PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM Természettudományi Kar Földtudományok Doktori Iskola
A Bodai Aleurolit Formáció ciklussztratigráfiai vizsgálata
Halász Amadé
Doktori értekezés tézisei
PÉCS, 2011
A doktori iskola címe:
Földtudományok Doktori Iskola
A doktori iskola vezetıje: Dr. Dövényi Zoltán DSc egyetemi tanár, a földrajztudományok doktora, intézetigazgató PTE TTK Földrajzi Intézet Magyarország Földrajza Tanszék
A doktori témacsoport címe:
Földtan
Vezetıje: Dr. habil. Budai Tamás DSc geológus, az MTA doktora, tudományos tanácsadó PTE TTK Környezettudományi Intézet
A disszertáció tudományága: Témavezetıje:
Földtan
Dr. Konrád Gyula CSc geológus, a földtudományok kandidátusa, tanszékvezetı, egyetemi docens PTE TTK Földrajzi Intézet Földtani Tanszék Dr. habil. Budai Tamás DSc geológus, az MTA doktora, tudományos tanácsadó PTE TTK Környezettudományi Intézet
Bevezetés, kutatási elızmények
A nagy aktivitású radioaktív hulladékok egyik potenciális befogadó kızetének, a Bodai Aleurolitnak és földtani környezetének, a NyugatMecseknek a kutatása több évtizedre nyúlik vissza. A tárolóhelynek alkalmas terület kiválasztásához szükséges a formáció részletes földtani ismerete. Az alkalmasság megítélésben fontos szempont a képzıdmény egyveretősége, homogenitása. Noha a szakirodalom a nagy vastagságú képzıdményt egyhangú, homogén felépítésőnek írja le, az valójában négy, makroszkóposan is elkülöníthetı kızettípusból épül fel, ami lehetıséget nyújt a ciklusvizsgálatra.
Célkitőzések
A célkitőzéseim a következık voltak: • a képzıdmény ciklusosságának kis- és nagyléptékő vizsgálata, valamint a jellemzı ciklusok, csonkaciklusok, ritmusok definiálása, képzıdési környezetének leírása; • a modális, tipikus és reális ciklusok meghatározása, jellemzése; • a litológiai és szedimentológiai típusok meghatározása és azok ciklusokhoz köthetıségének vizsgálata; • a színváltozás, a szövet, a szerkezet és a geofizikai tulajdonságok alapján meghatározott ciklusok összevetése-elemzése;
1
• a ciklusok és ritmusok vastagságának statisztikai vizsgálata (a ciklusok és ritmusok vastagságainak változékonysága, eloszlása és ezek összefüggései); • a homogénnek tekinthetı egységek vastagságának meghatározása kisés nagyléptékben.
A fenti célok eléréséhez elvégeztem • a 2005 után mélyült fúrások és a formációt jól reprezentáló feltárások szedimentológiai és ciklussztratigráfiai vizsgálatát; • az archív fúrásdokumentációk átértékelését; • valamint a rendelkezésre álló szedimentológiai adatok matematikai és statisztikai elemzését.
Kutatási módszerek
Kiindulási adatok
A ciklussztratigráfiai elemzéshez azon fúrások adatait használtam fel, amelyek jelentıs vastagságban harántolták a Bodai Aleurolitot. Ilyen volt a BAT-4, BAT-5, XV. szerkezetkutató, Ib-4, Bo-5 és Bo-6 jelő fúrás. A fúrások feldolgozásához rendelkezésemre álltak: • a Geo-Log Kft. által mért karotázsszelvények, • a teljes földtani dokumentáció, • a kutatási területen található feltárások korábbi leírása, dokumentációja,
2
• a fúrómagok ImaGeo magszkennerrel készült nagyfelbontású képei, • valamint a fúrómagok és minták LIPS mérései.
