Dagskrá Meistaradags Jarðvísindadeildar

Leiðbeinendur: Sæmundur Ari Halldórsson, vísindamaður við Jarðvísindastofnun Háskólans og Alberto Caracciolo, nýdoktor við Jarðvísindastofnun Háskólans
Prófdómari: Kristján Jónasson, jarðfræðingur hjá Náttúrufræðistofnun

Ágrip
Reykjanesskaginn á SV-Íslandi er 65 km langur og er beint framhald af Mið-Atlantshafshryggnum. Skaginn inniheldur fimm eldstöðvakerfi sem öll hafa framleitt basalthraun á sögulegum tíma. Frá árunum 940 – 1340 e.Kr. gaus í Reykjaneskerfi, Svartsengi, Krýsuvíkurkerfi og Brennisteinsfjöllum. Árið 2021 gaus í Geldingadal innan eldstöðvakerfisins kennt við Fagradalsfjall sem hafði þá verið í dvala í rúmlega 6000 ár. Efnasamsetning innlyksna í kristöllum frá sögulegum hraunum innan hvers eldstöðvarkerfis geta útskurðað um uppruna og samsetningu móðurkvika frá mismunandi möttulhlutum. Þetta verkefni inniheldur yfirgripsmikið gagnasett með efnasamsetningum frá innlyksum, gleri, plagíóklas, ólivín og klínópýroxen kristöllum úr 10 sögulegum hraunum á Reykjanesskaga. Kristalkjarnar eru í flestum tilvikum ekki í jafnvægi við umliggjandi bráð sína sem bendir til að þeir hafi kristallast úr frumstæðum og misleitum móðurkvikum. Efnasamsetningar verða frumstæðari frá vestri til austurs sem endurspeglar áhrif möttulstróksins undir miðju Íslandi. Hita- og þrýstings reiknilíkön sýna að Reykjaneskerfi, Svartsengi og Brennisteinsfjöll innihalda kvikuhólf á mismunandi dýptum innan jarðskorpunnar. Frumbráðir eiga upptök sín á 20-25 km dýpi innan Reykjaneskerfisins, 5 km dýpi innan Svartsengis, 20-24 km innan Brennisteinsfjalla og 7-33 km innan Krýsuvíkurkerfisins. Hlutföll K2O/TiO2 í innlyksum sýna verulegan breytileika, sérstaklega innan Krýsuvíkurkerfisins (0.02 – 0.42). Breytileikinn endurspeglar líklega misleitan möttul sem samanstendur af ólíkum möttulhlutum. Byggt á þessum gögnum hafa móðurkvikur innan hvers eldstöðvakerfis sitt einstaka massajafnvægi milli auðgaðra og snauðra möttulhluta.

Advisors:  Sæmundur Ari Halldórsson, Research Scientist  and Alberto Caracciolo, Post Doc, both at the Institute of Earth Sciences, University of Iceland.
Examiner: Kristján Jónasson, Geologist at Náttúrufræðistofnun

Abstract
The Reykjanes Peninsula in SW Iceland is a 65 km long onshore continuation of the Mid-Atlantic Ridge composed of five volcanic systems that have all produced basaltic lavas in historic times. The Reykjanes, Svartsengi, Krýsuvík and Brennisteinsfjöll systems erupted during a 400-year period from ca. 940 – 1340 A.D whereas the Fagradalsfjall system had been dormant for more than 6000 years before the eruption in Geldingadalir in 2021. Determining the geochemical signature of melt inclusions within each volcanic system in context of historic volcanism provides a snap-shot view of parental melts from compositionally distinct mantle sources. In this work, I present a comprehensive dataset of major and minor element compositions of melt inclusions, groundmass glass, plagioclase, olivine and clinopyroxene macrocrysts from 10 historic lavas erupted across the Reykjanes Peninsula. Macrocryst cores are in most cases not in equilibrium with their carrier melt and are suggested to have crystallized from more primitive and heterogeneous parental melts. There is a geographical trend in which compositions get more primitive from west to east, reflecting an influence from the Icelandic mantle plume. Thermobarometers reveal that the Reykjanes, Svartsengi and Brennisteinsfjöll systems possess magma reservoirs within the crust. Primary melts are suggested to originate from 20-25 km depths within the Reykjanes system, 5 km within the Svartsengi system, 20-24 km within the Brennisteinsfjöll system and over a large range of 7-33 km within the Krýsuvík system. K2O/TiO2 ratios in MIs display significant compositional variability, especially within the Krýsuvík system (0.02 – 0.42). This variability likely reflects heterogeneous mantle sources composed of multiple compositional endmembers. Based on these data, parental melts within each volcanic system have a distinct mass balance between enriched and depleted endmembers.

Leiðbeinendur:  Gunnar Þór Gunnarsson,  sérfræðingur hjá Orkuveitu Reykjavíkur og Halldór Geirsson, dósent við Jarðvísindadeild HÍ
Prófdómari: Grímur Björnsson, verkfræðingur hjá Warm Arctic

Ágrip
Jarðhitinn í Hengilssvæðinu hefur verið notað til að framleiða rafmagn og heitt vatn í nokkra áratugi. Framleiðslan fer fram á tveimur meginsvæðum: Hellisheiði og Nesjavöllum. Borholur á svæðunum eru flokkaðar í þrjá flokka eftir eiginleikum, í holur með lágt vermi, meðalvermi og hátt vermi. Í núverandi forðalíkani af hengilssvæðinu eru vinnsluholurnar hermdar sem massasvelgur og ekki er gert ráð fyrir holunni sjálfri. Þetta getur valdið því að hermt vermi er lægra. Þetta verkefni gengur útá að kanna helstu eiginleika jarðhitakerfisins og búa síðan til verkflæði til að skoða samsvörun á samræmi reiknaðs og mælds vermis og gera tilraunir sem ganga úta einfaldar og reikningslega ódýrar lausnir. Gerðar voru staðbundnar endurbætur á líkaninu, bæði í stóru vinnslulíkani af svæðinu og í smærri staðundnum líkönum. Þessar tilraunir gáfu af sér mismunandi tímaraðir að hermdu vermi sem voru bornar saman við raunverulegar vermismælingar á megindlegan hátt. Samhliða útreikningunum er greint frá mikilvægum óvissuþáttum.

Advisors:  Gunnar Þór Gunnarsson, Senior Geoscientist at Reykjavík Engergy and Halldór Geirsson, Associate Professor at the Faculty of Earth Sciences, University of Iceland 
Examiner: Grímur Björnsson, Geothermal Reservoir Engineer at Warm Arctic

Abstract 
The Hengill geothermal system is located in southwest Iceland and has been producing electricity and hot water for several decades from two main fields: Hellisheiði and Nesjavellir. These fields show different fluid characteristics, which can be classified as low, medium, and high enthalpy. The current reservoir simulation model includes the production wellbores as sink elements, in most cases unable to represent the boiling processes in high-enthalpy wells possibly because of additional under-represented pressure drawdowns inside the reservoir, leading to the mismatch of the predicted enthalpies. The present work aims to examine the main geothermal system characteristics and then generate an enthalpy history match improvement workflow to experiment and include simple and computationally inexpensive local refinements to the grid, both in sector and fullscale setups. These experiments generate different enthalpy time series and are compared to the actual field measurements in quantitative ways, with promising results. Alongside the calculations, the detection of important uncertainties is noted.

