Fuel shortage during the Second World War led to oil production in Kvarntorp, Kumla during 1942-1966 by pyrolyzing alum shale rich in pyrite, FeS2, and organic material such as kerogen. This production has led to a lot of waste laying deposited out in the open after the mining closed and has had negative environmental impact in the form of ongoing weathering and leaching of acidic water and leaching of trace elements into its surroundings. Chemical processes are still ongoing in this deposit, with temperatures reaching 700 °C on certain hotspots. Once the deposit cools down, precipitation will be able to enter the deposit and start leaching acidic water containing trace elements that will risk polluting groundwater in the surrounding areas. No one knows how many years it will take for the deposit to cool down, but it has been estimated to take at least 100 years.This study did leaching experiments on weathered fines as well as red ash in large columns while being oxygenated. Analyses consisted of ICP-MS, pH, electrical conductivity, acidity, alkalinity, and sulphate concentration.The results showed high concentrations of many valuable and potentially toxic elements in the leachates especially higher amounts of copper compared to previous studies.

A new locality of the Alum Shale Formation at Björnberget, Västerbotten County, of the lower allochthon of the Caledonian front is described herein. Two new species of acrotretid brachiopods were found. Tingitanella vilhelminia n. sp. adds another species to the monospecific genus. T. vilhelminia also extend the genus distribution to Sweden. Anabolotreta furcatus n. sp. is the first member of the genus found in Sweden and extend the stratigraphic range to Stage 5 of Cambrian Series 3. It also exhibits an unusual bifurcating shell structure described for the first time herein. One trilobite was found at the locality, Acadoparadoxides torelli, indicating that the exposures at Björnberget belong to the upper Acadoparadoxides (Baltoparadoxides) oelandicus superzone. The fauna found is impoverished in comparison to the fauna that has been described from Jämtland and reflects the depositional environment on the deep outer shelf with low sediment input. The known exposure at Granberget, close to Björnberget, is described with respect to the paleontology and sedimentology of the section. The fauna at Granberget could be extended with two new species of agnostids, Hypagnostus lingula and Hypagnostus mammillatus, to a total of six taxa of trilobites. The depositional environment was periodically affected by storms, depositing limestone layers composed of skeletal material. The Alum shale does not exhibit these sedimentary structures and have probably lost the majority of the them during diagenesis. / En hitintills obeskriven lokal av Alunskifferformationen vid Björnberget, Västerbottens län, beskrivs här med fokus på paleontologi och sedimentologi. Två nya arter av brachiopoder (Acrotretida) upptäcktes. Tingitanella vilhelminia n. sp. utökar släktet med ytterligare en art och utökar även den geografiska distributionen av släktet till Sverige. Anabolotreta furcatus n. sp. är den första medlemmen av släktet som beskrivits från Sverige och utökar den stratigrafiska spännvidden till lägre mellersta Kambrium. A. furcatus har även en skalstruktur med förgrenande pelare som beskrivs för första gången. En trilobit upptäcktes vid lokalen, Acadoparadoxides torelli, vilket tyder på att exponeringarna vid Björnberget tillhör övre delen av superzonen Acadoparadoxides (Baltoparadoxides) oelandicus. Faunan är artfattig i jämförelse med vad som tidigare har beskrivits från Jämtland och reflekterar en depositionsmiljö på den yttre kontinentalsockeln med ett lågt inflöde av klastiska sediment. Den sedan tidigare kända lokalen vid Granberget, nära lokalen vid Björnberget, beskrivs häri med avseende på paleontologi och sedimentologi. Faunan vid Granberget kan utökas med två nya arter av agnostider, Hypagnostus lingula och Hypagnostus mammillatus, till att totalt innehålla sex arter av trilobiter. Depositionsmiljön påverkades periodvis av stormar som avsatte kalkstenslager bestående av skelettdelar. Alunskiffern har förlorat majoriteten av dessa strukturer under diagenes som annars återfinns i kalkstenskonkretionerna.

