encs


Přehled výzkumných prací  provedených k dané problematice k 30.6.2013

Etapová zpráva výzkumného úkolu FR-TI1/367 „Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury“, která shrnuje výsledky prací páté etapy z roku 2013, se skládá celkem z jedenácti samostatných dokumentů. Etapová zpráva je do těchto dokumentů rozdělena podle organizací, které ji tvořily, a podle studované problematiky. Původní věcná náplň obsahující podetapy V.a až V.d byla rozšířena o samostatnou podetapu V.e, která byla řešena v rámci navýšení rozpočtu výzkumného úkolu.

 

 

Gvoždík, L., Polák, M., Milický, M., Uhlík, J., Zeman, O., Baier, J., Černý, M., Chaloupková, M., Šouta, M., 2013. Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury, Etapová zpráva o řešení projektu v roce 2013 (V.a), Návrh metodiky modelování mezizrnné propustnosti. Arcadis-Geotechnika. Praha.

 

Matematické modelování proudění a transportu a s ním související práce mají nezastupitelnou funkci při hodnocení a interpretaci zkoumaných vlastností horninové matrice:

  • matematické modelování je využíváno jako nástroj pro hodnocení a analýzu výsledků laboratorních a terénních hydraulických a transportních testů, detailněji pak umožňuje analyzovat a hodnotit měřené parametry prostředí, které slouží jako vstupy pro sestavení nebo kalibraci modelů,
  • výsledky numerických simulací realizovaných laboratorních a terénních experimentů slouží pro ověření spolehlivosti nebo zpřesnění naměřených dat a parametrů vyhodnocených často zjednodušenými přístupy pomocí analytických nebo empirických vzorců a rovnic (např. vyhodnocení hydraulických vodivostí z vodních tlakových zkoušek, difuzních koeficientů z difuzních testů, hydraulických vodivostí z migračních testů s fluoresceinem),
  • kalibrované numerické modely a inverzní modelování umožňují doplnit informace o zkoumaném prostředí, které nelze získat přímým měřením (např. vyhodnocení propustnosti horninové matrice z migrační vzdálenosti stopovače při in‑situ barvícím experimentu),
  • porovnání modelových a měřených výsledků ve spojitosti s diskuzí a důkladnou analýzou dosažených výstupů vede k objasnění a jasnější interpretaci některých nepříliš zřejmých souvislostí (např. mezi geometrií mikropuklinové sítě a hydraulickými parametry horninové matrice jako celku). Z pohledu mikroskopických (tvar, velikost, rozevření, množství a vzájemné propojení mikrotrhlin a mikropórů) a makroskopických (hydraulická vodivost, difuzní koeficient, pórovitost) charakteristik představuje matematické modelování spojovací můstek mezi rozdílnými a zdánlivě nesouvisejícími metodami výzkumu vlastností horninové matrice (např. pro vztah mezi snímkováním mikropuklinových sítí a měřením hydraulické vodivosti),
  • významný přínos matematického modelování je v přímé zpětné vazbě na měřená data, kdy významnější rozdíly mezi modelovými a měřenými výsledky poukazují na možné chyby v měření a mohou vést k doplnění nebo upřesnění postupu a cílů měřičských prací a úpravě metodik (doplnění hydraulických a difuzních testů o další experimenty, detailní srovnání metodik měření pórovitosti apod.),
  • na podkladě nakalibrovaných hydraulických a transportních modelů lze matematické modelování využít pro predikci vývoje chování zkoumaného systému v souvislosti se změnou vnějších a vnitřních okrajových podmínek (např. při změně tlakových poměrů, koncentračních gradientů apod.).