Leiðbeinandi: Gunnar Þór Gunnarsson,  sérfræðingur hjá Orkuveitu Reykjavíkur
Einnig í meistaranefnd: Magnús Tumi Guðmundsson, prófessor við Jarðvísindadeild HÍ og Bryndís Brandsdóttir, vísindamaður við Jarðvísindastofnun Háskólans
Prófdómari: Jean-Claude C. Berthet, eðlisfræðingur hjá Verkfræðistofunni Vatnaskil

Ágrip
Jarðhitakerfi Hengilsins, 30 km austur af Reykjavík er mikilvæg orkuauðlind fyrir höfuðborgarsvæðið. Hengillinn er staðsettur á flekaskilum Mið-Atlantshafshryggsins sem þverar Ísland frá SV til NE. Hitagjafar jarðhitakerfisins eru ekki að fullu þekktir. Í þessu verkefni var hermireikningum beitt til að kanna frekar hvort jarðhitakerfi líkt og á Hengilssvæðinu geti myndast fyrir tilstuðlan endurtekinna grunnra kvikuganga. TOUGH2 hermilíkan með dýpt um 4 km og einfaldaðan lektarstrúktur, svipaðan Hengilskerfinu, var búið til og reikningar framkvæmdir með iTOUGH2-EOS1sc ástandsjöfnum fyrir vatn upp að og við yfirmarksaðstæður. Hermd voru endurtekin ganga innskot upp á mismunandi dýpi. Lengd innskotanna var um 2 km og breidd um 25 m sem samsvarar reki flekanna á um  1.250 árum miðað við meðalrekhraða upp á 2 cm/ár.  Niðurstöðurnar sýna að endurtekin 900°C heit innskot undir bergþrýstingi, sem ná upp undir eða inn í leka hluta kerfisins, mynda hitastrúktúra svipaða því sem sést í Hengilskerfinu á um 5-10 þúsund árum.  Jarðhitavökvinn í kerfunum er mestmegnis í vökvafasa, nema nærri eða ofan við innskotin þar sem hann er í gufufasa eða á formi tveggja fasa vökva, upp undir 150 árum eftir að  innskotið á sér stað. Samanburður á niðurstöðum líkanreikninganna og gagna frá Nesjavöllum á norðanverðu Hengilssvæðinu, sýnir að hitagjafar jarðhitakerfa með svipaða staðsetningu og Hengilssvæðið geta verið endurtekin grunn ganga innskot.

Advisor: Gunnar Þór Gunnarsson, Senior Geoscientist at Reykjavík Engergy
Also in the masters committee: Magnús Tumi Guðmundsson, Professor at the Faculty of Earth Sciences, University of Iceland and Bryndís Brandsdóttir, Research Scientist at the Institute of Earth Sciences, University of Iceland
Examiner: Jean-Claude C. Berthet, Physicist at Vatnaskil, Consulting Engineers

Abstract 
The Hengill geothermal system in SW Iceland, is an important energy source for the Greater Reykjavík Region. It is located within the rifting zone of the Mid-Atlantic Ridge crossing Iceland from SW to NE. Extensive studies of structure and permeability have taken place, but details of heat transfer from intrusions/magma are poorly known. A modelling study is presented with the aim to further study the hypothesis that geothermal systems like Hengill, can be formed by repeated shallow dike intrusions. A TOUHG2 model using the iTOUGH2-EOS1sc module, with depth of 4 km and permeability structure similar to what is seen in the Hengill system, was made. Repeated dike intrusions reaching different depths were modelled. Each intrusion was modelled as ~2 km long and ~25 m wide, the width required to occupy the space generated by plate separation velocity of 2 cm/year over a ~1,250 year period. The results show that repeated dike intrusions under lithostatic pressure and with temperature of 900°C, reaching up to or into the permeable formation above 2.5 km, can form high temperature geothermal systems in about 5-10 thousand years. The systems modelled are mainly liquid dominated, except for steam and two-phase conditions near or above the cooling dike, lasting for up to 150 years after the diking event. Comparison of the modelling results with data from Nesjavellir in the Northern part of the Hengill system, support that hypothesis that heat sources of volcanic geothermal systems in similar settings as Hengill, can be repeated shallow magmatic intrusions.

Leiðbeinendur:  Þorsteinn Sæmundsson, aðjúnkt við Líf- og  umhverfisvísindadeild HÍ, Daniel Ben-Yehoshua, doktorsnemi í umhverfisfræði  og  Greta H. Wells, nýdoktor við Jarðvísindastofnun Háskólans
Prófdómari:  Anja Dufresne, vísindamaður við RWTH Aachen University, Þýskalandi

Ágrip
Stór flóð geta haft mikil áhrif á landslag bæði vegna rofs og setmyndunar. Sú landmótun getur átt sér stað á mjög stuttum tíma, jafnvel mínútum. Þann 15. janúar 1967 féll berghlaup á Steinsholtsjökul og ofan í jökullón hans, við norðanverðan Eyjafjallajökul, á Suðurlandi. Berghlaupið olli miklu hamfarflóði niður Steinsholtsdal, sem skildi eftir sig einstakar jarðmyndanir í flóðfarveginum. Meginmarkmið þessarar rannsóknar er að kortleggja og greina, með flygildum og starfrænum landhæðarlíkönum (DEM) bæði fyrir (1960) og eftir (1967) flóðið, yfiborðsbreytingar og rúmmálsbreytingar sem áttu sér stað í flóðinu. Straumfræðlegir reikningar, rúmmálsmælingar og lögun hólaþyrpinga (Hummocks) í dalnum voru notaðar til að greina dreifingu setmyndana og straumhraða flóðsins. Niðurstöður sýna að berghlauið var um ~20 M m3 að stærð. Miklar breytingar urðu í Steinsholtsdal í kjölfar flóðsins og mynduðust meðal annars þrjár hólaþyrpingar, auk þess sem mikið magn grjóthnullunga fluttist með hlóðinu og einnig mynduðust mörg jökulker í kjölfgarið. Sú landmótun sem átti sér stað í dalnum var notuð við greiningar á ýmsum þáttum flóðsins (s.s. meðaldýpi, meðal rennslishraði og magni hlaupvatns). Þessi rannsókn eykur skilning okkar á fjölbreytileika og margbreytileika hamfaraflóða sem verða vegna skriðufalla í jökullón, sem gætu orðið oftar í framtíðinni vegna áhrifa loftslagsbreytinga á háfjallasvæðum.

Advisors:  Þorsteinn Sæmundsson, Adjunct Lecturer at the Faculty of Life and Environmental Sciences, Daniel Ben-Yehoshua, Doctoral Graduate Student in Environmental Studies and  Greta H. Wells, Post doc at the Institute of Earth Sciences, University of Iceland
Examiner: Dr. Anja Dufresne, Senior Scientist at RWTH Aachen University, Germany

Abstract 
High-magnitude floods are extreme geologic agents, transforming landscapes through erosion and deposition within a matter of minutes. On January 15th, 1967, a rockslide fell onto the Steinsholtsjökull outlet glacier and into its proglacial lake on the northern flank of the Eyjafjallajökull ice cap in South Iceland. The rockslide caused a catastrophic glacial-lake outburst flood down Steinsholtsdalur valley, the Steinsholtshlaup, producing a unique geomorphological imprint along the flood path. The primary goal of this study was to analyze the post-flood geomorphology with drone surveys, Digital Elevation Models (DEMs) of pre- (1960) and post-flood (1967) surfaces, volumetric calculations, and field mapping. Palaeohydraulic calculations, rockslide volumes, and hummock morphology were used to assess landform formation and the redistribution of debris, and the flow hydrology of the flood. Our results show that the initial rockslide displaced ~20 M m3 of bedrock, which was deposited and reworked throughout Steinsholtsdalur, forming three distinct sets of large sediment hummocks, boulder erratics, boulder bars, and kettle holes. The morphology of these features was analyzed concerning their deposition post-Steinsholtshlaup to advance our understanding of calculated flood parameters (e.g., mean flow depth, average flow velocity, and discharge). This study extends our understanding of the variety and complexity of outburst floods from rockslides into proglacial lakes, which may occur more frequently in the future due to impacts of climate change in high-mountain regions.