Arbetets syfte är att undersöka svällande alunskiffer i Östersund, vad de senaste framstegen är för vad som orsakar svällning och hur den kan identifieras och hanteras. Enklare laborationsmoment utförs med provmaterial från jord-bergsondering i Östersund, men arbetet är främst en litteraturstudie. Alunskiffer har en varierande sammansättning av organiskt material, kalkrika mineraler och järnsulfider. Svällningen orsakas av oxidationen av järnsulfider vilket leder till bildning av gipskristaller. Omfattande krafter kan utvecklas i samband med svällningen vilket gör det till ett stort problem som kan orsaka deformationer av ovanliggande byggnader. Vårt förslag till hur svällskiffer kan identifieras är att utföra en övergripande kartläggning av alunskiffern i Östersund. Dess beskaffenhet bör undersökas kemiskt för att ta reda på halten svavelkis, magnetskis och andra mineral. Skifferns mekaniska egenskaper bör undersökas ytterligare. För att motverka svällningen föreslår vi att de metoder som tidigare prövats i Östersund och visat sig vara framgångsrika bör undersökas och utvecklas ytterligare. Inspiration kan också tas från gruvindustrin och hur de arbetar för att motverka surt avfall. De laborativa momenten visar att svällförloppet inte var tillräckligt snabbt för att ge ett resultat under testperioden på drygt två veckor. Smektittestet visar att det inte förekommer svällande lera, smektit, i borrkaxprovet från jord-bergsonderingen. / The purpose of the essay is to examine swelling alum shale in Östersund, what the state of the art concerning the cause of the swelling and how it may be identified and dealt with. Minor laboratory experiment is performed with test materials from soil-rock probing in Östersund, although the essay is mainly focused on studying literature. Alum shale has a varied composition of organic matter, calcareous minerals and iron sulphides. The swelling is caused by oxidation of the iron sulphides which forms gypsum. The extensive forces associated with the swelling can inflict deformations in the overlying buildings and is a major issue in Östersund. Our suggestions for how to identify the swelling shale is to make an extensive survey of the Östersund area. The survey would locate the alum shale and take samples to determine the chemical composition of the shale. We also suggest further analysis of the mechanical properties of the shale. Our suggestions for how to deal with the swelling would be to further examine the methods that proved to be successful at earlier attempts in Östersund. Inspiration can also be found in the mining industry and how they deal with acid mine drainage. The smectite test show that there is no swelling clay, also known as smectite, present in the drill cutting sample from the soil-rock probing. The swelling test show no signs of swelling caused by pyrite oxidation and the development of gypsum, during the test period of around two weeks.

Black shales are sedimentary rocks with a high content of organic carbon, which leads to a dark grayish to black color. Due to their potential to contain oil or gas, black shales are of great interest for the support of the worldwide energy supply. An integrated seismic investigation of the Lower Palaeozoic black shales was carried out at the Danish island Bornholm to locate the shallow-lying Alum Shale layer and its surrounding formations and to characterize its potential as a source rock. Therefore, two seismic experiments at a total of three crossing profiles were carried out in October 2010 and in June 2012 in the southern part of the island. Two different active measurements were conducted with either a weight drop source or a minivibrator. Additionally, the ambient noise field was recorded at the study location over a time interval of about one day, and also a laboratory analysis of borehole samples was carried out. The seismic profiles were positioned as close as possible to two scientific boreholes which were used for comparative purposes. The seismic field data was analyzed with traveltime tomography, surface wave inversion and