Módszerek
A fúrások és feltárások szöveges földtani dokumentációjából olyan adatbázist építettem, amely alkalmas szoftveres feldolgozásra. Ehhez elvégeztem az értelmezésre alkalmas hat fúrásban (Ib-4, BAT-4, BAT-5, XV. szerkezetkutató, Bo-5, Bo-6) dokumentált kızettípusok statisztikai elemzését, amely a ciklussztratigráfia vizsgálathoz elengedhetetlen volt. A hat fúrásban és a három felszíni feltárásban kilenc fı kızettípust különítettem el. Ehhez feldolgoztam több mint 400 méter fúrási maganyagot és szkennelt képet, valamint további majdnem 2000 méter fúrásról szóló elektronikus és nyomtatott dokumentációt. A
szöveges
földtani
dokumentáció
alapján
meghatároztam
azokat
a
tulajdonságokat, amelyek alkalmasak lehetnek ciklusok (esetleg ritmusok) kimutatására. A meglévı táblázatokat kiegészítettem néhány, a formáció jellemzése szempontjából fontos tulajdonsággal (dolomit/márga/ típusa, vastagsága, jellege stb.). A fúrási rétegsorokat a Strater szoftverrel jelenítettem meg, a szöveges földtani dokumentációjukból elıállított adatbázis alapján. Ezt az adatbázist és a geofizikai méréseket elemeztem még a Grapher és a Past nevő programmal is.
A ciklusok leírásánál a következı fogalmakat használtam: 1. Valóságos (reális) ciklus: megfigyelés során rögzített, minden réteget (elemet) tartalmazó ciklus.
3
2. Tipikus vagy modális ciklus: a rétegsor leggyakoribb, de nem feltétlenül minden elemet tartalmazó ciklusa. 3. Ideális vagy modell-ciklus: a rétegsor ciklusainak elemzése alapján felállított elméleti ciklus, amely a ciklusos folyamat egészét leírja. 4. Csonkaciklus: az elıbbi ciklus-típusok (1-3) azon változata, amelynek egy vagy több ciklustagja hiányzik (pl. erózió következtében), de minimum 2-3 tagból áll. 5. Ritmus: 2 rétegtag váltakozásából épül fel, és rétegtani helyzetébıl adódóan nem egészülhet ki több taggal. A ciklusok vizsgálata során kis- és nagyléptékő elemzést is végeztem. A nagyléptékő elemzés során a teljes rétegsort – több ciklust vagy cikluscsoportot magába foglaló – nagyobb szakaszokra igyekeztem bontani. A felosztás szempontja volt például egy-egy, az adott szakaszra jellemzı réteg (dolomitos-, homokköves-betelepülések) megjelenése vagy eltőnése. A ciklicitás statisztikai vizsgálatához Markov-analízist és idısor-analízist használtam fel.
Eredmények Dolgozatomban elsısorban a képzıdmény általános ciklussztratigráfiai elemzését adom, emellett definiálom és jellemzem a rétegsort felépítı ciklusokat. Mindezek alapján pontosítom a képzıdmény homogenitásáról kialakult képet. A nagyobb léptékben történı vizsgálat a fúrások közötti korrelációt (horizontális elterjedés, homogenitás) segíti elı, mivel az ideális rétegsorban a hasonló litosztratigráfiai szakaszokra azonos ciklikus felépítés jellemzı. A kisléptékő elemzés az üledékképzıdési folyamatokra, azok ciklikus változásaira ad magyarázatot. 1. Kidolgoztam
a
Bodai
Aleurolit
Formáció
ciklussztratigráfiai
elemzéséhez szükséges módszeregyüttest, amelynek fı elemei a nagy-
4
és kisléptékő elemzés, a színvizsgálat, a spektrum- és a Markovanalízis. 2. A fúrások és feltárások alapján definiáltam a képzıdményre jellemzı
ciklusokat és ritmusokat. Az Ib-4 számú fúrásnál az összes, a többi fúrás és feltárás esetében pedig a fı kızettípusok – úgymint homokkı (A), aleurolit (B), agyagkı (C) és dolomit (D) – váltakozása alapján végeztem az elemzést. Megállapítottam, hogy a leggyakoribb és várható ciklusok gyakorisági sorrendben a következık: AB, CD, AC, ABD, BDB, BD, ABC, ACD, BC. 3. A teljes képzıdményre jellemzı kilenc ciklustípust kiegészítettem az