Leiðbeinendur:  Maxwell Christopher Brown, Institute for Rock Magnetism, Department of Earth and Environmental Sciences, University of Minnesota
Prófdómari: Haraldur Auðunsson, dósent og forstöðumaður kennslu við Háskólann í Reykjavík

Ágrip
Ísland er birtingarmynd Mið-Atlantshafshryggjarins ofansjávar. Basalthraun landsins varðveita sveiflur í segulsviði jarðar síðustu 16 milljón árin. Landslag Íslands hefur mótast í gegnum röð hlýskeiða og jökulskeiða, sem skilið hafa eftir sig gljúfur og jökulsorfna dali sem afhjúpa berglagastaflann og veita gott aðgengi fyrir bergsegul- rannsóknir. Rannsóknir í bergsegulfræði hófust á sjötta áratug síðustu aldar, síðan þá hefur yfirgripsmikil kortlagning á stefnubreytingum í jarðsegulsviðinu náðst með mælingum á berglögum víða á landinu. Rannsókn á segulstefnu og seguleiginleikum hraunlaga af Lundarhálsi og England- shálsi í Borgarfirði endurspegla þróun jarðsegulssviðsins á myndunartíma þeirra samkvæmt segultímakvarða Oggs frá 2012. Niðurstöður mælinga á segulstefnum á vettvangi og með nákvæmari mælitækjum á rannsóknarstofu voru túlkaðar með PuffinPlot hugbúnaðinum. Alls stóðust 591 af 766 sýnum áræðanleikapróf (α95 <15° and k >50) og segulstefna 101 hraunlags var ákvörðuð miðað við tvípól í gengum miðju jarðar, þegar staðsetning sýndar-jarðsegulskauta (VGP) var ákvörðuð. Niðurstöður mælinga á sýndar-jarðsegulskautum voru bornar saman við segultí- makvarðann til að tengja saman jarðlagastaflana og greina eyður í tímaskalanum. Mælingarnar gefa til kynna þrjú tímabil, Mammoth, Kaena og Gauss-Matuyama mörkin, þar sem segulsviðið umpólast. Rétt segulmögnuðu segulpólarnir eru staðset- tir við Grænland og Norður-Kanada en á tímabilum þegar segulskautin fara á flakk (excursional) mælast sýndar-segulskaut nærri Japan. Öfugu sýndar-segulskautin (λp=75°S) liggja við Suðurskautslandið. Jarðsegulskautin hafa flakkað langt frá heimskautunum.

Advisors:  Maxwell Christopher Brown, Facility Manager at the Institute for Rock Magnetism, Department of Earth and Environmental Sciences, University of Minnesota
Examiner: Haraldur Auðunsson, Associated Professor and Director of Teaching at Reykjavik University

Abstract 
As the subaerial continuation of the Mid-Atlantic ridge, Iceland’s basaltic lavas preserve Earth’s magnetic field history for the past 16 million years. Iceland’s mor- phologies are formed by various glacial-interglacial intervals, leaving behind glacial- shaped valleys and gorges, exposing continuous lava sequences favourable for palaeo- magnetic research. The first studies were carried out in the 1950s and ever since, a comprehensive magnetostratigraphy has been accomplished combining palaeoma- gentic data collected around Iceland. This project aimed to address new directional data obtained from Lundarháls and Englandsháls plateau lavas, Western Iceland, through an investigation of their mag- netic polarity with relation to the current Geomagnetic Polarity Time Scale (GPTS) by Ogg (2012). A combination of fieldwork sampling and ensuing laboratory mea- surements obtained directional data derived from principal component analysis (PCA) using the open-source software PuffinPlot. In total, 591 from 766 specimens follow the reliability criteria (α95 <15° and k >50) and magnetic direction of 101 lava flows are determined, whereby their virtual geomagnetic poles (VGP) assuming a geocentric dipole field configuration. Acquired VGP positions provide a relatively continuous magnetostratigraphy. Strati- graphic logs were used to predict the number of missing lavas and correlate the sequences. The VGPs suggest three transitions towards reversed polarities, corre- sponding to the Mammoth subchron, Kaena subchron and the Gauss-Matuyama boundary of the GPTS. The normal polarities yield pole positions at Greenland - North Canada with excursional VGPs plotting near Japan similar to the pole path of the transitional flows. The reversed VGPs yield a pole position (λp=75°S) around Antarctica. However, due to gaps in the sample collection and the presence of ex- cursional lava flows (λp<45°), reversed and normal VGPs do not trend around the North and South Pole.

Leiðbeinendur:  Brynhildur Davíðsdóttir, prófessor í umhverfis- og auðlindafræði við HÍ og Guðni Axelsson, forstöðumaður Jarðhitaskólans
Prófdómari: Marta Rós Karlsdóttir, sviðsstjóri hjá Orkustofnun

Ágrip
Þrátt fyrir mikla möguleika er jarðhiti vannýttur sem uppspretta endurnýjanlegrar orku á heimsvísu. Aukin notkun endurnýjanlegra orkugjafa er nauðsynleg fyrir sjálfbæra þróun og til að uppfylla alþjóðleg loftslagsmarkmið. Þó að jarðhiti teljist endurnýjanlegur þarf að gera ráðstafanir til að tryggja sjálfbæra notkun auðlindarinnar. Þessi rannsókn beitir stöðluðu mati á sjálfbærri nýtingu jarðvarma (GSAP) á þrjú jarðhitaverkefni í Alaska: Chena Hot Springs, Makushin og Pilgrim Hot Springs. Niðurstöður benda til að úrbóta er þörf hvað varðar stjórnun sjálfbærni innan þessarra þriggja verkefna.  Í þessari rannsókn er var einnig beitt aðferðafræði sem notuð er til að meta framleiðslugetu jarðhitaverkefna með tilliti til sjálfbærrar nýtingar. Þær niðurstöður benda til að skorts á gögnum og greiningum og að frekari prófana sé þörf á jarðhitaauðlindunum sem metnar voru. Niðurstöður GSAP fyrir jarðhitaverkefnin í Alaska voru bornar saman við niðurstöður jarðvarmavirkjananna á Hellisheiði og Þeistareykjum á Íslandi. Á heildina litið voru GSAP-einkunnir fyrir virkjanir á Íslandi að meðaltali hærri en fyrir jarðhitaverkefnin í Alaska. Mismuninn má þó rekja að hluta til vankanta á aðferðafræði hins staðlaða mats.  Þrátt fyrir þessa vankanta er niðurstaða þessarar rannsóknar að GSAP er dýrmætt tæki til að meta hvort sjálfbærnimálum sé stýrt nægjanlega vel í Alaska og ætti að nota til úrbóta við framtíðaruppbyggingu jarðhita í ríkinu.