seismic interferometry to obtain the P-wave and S-wave velocity models of the subsurface. The P-wave velocity models which were determined for all three profiles clearly locate the Alum Shale layer between the Komstad Limestone layer on top and the Læså Sandstone Formation at the base of the models. The black shale layer has P-wave velocities around 3 km/s which are lower compared to the adjacent formations. Due to a very good agreement of the sonic log and the vertical velocity profiles of the two seismic lines, which are directly crossing the borehole where the sonic log was conducted, the reliability of the traveltime tomography is proven. A correlation of the seismic velocities with the content of organic carbon is an important task for the characterization of the reservoir properties of a black shale formation. It is not possible without calibration but in combination with a full 2D tomographic image of the subsurface it gives the subsurface distribution of the organic material. The S-wave model obtained with surface wave inversion of the vibroseis data of one of the profiles images the Alum Shale layer also very well with S-wave velocities around 2 km/s. Although individual 1D velocity models for each of the source positions were determined, the subsurface S-wave velocity distribution is very uniform with a good match between the single models. A really new approach described here is the application of seismic interferometry to a really small study area and a quite short time interval. Also new is the selective procedure of only using time windows with the best crosscorrelation signals to achieve the final interferograms. Due to the small scale of the interferometry even P-wave signals can be observed in the final crosscorrelations. In the laboratory measurements the seismic body waves were recorded for different pressure and temperature stages. Therefore, samples of different depths of the Alum Shale were available from one of the scientific boreholes at the study location. The measured velocities have a high variance with changing pressure or temperature. Recordings with wave propagation both parallel and perpendicular to the bedding of the samples reveal a great amount of anisotropy for the P-wave velocity, whereas the S-wave velocity is almost independent of the wave direction. The calculated velocity ratio is also highly anisotropic with very low values for the perpendicular samples and very high values for the parallel ones. Interestingly, the laboratory velocities of the perpendicular samples are comparable to the velocities of the field experiments indicating that the field measurements are sensitive to wave propagation in vertical direction. The velocity ratio is also calculated with the P-wave and S-wave velocity models of the field experiments. Again, the Alum Shale can be clearly separated from the adjacent formations because it shows overall very low vP/vS ratios around 1.4. The very low velocity ratio indicates the content of gas in the black shale formation. With the combination of all the different methods described here, a comprehensive interpretation of the seismic response of the black shale layer can be made and the hydrocarbon source rock potential can be estimated. / Schwarzschiefer sind Sedimentgesteine, die einen hohen Gehalt an organischem Kohlenstoff aufweisen, was zu einer dunkelgrauen bis schwarzen Färbung führt. Da Schwarzschiefer das Potenzial besitzen, Öl oder Gas zu enthalten und somit zur weltweiten Energieversorgung beitragen könnten, sind sie von großem Interesse. Mit Hilfe der Kombination verschiedener seismischer Messverfahren wurden die Schwarzschiefer des Unteren Paläozoikums auf der dänischen Insel Bornholm untersucht um den oberflächennahen Alaunschiefer und dessen Umgebungsgestein dort zu lokalisieren und sein Potenzial als Muttergestein abzuschätzen. Dafür wurden im Oktober 2010 und im Juni 2012 im südlichen Teil der Insel zwei seismische Experimente auf insgesamt drei sich kreuzenden Profilen durchgeführt. Für zwei aktive seismische Messungen wurden ein Fallgewicht und ein