Puursüdamik

Osa USA Wisconsini osariigis Milwaukees puuritud puursüdamikust. Kastis võib näha laminaarset peeneteralist dolomiitset karbonaati

Puursüdamik (kärn) on kivimi või sete sambake, mis on võetud puuraugust spetsiaalselt selleks ette nähtud puurimisviisiga.

See kujutab endast sageli silindrilist kivimi südamikku, küllalt tugevat, et säilitada monoliitsust. Puursüdamik on oluline geoloogilise informatsiooni allikas, mille põhjal saab teavet maapõue sügavustes esinevate kivimite ja setete kohta.

Puursüdamiku ajalugu

Tõenäoliselt pani puursüdamike võtmisele alguse maavarade otsimine. Seda uurimismeetodit hakati kasutama ookeani põhja uurimisel. Samuti hakati meetodit rakendama järvede, liustike, mulla ja isegi puidu uurimiseks. Väga vanadelt puudelt võetud puursüdamikud annavad infot nende aastaringidest, seejuures pole vaja puud maha saagida.

Puuraukude ja puursüdamike ajalugu Eestis

Puurauke on Eestis puuritud juba 19. sajandist, enamasti kaevudeks. Puursüdamikke hakati puuraukudest võtma 20. sajandi alguses seoses põlevkivi ja fosforiidi uuringutega. Eesti vanimad säilinud puursüdamikud pärinevad Jõhvi magnetanomaalia alal puuritud 505 meetri ja 721 meetri sügavusega puuraukudest aastatel 1937–1938. 1950. aastatel põlevkivi ja fosforiidi uurimise käigus rajati Virumaal tuhandeid puurauke. Enamik sellest ajast pärinevaid kuursüdamike kogusid on hävinenud – mõned hävitati vahetult pärast tööde lõppu ja mõned väljas ajutistel hoiuplatsidel seisnud hävisid kastide kõdunemise tõttu.

Aastatel 1958–1975 puuriti sügavaid puurauke mõõtkavas 1:200 000 geoloogilise kaardistamise käigus, millest paljud avasid kristalse aluskorra kivimeid. Ka need südamikus on suures osas hävinenud (välja arvatud kristalsest aluskorrast puuritud osad).

Aastatel 1960–1985, mida võiks nimetada geoloogiliste uuringute kõrgajaks, puuriti aastas puursüdamiku võtmisega kuni 30 kilomeetrit, millest kümmekond kilomeetrit on pikaajalist hoiustamist väärt.

1990. aastal puuriti Kärdla meteoriidikraatri keskmesse Hiiumaal, mille tulemuseks on Eesti kõige pikem puursüdamik. See pärineb 815,2 meetri sügavusest Soovälja puuraugust numbriga K-1. Järgmine pikkuse poolest on Ruhnu puuraugust 787,4 meetri sügavusest saadud puursüdamik. See puurauk tehti saare keskosas 1972. aastal nafta ja gaasi ilmingute otsingul.

Viimasel 20 aastal on Eestis puursüdamikke võetud vähem kui 1 kilomeeter. Tänapäeval puuritakse peamiselt maavarade uurimise eesmärgil, kus puuraukude sügavus on tavaliselt alla 15 meetri ning samuti ka puurkaevude rajamiseks ja energiapuuraukude rajamiseks, mis ei anna piisavalt andmeid riiklikult oluliste geoloogiliste tööde eesmärkideks.

Käsitsi proovi võtmine Eesti rabas (2023)

Puursüdamiku omadused ja analüüs

Puursüdamiku analüüsimisel kirjeldatakse mis kivimist või kivimitest koosneb puursüdamik, selle värvist, struktuurist, tekstuurist, mineraalsest ja keemilisest koostisest, fossiilidest ja jäljefossiilidest, katkestustest ning lõhedest.

Täisväärtusliku puursüdamiku kriteeriumideks on selle väljatoomise protsess ning struktuuri, koostise, fluidi ja muude omaduste säilimise aste kivimite lasumise looduslike tingimuste suhtes. Puursüdamiku saagis määratakse protsentides puuritud metraažist. 100% saagis võimaldab täieliku usaldatavusega uurida kivimeid, mida puurauk on läbinud ja määrata |maavara varud.