Advisors:  Brynhildur Davidsdottir, Professor in Environment and Natural Resources at the University of Iceland and Guðni Axelsson, Director at GRO-GTP 
Examiner: Marta Rós Karlsdóttir, Director at the The National Energy Authority

Abstract 
Despite its vast potential, geothermal energy is underutilized as a source of renewable energy. The increased use of renewable energy sources is necessary for sustainable development and for meeting international climate goals. While geothermal energy is considered renewable, measures must be taken to ensure the resource’s sustainable production. This research applies the Geothermal Sustainability Assessment Protocol (GSAP) to three geothermal projects in Alaska: Chena Hot Springs, Makushin, and Pilgrim Hot Springs. The subsequent GSAP scores for the Alaskan geothermal projects revealed areas of improvement within the sustainable management of the projects. This research also evaluates the methodologies that were used to assess the production capacities of the geothermal projects against successfully demonstrated methods and principles that support the potential sustainable utilization of a geothermal resource. Results from the sustainable utilization assessment indicate that further testing and monitoring of the geothermal resources is needed to confidently ensure their sustainable utilization. The GSAP results for the Alaskan geothermal projects are compared to those of the geothermal power plants Hellisheiði and Theistareykir in Iceland. Overall, the GSAP scores for the power plants in Iceland are on average greater than those for the geothermal projects in Alaska. However, the disparities in scores may be attributed to limitations within the GSAP itself. Still, this research concludes that the GSAP serves as a valuable tool for assessing the sustainable management of geothermal projects in Alaska and should be considered for future geothermal development in the state.

Leiðbeinendur: Andri Stefánsson, prófessor við Jarðvísindadeild HÍ, Brynhildur Davíðsdóttir, prófessor í umhverfis- og auðlindafræði við HÍ, Barbara Kleine, nýdoktor við Jarðvísindastofnun Háskólans og Deirdre Clark, jarðefnafræðingur hjá ISOR
Prófdómari: Þráinn Friðriksson, sérfræðingur hjá Orkuveitu Reykjavíkur

Ágrip
Áætlað er að orkuþörf Kenýa muni fara ört vaxandi á næstu áratugum í samræmi við stefnu landsins um aukinn iðnað og öflugra hagkerfi. Miðpunktur þess er uppbygging á nýtingu jarðhita í Kenía, sem var 48,4% af raforkunotkun árið 2021. Í tengslum við frekari jarðhitauppbyggingu er búist við að losun koltvísýrings tengdum jarðhita muni aukast, þannig að hættan á kolefnislosun eykst ef mótvægisaðgerðum verður ekki hrundið í framkvæmd. Markmið þessa verkefnis er að skoða möguleika á kolefnisföngun og steinrenningu kolefnis í Olkaria, stærsta virkjaða jarðhitasvæði Kenýa. Jarðhitavirkjunin Olkaria IV er notuð sem tilviksrannsókn. Niðurstöður hvarfferlalíkana sýna að Olkaria trakít hefur 0% möguleika á kolefnisbindingu vegna aukinnar samkeppni tvígildra katjóna við epidote, chlorite og zeolite fasa við hátt hitastig (270°C) jarðhitageymisins, en Olkaria basalt getur bundið allt að 84% af inndældu CO2., þar sem magn koltvísýrings sem hugsanlega er bundið er mjög háð efnasamsetningu niðurdælingarvökvans og aðstæðum jarðhitageymisins. Ef gert er ráð fyrir að núverandi kolefnisföngunargeta úr útblæstri jarðhitavirkjana (föngun 56% af CO2) eigi við í kenískri tilviksrannsókn, þá er hægt að binda um 35 ktCO2 yr-1 úr útblæstri frá Olkaria IV í basöltum Olkaria. Að auki sýnir forskoðun á umhverfisreglugerðum í Kenía sem eiga við starfsemi jarðvarmavirkjana og aðgengi að alþjóðlegri fjármögnun mótvægisaðgerða við loftslagsbreytingum, að umhverfislöggjöf og marghliða leiðir fjármögnunar geta stutt við uppbyggingu föngunar og steinrenningar kolefnis í jarðhitaiðnaði landsins.

Advisors:  Andri Stefánsson, Professor at the Faculty of Earth Sciences, University of Iceland, Brynhildur Davidsdottir, Professor in Environment and Natural Resources at the University of Iceland,  Barbara Kleine, Post Doc at the Institute of Earth Sciences, University of Iceland and Deirdre Clark, Geochemist at ISOR
Examiner: Þráinn Friðriksson, Senior Geoscientist at Reykjavik Energy

Abstract 
Kenya’s primary energy demand is expected to rapidly increase in the next decades in line with its vision for accelerated economic and industrial development. Central to this is the development of Kenya’s geothermal sector, accounting for 48.4% of electricity consumed in 2021. Associated with further geothermal development, geothermal-related CO2 emissions are expected to rise, such that the risk of a carbon lock-in increases if mitigation practices are not implemented. This study aims to determine the feasibility of carbon capture and mineralization (CCM) storage of Kenya’s most developed geothermal field; Olkaria, using the Olkaria IV Geothermal Power Plant as its case study. Reaction path models reveal that the Olkaria Trachyte has 0% carbon sequestration potential due to increased competition for divalent cations with epidote, chlorite and zeolite phases at high reservoir temperatures (270°C) whereas the Olkaria Basalt can sequester up to 84% of injected CO2, where the amount of CO2 potentially fixed is highly dependent on the chemical composition of the injection fluid and reservoir conditions. Assuming present-day carbon capture efficiencies from geothermal exhaust streams (56% CO2 captured) hold true for a Kenyan CCM case-study, ~35 ktCO2 yr-1 of Olkaria IV’s emissions can be stored in Olkaria basalts. Furthermore, a review of Kenyan geothermal-related environmental regulations and accessibility to international climate finance for mitigation projects, suggests that legislation and multilateral finance mechanisms could act to support the deployment of CCM activities in Kenyan geothermal industries.

Leiðbeinendur: Andri Stefánsson, prófessor við Jarðvísindadeild HÍ,  Magnús Þór Jónsson, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild HÍ og Sigrún Nanna Karlsdóttir, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild HÍ
Prófdómari: Sverrir Þórhallsson, sérfræðingur hjá Íslenskum Orkurannsóknum

Ágrip
Verkefnið miðast að því að þróa aðferðafræði til ákvarðanatöku í tengslum við borun á djúpborholum.  Það byggir á þeim lærdómi sem skapast hefur í tengslum við djúpborun í jarðhitakerfi, m.a. IDDP-2 (eldfjalla umhverfi) Molasse Basin (setlög) og United Downs (granít).  Tekin vor viðtöl við  sérfræðinga sem tóku þátt í ofangreindum borverkefnum í tengslum við helstu ákvarðanir sem teknar voru, áskoranir sem komu upp og lausnir sem gripið var til.  Út frá viðtölum og reynslu var sett upp ákvörðunarskema.  Slíkt skema hefur þríþætta tilgang: (1) að veita upplýsingar og stig fyrir ákvarðanatöku sem gerir notendum kleift að taka ákvarðanir sem eru samhæfða hver öðrum, (2) að veita ráðgjöf fyrir ákvarðanatöku og (3) að skilgreina áhættu í tengslum við vandamál sem koma upp og úrlausnaraðferðir. Leiðbeiningarnar þjóna ekki þeim tilgangi að kortleggja alla möguleika sem hugsanlega geta komið upp heldur búa til ramma til greininga og ákvarðanatöku sem hægt er að bæta við og þróa frekar með aukinni reynslu.