 

Obecný postup při aplikaci metody matematického modelování na hodnocení mezizrnné propustnosti granitu se příliš neliší od jiných řešených hydraulických a transportních úloh v prostředí hydrogeologického masivu a lze ho shrnout do několika základních bodů:

1)     definice, popis zkoumaného problému, vymezení cílů - v tomto případě se jedná o řešení úloh souvisejícími se zkoumanou problematikou mezizrnné propustnosti granitů,

2)     volba konceptuálního přístupu a modelovacího nástroje,

3)     analýza a syntéza vstupních modelových dat, analýza a syntéza kalibračních údajů a dat pro porovnání měřených a modelových výstupů,

4)     sestavení matematického modelu - definování geometrie, okrajových podmínek, zadání hydraulických a transportních parametrů,

5)     numerický výpočet daného modelu,

6)     zpracování a vizualizace výsledků, porovnání a zhodnocení rozdílů mezi měřenými a modelovými daty, diskuze dosažených výsledků,

7)     případná kalibrace modelových parametrů pro získání funkčního modelu.

V případě matematického modelování mezizrnné propustnosti je určitým specifikem (oproti jiným úlohám) bezesporu velmi malé měřítko - mikroměřítko - zkoumaného problému, které má vliv na konkrétní podobu jednotlivých bodů uvedeného postupu

 

 

Kasíková, J., Bílý, P., Bláha, V., Brož, M., Dobeš, P., Englmaierová, M., Gvoždík, L., Hanák, J., Havlová, V., Hofmanová, E., Holeček, J., Lukeš, J., Kovářová, R., Metelková, Z., Milický, M., Myška, O., Najser, J., Novák, P., Nováková, L., Paluková, V., Pitrák, M., Polák, M., Rohovec, J., Rukavičková, L., Sosna, K., Schweigstillová, J., Štrunc, J., Vanerová, Z., Vaněček, M., Večerník, P., Vejsadů, J., Záruba, J., Zuna, M., 2013. Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury, Etapová zpráva o řešení projektu v roce 2013 (V.b), Návrh metodiky vyhodnocování mezizrnné propustnosti. Arcadis-Geotechnika. Praha.

 

V rámci projektu FR-TI1/367 „Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury“ proběhl v letech 2009 až 2013 extenzivní vědecký výzkum, do kterého bylo zapojeno 6 institucí – ARCADIS-Geotechnika, a.s., ISATech, s.r.o., Česká geologická služba, Ústav struktury a mechaniky hornin AV ČR v.v.i., ÚJV Řež, a.s. a PROGEO, spol. s r.o.

Výzkumný projekt byl zaměřen na problematiku propustných zón ve zdánlivě kompaktní nerozpukané matrici žulových hornin. Řešení výzkumného úkolu se orientovalo na možnosti migrace stopovací látky podél i skrz krystalová zrna v čerstvé a alterované žule v laboratorních podmínkách a in situ na testovacích lokalitách. Cílem celého výzkumného projektu bylo odpovědět na otázku, zda je mezizrnná propustnost typickou vlastností granitových hornin nebo je podmíněna geochemickými či hydrogeochemickými procesy, geotechnickými či fyzikálními změnami v závislosti na čase (Záruba 2009).

Nejdůležitějšími parametry charakterizujícími horninovou matrici z hlediska propustnosti jsou hydraulická vodivost a porozita, které mohou být zkoumány metodami jak in-situ, tak v laboratoři. Důležitým faktorem je proto přenosnost a možnost porovnání výsledků. Dalším parametrem vhodným pro popis pohybu fluid horninovou matricí je difuzivita. Difuze tvoří nedílnou součást transportního procesu v přírodních podmínkách, které můžeme přiblížit právě jejím výzkumem. Důležité informace poskytují i znalosti struktury pórového prostoru, jako jsou např. velikosti, tvary, usměrnění či propojení jednotlivých pórů.

Charakter horninové matrice odpovídá vlastnostem horniny jako celku. Granity jsou na první pohled kompaktní horniny, ale pokud je v geologické minulosti postihly např. tektonické procesy, mohly mít za následek deformaci nebo oslabení jejich vnitřní struktury. Vhodný je proto také výzkum jejich geomechanických parametrů.