Minivibrator als Quellen genutzt. Zusätzlich wurde im Messgebiet noch das Wellenfeld des umgebenden Rauschens über einen Zeitraum von etwa einem Tag aufgezeichnet. Außerdem wurden Labormessungen an Bohrkernen aus dem Alaunschiefer durchgeführt. Die seismischen Messprofile befanden sich so nah wie möglich an zwei wissenschaftlichen Bohrungen, die für Vergleichszwecke genutzt wurden. Um die P- und S-Wellengeschwindigkeitsmodelle des Untergrundes zu erhalten wurden die seismischen Felddaten mittels Laufzeittomographie, Oberflächenwelleninversion und seismischer Interferometrie ausgewertet. Die P-Wellenmodelle, die für alle drei seismischen Profile erstellt wurden, zeigen den Alaunschiefer zwischen dem Komstad Kalkstein, der den Alaunschiefer überdeckt, und der Læså Sandsteinformation, die die Basis der Modelle bildet. Für die Schwarzschieferschicht ergeben sich mit rund 3 km/s deutlich geringere P-Wellengeschwindigkeiten als für die umgebenden Gesteine. Zwei seismische Profile liegen direkt an einer der Bohrungen, für die verschiedene Bohrloch-Logs durchgeführt wurden. Der Vergleich des Sonic-Logs mit den vertikalen Geschwindigkeitsprofilen beider Modelle am Bohrpunkt zeigt eine sehr gute übereinstimmung aller Geschwindigkeiten. Dies ist ein Indiz für die Plausibilität der durchgeführten Laufzeittomographie. Um die Reservoireigenschaften der Schwarzschieferschicht einordnen zu können, wurde versucht, die seismischen Geschwindigkeiten mit dem Gehalt an organischem Material zu korrelieren. Ohne geeignete Kalibrierung ist diese Korrelation schwierig, kann aber mit Hilfe der Tomographieergebnisse ein zweidimensionales Abbild der Verteilung des organischen Materials im Untergrund liefern. Auch das S-Wellengeschwindigkeitsmodell, welches mit der Oberflächenwelleninversion der Vibroseisdaten erstellt wurde, bildet den Alaunschiefer gut ab. Hierbei zeigen sich S-Wellengeschwindigkeiten um 2 km/s. Obwohl jeweils nur 1D-Modelle für jede Quellposition bestimmt wurden, ergibt sich für die gesamte Untergrundstruktur des untersuchten Profils ein einheitliches Bild der Geschwindigkeiten. Einen sehr neuen Ansatz bildet die Anwendung der seismischen Interferometrie auf ein sehr kleines Untersuchungsgebiet und über einen sehr kurzen Zeitraum. Neu ist außerdem, dass für die Bestimmung der endgültigen Interferogramme nur Zeitfenster der Kreuzkorrelationen ausgewählt werden, in denen die Signalqualität hinreichend gut ist. In den berechneten Kreuzkorrelationen sind sogar P-Wellen enthalten, was auf die geringen Abstände der seismischen Rekorder zurück zu führen ist. Bei den Labormessungen wurden die Raumwellen für verschiedene Drücke und Temperaturen aufgezeichnet. Die Messungen der Geschwindigkeiten sowohl parallel als auch senkrecht zur Schichtung der Proben zeigen eine starke Anisotropie für die P-Welle. Dagegen scheint die S-Wellengeschwindigkeit fast unabhängig von der Ausbreitungsrichtung der Wellen zu sein. Auch das Verhältnis der Geschwindigkeiten weist starke Anisotropie auf. Für die Wellenausbreitung senkrecht zur Schichtung zeigen sich sehr niedrige Werte, die Werte für die Messungen parallel zur Schichtung sind dagegen deutlich erhöht. Ein interessanter Aspekt der aus den Labormessungen resultiert ist, dass die Geschwindigkeit der Messungen senkrecht zur Schichtung mit den Geschwindigkeitswerten der Feldmessungen übereinstimmen. Damit scheinen die Feldmessungen besonders die Ausbreitung der Wellen in vertikaler Richtung zu registrieren. Das Geschwindigkeitsverhältnis wurde auch mit den P- und S-Wellenmodellen der Feldexperimente berechnet. Auch hier hebt sich der Alaunschiefer mit deutlich verringerten Werten um 1.4 vom Umgebungsgestein ab. Solch geringe Werte für das Verhältnis der Geschwindigkeiten deutet auf den Gehalt von Gas im Schwarzschiefer. Mit der Kombination der verschiedenen Methoden ist es möglich, die seismische Antwort der Schwarzschieferschicht umfassend zu beschreiben und Schlussfolgerungen darüber zu ziehen, ob die hier untersuchte Schwarzschieferschicht das Potenzial hat als Kohlenwasserstofflagerstätte zu fungieren.