Advisors:  Andri Stefánsson, Professor at the Faculty of Earth Sciences, University of Iceland
Magnús Þór Jónsson, Professor at the Faculty of Faculty of Industrial Engineering, Mechanical Engineering and Computer Science, University of Iceland
Sigrún Nanna Karlsdóttir, Professor at the Faculty of Faculty of Industrial Engineering, Mechanical Engineering and Computer Science, University of Iceland
Examiner: Sverrir Þórhallsson, Specialist at ISOR

Abstract 
This study uses learnings from successful deep drilling campaigns in three geological settings—IDDP-2 (in a volcanic setting), Molasse Basin (in a sedimentary setting), and United Downs (in a metagranitic setting)—to construct a decision-making tool to reduce risk in the planning stage of deep geothermal drilling projects. In order to create the decision tool, interviews were set up with drilling specialists from each drilling campaign. Interviewees then discussed major decisions made, challenges faced, and solutions found. Then, a decision tool was constructed based on learnings from each study. 
The decision tool, which is a click-through tool whose architecture is that of a decision tree, serves three purposes: to provide a flow structure for decision-making that allows users to make decisions that are compatible with one another, to provide advice for decisions in tandem with the use of the tool, and to warn of challenges for the specific geological environment selected and choices made based on each case study. Guidance does not include all possible decisions, nor does it warn of all potential risks in a drilling project but is meant to characterize major decisions and challenges faced in the three representative drilling projects.
In the end, this study seeks to provide well-rounded guidance for deep geothermal drilling. Understanding the risks associated with deep drilling in unconventional environments is essential to decision-making with drilling and avoiding failure. A better understanding of drilling to deep geothermal reservoirs may one day be critical step to solving climate change.

Leiðbeinendur: Eniko Bali, dósent við Jarðvísindadeild HÍ og Alberto Caracciolo, nýdoktor við Jarðvísindastofnun Háskólans.
Prófdómari: Kristján Jónasson, jarðfræðingur hjá Náttúrufræðistofnun Íslands

Ágrip
Styrkur aðalefna glers, plagíóklas, ólivíns og klínópýroxens var greindur úr plagíóklas-bráðarinnlyksum úr dílóttu bergi frá eldstöðvakerfi Veiðivatna-Bárðarbungu í eystra gosbeltinu. Sýnum með plagíóklasdílum var safnað úr gjóskugígunum Brandi, Fonti og Saxa, sem eru í sprungusveim Veiðivatna. Sýnin voru mynduð í rafeindasmásjá (SEM) og efnagreind í örgreini (EMPA). Samsetning bráðarinnlyksa var á bilinu Mg# 50 – 64, magn TiO2 og Al2O3 var einnig breytilegt, annarsvegar 0.4 – 1.6 wt.% og hinsvegar 14 – 16 wt.%. Kerfisbundinn breytileiki samsetningar eftir staðsetningu innan hvers kristals var lítill miðað við breytileika milli sýna. Breytileiki í efnasamsetningu milli díla var hinsvegar þó nokkur. Útreiknað hitastig var á bilinu 1183 – 1243 ± 26 °C, með tíðustu gildin á bilinu 1190 – 1220 ± 26 °C. Útreiknaður þrýstingur var 1.6 – 7.0 ± 1.3 kbar (dýpi =  5.7 – 25 km), tíðustu gildi frá 3.0 – 3.7 ± 1.3 kbar (dýpi = 10.7 – 13.1 km). Tíðustu gildi bæði hitastigs og þrýstings lækkuðu lítillega frá kjarna að brún kristalla. Auk efnafræðilegs breytileika var útreiknað hitastig og þrýstingur merkjanlega ólíkur milli díla. Það bendir til þess að jafnvel þó dílarnir hafi orðið til í sama gosi og úr sömu kviku, þá sýni þeir ólíka myndunarsögu.

Advisors:  Enikö Bali, Associate Professor at the Faculty of Earth Sciences, University of Iceland  and Alberto Caracciolo, Post doc at the Institiute of Earth Sciences, University of Iceland
Examiner: Kristján Jónasson, Geologist at the Icelandic Institute of Natural History

Abstract 
Major and minor element concentrations of plagioclase-hosted melt inclusions, plagioclase, olivine, and clinopyroxene crystals were analysed within plagioclase megacryst samples from the Bárðarbunga-Veiðivötn volcanic system in Iceland’s Eastern Volcanic Zone. Plagioclase megacryst samples were collected from the Brandur, Fontur, and Saxi tuff cones, located on the Veiðivötn volcanic fissure swarm. Plagioclase megacryst-hosted melt inclusions, once corrected for post-entrapment crystallisation, ranged in compositions from Mg# 50 – 64, with variable TiO2 and Al2O3 contents of 0.4 – 1.6 wt.% and 14 – 16 wt.%, respectively. The data as a whole show minimal systematic variation of melt inclusion MgO and TiO2 contents with respect to textural position within the megacrysts. However, significant compositional variation was observed between individual samples, and in some cases based on textural position within individual samples. Plagioclase megacrysts were observed to be homogeneous in their major and minor element contents, despite this significant variation in melt inclusion geochemistry. Crystallisation temperature calculated using a liquid-only thermometer gave a range of 1183 – 1243 ± 26 °C, with a modal range of 1190 – 1220 ± 26 °C. Crystallisation pressure calculated using olivine-plagioclase-augite-melt (OPAM) barometry had an estimated range of 1.6 – 7 ± 1.3 kbar (5.7 – 25 km), with a modal range of 3.0 – 3.7 ± 1.3 kbar (10.7 – 13.1 km). Modal values of both temperature and pressure decreased slightly from core to rim. However, as with geochemical variation, both temperature and pressure varied significantly in different megacryst samples. This suggests that despite being erupted during the same event, and from the same carrier liquid, individual megacrysts reveal significantly different formation histories. Secondly, the megacrysts preserve very different information and processes compared to what has been observed from macrocrysts from the same localities.

Leiðbeinendur:
Þorvaldur Þórðarsson, prófessor við Jarðvísindadeild HÍ
William M. Moreland, aðstoðarmaður við Jarðvísindastofnun Háskólans
Bruce F. Houghton, prófessor við University of Hawai‘i