Pro studium propustnosti matrice kompaktních hornin, jako jsou granity, s efektivní pórovitostí pod 1 %, neexistuje mnoho zavedených metodik. Pro účely projektu tak bylo nezbytné zpřesnit a modifikovat metodiky metod využívaných ke studiu propustnějších hornin, nebo dokonce vyvinout nové. V průběhu výzkumu vznikly nové aparatury, nové postupy a nové způsoby vyhodnocování. Velké množství získaných dat umožnilo matematické simulace pórového prostoru a jeho transportních vlastností.

Cílem této zprávy je návrh metodiky vyhodnocování propustnosti horninové matrice na základě zkušeností s použitými metodikami v rámci projektu. Metodice jednotlivých metod se detailně věnuje Nováková a kol. (2013) a jednotlivé etapové zprávy z průběhu projektu, na které je v  následujícím textu podle potřeby odkazováno.

 

pojednávají závěrečné zprávy 5.a „Návrh metodiky modelování mezizrnné propustnosti“, 5.c „Návrh metodiky studia a měření mezizrnné propustnosti“ a jednotlivé souhrnné zprávy společností za dobu trvání projektu, tedy 2009 – 2013.

Cílem této zprávy bylo stanovit hlavní parametry pro popis horninové matrice a jejích hydraulických vlastností a na základě rozsáhlého terénního i laboratorního výzkumu zhodnotit jednotlivé metody a navrhnout jejich použití při dalším výzkumu zabývajícím se tímto fenoménem.

 

Nováková, L., Bílý, P., Bláha, V., Brož, M., Dobeš, P., Englmaierová, M., Gvoždík, L., Hanák, J., Havlová, V., Hofmanová, E., Holeček, J., Kasíková, J., Lukeš, J., Kovářová, R., Metelková, Z., Milický, M., Myška, O., Najser, J., Novák, P., Nováková, L., Paluková, V., Pitrák, M., Polák, M., Rohovec, J., Rukavičková, L., Sosna, K., Schweigstillová, J., Štrunc, J., Vanerová, Z., Vaněček, M., Večerník, P., Vejsadů, J., Záruba, J., Zuna, M., 2013. Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury, Etapová zpráva o řešení projektu v roce 2013 (V.c), Návrh metodiky studia a měření mezizrnné propustnosti. Arcadis-Geotechnika. Praha.

 

Jedním z cílů výzkumného projektu „Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury“ je studium pórového prostoru horninové matrice. Za tímto účelem byly sestaveny metodiky studia a měření mezizrnné propustnosti granitů. Každá metodika je jedinečná a byla sestavena autorským týmem na základě dlouholetých zkušeností v rámci tohoto projektu, ale i jiných projektů týkajících se podobných témat.

Navrhované metodiky se týkají studia a měření mezizrnné propustnosti granitů. Některé metodiky jsou pro studium mezizrnné propustnosti nezbytné a stěžejní, některé mohou být vhodným doplňkem pro toto studium. Tato zpráva je koncipována tak, že každá metodika tvoří vlastní kapitolu, neboť jednotlivé metodiky byly vytvořeny různými týmy, tak jak spolu v průběhu projektu úzce spolupracovaly. První část zprávy (kapitoly 3-8) se zabývá terénními pracemi,  druhá část zprávy (kapitoly 9-20) se zabývá laboratorními pracemi.

Předložená zpráva shrnuje navrhované metodiky studia a měření mezizrnné propustnosti granitů. Podkladem pro tvorbu těchto metodik byly průběžné i celkové závěry projektu „Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury“. Navržené metodiky byly specifikovány s důrazem na maximální postižení fenoménu mezizrnné propustnosti.

