Salajõe karstiala geofüüsikaline uuring · 2016. 12. 28. · Salajõe karstiala geofüüsikaline...

TARTU ÜLIKOOL

ÖKOLOOGIA JA MAATEADUSTE INSTITUUT

GEOLOOGIA OSAKOND

Salajõe karstiala geofüüsikaline uuring

Uuringuaruanne

Koostajad: Jüri Plado

Argo Jõeleht

Kaidi Sarv

Tartu 2015

Salajõe karstiala geofüüsikaline uuring 2015

Tartu Ülikooli geoloogia osakond 2

Sisukord

1 SISSEJUHATUS .......................................................................................................... 3

2 METOODIKA ............................................................................................................. 5

3 TULEMUSED .............................................................................................................. 7

4 KOKKUVÕTE .......................................................................................................... 13

5 VIIDATUD KIRJANDUS ......................................................................................... 14



1 Sissejuhatus

Käesolev uuringuaruanne kirjeldab georadari ning elektromeetriliste uuringute

tulemusi Salajõe (Läänemaa, Lääne-Nigula vald) karstialal. Salajõe on Lääne-Eesti suurim

karstiala, mis asub Ordoviitsiumi lubjakivi Pirgu lademe avamusel. Karstiala on 20 ha

suurune karstihäilude ja –lehtrite ala, kus salajõgi maa alla kaob. Neeldumisala on 600

meetrit pikk, kohati kuni 100 meetrit lai ja kuni 7,5 m sügav kirde-edela-suunaline org, kus

leidub 35 mitmesuguses arengustaadiumis karstilehtrit (Heinsalu, 1984; Joonis 1). Kõige

edelapoolsemaid kuni 50 m pikkuseid, 20 m laiuseid ja 3-4,5 m sügavaid lehtreid

nimetatakse kõrvalasetsenud talu järgu Aua haudadeks. Suviti on lehtrid kuivad. Jõgi

väljub Aua haudadest ligikaudu 1 km kaugusel edelas Salajõe külas alaliste, kuid suurvee

ajal lehtritest ~600 m kaugusel asuvate ajutiste allikate kaudu. Ajutised allikad

Joonis 1. Salajõe maastikukaitseala (2 lahusseisvat ala) ning hoiuala asend ortofoto (Maa-

amet) taustal. Kollased täpid tähistavad käesoleva töö käigus kaardistatud langatuslehtrite

asukohta.



annavad aastas vett tavaliselt vaid paar nädalat. Tuntuim ajutiste allikate grupp paikneb nn

Tiberna augus, kuid alalised allikad levivad mitmesaja meetri laiusel loode-kagu-suunalisel

frondil (Heinsalu, 1984). Ajutisi allikaid leidub ka Vanatõnu ja Seasaare talude lähistel,

kust saab alguse Vahuleeme jõgi. Salajõe neeldumis- ja allikateala vahel paiknevad

üksikud langatuslehtrid (asukohad kaardistatud ka käesoleva töö raames; Joonis 1). Nende

üksikute leidude alusel oletas Heinsalu (1984), et jõgi on maa all tugevasti hargnenud.

Sama autor on viidanud ka võimalikule karstioru all kulgevale kirde-edela-suunalisele

tektoonilisele rikkevööndile aluspõhjas ning karstivormide viimase jääaja eelsele vanusele.

Ala on olnud kaitse all alates 1964. aastast, kui Haapsalu Rajooni TSN Täitevkomitee

22. aprilli 1964. a otsusega nr 17 „Looduslikult kaunite kohtade, parkide, põliste puude, ja

teiste kaitset väärivate looduslike objektide säilitamine” võeti kaitse alla maastiku

üksikelement „Salajõgi”. Salajõe maastikukaitseala (KLO1000262) moodustati 2001. a

Niiduelupaigatüüpide kaitseks on 2006. A neeldumisala ja Tiberna augu vahelisele alale

moodustatud Salajõe hoiuala (KLO2000266).

