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

Berggrundvattnets evolution återspeglad i kalcitens spårämnessammansättning i frakturer, Olkiluoto, Euraåminne

Show full item record

Title: Berggrundvattnets evolution återspeglad i kalcitens spårämnessammansättning i frakturer, Olkiluoto, Euraåminne
Author(s): Jalas, Marika Emmy Margareta
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Geosciences and Geography
Discipline: Geology
Language: Swedish
Acceptance year: 2016
Abstract:
Over the last 30 years, the geology and paleohydrology has been examined at Olkiluoto as to predict how they may change in the future and affect the final placement of nuclear waste. Some knowledge about the hydrology can be seen directly from present groundwater and the fracture calcite reflect older environments from where they were precipitated. Calcite is the most used fracture mineral within paleohydrogeochemical studies since it easily precipitates during different conditions, including colder climate. The calcite at Olkiluoto has also earlier been examined and dating and grouping of the calcite has been carried out. The aim of the study was to further analyze the trace element composition in fracture calcite samples from earlier studies, in order to understand the influences of groundwater in calcite. The REE concentrations and their anomalies were of special interest. 31 calcite samples from a depth of about 12–660 m under the surface, from 20 different drill cores were analyzed. The calcite had been precipitated at pegmatitc granite, mica gneiss, migmatitic mica gneiss, quartz gneiss and veined gneiss. The calcite was analyzed with ICP-AES (Agilent MP4100), ICP-MS (Agilent 7500ce/cx) and LA-ICP-MS (Coherent GeoLasPro MV and Agilent 7900s). The ICP-AES method was found unsuited for trace element analyses of calcite. The trace element concentrations showed large variations. The later calcite had larger concentrations and more variation towards the surface than deeper in the ground. REE concentrations decreased over depth which can reflect the Ca in the groundwater that increases with depth. LREE showed higher concentrations than HREE since soluble HREE tend to stay in the groundwater during calcite precipitation as LREE migrates to the calcite. Larger LREE concentrations may have occurred from hydrothermal conditions. Usually the calcite had negative Eu anomaly but also positive occurred. Reducing conditions create negative Eu anomalies when Eu3+ takes divalent form. The positive Eu anomalies may also have occurred during hydrothermal conditions or may reflect plagioclase in the bedrock. No direct influence between bedrock and calcite trace element composition could however be determined. The calcite usually lacked Ce anomaly except for a couple near the surface which may be caused by oxidizing conditions where Ce3+ changes to soluble Ce4+. The negative Ce anomalies in calcite from meteoric water, may have inherited the anomaly from earlier seawater. A few La anomalies were observed. Negative La anomaly may occur if La has been taken by other minerals. Usually the calcite lacked Y anomaly except for the oldest calcite that had positive Y anomaly. Acidic conditions tend to cause Fe oxyhydroxation and reduce REE in comparison to Y which may have produced positive Y anomalies. Reducing conditions may also have caused the higher Mn and Fe concentrations in calcite while oxidizing conditions may have created the higher U concentrations. Bacterial activity and clay accumulations during calcite precipitation may have affected Mn concentrations and sulfide precipitation may have affected Fe. The U concentrations in groundwater tend to decrease with depth and at high salinity which may have affected the U concentration in calcite. Variations in Mg concentrations may have been caused by Mg ion exchange. High Sr concentrations may reflect hydrothermal conditions while low Sr concentrations may reflect low temperatures or precipitation of other minerals.
I över 30 år har man vid Olkiluoto undersökt platsens geologi och hydrogeologi för att kunna förutspå hur dessa eventuellt kommer att förändras i framtiden och påverka kärnavfallets slutplacering. En del historia om platsens hydrogeologi kan fås direkt från dagens grundvatten medan frakturmineraler återspeglar de äldre grundvatten de utfällts ifrån. Kalcit är den frakturmineral som mest används i paleohydrogeokemiska studier eftersom den lätt utfälls under många olika förhållanden, inkluderat svala klimat. Kalcit vid Olkiluoto har även tidigare analyserats och datering och gruppering av kalcit utförts. Målet med detta arbete var att närmare analysera spårämnessammansättningen i frakturkalcitprover från tidigare undersökningar, för att förstå grundvattnets inverkan. Speciellt intresse lades vid REE koncentrationer och eventuella anomalier inom dessa. 31 kalcitprover från ett djup på ca 12–660 m under markytan, från 20 olika borrhål analyserades. Kalciten hade utfällts vid pegmatitisk granit, glimmergnejs, migmatitisk glimmergnejs, kvartsgnejs och ådergnejs. Kalciten analyserades med ICP-AES (Agilent MP4100), ICP-MS (Agilent 7500ce/cx) och LA-ICP-MS (Coherent GeoLasPro MV och Agilent 7900s). Av dessa konstaterades ICP-AES vara olämplig för spårämnesanalysering av kalcit. Spårämneskoncentrationerna visade stora variationer. Senare kalcit uppvisade ofta större koncentrationer och mer variation vid ytan än djupare ner. REE koncentrationerna minskade med djup vilket kan ha ett samband med att Ca i grundvattnen ökar med djup. LREE hade större koncentrationer än HREE eftersom mer lösliga HREE lättare stannar kvar i vattnet vid kalcitutfällning medan LREE lägger sig i kalciten. Större LREE koncentrationer kan ha uppstått vid hydrotermiska förhållanden. Kalciten hade vanligtvis negativ Eu anomali men även positiva observerades. Reducerade förhållanden skapar negativa Eu anomalier då Eu3+ övergår till divalent form. De positiva Eu anomalierna kan ha uppstått under hydrotermiska förhållanden eller reflektera berggrundens plagioklas. Ingen direkt inverkan mellan berggrundens och kalcitens spårämnessammansättning kunde dock fastställas. Kalciten saknade oftast Ce anomali förutom närmare markytan var ett antal Ce anomalier hittades vilket kan bero på att Ce3+ vid oxiderande förhållanden övergår till lättlöslig Ce4+. De negativa Ce anomalierna i kalcit från meteoriskt grundvatten kan ha ärvt sin anomali från tidigare havsvatten. Ett färre antal La anomalier uppmättes. Negativa La anomalier kan ha orsakats av att La upptagits av andra mineraler. Kalciten saknade vanligtvis Y anomali förutom den äldsta kalciten som ofta hade positiv Y anomali. Syrliga förhållanden orsakar Fe oxihydroxering och minskar REE i förhållande till Y vilket kan ha orsakat positiva Y anomalier. Reducerande förhållanden kan även ha orsakat de högre Mn och Fe koncentrationer i kalciten medan oxidation kan ha skapat de högre U koncentrationerna. Bakterieaktivitet och lera vid kalcitutfällningen kan ha påverkat Mn koncentrationerna medan utfällning av sulfider kan ha påverkat Fe. U tenderar i grundvattnet att minska med djup samt vid högre salthalt vilket kan ha påverkat kalcitens U koncentration. Variationer av Mg kan ha påverkats av jonbyte. De höga Sr koncentrationerna kan återspegla hydrotermiska förhållanden medan de låga Sr värden kan reflektera låga temperaturer eller utfällning av andra mineraler.


Files in this item

Files Size Format View
GraduJalasMarika.pdf 9.787Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record