 

 

Sosna, K., Bláhová, J., Bílý, P., Brož, M., Černý, D., Englmaierová, M., Fiala, Z., Chýle, A., Kasíková, J., Kvarda, M., Metelková, Z., Najser, J., Novák, P., Nováková, L., Plšková, M., Šebelová, J., Štrunc, J., Vaněček, M., Vojtěchovská, A., Záruba, J., 2013. Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury, Etapová zpráva o řešení projektu v roce 2013 (V.d), Návrh metodiky geotechnického průzkumu mezizrnné propustnosti, resp. EDZ zóny. Arcadis-Geotechnika. Praha.

 

Tato metodika slouží jako pomocný nástroj k zodpovězení otázky, zda je mezizrnná propustnost granitových hornin podmíněna změnami jejich geomechanických vlastností v závislosti na čase. Za tímto účelem je třeba v laboratoři geomechaniky a na studované lokalitě in situ testovat archivní a nově navrtaná srovnávací vrtná jádra a porovnat jejich výsledky.

Laboratorní vzorky se podrobují souboru deformačních testů, na základě jejichž výsledků jsou stanoveny základní geomechanické vlastnosti jmenovitě pevnost v prostém tlaku a příčném tahu, modul pružnosti a přetvárnosti a Poissonovo číslo. Dále se na laboratorních vzorcích měří rychlost seismických vln a její výsledky lze porovnat s jejich objemovou hmotností, otevřenou pórovitostí a koeficientem hydraulické vodivosti. Stanovení rychlosti seismických vln slouží k prvnímu rychlému odhadu předpokládané objemové hmotnosti, otevřené pórovitosti a koeficientu hydraulické vodivosti případně lze pomocí této metody extrapolovat výsledky na větší počet vzorků stejného litologického typu. Porovnáním hodnot Youngova modulu pružnosti vyhodnocených z rychlosti šíření seismických vln (dynamicky) a stanovených v průběhu jednoosého stlačování (staticky) lze rovněž rychle a na velkém počtu vzorku odhadnout modul pružnosti testované horniny a to i v jiných směrech než je směr vrtu resp. vrtného jádra. Měření modulů pružnosti in situ ve vrtech dovoluje do vyhodnocení zhodnotit vliv diskontinuit studovaného horninového masivu.

Vliv změn geomechanických parametrů v závislosti na čase lze stanovit porovnáním výsledků mechanických zkoušek na laboratorních vzorcích z archivních a nově odvrtaných vrtů. Mezi základní mechanické zkoušky patří pevnost v prostém tlaku a příčném tahu, modul pružnosti a přetvárnosti, Poissonovo číslo a rychlost šíření P-vln a S-vln. Vliv změn geomechanických parametrů lze rovněž stanovit porovnáním výsledků zkoušek Goodman Jack v archivních a nově odvrtaných vrtných stvolech.

Změny rychlosti šíření P-vln identickými vzorky indikují změnu stupně nasycení. Nejpomaleji se šíří vlny vzorky vysušenými, nejrychleji nasycenými. Znalost rychlosti šíření S-vln je stěžejní při výpočtu dynamických modulů pružnosti a Poissonova čísla.

Vyhodnocení měření rychlosti šíření P-vlna a S-vln ve třech kolmých směrech společně s měřením polarizace S-vln umožňuje zhodnotit míru anizotropie stavby horninové matrice.

Ultrazvuková měření na vzorcích postihnou i relativně malé nehomogenity fyzikálních parametrů v rámci monotónního profilu vrtu a indikují pozvolné litologické přechody. Velmi dobře indikují navětrání hornin.

Pro posouzení stavby pórového prostoru je vhodné vyhodnotit rychlost šíření P-vln ve vysušených vzorcích, kdy jsou rozdíly v měřených rychlostech nejvýraznější. Pro tyto účely je třeba dodržet to, že střední velikost zrna

Při vyhodnocení rozsáhlého počtu vzorků lze v rámci stejného litologického typu nahradit část časově náročných stanovení objemové hmotnosti, otevřené pórovitosti a hydraulické vodivosti měřením rychlosti šíření P-vln a S-vln a jeho výsledky potom aproximovat na zjišťované parametry objemové hmotnosti, otevřené pórovitosti a hydraulické vodivosti.