Joonis 2. Radari- ja elektriliste profiilide asend. Radariprofiilide puhul vastab värv

joonisele märgitud päeval teostatud töödele. Märgitud on joonisel 4 ja 5 toodud



radariläbilõigete asend. Taustaks on kasutatud varjutatud reljeefi kaarti (Maa-ameti

LIDAR-andmete alusel).

Uuringute käigus kaeti karstiala ja selle vahetu lähiümbrus radariprofiilidega

kogupikkuses 21,2 km (Joonis 2). Radari-läbilõiked töödeldi (filtreeriti ja võimendati),

võimalusel leiti aluspõhja lasuvalt pinnalt tekkinud peegeldus, iseloomustati pinnakatte-

setendi tüüpi ning võimalusel ka omavahelisi piire. Kuna suuremal osal uuritaval alal on

aluspõhi kaetud elektromagnetlaineid varjestava moreeniga ja aluspõhjapeegeldused sageli

puudusid, siis täiendati radariuuringuid kolme elektromeetrilise profiiliga (ERT – electric

resistivity tomography) kogupikkuses 1,65 km.

2 Metoodika

Kõik radaritööd teostati Radar Systems Inc poolt valmistatud georadariga Zond

12e. Kuna georadar mõõdab aega elektromagnetimpulsi saatmisest registreerimiseni, on

peegeldumissügavuste arvutamiseks vaja teada elektromagnetlainete levikukiirust

pinnases. Levikukiirust iseloomustatakse suhtelise dielektrilise läbitavuse (r, kaudu. Selle

määramiseks kasutati hüperboolide meetodit. Hüperboolid tekivad radaripildis

punktobjektidelt (näiteks suuremad kivid) saabuvatest peegeldustest, kuna radarilaine levib

pinnases erinevates suundades ja tugevalt peegeldavat objekti „nähakse“ enne, kui selle

kohale jõutakse. Hüperbooli haarade kallutatuse alusel saab arvutada elektromagnetlaine

levikukiiruse (ning ka suhtelise dielektrilise läbitavuse).

Dielektrilise läbitavuse määramiseks mõõdeti igalt profiililt 1-3 hüperbooli (kokku

159 tükki) ja arvutati elektromagnetlainete kiirus erinevate uuringupäevade tarbeks.

Erinevus uuringupäevade vahel tuleneb pinnaste erinevast niiskussisaldusest ehk siis

Tabel 1. Keskkonna dielektriline läbitavus ning vastav elektromagnetlainete levikukiirus.

Kuupäev

Dielektriline läbitavus (-) Elektromagnetlainete kiirus

(cm/ns)

Mõõtmiste arv Keskmine Mediaan Keskmine Mediaan

10.08.2014 50 8,3 8,0 10,4 10,6

03.09.2014 73 10,2 9,5 9,4 9,7

18.09.2014 16 8,8 8,6 10,1 10,2



31.10.2014 20 15,8 14,8 7,6 7,8

kaudselt ka uuringutele eelnenud päevade/nädalate sademete hulgast. Dielektriline

läbitavus ei sõltu oluliselt sügavusest; sõltuvust absoluutkõrgusest ei analüüsitud.

Sügavuste arvutamisel kasutati elektromagnetlainete kiiruste mediaanväärtuseid (Tabel 1).

Uuringutel kasutati elektromagnetlainete sagedusi 300 ja 500 MHz liigutades antenni

kõndimis- (põllud, heinamaad ja metsasihid) või siis 100 MHz aeglase autosõidu kiirusel

(maantee ja kohalikud kruusateed). Radarikomplekti positsioneerimiseks kasutati

integreeritud mõõteratast ja GPS-antenni (asukohamäärangu viga kuni 3 m avatud

vaateväljas, kuni 30 m metsas). Tagasipeegelduvat signaali mõõdeti 200 ns jooksul ja iga 5

kuni 10 cm tagant.