Prófdómari: Richard J Brown, dósent við Durham University

Ágrip
Yngra Stampagosið árið 1210-11 á Reykjanesi markar upphaf Reykjaneselda sem stóðu yfir á árunum 1210-40. Reykjaneseldar samanstanda af allt að fimm eldgosum; Yngra Stampagosinu 1210-11, þremur neðansjávargosum á árunum 1223, 1226-7 og 1231, og það fjórða hugsanlega 1238. Gosið árið 1226-7 er almennt talið vera sá atburður sem myndaði gjóskulag sem finnst víða í jarðvegi á Suðvesturlandi og kallast Miðaldarlagið. Fyrsti fasi gossins 1210-11 var sprengigos við strönd Reykjaness sem myndaði gjóskukeiluna Vatnsfell. Annar fasi var einnig sprengigos sem kom upp um gíg um 500 m út frá ströndinni og myndaði gjóskukeilu sem kennd er við Karlinn. Þriðji fasi gossins var hraungosið á Stampagígaröðinni, sem er 4 km löng og myndaði yngsta hraunið á Reykjanesi. Innri lagskipting gjóskukeilanna sýnir að þær hafa hlaðist upp af gjóskuseti sem myndað var af margendurteknum gusthlaupum og gjóskufalli, sem stundum voru samtíma. Upphaflegt rúmmál Vatnsfells er metið um 0.006 km3, en rúmmál Karlsins er talið vera um 0.044 km3. Miðaldarlagið, sem er eina gjóskulagið frá Reykjaneseldum er talið hafa verulega útbreiðslu á landi og er rakið til gossins árið 1226-7. Nýlega fundust tvö gjóskulög sem eiga uppruna sinn í Reykjaneseldum í setkjarna frá Hestvatni, um 100 km austan við Reykjanes, sem vekja upp spurningar um þessa ályktun. Það efra er 0,2 sm þykkt og áætlaður aldur þess er 1226. Það neðra er 0,4 sm þykkt og er áætlaður aldur þess 1211. Það er hægt að skýra tilvist þessara tveggja gjóskulaga með því að skipta Miðaldarlaginu upp í tvo gjóskugeira; einn með austlæga útbreiðslu og útbreiðsluás sem liggur með suðurströnd Reykjanesskagans og annan með norðlægari útbreiðslu og ás í stefnu á Reykjavík. Ný útbreiðslukort byggð á þessari hugmynd gefa til kynna að rúmmál gjóskufallsins frá gosinu 1226-7 er um 0.09 km3 og það frá sprengifösum gossins árið 1210-11 (þ.e. Yngra Stampagosið) er um ∼0.11 km3. Heildarrúmál gjósku í hvorum atburði fyrir sig er þá um 0.16 km3. Þó að það þurfi að staðfesta þessa hugmynd með frekari rannsóknum þá sýnir hún fram á mikilvægi slíkra rannsókna, því ef gosið í Fagradalsfjalli 2021 hefði komið nokkrum kílómetrum sunnar, þá hefði gosstaðurinn verið í sjó.
Kvikan sem kom upp í gosinu er þóleiít (MgO 6.0-7.5 wt%) og inniheldur stöku ólivín díla (Fo78 to Fo84) og plagíóklas stórdíla (An87 to An91). Glerinnlyksur í plagíóklasdílum skiptast í tvo samsetningarhópa; (1) innlyksuhópur sem hefur samsetningu sem samsvarar samsetningu hýsilbráðarinnar og (ii) hópur sem hefur mun frumstæðari samsetningu, með MgO styrk á bilinu 9-11.5 wt%. Samkvæmt (i) er upprunalegur brennisteinsstyrkur kvikunnar 1430±150 ppm (N=6), en styrkur gjóskunnar eftir afgösun er 485 ± 70 ppm S (N=51). Þetta gefur til kynna að 1210-11 gosið setti af sér ∼ 0.7 ±0.03 Tg af SO2 út í andrúmsloftið. Svipað magn leystist úr læðingi í gosinu 1226-7. Í báðum tilfellum var brennisteinslosunin svipuð og í gosinu í Fagradalsfjalli árið 2021, en þó líklega yfir styttri gostíma. Mælingar á basískum vikurkornum frá sprengigosunum 1210-11 sýna eintoppa, vinstri skekkta dreifingu með hágildi í blöðrumagni á bilinu 90-95% og spönn allt að 40%. Þessar niðurstöður benda eindregið til þess að blöðrumyndun hafði þróast frá kjarnamyndun yfir í óhindraðan blöðruvöxt og -samruna, sem líklega leiddi til magmatískrar sundrunar á kvikunni skömmu áður en hún komst í snertingu við utan-að-komandi vatn (þ.e. sjó). Með öðrum orðum, það var þensla kvikugasa sem orsakaði sprengivirknina og áhrif sjávarins á þessa sprengivirkni afmarkaðist við frekari sundrun vegna hraðkælingar á heitum og blöðróttum gjóskukornunum.

Advisors:  Þorvaldur Þórðarsson, Professor at the Faculty of Earth Sciences, University of Iceland
William M. Moreland, Assistant at the Institute of Earth Sciences, Univeristy of Iceland
Bruce F. Houghton, Professor at the University of Hawai‘i at Mano

Examiner: Richard J Brown, Associate Professor at Durham University

Abstract 
The 1210-11 CE Younger Stampar eruption at Reykjanes started the 1211-1238 CE Reykjanes Fires. The fires featured up to five discrete events: the 1210-11 CE eruption, three offshore eruptions in 1223, 1226-7 and 1231 CE, and a possible fourth in 1238 CE. The 1226-7 eruption is considered the source of the Medieval tephra, a well-known marker layer in SW Iceland. First phase of the 1210-11 CE eruption, a Surtseyan phase just offshore of Reykjanes, forming the Vatnsfell tuff cone, was followed by the second Surtseyan phase 500 m offshore, forming the larger Karlsgígur tuff cone, and then by a subaerial activity forming the 4km-long Stampar spatter cone row and lava flow field. The two tuff cones consist of alternations of pyroclastic surge and tephra fall units, intercalated with units from simultaneous deposition from surge and fall and have volumes of ∼0.006 km3 and ∼0.044 km3. The Medieval tephra is the only widespread tephra layer from the 1210-1238 Reykjanes Fires inferred to be present in soil profiles in SW-Iceland. This inference is challenged by identification of two consecutive tephra layers from the 1210-1238 Fires in sediment cores from Lake Hestvatn, 100 km E of Reykjanes. The 0.2-cm thick upper layer is from 1226 CE and the 0.4 cm-thick lower layer from 1211 CE. Hence, it possible that what has been hitherto identified as a single tephra layer (i.e. the Medieval tephra) represents two tephra layers. Namely, one sector with a E-SE dispersal axis hugging the southern coast of the Reykjanes Peninsula (RP); another with a dispersal axis extending over the northern part of the RP. New dispersal maps for each sector indicate tephra fall volumes for the 1226 CE (Medieval tephra) eruption of ∼0.09 km3 and ∼0.11 km3 for the Surtseyan phases of the 1210-11 CE Younger Stampar eruption. This implies a total volume of 0.16 km3 for each event. Whilst these inferences require verification via further studies, they highlight importance of such studies because event similar to that of the 1211 or 1226 CE Surtseyan eruptions could have unfolded in 2021 if the Fagradalsfjall eruption were shifted by a few kilometres to the south to an offshore setting.
The erupted magma is tholeiitic basalt (MgO 6.0-7.5 wt%) with sporadic olivine phenocrysts (Fo78 to Fo84) and dispersed plagioclase macrocrysts with core composition of An87 to An91. Two compositionally distinct groups of plagioclase-hosted melt inclusions are identified: one with composition comparable to the host magma and another more primitive in composition with higher MgO, ranging from 9-11.5 wt%. With original mean sulfur content of 1430±150 ppm (N=6) and residual sulfur content ∼485 ± 70 ppm (N=51), imply that ∼ 0.7 ±0.03 Tg of SO2 were released into the atmosphere during these two early Surtseyan phases of the 1210-38 Reykjanes Fires. Similar sulfur mass was released by the 1226-7 CE eruption. In both cases the sulfur outgassing is on par with that of the 2021 Fagradals eruption, although it may have been released over shorter time interval. Clast vesicularity measurements reveal unimodal, left-skewed vesicularity distributions with modes of 90-95% and a range of ∼40% for the lapilli-pumices from the Younger Stampar phreatomagmatic eruption phases. These results indicate that magma had gone through vesicle nucleation to free growth and coalescence and probably initial dry (magmatic) fragmentation prior to contact with external water. The evidence strongly suggests that expansion of exsolved magmatic gases was the driver of explosivity and that the role of external water in these phreatomagmatic stages of the 1211 CE eruption was confined to secondary quench granulation.