Hodnoty dynamických modulů pružnosti stanovených na přirozeně vlhkých vzorcích jsou vyšší než hodnoty modulů stanovených staticky. Při známém poměru těchto dvou stanovení lze opět část časově náročných měření zatěžování v lisu nahradit stanovením pomocí ultrazvuku.

Rychlosti P-vln a S-vln měřené napříč a v ose vzorků umístěnými v lisu se v průběhu jednoosého stlačování zvyšují. Nárůst rychlostí seismických vln indikuje uzavírání pórového prostoru během zatěžování. Moduly pružnosti rostou se zvyšujícím se napětím na vzorek. Rozdíl hodnot dynamického a statického modulu pružnosti se v průběhu zatěžování snižuje. To platí v oboru pružných deformací cca. do 60% pevnosti v prostém tlaku.

Rozdíly stanovení modulu pružnosti in situ a v laboratoři jsou způsobeny měřítkovým efektem a přítomností in situ diskontinuit (ISRM, 1996). Přítomnost in situ diskontinuit indikuje i větší rozdíl modulu pružnosti a přetvárnosti in situ, který je způsoben nevratnou plastickou deformací vzniklou během zatěžování a odlehčování.

Po zevrubné charakterizaci EDZ laboratorních vzorků je vhodné testovat plošně všechny laboratorní vzorky rychlo nedestruktivní metodou ultrazvukového prozařování. Posouzení EDZ je tak výhodné provést společně s hodnocením jejich geomechanických vlastností.

 

 

Havlová, V., Najser, J., Večerník, P., Sosna, K., Hofmanová, E., Vejsadů, J., Paluková, V., Záruba, J., Englmaierová, M., Metelková, Z., Bláhová, J., Fiala, Z., Chýle, A., Plšková, M., Němečková, J., Vojtěchovská, A., 2013. Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury, Etapová zpráva o řešení projektu v roce 2013 (V.e-příloha 1 a příloha 3), Laboratorní a terénní zkoušky, včetně matematické simulace – zpřesnění vstupů k vypracování metodik, Opakování experimentů mezizrnné propustnosti a difuzivity na reprezentativních vzorcích a realizace testů na archivních vzorcích z vrtů hl. 200 m a KZP Příbram hl. 1000 m. Arcadis-Geotechnika. Praha.

 

Zájmové horniny granitoidního typu mají obvykle nízkou pórovitost (pod 1 %).  V souboru vzorků však byly použity i vzorky s porozitou vyšší, a to z důvodu demonstrace škály hornin o různorodých vlastnostech.

Cílem prací v roce 2013 bylo doplnění měření kvantitativní migračních parametrů vybraných horninových vzorků granitoidů, které byly k dispozici, a to jak z archivních vzorků, tak z nových vrtů, zhotovených v rámci projektu, jež by doplňovaly původní obraz. Původní záměr byl ještě rozšířen o doplňkovou sérii vzorků, které jednak měly objasnit některé nejasné hodnoty, které byly naměřeny v předcházejícím období, případně doplňovaly předcházející série vzorků (např. vzorky z kavernového zásobníku plynu či orientované vzorky).

Zkoušky difuzivity hornin byly prováděny v odd. Oddělení ukládání odpadů ÚJV Řež, a.s. a jsou shrnuty v kap. 2 této zprávy. V rámci výzkumu byly použity metodiky laboratorního měření porozity, průnikových difúzních experimentů a elektromigračních experimentů. V samotném roce 2013 bylo zpracováno 20 horninových vzorků. V součtu bylo zpracováno 101 vzorků granitoidních hornin, což tvoří doposud největší soubor krystalických hornin českého původu, u kterých byly stanoveny migrační parametry, následně využitelné pro modelové výpočty bezpečnosti HÚ či další účely.