Ib-4 számú fúrás kilenc kızettípusából felépülı ciklusokkal, ahol a szemcseméret-tartományok
finomabb
beosztásával
részletesebben
tagoltam a képzıdményt. Ez alapján kimutattam a kızetlisztes agyagkı – kızetlisztes homokkı – agyagos aleurolit, homokkı – agyagos aleurolit, agyagos dolomit – kızetlisztes agyagkı és az agyagos dolomit – agyagos aleurolit – kızetlisztes homokkı tagokból felépülı ciklusokat. 4. Definiáltam a formációra jellemzı valóságos, tipikus és ideális
ciklusokat. A képzıdmény valóságos ciklusát az Ib-4 számú fúrás rétegsora alapján határoztam meg, amely a durvaszemő homokkıtıl az agyagkıig
terjedı
szemcseméret-tartományt
foglalja
magába,
dolomitos rétegtaggal záródva. Megállapítottam, hogy a tipikus- vagy modális ciklusok az AB, ABC, CD és BD kifejlıdések. Az İrháziTagozatban kimutattam a homokkı szemcseméretén alapuló ciklicitást. 5. Az
elvégzett nagyléptékő elemzés alapján a képzıdményt új
szempontok szerint osztottam rétegcsoportokra. Ezeket egy-egy markáns,
üledékképzıdési
szempontból
jelentıs
kızettípus
megjelenése vagy eltőnése alapján jelöltem ki. A homokkı- és a dolomitos betelepülések adták ezeknek a rétegcsoportoknak a határát. 5
Ennek alapján a képzıdményt 80-150 méteres egységekre különítettem el. 6. A kisléptékő elemzés során meghatároztam az egyes rétegcsoportokra
jellemzı tipikus, vagy modális ciklusokat. Ezek szerint a dolomitos betelepüléseket nem tartalmazó egységek jellemzı ciklusai az AB, ABC, AC, BC. Az összes litológiai típust tartalmazó összletekben az elıbbieken kívül megjelenhet a BD, BCD, CD, BDB. A rétegsor homokkımentes részein pedig a CD, CDC ciklusok dominálnak, néhol kiegészülve egy-egy BD(B) és BCD ciklussal. 7. A képzıdmény színváltozásai alapján ciklicitást nem sikerült kimutatni.
A térinformatikai módszerek azonban jól használhatóak az egymáshoz hasonló színek – mint például az igen jellemzı barnásvörös és vörösesbarna közötti átmenetek – megkülönböztetésére. A kidolgozott színelemzési eljárás a ciklussztratigráfiában alkalmazható lesz, ha a szkennelés során a továbbiakban az általam megadott kritériumokat is figyelembe veszik, mivel a program tanítható és a kızetkategóriák felismerésére részben már alkalmas. 8. Elvégeztem a ciklusvastagság és -eloszlás statisztikai elemzését. A
rétegsor túlnyomó részét alkotó AB ciklusok átlagos vastagsága 0,5 m, az ABC ciklusoké 1,0 m, a BD ciklusoké 1,2 m, a CD ciklusoké pedig 2,0 m. Ez utóbbi típusnál leírtam egy milliméteres nagyságrendő váltakozást is. 9. A lyukgeofizikai vizsgálatokkal sikerült igazolni a többi módszerrel
kimutatott, jellemzı ciklusos egységek létét és az azokat felépítı ciklusok vastagságát. A képzıdmény agyagtartalmában is sikerült kimutatnom ciklicitást. A természetes gamma- és elektromos ellenállásértékek alapján meghatároztam eddig nem ismert olyan ciklusokat, amelyek jellemzı vastagsága 7 m és 12 m. Ezt a homogénnek
tekintett
egységekre 6
tudtam alkalmazni, tehát
a
természetes gamma értékek alkalmasak a formáció ciklussztratigráfiai elemzésére. Megállapítottam, hogy a számított albittartalom alapján ciklusvizsgálatot nem érdemes folytatni a további kutatások során, mivel az a többi módszerhez képest nem ad többlet információt. 10. A
ciklussztratigráfiai
vizsgálatok
segítségével
bıvítettem
az
ismereteket a képzıdmény homogenitásáról. Megállapítottam, hogy a Bodai Aleurolit – az izolációs tulajdonságokat tekintve homogén – 80150 m vastag szakaszokból épül fel.
