
isens generelle tilbagesmeltning.
Aflejringerne er blevet forstyrret i
flere omgange af istryk, og for-
styrrelserne af lagene har man
kunnet iagttage i områdets sand-
og grusgrave. Haldum Formatio-
nen er blevet foldet og forkastet
af et tryk fra sydøst. Trykket til-
skrives "Den Gammel Baltiske" is,
som har aflejret et lag af moræne-
sand ovenpå formationen. Deref-
ter har en gletcherbevægelse fra
nordøst, der tilskrives NØ-isen,
aflejret det øverste, regionalt ud-
bredte moræneler. Det er denne
morænelersaflejring, der ligger
som et dække over magasinet.
Morænelersdækket er mellem 2
og 5 meter tykt, og stedvis kan
man skelne mellem to forskellige
morænelersenheder. Morænelers-
dækket følger delvis terrænet, så-
ledes at der på det højere liggen-
de plateau er sammenhængende
morænelerslag med kun mindre
huller (vinduer) i, mens der i de
lavereliggende dele er skåret snit
igennem leret, ned i den underlig-
Morænebakkelandskab ved Grundfør
background image
79
gende Haldum Formation. Det har
bl.a. den virkning, at en stor del af
den nedbør, der falder i området,
strømmer overfladisk af, hen imod
vinduerne og mod vest til den dal
i terrænet, der rummer Lilleå. Et
40-50 meter tykt legeme af smel-
tevandsler træffes i det meste af
området ca. 20 meter under jord-
overfladen. Smeltevandsleret har,
nord for Grundfør, forbindelse
opad til det dækkende moræne-
lerlag. Dette massive lerlegeme
har indflydelse på transport af
vand i området. Eksempelvis sker
det i perioder med stor nedbør,
at den umættede zone i moræne-
leret fyldes helt op til terræn, og
da vandet ikke kan komme væk,
vil der stå vand på markerne. No-
get vand vil strømme langsomt
gennem leret, men det meste vil
strømme af overfladisk og i den
øverste meget permeable del af
leret mod lavninger i terrænet.
Når der er sandvinduer i områ-
det, kan det få stor betydning for
vandtransporten og dermed for
vandkvaliteten i grundvandsmaga-
sinet.
Tertiært ler
Grundfør
Nordøst
Sydvest
Kote i m
70
60
50
40
30
20
10
0
10
-20
-30
-40
-50
Smeltevandssand og grus (Elster)
Ler till (Elster)
Fårup till
Ringshøj till
Hinnerup till
(Saale)
Smeltevandssand og grus
(Weichsel, Haldum F.)
Smeltevandsler og silt
(Elster
(Weichsel)
100 m
Boringer
Figur 4. Geologisk profil be-
liggende lige øst for Grund-
før. Profillinien er orienteret
nordøst-sydvest. Profilet, der
er baseret på boringsdata,
viser , at der findes tre sand-
grusmagasiner adskildt af
smeltevandsler eller mo-
ræneler (till). Det store, øvre
magasin, Haldum Formatio-
nen, er delvis overlejret af
moræneler, men sandvinduer
findes i morænelersdækket.
Sandmagasinet grænser op
til et stort legeme af smelte-
vandsler og silt. Dette lege-
me har en rand, hvorfra lan-
ge lertunger strækker sig ind
i sandmagasinet og på den-
ne måde opdeler det i flere
delmagasiner.
background image
80
NITRATUNDERSØGELSE
Ved Grundfør afhænger vandkvali-
teten ikke mindst af nitratforhol-
dene i grundvandsmagasinet og i
det overliggende moræneler.
Laboratorieundersøgelser af mo-
rænelersprøver fra området har
vist, at der især sker transport af
vand og opløste stoffer igennem
sprækker og andre makroporer.
Desuden sker der en nitratreduk-
tion i sprækkerne. Denne proces
er med til at formindske den ni-
tratmængde, som når ned til
grundvandet.
Imidlertid viser målinger, at nitrat-
indholdet i vand over grundvands-
spejlet (jordvandet) næsten er det
samme som i det øverste grund-
vand. Desuden varierer nitratind-
holdet ned gennem grundvands-
magasinet på en sådan måde at
yngre vandlag med et højt nitrat-
indhold ligger under ældre vandlag
med et lavt indhold.
Denne fordeling synes styret af
jordlagenes opbygning i magasinet.
I sand-grusmagasinet findes der
"lertunger" fra det store lerlege-
me, der strækker sig langt ud og
opdeler sandlaget i en række min-
dre legemer eller lag.
Årsagen til den komplekse og vari-
erende fordeling af nitrat i magasi-
net er grundvandets strømning,
som hovedsagelig vil foregå i sand-
lagene mellem lertungerne. Denne
strømningsmodel er blevet under-
bygget af matematisk hydrogeolo-
gisk modellering af området.
