Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

3D characterization of brittle fracture zones in Kevitsa open pit excavation, northern Finland

Show full item record

Title: 3D characterization of brittle fracture zones in Kevitsa open pit excavation, northern Finland
Author(s): Lindqvist, Teemu
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geosciences and Geography
Discipline: Geology
Language: English
Acceptance year: 2014
Abstract:
This work aims at delineating the geometry and geotechnical properties of major fracture zones within the Kevitsa open pit excavation in northern Finland. The results are intended to be used as input parameters for a comprehensive slope stability study scheduled for 2014 by Engineering Consulting Group WSP Finland Ltd. The present work has both a regional and local-scale focus. The regional study focuses on identifying major linear trends from topographic and aeromagnetic maps, whereas the local scale study focuses on building 3D fracture zone models by merging lineaments interpreted from detailed digital elevation model and fracture data mapped from open pit mapping, 3D photogrammetry models and borehole videos. The orientation constraints derived from the fracture data are merged with RQD- and RG-logs to build the 3D fracture zone models. The regional topographic lineaments (RTL) comprise two main orientations with NNW-SSE and SSW-NNE trends. The regional aeromagnetic lineaments (RAL) indicate NW-SE and SW-NE orientations. The local topographic lineaments (LTL) indicate NNW-SSE, SSW-NNE, WSW-ENE and NW-SE orientations. Ground surface fracture data mapped from 3D photogrammetry models comprise steeply ENE- and steeply SE-dipping fracture sets. Fracture data derived from borehole videos show steeply ENE-, steeply SE-, sub-horizontally SW- and gently NNE-dipping fracture sets. Furthermore, the open pit mapping observations reveal the presence of gently WNW- and steeply ENE-dipping brittle zones of rock. The main 3D photogrammetry and borehole video fracture sets define wedge shaped blocks of rock at the slopes of the Kevitsa open pit excavation. The studied brittle fractures and fracture zones most probably originate from the general NW-SE oriented compressive stress field in the Finnish bedrock. However, most of the observed fracture sets are not oriented parallel to the compression. Instead, the fracture sets form conjugate shear fracture pairs that are attributed to a transpressive stress field comprising the NW-SE oriented normal stress combined with a smaller NE-SW oriented shear component. 3D fracture zone models arising from this work include a 50 m fracture zone model (50M), a statistical population model (SPM) and a merged fracture zone model (MFM). The 50M model illustrates the geometry of the fracture zones within the uppermost 50 meters of the Kevitsa open pit area. The SPM model extracts the dominant orientations from the fracture observations mapped from borehole videos by generalizing the observations and forming statistical clusters that represent these dominant orientations. The clusters are visualized with 3D surfaces that indicate the orientation of the cluster. The MFM model combines geometries derived from the SPM model with the RQD and RG-diamond drillcore logs to build the final 3D fracture zone models. The 3D models are delivered with the M.Sc. thesis as digital end-products.
Tämän työn tavoitteena on Pohjois-Lapissa sijaitsevan Kevitsan avolouhoksen alueella esiintyvien heikkousvyöhykkeiden suuntien ja geoteknisten ominaisuuksien karakterisointi. Työn tuloksia käytetään lähtötietoina Kevitsan avolouhoksen stabiliteettitutkimuksessa 2014, jonka suorittaa WSP Finland Oy. Työ koostuu alueellisessa ja paikallisessa mittakaavassa tehdystä tutkimuksesta. Alueellinen tutkimus fokusoituu merkittävimpien rakosuuntien tulkintaan topografisesta ja aeromagneettisesta kartasta, ja paikallisessa tutkimuksessa rakennetaan heikkousvyöhykkeitä esittävät 3D-mallit. Mallit on rakennettu yhdistämällä paikallisesta korkeusmallista tulkitut lineamentit avolouhokselta kartoitettuihin rakohavaintoihin, 3D-fotogrammetriamalleista ja videokuvatuista kairareijistä. 3D-malleissa rakohavaintojen osoittamat pääsuunnat on yhdistetty RQD- sekä RG-kairasydändataan. Alueellisilla topografisilla lineamenteilla (RTL) on kaksi pääsuuntaa; NNW-SSE ja SSW-NNE. Alueelliset aeromagneettiset lineamentit (RAL) osoittavat NW-SE ja SW-NE pääsuuntia. Paikalliset topografiset lineamentit (LTL) koostuvat NNW-SSE, SSW-NNE, WSW-ENE ja NW-SE suuntaisista lineamenteista. 3D-fotogrammetriamalleista kartoitetut rakohavainnot osoittavat jyrkästi ENE- ja jyrkästi SE-kaatuvia päärakosuuntia. Videokuvatuista kairareijistä kartoitetut havainnot osoittavat jyrkästi suuntiin ENE ja SE, lähes vaaka-asentoisesti kohti SW ja loivasti kohti NNE kaatuvia päärakosuuntia. Lisäksi louhoskartoituksen perusteella avolouhoksen alueella sijaitsee loivasti kohti WNW- ja jyrkästi ENE-kaatuvia hauraita rakovyöhykkeitä. 3D-fotogrammetriamalleista ja videokuvatuista kairareijistä kartoitetut päärakosuunnat näkyvät kiilamaisina lohkoina Kevitsan avolouhoksen seinämillä. Havaitut hauraat rakenteet ovat todennäköisesti syntyneet Suomen kallioperässä vallitsevan luode-kaakko -suuntaisen puristuksen seurauksena. Päärakosuunnista suurin osa ei ole kyseisen puristuksen kanssa samansuuntainen, vaan rakosetit muodostavat toisiinsa nähden konjugaattisia hiertorakopareja. Tämä voidaan selittää transpressiivisellä jännityskentällä, joka koostuu NW-SE -suuntaisesta pääjännityksestä ja NE-SW -suuntaisesta pienemmästä leikkauskomponentista. Tässä työssä laaditut 3D-heikkousvyöhykemallit koostuvat 50 m ruhjemallista (50M), tilastollisesta populaatiomallista (SPM) ja integroidusta heikkousvyöhykemallista (MFM). 50M-malli esittää heikkousvyöhykkeiden geometriat Kevitsan avolouhoksen ylimmän 50 m syvyydellä. SPM-malli esittää videokuvatuista kairareijistä kartoitettujen rakohavaintojen pääsuunnat yleistämällä havainnot populaatioiksi. Jokainen populaatio on visualisoitu 3D-pintojen avulla, joiden suunta edustaa kyseisen populaation suuntaa. MFM-malli yhdistää SPM-mallin osoittamat pääsuunnat RQD- ja RG-kairasydändataan muodostaen ruhjevyöhykemallit. 3D mallit toimitetaan tämän pro gradun liitteenä digitaalisina lopputuotteina.


Files in this item

Files Size Format View
pro_gradu_TL_final.pdf 14.20Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record