Az eredmények hasznosításának lehetıségei és a további kutatási irányok
A potenciális radioaktív hulladéktároló kiválasztása során elsıdleges szempont a befogadó képzıdmény vertikális és horizontális homogenitása. A Bodai Aleurolit nem tekinthetı teljesen homogénnek, három, egymástól jól elkülöníthetı egységre tagolható: az İrházi Tagozatra és két, egyenként 350450 méter vastag összletre. Az İrházi Tagozat kızettani felépítése miatt nem alkalmas a tároló befogadására, e célra csak a két felsı összlet érdemes kutatásra. A homogenitás laterális változásának meghatározásához a vizsgált fúrások túl messze helyezkednek el egymástól (a gyakori laterális fáciesváltozékonyság miatt), ezért a kutatás jelen állásában csak a vertikális változási tendenciák jellemezhetık. A belsı inhomogenitások ellenére – földtani léptékben (vagy a tároló létesítése szempontjából) – a formáció három szakasza külön-külön vertikálisan homogénnek tekinthetı, a horizontális homogenitás megítéléséhez azonban további kutatások szükségesek.
7
A kutatás – a homogenitás vizsgálatán kívül – igen sok résztémát foglal magában, ezért annak további irányai is meglehetısen szerteágazók. Ezek közül fontosnak tartom: • a korábban dolomitosnak leírt betelepülések részletes vizsgálatát, mivel azok több esetben kızetlisztes alapanyagú rétegeknek bizonyultak. Ehhez ásvány-, kızettani vizsgálatok, valamint LIPS mérések szükségesek. A LIPS mérések elınye a terepi alkalmazhatóság, mert ott nehéz megkülönböztetni a betelepülések anyagát. Ezen ismeretek alapján pontosabb képet kaphatnánk a képzıdmény litológiai felépítésérıl, és ennek nyomán az üledékképzıdési környezetrıl is; • a lyukgeofizikai szelvények további fúrásokon történı elemzését. Ha sikerül több sekélyebb fúrást is bevonni a vizsgálatba, akkor pontosabb képet kaphatunk a képzıdmény ciklicitásának jellegérıl, ami megbízható korrelációs eszközt jelentene; • az albit mennyiségi kimutatásának pontosítását a lyukgeofizikai módszerek alkalmazásával. Ez új ciklussztratigráfiai ismereteket adhat és a kızettest homogenitását is jobban megismerhetjük általa; • a formáció horizontális homogenitásának vizsgálatát. Ehhez több, egymáshoz közeli fúrás ciklussztratigráfiai korrelációja szükséges; • a Bodai Aleurolit rétegsorának korrelációja a Goricai-blokk és az antiklinális területe között, amihez a ciklussztratiráfiai vizsgálat teremti meg a lehetıséget. Ehhez azonban az antiklinális területérıl is szükséges legalább egy, az Ib-4 sz. fúráshoz hasonló részletességgel feldolgozott rétegsor; • A paleotalajok felismerése-meghatározása és modern szemlélető szedimentológiai feldolgozása szükséges a szárazulati események kijelölésében.
8
Publikációk jegyzéke Az értekezés témakörében megjelent publikációk Könyv, könyvrészlet, cikk 1.
HALÁSZ A. 2008: A Jakabhegyi Homokkı Formáció korrelációs lehetıségei a mecseki uránérc bánya III. és IV. üzemi fúrások szemcseeloszlási adatai alapján. – In. Modern Geográfia, 2008/3. szám, http://www.moderngeografia.hu/tanulmanyok/foldtan/halasz_amade_2008_3.pdf
2.
HALÁSZ, A. – KONRÁD, GY. – SEBE, K. – SZEDERKÉNYI, T. 2008: Geological environment of a possible waste repository site in SE Transdanubia (Hungary). – In. LÓCZY, D. – TÓTH, J. – TRÓCSÁNYI, A. (ed.): Progress in Geography in the European Capital of Culture 2010. Geographia Pannonica Nova 3, Imedias Publisher, Kozármisleny, 2008, pp. 271-282.
3.
HALÁSZ A. 2009: A Cycles and rhythms within the Boda Claystone in the borehole Ib-4. – In. Central European Geology Vol. 52, Number 3-4, pp. 325-342.
4.
KONRÁD, GY. – SEBE, K. – HALÁSZ, A. – BABINSZKI, E. 2010: Sedimentology of a Permian Playa Lake: Boda Claystone Formation, Hungary. – In. Geologos Vol. 16, No. 1, Poland, pp. 24-41.
5.