Forklaringen på at nitratindholdet
i grundvandet er lige så højt som i
jordvandet er, at der sker et til-
skud til grundvandet under mo-
ræneleret som følge af nedsivning
af nitratholdigt vand gennem sand-
vinduerne, hvor strømning fører
til en opblanding af vandet i maga-
sinet. I vinduerne er mulighederne
for nitratreduktion desuden min-
dre end i lerområderne, da sand
og grus indholder færre kompo-
nenter, fx. organisk stof og svovl-
kis, der kan reducere nitrat.
Man kan således konstatere at til-
stedeværelsen af sandvinduerne
har stor indflydelse på grundvands-
kvaliteten i Grundfør området.
Også andre steder i Østjylland har
undersøgelser vist at sandvinduer
er medvirkende årsag til ændrin-
ger i kvaliteten af grundvandet.
Det gælder f.eks. ved Beder, hvor
det ser ud til at iltning af svovlkis i
jordlagene giver et forøget nikkel-
indhold i vandet.
OMRÅDER MED SÆRLIGE
DRIKKEVANDSINTERESSER
For at de fremtidige områder med
særlige drikkevandsinteresser i
Danmark kan fungere efter hen-
sigten, er det en forudsætning at
grundvandet beskyttes mod ned-
sivning af uønskede stoffer. I sidste
instans måske ved at forbyde bru-
gen af forurenende stoffer f.eks
pesticider på jordoverfladen i de
områder, der er udvalgt med
særlige drikkevandsinteresser.
Kendskab til forholdene omkring
de beskyttende lerdækker og vi-
den om grundvandets strømnings-
forhold er nødvendigt, hvis en
grundvandskvalitet i de særlige
drikkevandsområder skal kunne
holdes på det ønskede niveau.
Transport i sprækker og makropo-
rer i moræneler nedsætter lerets
beskyttende egenskaber betyde-
background image
81
ligt. Nedefter i leret formindskes
antallet af sprækker og porer, men
i dag vides ikke, hvor langt ned,
man kan finde sådanne betydende
transportveje.
Indtil videre er det dokumenteret,
at morænelerslag nærmest overfla-
den med tykkelser på 5-8 meter
er opsprækkede. I lerlag på mere
end 10 meter og i lerlag på større
dybde vil betydningen af sprækker
antagelig være mindre. Der er dog
ingen garanti for, at transportfrem-
mende sprækker ikke forekommer.
Sandvinduernes beliggenhed i
overfladen, og på større dybde,
kan kun påvises ved detaljerede
geologiske og geofysiske under-
søgelser. Det er vigtigt at have re-
de på forekomsten af sprækker og
vinduer indenfor de udpegede om-
råder med særlige drikkevandsin-
teresser.
Endvidere må der gennemføres en
kortlægning af det regionale grund-
vandsmagasins strømningsforhold,
der kan transportere forurenende
komponenter udefra til området,
samtidigt med at de kemiske for-
hold vurderes.
Abstract
The Groundwater Group through support
from the Danish Environmental Research
Programme (SMP-1) conducted projects
concerning groundwater systems.
The hydrogeology of the study area
consists of a surficial clayey till-cover over-
lying sand aquifers. Recharge to the sand
aquifers is by the infiltration of precipitati-
on through the till-cover and occurs in two
significantly different ways: preferential
flow through macropores and through
sand windows in the till. Movement of
water throught the matrix of the clayey till
is typically very slow. Fractures, root chan-
nels and worm holes create preferential
flow paths in the till along which the verti-
cal movement of water is rapid. The till-
cover is not continuous but contains large
areas of sand and gravel which are
throughgoing to the underlying aquifers.
These windows offer minimal resistance to
infiltration of precipitation and are consi-
dered to be important recharge zones to
the underlying aquifers.
Groundwater quality is dependent upon
the use of nutrients and pesticides on the
soil surface and processes occurring in the
unsaturated zones above the groundwater
table. Nitrate reduction of water that re-
charges the aquifers occurs in macropores
in the clayey till but not in the sand and
gravel windows. Nitrate has been detec-
ted in the upper part of the aquifer at
concentrations similiar to those in the
unsaturated zone. This is attributed to
the vertical movement of infiltrating water
through the sand windows and subse-
quent horizontal movement in the upper
part of the aquifer. The similiarity
between nitrate concentrations in the
unsaturated zone and the upper part of
the aquifer indicates that a large part of
the recharge to the aquifer occurs through
the sand windows. Heterogenieties within
the sand aquifer also control the distributi-
on of redox and flow conditons.
A 50 meter thick clay body with inter
calated sands occurs within the sand
aquifer. The groundwater is layered and
different redox conditions exist between
the sand interbeds. Locally, older ground-
water is found above younger groundwater
in the aquifer.
The results highlight the importance of
taking into account the presence of
macropores and windows when defining
protection areas for aquifers used for
drinking water.


[Til top]   Sidst ændret: 25. april 2005 © De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland - GEUS
Øster Voldgade 10, 1350 København K - Tlf.: 38142000 - Fax: 38142050 - E-post: geus@geus.dk
Siden vedligeholdes af: webredaktøren


*