Puursüdamikku uuritakse ja analüüsitakse (keemiline, spektraalne, petrograafiline ja muud analüüsid) laboratooriumis mitmesuguste meetodite ja seadmetega olenevalt sellest, milliseid tulemusi soovitakse saada. Tavaliselt kasutatakse analüüsimiseks väikest osa puursüdamikust. Teatud aja möödudes vähendatakse (likvideeritakse) vastavalt juhenditele osa puursüdamikust, millel ei ole olulist tähtsust. Puursüdamiku dateerimiseks on palju mooduseid. Dateerimise järel võib saada hinnalist infot kliima ja maastiku muutumisest. Nii näiteks on ookeani põhjast, maapõuest ja liustikelt võetud puursüdamikud täielikult muutnud meie arusaamist pleistotseeni geoloogilisest ajaloost. Puursüdamiku analüüs võimaldab näiteks määrata selle nafta- ja gaasisisaldust. Siiski võetakse puursüdamik puuraugu kogu pikkuses ainult erakordsetel juhtudel, kuigi see tugevalt oleneb puurimise eesmärgist. Mõnedel juhtumitel on puurimise lõpetamist kohustuslikuks protseduuriks puuraugu uurimine geofüüsiliste meetoditega. Puursüdamik on tähtis geoloogilise informatsiooni allikas, mis võimaldab täita paljusid geoloogilisi ülesandeid. Puursüdamikust saadud informatsiooni põhjal koostatakse teadustöid ja -aruandeid.

Puursüdamikul määratakse kindlaks kivimikihtide omadused – mineraalne ja keemiline koostis, struktuur, järjestus, paksus, vanus ja muud omadused, mis sõltuvad geoloogilise uurimise eesmärkidest.

Puursüdamiku järgi võib näiteks hinnata teataval geoloogilises ajastus esinenud kliima muutumist, geodünaamilist seisundi, saada teavet eksisteerinud fauna ja floora liikide kohta ning maakoore settelisest ehitusest. Maa pinna dünaamilised muutused on suuremal osal aladest tsüklilised, eriti puudutab see temperatuuri ja sademeid.

Puurimine

Vaatamata geofüüsiliste meetodite suurtele võimalustele maapõue uurimisel, võimaldavad ainult täisväärtuslikud puursüdamikud usaldusväärselt määrata kivimite koosseisu, füüsilis-mehaanilisi omadusi ja kivimite vanuse, argumenteeritult kinnitada näiteks nafta ja gaasi varud, koostada põhjendatud projektid puuraukude puurimiseks ja leiukohtade ekspluateerimiseks tervikuna.

Kivimi purustamise iseloomu järgi jagatakse puurimisviisid kaheks: mehaaniliseks, milles puurimisinstrument purustab otseselt kivimit; mittemehaaniliseks, milles toimub purustamine ilma mõjutusallika otsese kontaktita kivimiga (näiteks plahvatus). Mehaanilised puurimisviisid jagatakse keerdpuurimiseks ja löökpuurimiseks (ka keerd-löök- ja löök-keerdpuurimiseks). Keerdpuurimisel puruneb kivim selle vastu surutud instrumendi pöörlemise arvel. Sõltuvalt kivimi tugevusest rakendatakse keerdpuurimisel lõikavat tüüpi kivimit purustavat instrumenti (peitelpuuri ja puurkrooni); teemantpuuri; haavelpuuri, mis purustab kivimit haavlite abil (haavelpuurimine). Puuraugu kivimite purustamine toimub kogu puuraugu pinna ulatuses või rõngaspinnal koos puursüdamiku väljavõtmisega (südamiku puurimine). Puurimise tehnilised vahendid koosnevad põhiliselt puurmasinatest (puurseadmetest) ja kivimit purustavast instrumendist.

Puurimine arenes ja spetsialiseerus kohandatuna kolmele tehnika valdkonnale: kõige sügavamad puuraugud (mitu kilomeetrit) puuritakse nafta- ja maagaasitööstuses, nafta ja gaasi saamiseks, vähem sügavad (sajad meetrid) tahkete maavarade otsimiseks ja luureks, puurauke sügavusega mõni meeter kuni kümned meetrid puuritakse lõhkeainelaengute paigaldamiseks (peamiselt mäeasjanduses ja ehituses).