Andmete töötlemine toimus “Prism2” tarkvara abil kasutades erinevaid filtreid

(võimendus, madalsagedusliku komponendi eemaldamine registreeritud signaalist)

läbilõigete parema visuaalse kvaliteedi saavutamiseks ning kasulikku informatsiooni

kandvate peegelduste äratundmiseks. Läbilõigetelt leiti võimalusel aluspõhja lasuvale

pinnale vastav peegeldus / mustrierinevus, mis klikiti käsitsi igas virtuaalses punktis (~10

m tagant) üle. Igale klikile omistati ajaväärtus, millest arvutati pinna sügavus. Saadud

interpretatsiooni alusel koostati aluspõhja reljeefi pinnakatte paksuse (Joonis 6) ja

aluspõhja reljeefi (Joonis 7) ning kaardid.

Kuna radaritööd ei andnud piisavalt andmeid karstinähtuste iseloomustamiseks

Salajõe Aua haudade ja Tibernaaugu vahelisel alal (Joonis 1, Joonis 2) teostati nimetatud

alal elektromeetrilised uuringud eesmärgiga määrata pinnakatte ja aluspõhja

elektritakistuste jaotus. Selleks eeldati, et aluspõhjas esinevad karstinähtused seonduvad

võrreldes rikkumata lasumusega erineva takistuste mustriga. Elektromeetriliste meetodite

korral juhitakse madala sagedusega elektrivool maa sisse kahe (toite)elektroodi abil, ning

kahe eraldiseisva (vastuvõtu)elektroodi vahel mõõdetakse potentsiaalide vahet (ΔV).

Mõõtes potentsiaalide vahet, pinnasesse juhitud voolu tugevust (I) ning teades elektroodide

kaugust üksteisest, arvutatakse näiveritakistuse väärtus.

Mõõtmised teostati vastavalt Wenneri konfiguratsioonile, mille puhul on

kasutatavate elektroodide vahekaugused on võrdsed ja toiteelektroodid neliku otstel.

Süsteem, mis koosneb 48 elektroodist, võimaldab teha automaatselt mõõtmisi 360

kombinatsioonis kasvatades järk-järgult elektroodide vahelisi kaugusi ja selle kaudu

iseloomustada läbilõiget üha sügavamalt.



Elektromeetrilisi mõõtmisi tehti kolmel NE–SW-suunalisel profiilil 14.09 ja 31.10

(Joonis 2). Käesoleva uuringu käigus teostati tööd kasutades eritakistuse tomograafilist

(ERT - ingl. Electrical Resistivity Tomography) meetodit kasutades aparatuuri P.A.S.I.

Korraga maandati 2-meetriste vahedega 48 elektroodi (liini kogupikkus = 94 m). Profiili

pikendamisel nihutati elektroode 32 m (16 elektroodi) võrra ja korrati mõõtmisi täismahus.

Selliselt jätkates saavutati profiili keskosas maapinnalähedastes kihtides andmete kuni

kolmekordne ülekate võimaldades kontrollida tööde kvaliteeti.

Elektroodide asukohad määrati käsi-GPS seadmega. Reljeefi lisamiseks profiilidele

kasutati Maa-ameti Lidar-mõõdistuse andmeid. Mõõtmistel kasutati sagedust 7,2 Hz.

Välitööde tulemused interpreteeriti ja illustreeriti tarkvara RES2DINV (GEOTOMO

SOFTWARE, Malaisia) abil. Tarkvara abil muudeti mõõdetud näiveritakistuste väärtused

vähimruutude meetodil itereerides need eritakistuste läbilõigeteks. Käesolevas töös

kasutatakse kõigi profiilide puhul illustratsioonidena viiendaid iteratsioone. Nende puhul

on ruutkeskmine viga kahanenud alla 2 % ning tulemused peegeldavad geoloogilist sisu,

mis edasiste iteratsioonide käigus sai tavaliselt kannatada.