Syfte: Rödfyr är gruvavfall från förbränning av alunskiffer. Materialet finns i naturen på många platser i Västra Götaland. Fram till 80-talet användes rödfyren som utfyllnadsmaterial men numera är användningen begränsad då materialet lakar tungmetaller. Mängden avfall som går till deponi skall minskas. Möjligheten att deponera rödfyrsmassor är därmed begränsad då områden med rödfyrshögar skall bebyggas. Syftet med denna studie är därför att öka kunskapen om hur rödfyrsmassor kan hanteras på ett miljömässigt och ekonomiskt sätt. Målet är att ge förslag på användningsområden och hanteringsmetoder för rödfyrsmassor för att bidra till bättre miljö och ekonomiska och förutsättningar. Genom att utreda vilka krav som ställs på användning av rödfyr, söktes svar på möjliga användningsområden och konstruktionslösningar för att minska lakningen. Denna studie är ett examensarbete som genomförts i samarbete med Skövde kommun. Metod: Valda metoder för datainsamling är litteraturstudie, dokumentanalys samt semi-strukturerade intervjuer. I litteraturstudien studerades litteratur om avfall, rödfyr, och efterbehandlingsmetoder. I dokumentanalysen studerades miljöutredningar för rödfyr för att erhålla kunskap om lakningen. Intervjuerna gav information om tillståndsmyndigheternas arbete med rödfyr, och sakkunnigas förslag på hur rödfyr bör användas och hanteras. Resultat: Studien visade att det finns andra användningsområden än deponi, samt att det finns metoder för att begränsa rödfyrens lakning. Det måste finnas kunskaper om hur rödfyrens spridning sker vid omröring och flytt. Att förhindra lakning kan uppnås genom att kapsla in rödfyren med hjälp av olika tätskikt. Detta innebär att rödfyren kan nyttjas som en resurs, ytor blir tillgängliga för exploatering, samt att rödfyren inte är tillgänglig för människor, och att lakningen till grundvattnet minskas. Konsekvenser: Rödfyr kan användas som utfyllnadsmaterial vid mindre känslig markanvändning, såsom industriområden och vägar. Detta är under förutsättning att övertäckning av massorna sker för att undvika lakning. Asfaltsytor, i kombination med ett tätskikt på ovansida, samt vertikala sidor, begränsar lakningen avsevärt. Överytan kan då utnyttjas för exploatering. Transportsträckan är ofta ekonomiskt avgörande för om rödfyren kan flyttas eller inte. Om rödfyren kan nyttjas för utfyllnadsändamål minskar kostnaden för inköp av material, och nya uttag av massor belastar inte miljön. Begränsningar: Den rödfyr som studerats är den som finns i Skövde Kommun. Studien bör dock kunna tillämpas på övriga länet. En begränsning är att intervjustudien inte genomfördes så omfattande. Ytterligare hade genomförande av skaktester i studien kunnat bidra med kunskap. På grund av den tid som krävs för detta var det ej möjligt. Dock erhölls bekräftande svar från de olika metoderna, och slutsatser kunde därmed trianguleras. / Purpose: Burnt alum shale is mining waste derived from combustion of the same rock. It exists in several places in Västra Götaland. Alum shale was previously used as filling but nowadays the use is limited thus the material is leaching heavy metals. The amount of waste normally put in landfills shall now be diminishing. Therefore the possibility to landfilling alum shale is limited. The purpose of this study is to increase the knowledge of how alum shale can be dealt with in an environmentally safe and economically beneficial way. The goal is to bring out suggestions for applications of use and ways of handling the excavations to contribute to a better environment and to achieve better financial conditions. By investigate what claims need to be achieved for the possibility of using Alum shale, useful areas of use and suitable management where brought forward. This study has been composed as a mean to get a bachelor degree in engineering, with the benefitial partner Skövde kommun. Method: Literature study, document analysis and interviews where used as research methods. Research on waste, alum shale and remediation techniques where studied in the literature study. In the document analysis, environmental study were analysed to retain knowledge of leachate. The interviews presented information of the authorities work with alum shale and experts’ suggestions of how alum shale can be used and handled. Findings: This study showed that there is other applications than landfills, and that there is methods to limit the leachate. If to be used, knowledge of the alum shale’s propensity of spreading due to stirring and relocation must be known. To inhibit leachate van be achieved by encapsulate the alum shale by waterproofing. This means that the alum shale can be used as a resource. Areas will be available for exploitation, it will not affect people in the surroundings, and the leachate to the groundwater will diminish. Implications: At minor sensitive land use, alum shale can be used as filling material, such as industrial areas and roads. This implicates waterproofing of the material. Asphalted surface, in combination of waterproofing the top surface and the vertical sides limits the leachate of metals considerably. The haul is often ruling the possibility to relocate the shale. If the alum shale, at disposal, could be used for filling purposes, the cost of purchasing new material, and outlet of new raw material does not need to burden the environment. Limitations: The alum shale studied is the one of Skövde County. The study should though be applicable to the whole of Västra Götaland. Not having the time to expand the interviews and include more people with research experience and expertise, is one of the limitations of this study. Also, carry out leachate tests could have contributed with more knowledge.