Enamikul juhtudel toimub puursüdamiku võtmine kivimi puurimisel tühja terastoruga, mida nimetatakse südamikutoruks, puursüdamiku võtmisega puurimist ennast aga südamiku puurimiseks. Südamikutoru sees asub südamiku vastuvõtja (proovel). Proovel koosneb põhiliselt peast, südamikutorust ja südamikumurdelist. Proovelid on mitmesugused, kuna tuleb võtta mitmesuguste kivimite südamikke eri tingimustes. Kivimi puurimine puursüdamiku võtmisel toimub rõngakujuliselt ja proovel justkui roomab rõnga sees moodustuvale kivimi südamikule. Puursüdamiku näidised võetakse torusse suhteliselt kahjustamata seisundis. Purustatud kivim (hiib), mis ei satu proovelisse, viiakse pinnale pesuvedeliku või suruõhuga (gaasiga), mida surutakse puurauku puuri pumba või kompressoriga. Puursüdamik kiilutakse kinni, rebitakse see küljest ära ja tõstetakse pinnale. Pärast puursüdamiku väljavõtmist torust paigutatakse see puursüdamiku kastidesse rangelt puuraugus olnud geoloogilises järjestuses. Kogu tõstetud puursüdamik kirjeldatakse detailselt ja antakse üle puursüdamikuhoidlasse.

Hoiustamine

Eesti geoloogilise läbilõike puursüdamiku kirjeldamine Arbavere välibaasis

Puuraukude puurimine on kallis ning nendest saadud puursüdamikel on väärtus. Ühe keskmise sügavusega puuraugu südamiku maksumust hinnatakse sadakonnale eurole meetri kohta. Kasulik on kalli raha eest toodetud puursüdamik ka edaspidisteks uuringuteks säilitada. Hoiustatud puursüdamike kasutamine vähendab kavandatavate geoloogiliste tööde maksumust, milleks võivad olla geoloogiline kaardistamine, hüdrogeoloogiaga seotud tööd või maavarade uuringud. Samuti täieneb maapõue geoloogilise ehituse uurimise usaldusväärsus.

Kastidesse ladustatakse puursüdamik järjest vasakult paremale, puuraugu sügavuse kasvamise järjekorras, kindlalt vastandavalt selle asukohaga puurtorus. Puursüdamiku hoitakse koos puurimise protsessis tehtud "birkadega" ehk etikettidega spetsiaalsetes ühe meetril pikkusteks veergudeks jagatud kastideks. Paekivist puursüdamiku enamlevinud läbimõõt on 9 cm ja kristalsest aluskorrast kivimitel 4 cm, olenevalt puursüdamiku läbimõõdust võib ühes kastis olla 4–10 meetrit puursüdamikku, seega näiteks keskmise sügavusega (200–400 meetrit) puuraugust võetud puursüdamiku mahutamiseks läheks vaja keskmiselt 50 kasti. Puursüdamiku markeeritakse (sügavus, stratigraafia), dokumenteeritakse, võetakse proove ja pildistatakse.

Puursüdamikuhoidlad Eestis

Eesti riigi omandis olevad puursüdamikud on koondatud nelja hoidlasse. Üleüldse Eestis on säilinud umbes 30 000 puursüdamikukasti, hoidlates on ligikaudu 25 000 kasti ja ligikaudu 145 000 meetrit puursüdamikku. Hoidlate asukohad on Arbavere (Lääne Virumaa), Keila ja Tuula (Harjumaa) ning Turja (Saaremaa). Hoiustatavatest puursüdamikest on uurimiseks saadaval vaid 20%.

Andmebaasid

Eesti puursüdamike andmebaaside hulka kuulub Eesti Geoloogiakeskuse puursüdamike andmebaas, maa-ameti geoportaalist leitav andmebaas ja Eesti geokogude infosüsteemi puursüdamike andmebaas.

Välislingid

• Puursüdamikud Eesti geokogude infosüsteemis