3 Tulemused

Radariläbilõigetel ilmneb aluspõhja pealispinnaga seostuv peegeldus vaid kohati,

valdavalt uuritud ala põhjaosas, kus pinnakate on õhem (Joonis 3). Sellisel puhul ilmneb

lubjakivi-sisene kihipindadelt või savikamatelt kihtidelt tulenevate üksteisega paralleelsete

peegelduste muster (Joonis 4, Joonis 5). Aluspõhjast pärinevad peegeldused erinevad

oluliselt kaootilise iseloomuga „säbrulistest“ pinnakatte peegeldustest. Pinnakattes esineb

suuremal või vähemal määral hüperboolseid tagurpidi V-tähe kujulisi peegeldusi, mis

pärinevad suurematelt veeristelt. Peegelduste mustri alusel koosneb pinnakate suuremas

osas moreenist, kuid kohati esineb ka merelise päritoluga setteid.

Pinnakatte paksus on väiksem ala põhjaosas jäädes valdavalt vahemikku 2-5 m. Ala

lõunaosas oli defineeritav lõik, kus pinnakatte paksus oli ~6 m (Joonis 3). Ülejäänud

profiilidel ei õnnestunud pinnakatte paksust iseloomustada. Selle põhjuseks võib tuua (i)

pinnakatte valdavalt suure paksuse (>3 m) ning (ii) pinnakatteks oleva moreeni hea

elektrijuhtivuse, mis varjestab elektromagnetlainete leviku. Aluspõhja lasuv pind (Joonis

6) jääb uuritud alal kõrgusele 10 kuni 0 m (ü.m.p.). Aluspõhja pind laskub edelakaarde.

Olulisi karstitühemeid radariläbilõigetel ei ilmne. Seal, kus aluspõhjastruktuurid on

radaripildis nähtavad, esinevad üksikud ilma näiva põhjuseta suurema amplituudiga



aluspõhjasisesed peegeldused viidates võimalikele väljalahustumise nähetele (näiteks

Joonis 3. Salajõe piirkonna pinnakatte paksuse kaart georadari uuringute tulemustel.

Pinnakatte paksus on ära toodud vaid nendes kohtades, kus aluspõhja lasuv pind oli

identifitseeritav.

Joonis 4). Tugevamad peegeldused levivad mitmekümne meetri laiuse vööndina ja näivad

järgivat Salajõe neeldumisalast algselt lääne-loode-suunas ja hiljem lääne-edela poole

kulgevat madalamat ala, mis Heinsalu (1984) järgi on suurvee ajal toiminud Sarapiku

ojana (Joonis 2). Tugevamad peegeldused võivad esineda mitmes tasandis ja kohakuti.

Tühemike kõrgus jääb tõenäoliselt cm-dm mõõtkavasse, kuna läbilõigetel ei ole

näha (i) sügavamate reflektorite selget kerkimist/vajumist ümbritsevaga võrreldes, (ii)

eraldi peegeldusi tühemiku pealis- ja alapinnalt, ning (iii) järelkaja efekti. Nagu eespool

mainitud, on Aua haudade ja Tiberna allikate vahelisel alal pinnakate liiga paks, et

sarnaseid tugevamaid peegeldusi jälgida.



Joonis 4. Interpreteeritud väljavõte profiilil salajoe140903b koostatud läbilõikest.

Kollased toonid markeerivad pinnakatet, punakad aluspõhja lubjakive. Vertikaalsete

nooltega on näidatud peegeldused võimalikelt karstunud pindadelt.

Joonis 5. Interpreteeritud väljavõte profiilil salajoe140903d koostatud läbilõikest.

Kollased toonid markeerivad pinnakatet, punakad aluspõhja lubjakive.

Samas on Aua haudade ja Tiberna allikate vahelisel alal jälgitav aluspõhja

absoluutkõrguse järsk vähenemine, seda võrdluses kõrvalseisva alaga (Joonis 7). See

asjaolu võib kaudselt olla väljavoolu asukoha arenemise põhjuseks.



Joonis 6. Salajõe piirkonna aluspõhja kõrgus võttes aluseks georadariga saadud

informatsiooni. Aluspõhja kõrgus on ära toodud vaid nendes kohtades, kus aluspõhja lasuv

pind oli identifitseeritav.