Leiðbeinendur: Eniko Bali, dósent við Jarðvísindadeild HÍ and Tobias Björn Weisenberger
Umsjónarkennari: Guðmundur Heiðar Guðfinnsson, fræðimaður við Jarðvísindastofnun Háskólans

Prófdómari: Anette Kærgaraard Mortensen, verkefnisstjóri hjá Landsvirkjun

Ágrip
Í þessari rannsókn er jarðlögum og jarðhitaummyndun í hinni 3280 m djúpu borholu HLS-EX á Hululais-jarðhitasvæðinu á eynni Súmötru í Indónesíu lýst. Borsvarf og borkjarnar voru skoðaðir með víðsjá og bergfræðismásjá, leirsteindir voru greindar með röntgentæki (XRD) og efnasamsetning bergsýna var greind með ICP-OES-tæki og glæðitapsmælingu (LOI). Þessi gögn voru samnýtt með borholumælingum.
Átta berggerðir fundust í borholunni, ummynduð andesít- og dasíthraun, basaltískt díórít-, díórít- og granódíórítinnskot, andesít- og dasítgjóskuberg og gosþursti. Andesítberg er ríkjandi (70%) í holunni. Merki sjást um kvikuþróunarferli í því bergi sem er lítillega og miðlungs ummyndað. Neikvæð fylgni milli MgO og Na2O, K2O, SiO2 og Zr gefur til kynna utangarðshegðun síðarnefndu efnanna í andesítkvikunni sem flest sýnin eiga uppruna sinn úr. Hins vegar lækkar styrkur CaO með lækkandi styrk MgO vegna hlutkristöllunar plagíóklass, styrkur FeO lækkar þegar Fe-Mg-siliköt (pýroxen og amfiból) kristallast og styrkur TiO2 lækkar vegna kristöllunar Fe-Ti-oxíða.
Stig ummyndunar í sýnunum hefur jákvæða fylgni með glæðitapsmælingum, sem gefur til kynna að flest sýnanna séu mjög ummynduð, sérstaklega gjóskubergssýnin og gosþurstinn. Jarðhita-ummyndunarbelti eru flokkuð sem smektítbelti, epidót-illítbelti og sekúndert bíótítbelti. Þó svo mældur hitaferill í holunni sé aðeins lægri en steindahitamælar gefa til kynna er um að ræða háhitaholu. Jarðhitummyndunarferli hafa leitt til jarðefnafræðilegra breytinga á storkuberginu. Mikil færsla var á bæði aðal- og snefilefnum af völdum ummyndunarinnar, en meðal aðalefna virðist MgO vera minnst hreyfanlegt. Eftirtalin ummyndunarferli greindust: kísilauðgun sem leiðir til aukins magns SiO2, klórítummyndun og oxun sem auka heildarmagn járns, auðgun í Na2O af völdum albítummyndunar í sumum sýnum, á meðan kaólínummyndun á prímeru plagíóklasi leiddi til lækkunar á styrk Na2O í öðrum sýnum. Niðurbrot á plagíóklasi leiðir til hreyfinga á CaO og útskolunar á kalsíni í bergi sem hefur orðið fyrir jarðhitaumynduninni.

Advisors:  Enikö Bali, Associate Professor at the Faculty of Earth Sciences, University of Iceland  and Tobias Björn Weisenberger
Faculty coordinator: Guðmundur Heiðar Guðfinnsson, Research Scholar at the Institute of Earth Sciences, University of Iceland

Examiner: Anette Kærgaraard Mortensen,Project Manager at Landsvirkjun

Abstract 
This study characterizes the stratigraphy and hydrothermal alteration of the 3280 m deep HLS-EX well, in the Hululais geothermal field, Sumatra Island, Indonesia. Rock cuttings and cores were examined through stereo- and optical microscope, clay minerals were determined by X-ray diffractometry (XRD) and whole-rock compositions were studied by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry (ICP-OES) and loss on ignition (LOI). These obtained data were combined with the results of drilling logs.
Eight rock types were distinguished in the borehole, including altered andesite and dacite lavas, intrusions of basaltic diorite, diorite, and granodiorite, andesitic and dacitic tuff, and volcanic breccia. Andesitic rocks dominate (~70%) in the borehole. Magmatic differentiation process was observed in the slightly to moderately altered rocks. The negative correlation between MgO and Na2O, K2O, SiO2, and Zr indicates the incompatibility of these components in the andesitic magma from which most of the samples are derived. On the other hand, CaO decreases with MgO due to the crystal fractionation of plagioclase, FeO concentration decreases during the crystallization of Fe-Mg silicates (pyroxene and amphibole), and TiO2 decreases due to the crystallization of Fe-Ti oxides.
The alteration intensity observed in the samples shows a positive correlation with the loss on ignition measurements, suggesting most of the samples are highly altered, especially in the pyroclastic tuff and volcanic breccia. Hydrothermal alteration zones are categorized as the smectite zone, epidote-illite zone, and secondary biotite zone. Although it is slightly lower than the geothermometer profile, the measured borehole temperature trend is similar, representing a high-temperature geothermal well. Hydrothermal alteration processes have resulted in the geochemical modification of the magmatic rocks. Major and trace components were intensively mobilized during the alteration processes, and MgO was found to be the least mobile major component. The following processes were observed: silicification that results in an increase in SiO2, chloritization and oxidation, which cause an increase in total iron, enrichment of Na2O during albitization in some samples, whereas in the other samples, kaolinization of primary plagioclase decreased the Na2O concentration. Plagioclase breakdown leads to the mobilization of CaO and the leaching of calcium in the hydrothermally altered rocks.

Leiðbeinendur: Halldór Geirsson, dósent við Jarðvísindadeild HÍ og Anette Kærgaard Mortensen, verkefnisstjóri hjá Landsvirkjun
Umjónarkennari: Bryndís Brandsdóttir, vísindamaður við Jarðvísindastofnun Háskólans
Prófdómari: Sigurjón Jónsson, prófessor við KAUST - King Abdullah University of Science and Technology