Zkoušky hydraulické vodivosti a otevřené pórovitosti proběhly v Laboratoři geomechaniky společnosti ARCADIS Geotechnika, a.s.. V kapitole 3.2.1 jsou shrnuty dodatečné zkoušky na 21 vzorcích z lokalit MEV-1 a PDV-1, jejichž cílem bylo rozšířit data získaná ze sad vzorků testovaných v předcházejících letech. Rozšíření se týkalo převážně těch hloubkových intervalů, v nichž probíhala terénní měření hydraulické vodivosti a měla tak umožnit přesnější porovnání hydraulické vodivosti stanovené laboratorně a in situ. Zkoušky se provedly vždy na třech vzorcích z každého hloubkového intervalu, což v kombinaci s dříve získanými daty umožnilo posoudit vliv vzájemné vzdálenosti vzorků na změnu pórovitosti a hydraulické vodivosti.

V kapitole 3.2.2 jsou uvedeny opakované zkoušky hydraulické vodivosti a pórovitosti na již dříve testovaných vzorcích z lokalit Panské Dubenky a Příbram. Cílem těchto zkoušek bylo ověřit správnost metodických postupů laboratorního testování, které byly v rámci projektu využity. V této kapitole je diskutován vliv efektivního napětí na hydraulickou vodivost a opakovatelnost stanovení hydraulické vodivosti na stejném vzorku. Dále byla posouzena opakovatelnost stanovení pórovitosti v závislosti na lidském faktoru při stanovení klíčového parametru msat2.

Kapitola 3.3 uvádí výsledky zkoušek na třech vzorcích z lokality Příbram. Tyto vzorky byly odebrány z větších hloubek než vzorky testované v rámci projektu a poskytují tak dílčí informaci o změně studovaných parametrů v hlubších polohách horninového masivu.

V předkládané zprávě za rok 2013 jsou zpracovány výsledky experimentálních stanovení pórovitosti a difúzních koeficientů jak pro druhou sérii vzorků jak archivních, tak z nových vrtů, zhotovených v rámci tohoto projektu. Pro tyto vzorky byly stanoveny porozity metodou nasycení vodou, provedeny difúzní experimenty s 3H a pro některé z nich i elektromigrační experimenty. Pro stanovení pórovitosti byla použita metoda nasycení vodou, která definuje míru propojeného pórového prostoru, jenž je dostupný pro vodu (efektivní porozita et). Difúzní koeficienty byly stanoveny pomocí metodiky průnikových difúzních experimentů a vyhodnoceny jednak pomocí difúzního modulu Goldsim, jednak pomocí metody time-lag. Elektromigrační experimenty využily modifikovanou metodiku (Löfgren (2004)) zavedenou s pomocí autora v laboratořích oddělení Ukládání odpadů ÚJV Řež a.s.

Pokud ze statistického souboru vyloučíme extrémní vzorky z lokality Cínovec, pak hodnoty porozity padají do rozmezí 0,32 – 3,39 %. Porozita se s hloubkou odběru prakticky nemění, i když u některých lokalit je možno vysledovat trend poklesu (např. u lokality Melechov). Ani u porovnání „dvojiček“ vrtů, tj. vrtů, které byly zhotoveny v blízkosti starých vrtů, z nichž byla k dispozici vrtná jádra, neprokázala významnou změnu hodnot porozity v důsledku stárnutí vzorku. Pokud se změny projevovaly, pak nebyly konzistentní v celém profilu jádra a bylo by je možno přičíst spíše zachycení odlišného typu horniny nebo heterogenitě vzorků. 

Pro hodnoty De je podstatné, že 85% všech hodnot padá do intervalu hodnot De  0,16  - 5,1 m2.s-1.  I v rozšířeném souboru dat je možno pozorovat trend nižších hodnot De pro vzorky z nově zhotovených vrtů. Pokud vyhodnocujeme vztah mezi hodnotami De a porozity a hydraulické konduktivity, pozitivní korelace pro všechny parametry se objevuje např. u horniny z lokalit Melechov (Zadní i Kostelní les) a Podlesí Potůčky (archivní).