Kohati (näiteks Joonis 5) ei moodusta aluspõhja pealispind „siledat“ peegeldust

viidates pinna konarlikkusele ja võimalikele pindmise karsti nähetele. Neis kohtades, kus

radariprofiilid külgnesid langatuslehtritega, ei leitud kasutatud metoodika alusel saadud

pinnakattepeegeldustes ümbritsevast oluliselt erinevaid mustreid.

Elektrilise tomograafia meetodil saadud eritakistuse läbilõiked näitavad Salajõel

kihilist keskkonda. Pinnakatte maapinnalähedane osa on väga muutlik tulenevalt pinnakihi

niiskuse ja liivakuse variatsioonidest, aga mõningal määral ka elektroodide maandamise

tingimustest. Pinnakatte sügavam osa on samuti muutlik, kuid väiksemas ulatuses

(eritakistus valdavalt vahemikus 100–500 Ωm). Läbilõigete sügavama osa moodustavate

aluspõhja lubjakivide eritakistus on enamasti >400 Ωm.



Joonis 7. Interpretatsioon Salajõe piirkonna aluspõhja absoluutkõrgusest võttes aluseks

georadariga saadud pindalalaliselt ebaühtlaselt paikneva informatsiooni (Joonis 6).

Joonisele on kantud Salajõe hoiu- ja maastukukaitsealad (hallid laigud) ning tõenäoliseim

vee levikuala (kollane punktiirjoon) Aua haudade ja Tiberna allikate vahel.

Piir pinnakatte ja aluspõhja kivimite vahel ning karstivormide esinemiskohad ei ole

eritakistuse läbilõigetel üheselt määratavad. Näiteks kõige kirdepoolsema ehk

neeldumiskohale lähima profiili vahetus läheduses kaugustel 70 m ja 105 m esinesid

heinamaal langatuslehtrid ning kaugustel 30–60 m olid jälgitavad väiksemad lohud

(läbimõõt 0,5–1,5 m, sügavus 0,2–0,4 m), kuid läbilõigetel ei esine nendes kohtades olulisi

selgelt piiritletavaid eritakistuse anomaaliaid. Samas on täheldatav pinnakatte sügavama

osa ja/või aluspõhja ülaosa tasemel eritakistuse suhteliselt madalaid, kuid samas muutlikke

väärtusi (näiteks Tiberna augule lähimal profiilil 2 kaugusel 120–450 m). Horisontaalselt

kihipinnalõhesid pidi areneva karstumise tulemusena on aluspõhjakivimite ülaosa

eritakistus vähenenud ning seetõttu pinnakattest raskesti eristatav. Karstivormide

esinemine pinnakatte all on põhjustanud viimase ebaühtlast kuivamist (mõõtmistele eelnes



Joo

nis

8. E

rita

kist

use

läbil

õik

ed. Sin

ised

rom

bid

tähis

tava

d p

rofi

ili

2 l

ähed

use

s es

inen

ud l

angatu

sleh

trit

e asu

kohti

.

NW

Pro

fiil

2

Pro

fiil

3

Pro

fiil

1

SE

SE

SE

NW

NW



suhteliselt kuiv suvi ja sügis). Elektromeetriliste tööde tulemused toetavad Heinsalu (1984)

seisukohta, et langatuslehtrite vähesus viitab maa-aluse „jõe“ tugevale hargnemisele ja

suurte tühemete puudumisele.

Kõigil kolmel eritakistuse läbilõikel on profiilide kaguosas jälgitav suhteliselt väikese

eritakistusega (100–300 Ωm) kiht (profiilil 2 kaugusel >220 m, profiilil 3 kaugusel >500 m

ja profiilil 1 kaugusel >450 m). Seda nähtust võib mõningal määral mõjutada karsti

esinemine, kuid tõenäoliselt on põhjuseks savikama pinnakatte esinemine.

Salajõe karstioru joonelisusest ja suunast lähtudes oletas Ü. Heinsalu (1984), et

aluspõhjas esineb tektooniline lõhevöönd, mis on soodustanud karsti arengut.