Ágrip
Þróun bergspennu innan og umhverfis jarðhitakerfis getur haft umtalsverð áhrif á flæði vökva í kerfinu. Til eru almenn líkön og stöku mælingar á bergspennum á Íslandi, en ekki hefur verið þróað sértækt líkan af spennubreytingum fyrir Þeistareyki, sem er háhitasvæði á NA-landi, hingað til.
Sett var upp líkan af árvissum breytingum í bergspennum í jarðhitasvæði Þeistareykja. Sérstaklega voru skoðuð áhrif flekahreyfinga og þrýstibreytinga í rótum eldstöðvakerfa á ýmis misgengi með mismunandi strikstefnu og halla. Jarðskorpuhreyfingar í líkaninu voru bornar saman við GNSS mælingar. Einnig voru brothreyfingar í borholum notaðar til að ákvarða strikstefnu viðtakamisgengja og leggja mat á spennuástand í jarðhitakerfinu. Með líkaninu var skoðað sérstaklega hvernig bergspennur í jarðhitakerfinu breytast við meiriháttar atburði á svæðinu, til dæmis stóran jarðskjálfta á Húsavíkur-Flateyjar misgenginu, gangainnskot, eða kvikuinnskot.
Líkanið sýnir að spennusöfnun vegna flekahreyfinga eru ráðandi þáttur í spennubreytingum á svæðinu. Einnig sýnir líkanið að af þremur algengustu strikstefnum á svæðinu þá sýna N-S misgengi mestu árvissu breytingar í Coulomb spennu. Misgengi sem stefna ANA-VSV og VNV-ASA finna aftur á móti óreglulegri spennubreytingar yfir svæðið. Stærri atburðir, eins og jarðskjálfti á Húsavíkur-Flateyjarmisgenginu, hafa mikil áhrif á bergspennur á Þeistareykjavæðinu. Spennubreytingar við Tjarnarásmisgengið við Þeistareyki eru í samræmi við skjálftavirkni sem mældist þar áður en jarðhitavinnsla hófst. Almennt er einfalt að aðlaga aðferðina sem þróuð var hér að öðrum jarðhitasvæðum. Niðurstöðurnar nýtast til að velja staðsetningar nýrra borhola, til að meta stöðugleika borhola, til að skilja jarðskjálftavirkni á svæðinu betur, til að spá fyrir um spennubreytingar og sprunguhreyfingar í framtíðinni, eða til notkunar í tölulegum líkönum af jarðhitakerfinu. 

Advisors: Halldór Geirsson, Associate Professor at the Faculty of Earth Sciences, University of Iceland and Anette Kærgaard Mortensen, Project Manager at Landsvirkjun
Faculty coordinator: Bryndís Brandsdóttir, Research Scientist at the Institute of Earth Sciences, University of Iceland
Examiner: Sigurjón Jónsson, Professor at KAUST - King Abdullah University of Science and Technology

Abstract 
The evolution of rock-stresses within and around a geothermal reservoir can have important implications for the evolution of fluid flow in the system. While countrywide stress models for Iceland are available, a detailed stress model of the Theistareykir region, a high-temperature geothermal field in NE-Iceland, has never been compiled.
A general stress change model of the Theistareykir Geothermal Field was developed containing yearly stress contributions from plate spreading and volcanic sources applied to faults and fractures with varied orientations. The deformation in the model was compared with GNSS measurements. Borehole breakout measurements were used to verify the governing fault and stress orientations at depth. Further modeling was performed to determine the stress state after geophysical events in the region, such as a major earthquake on the Húsavík-Flatey Fault, dike intrusions, rifting, or volcanic uplift, to determine the future impact they could have on the geothermal area.
The model shows that the plate motion governs the annual stress changes in the area. The results show that of the three dominating fault directions in the region, N-S trending faults have the highest susceptibility to receive positive yearly Coulomb stress change. In contrast, ENE-WSW and WNW-ESE trending faults have more complex stress patterns that are highly spatially dependent. Modeling of potential scenarios predicts that future geophysical events can drastically alter the stress state in the Theistareykir geothermal area. Stress modeling along the Tjarnarás fault matches seismicity in the pre-production period. The method can easily be adapted at other geothermal locations worldwide. Future studies benifit from this work for use in well placement, well stability, understanding seismicity and fault movements, and as input into further numerical reservoir models.

Leiðbeinandi: Ívar Örn Benediktsson, fræðimaður á Jarðvísindastofnun Háskólans
Prófdómari: Lilja Rún Bjarnadóttir, Geological Survey of Norway

Ágrip
Ísstraumar gegna veigamiklu hlutverki fyrir stöðugleika meginjökla þar sem þeir skila frá þeim gríðarlegu magni af ís og seti og skilja eftir sig einkennandi landmótun. Ílöng jökulræn landform, m.a. jökulöldur (e. drumlins) og risakembur (e. mega scale glacial lineations), eru til marks um hratt streymi jökuls og tilvist ísstrauma. Þessi landform eru talin vera mikilvæg vísbending um streymi íss og innri gerð þeirra getur varpað ljósi á ríkjandi ferla á mótum íss og undirlags. Í þessu verkefni voru jökulöldur og risakembur í Bárðardal á Norðurlandi rannsakaðar með áherslu á innri gerð þeirra í því skyni að varpa ljósi á myndun þeirra og tengingu við fornan ísstraum innan íslenska meginjökulsns. Þrjár opnur voru kortlagðar og rannsakaðar með tilliti til skipanar setlaga, kornastærðar og ávala og kýlni korna, en þar að auki var lega landformanna kortlögð á grunni loftmynda og ArcticDEM hæðarlíkansins til að varpa ljósi á dreifingu landformanna og umfang hins forna ísstraums. Niðurstöður rannsóknarinnar benda til þess að jökulöldur og risakembur í Bárðardal samanstandi aðallega af flögóttum (e. fissile) jökulruðningi en einnig af fínkornóttu lagskiptu seti. Setlögin bera merki um talsverða hnígandi (e. ductile) aflögun. Það gefur líklega til kynna að vatnsþrýstingur undir ísstraumnum hafi verið hár og stuðlað að auknum skriðhraða. Um það bil 30% landformanna í Bárðardal hafa lengdarhlutfall 10:1 eða hærra og flokkast þar með sem risakembur, sem styðja við tilvist ísstraums á svæðinu. Dreifing landformanna bendir til þess að ísstraumurinn hafi verið að minnsta kosti 16 km breiður og 62 km langur. Rannsóknin gefur gott dæmi um tilvist og umfang ísstrauma undir íslenska ísaldarjöklinum og varpar ljósi á myndun landforma undir hraðskreiðum jöklum.

Advisor: Ívar Örn Benediktsson, Research Scholar at the Institute of Earth Sciences, University of Iceland
Examiner: Lilja Rún Bjarnadóttir, Section leader at Geological Survey of Norway 

Abstract 
Ice streams are important constituents of ice sheets as they drain massive amounts of ice and sediments to the margins and leave distinct geomorphological signatures on the ice sheet bed. Streamlined subglacial bedforms (SSBs), including drumlins and mega scale glacial lineations (MSGLs), have been firmly linked to fast ice flow. They are considered an important geomorphological signature of ice streaming, and their internal composition and structure shed light on the processes prevailing on ice stream beds. For this project, drumlins and MSGLs in Bárðardalur, north Iceland, are mapped and studied with the aim of revealing their formational processes and configuration of palaeo-ice streaming within the Icelandic Ice Sheet (IIS). Detailed morphological mapping and spatial analysis of the drumlins and MSGLs were carried out and their sedimentological and internal architecture was studied in three sections. The results reveal that drumlins and MSGLs in Bárðardalur are primarily composed of fissile diamict, with rafts and lenses of sorted sediments that show ductile deformation, which potentially indicates that high subglacial water pressure enhanced the fast flow. Roughly 30% of the bedforms have an elongation ratio of ≥10:1 and are classified as MSGLs, supporting the conclusion of a palaeo-ice stream bed. The distribution of the streamlined subglacial bedforms suggests a minimum width and length of the palaeo-ice stream of 16 km and 62 km, respectively. This research elucidates the existence and scope of ice-streams in the IIS and contributes towards further understanding of drumlin and MSGL formation under actively streaming ice.