Výsledky difuzních experimentů budou v letošním roce prezentovány formou posteru na konferenci Migration 2013 (8.-13.září, Brighton, UK) – Havlová et al. (2013).

V rámci doplňujících zkoušek byla stanovena hydraulická vodivost a pórovitost u 21 vzorků z celkem 7 hloubkových úrovní vrtů MEV-1 a PDV-1.  Z rozdílů hydraulických vodivostí a pórovitostí zjištěných na vzorcích odebraných ze stejných hloubek vyplývá, že ani jeden z měřených parametrů se v bezprostředním okolí testovaných vzorků (cca 10 cm) výrazně nemění. U pórovitosti byly zjištěny menší rozdíly než u hydraulické vodivosti, což však souvisí s vysokým rozpětím měřených hodnot hydraulické vodivosti. Uvedené závěry platí pro oba posuzované vrty MEV-1 a PDV-1, přičemž vrt MEV-1 se jeví jako výrazně homogennější. Hodnoty naměřené na laboratorních vzorcích tak lze poměrně věrohodně extrapolovat do jejich bezprostředního okolí.

Výsledky pro vrt MEV-1 naznačují, že u vzorků vzdálených od sebe do 10 m lze očekávat lepší korelaci pórovitosti a hydraulické vodivosti. Ta je způsobena vzájemnou blízkostí vzorků, podobným vlivem působících procesů v rámci geologického vývoje a v důsledku toho podobnou charakteristikou mikrotrhlinové sítě. U vrtu PDV-1 se podobný závěr nepodařilo potvrdit, což může být důsledkem malého množství dat, která byla k dispozici pro statistické porovnání.

Zkoušky, jejichž cílem bylo ověření použitých metodických postupů, prokázaly dobrou opakovatelnost stanovení hydraulické vodivosti a pórovitosti na identických vzorcích. Při stanovení pórovitosti se přesto na výsledcích může projevit subjektivní vliv laboranta, zejména u vzorků s extrémně nízkou pórovitostí. Nebylo prokázáno, že by vliv aplikovaného efektivního napětí koreloval s naměřenou hodnotou hydraulické vodivosti.

Výsledky zkoušek z lokality Příbram provedené na vzorcích z výrazně větších hloubek (145, 198 a 1000 m) naznačily, že hodnoty objemové hmotnosti i pórovitosti se v hloubkách nad 100 m již výrazně nemění. Porovnání hydraulické vodivosti nebylo možné provést, protože hodnota hydraulické vodivosti byla podobně jako u vzorků z 90 a 109 m nižší, než je detekční limit testovací aparatury.

 

 

Novák, P., Sosna, K., Brož, M., Englmaierová, M., Kasíková, J., Kovářová, R., Metelková, Z., Najser, J., Nováková, l., Vaněček, M., Záruba, J., Zuna, M., 2013. Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury, Etapová zpráva o řešení projektu v roce 2013 (V.e-příloha 2), Laboratorní a terénní zkoušky, včetně matematické simulace – zpřesnění vstupů k vypracování metodik, Proměření 30-50 vzorků ve studovaném hloubkovém intervalu – ultrazvukový test. Arcadis-Geotechnika. Praha.

 

Porušení horninového prostředí vlivem vrtných prací i samotnou tvorbou dutiny bylo popsáno řadou autorů (viz např. Bäckblom a Martin 1999, Cai et al. 2001, Bossart et al. 2002, Chandler 2004, McEwen 2005, Tsang et al. 2005, Bäckström 2008, Hudson et al. 2009) a je v současné době bezesporu aktuálním tématem napříč řadou oborů aplikované geologie. Excavation damage zone (EDZ, zóna poškození hloubením) je studována zejména v okolí náročných podzemních staveb jako jsou geologická úložiště (uhlovodíků, CO2, radioaktivního odpadu). Studium EDZ má zde význam zejména k vyloučení nechtěných komunikačních cest skladovaných látek či polutantů podél přístupových chodeb úložiště. Provedené práce zřetelně poukázaly na zásadní vliv způsobu hloubení na dosahu EDZ. Nejmenší dosah byl přitom zaznamenán při hloubení prováděného vrtnými pracemi (např. Bäckblom 2008). I při použití vrtání může EDZ dosáhnout několika centimetrů (Bäckblom 2008).