Elektromeetrilised mõõtmised ei toeta rikkevööndi ideed. Läbilõigetel esineb aluspõhja

kivimite sügavusel eritakistuse lateraalset muutlikkust, kuid varieeruvus ei ole piisav

rikkevööndi välja eraldamiseks. Suuremate riketega kaasneb tavaliselt karbonaatkivimite

puhul vööndina eritakistuse oluline langus väärtusteni 200–400 Ωm, mida käesoleval juhul

ei täheldatud. Rikkevööndi puhul eeldaks, et allikad esinevad piiratud alal mitte mitmesaja

meetri laiuse vööndina.

4 Kokkuvõte

Salajõe karstiala geofüüsikalise uuringu käigus kaeti karstiala ja selle vahetu

lähiümbrus radariprofiilidega kogupikkuses 21,2 km. Aua haudade ja Tibernaaugu

vahelisel alal täiendati radariuuringuid kolme elektromeetrilise profiiliga kogupikkuses

1,65 km.

Radariprofiilidel on aluspõhja pealispind ja lubjakivide siseehitus nähtav ainult kohati

õhema pinnakattega aladel. Suuremal osal uuringualast esineb >3 m paksune moreen, mis

varjestab georadari signaali. Karst avaldub radariläbilõigetel aluspõhjasiseste

peegeldustena, mis mingis lõigus on ilma näiva põhjuseta oluliselt suurema amplituudiga.

Nähtust põhjustab tõenäoliselt kihipindasid mööda arenev väljalahustumine. Asukoha

poolest on nähtus seostatav kunagise Sarapiku ojaga, mis toimis suurvee perioodidel.

Pindmise karsti kohatisele esinemisele viitavad „mittesiledad“ peegeldused aluspõhja

pealispinnalt.

Eritakistuse läbilõiked näitavad kihilist keskkonda. Suurema eritakistusega aluspõhjal

lasub muutlik, kuid üldiselt väiksema eritakistusega pinnakate. Kvaternaarisetete pinnakihi

muutlikkust põhjustab pinnakihi liivakuse ja niiskuse varieerumine. Pinnakatte sügavam



osa on eeldatava karstivööndi läheduses muutlikum ja seda saab selgitada rohkem

varieeruva niiskusrežiimiga karstivormide kohale jäävas pinnases.

Piir pinnakatte ja aluspõhja kivimite vahel ning karstivormide esinemiskohad ei ole

eritakistuse läbilõigetel üheselt määratavad. Horisontaalselt kihipinnalõhesid pidi areneva

karstumise tulemusena on aluspõhjakivimite ülaosa eritakistus vähenenud ning seetõttu

pinnakattest raskesti eristatav. Elektromeetriliste tööde tulemused toetavad seisukohta, et

langatuslehtrite vähesus viitab maa-aluse jõe tugevale hargnemisele ja suurte tühemete

puudumisele. Tööde tulemusena on antud maa-aluste voolude levikuala Aua haudade ja

Tiberna allikate vahel (Joonis 7).

Salajõe kaitsekorralduses ei ole autorite arvates tarvis midagi olulist muuta. Nagu iga

veekogu puhul, tuleks vältida reoainete sattumist veekogusse. Kuna pinnakate on Salajõe

maa-aluse leviku alal suhteliselt paks siis ei ole tõenäoline väetiste sattumine

karstivormidesse pinnakatet läbiva infiltratsiooni teel, välja arvatud langatuslehtrite kohal

ja vahetus ümbruses.

5 Viidatud kirjandus

Heinsalu Ü., 1984. Salajõgi. Eesti Loodus 1984, 12: 792-795.

Salajõe karstiala geofüüsikaline uuring · 2016. 12. 28. · Salajõe karstiala geofüüsikaline...

Documents

Transcript of Salajõe karstiala geofüüsikaline uuring · 2016. 12. 28. · Salajõe karstiala geofüüsikaline...