Obdobně jako v okolí podzemních staveb vzniká EDZ také v okolí vrtů (viz např. Möri et al., 2001, Balland a Morel 2010) i v samotných vrtných jádrech (např. Holt a Renter 1992, Holt 1994, Fairhurst 2013). Poškození přitom analogicky může vzniknout vlivem výrazného lokálního antropogenního napětí v okolí vrtné korunky v průběhu vrtných prací i jako důsledek uvolnění horniny jejím odebráním z přirozeného napěťového pole. 

 

Omezení možnosti vzniku EDZ a zhodnocení jejího případného výskytu ve vzorcích jádra určeném pro laboratorní zkoušky je proto významnou součástí výzkumného projektu, tak aby vliv fenoménu EDZ ovlivnil výsledky výzkumného projektu pouze minimálně nebo nejlépe vůbec. Elastické vlny jsou obecně významným indikátorem porušení a míry kompakce horninového prostředí. V laboratorních podmínkách bylo různými řešiteli na více než 500 různých válcových vzorcích o průměru cca 50 mm a výšce cca 50-56 mm realizováno přes 8000 měření rychlosti elastických vln. Měření rychlosti elastických vln jako rychlá nedestruktivní metoda, obvykle předcházelo aplikaci dalších metod, zejména stanovení porozity a propustnosti, geomechanických parametrů a barvicím zkouškám. Proměřena tak byla i řada hloubkově blízkých vzorků. Redukce amplitudy, která může v čase nabývat na významu, je výraznějším indikátorem přítomnosti EDZ než malé změny rychlosti primárních vln (Holcomb 1988, Barton 2007). Pro posouzení rozsahu vlivu EDZ v rámci projektu byl proto u vybraných vzorků sledován také útlum amplitudy elastických vln.  

  

V návaznosti na měření rychlosti elastických vln v průběhu celého projektu byl na konci roku 2012 analogicky ke zkouškám propustnosti horninové matrice (viz Najser et al. 2012) proveden barvicí experiment na, z pohledu projektu, standardně připraveném válcovém vzorku MEL-2/100. Obrázek 2 a Obrázek 3 ukazují rozříznutý vzorek MEL-2/100 po barvicím experimentu. Makroskopická prohlídka vzorku MEL-2/100 po rozříznutí ukázala barvivo pronikající podél pukliny, které se dále vpíjí i mezi minerály. Mikroskopicky byl průnik barviva patrný zejména u podstavy, kterou bylo barvivo vtláčeno do vzorku (dno vzorku) a podél mikropuklin. Barvivo bylo rovněž pozorováno zachycené v živcích.

Na základě provedeného experimentu bylo koncipováno další detailní měření ultrazvukovým prozařováním na vybraných vzorcích, doplněné následným barvicím experimentem. Předložená zpráva zejména popisuje práce provedené v roce 2013, které byly provedeny pro detailnější proniknutí do problematiky rozvoje EDZ v horninových vzorcích. Pro cílené posouzení rozsahu a vlivu EDZ v rámci projektu bylo provedeno navazující jednoosé měření na válcových vzorcích. Porovnáváno přitom bylo chování elastických vln na okraji a ve středu vzorků. Pro posouzení byly vybrány vzorky jemnozrnných granitů, ve kterých lze předpokládat pouze malé odchylky sledovaných parametrů vlivem různého mineralogického složení v různých částech vzorků (vrty MEL-4, MEV-2, PBV-1, MV-4, PTV-1, PTP-4a, PDV-1, CTV-1).