KONRÁD GY. – SEBE K. – HALÁSZ A. – HALMAI Á. 2010: A Délkelet-Dunántúl földtani fejlıdéstörténete – recens analógiák. – In. Földrajzi Közlemények 134. 3. pp. 251-265.
Konferencia kiadvány 1.
HALÁSZ A. 2006: Mecseki alsó-triász törmelékes képzıdmények ciklussztratigráfiai vizsgálata. Elıadás kivonat. – In. VIII. Székelyföldi Geológus Találkozó. pp. 34-35.
2.
HALÁSZ A. 2007: Cyclostratigraphy in the permo-triassic of the Western Mecsek Mountain. – In. 25 th IAS meeting of sedimentology. (Greece). Conference Book. p. 241.
3.
HALÁSZ A. 2007: Elızetes eredmények az Ib-4-es fúrás ciklussztratigráfiai vizsgálataiból. – In. MFT-MGE VI. Földtudományi Ankét. 2007. november 27. (Nagykanizsa). 4. p.
4.
KONRÁD GY. – S. KRISZTINA – A. HALÁSZ – E. BABINSZKI 2008: Sedimentology of a Permian Playa Lake: Boda Siltstone Formation, Hungary. – In. 25 th IAS meeting of sedimentology. (Bochum). Abstract Book, p. 121.
5.
BERTA, ZS. – CSICSÁK, J. – HALÁSZ, A. – HÁMOS, G. – KONRÁD, GY. – KOVÁCS, L. – MAJOROS, G. – MÁTHÉ, Z. – VARGA, GY. 2008: Possibility of a geological repository for nuclear wastes in a thick, extensive claystone body: research results from Hungary. – In. 33rd. IGC International Geological Congress - 33igc (Oslo) Conference CD. 2. p.
9
Egyéb publikációk Könyv, könyvrészlet, cikk 1.
BAYANKHUU B. – HALÁSZ A. 2005: International Investment opportunities in the Mongolian Mining industry. – In. Fejlesztés (Development) és (and) Finanszírozás (Finance) 2005 évf. X. szám, pp. 68-75.
2.
HALÁSZ A. 2006: A Watt-tenger, mint a Jakabhegyi Homokkı Formáció recens fáciesanalógiája. – In. BARANYAI G. – TÓTH J. (szerk.): Földrajzi Tanulmányok a Pécsi Doktoriskolából V., PTE Pécs, 2006, pp. 9-25.
3.
KONRÁD GY. – HALÁSZ A. 2009: Földtani szempontok a környezetvédelemben, Baranyai esettanulmányok. – In. SZABÓ-KOVÁCS B. – TÓTH J. – WILHELM Z. (szerk): Környezetünk Természeti-Társadalmi dimenziói. Publikon Kiadó, Pécs, 2009, pp. 6178.
4.
KONRÁD GY. – SZEDERKÉNYI T. – KOVÁCS J. - VARGA GY. – HALÁSZ A. 2009: Gondolatok a környezetföldrajz és a környezetföldtan szerepérıl és viszonyáról. – In. FÁBIÁN SZ. Á. – KOVÁCS I. P. (szerk): Az édesvízi mészkövektıl a sivatag kérgekig. Publikon Kiadó, Pécs, 2009, pp. 81-90
5.
LÓCZY D. – HALÁSZ A. – ÁGÓ F. – HÁRSAS P. 2009: Kína fejlıdésének természeti korlátja: a víz. – In. TÓTH J. – WILHELM Z. (szerk): Keleti Horizontunk, Publikon Kiadó, Pécs, 2009, pp. 46-60.
6.
KONRÁD GY. – KOVÁCS J. – HALÁSZ A. – SEBE K. – PÁLFFY H. 2010: Late Quaternary woolly mammoth (Mammuthus primigenius Blum.) remains from southern Transdanubia, Hungary. – In. Comptes rendus Palevol 9: (1-2) pp. 47-54.
7.
KOVÁCS J. – HALÁSZ A. – KONRÁD GY. – POZSÁR V. 2010: A mecseki és villányihegységi díszítıkı-elıfordulások földtani helyzete és állékonysági tulajdonságai. – In. KOVÁCS I. P. – TRÓCSÁNYI A. (szerk): Tér – Tálentum – Tanítványok, Publikon Kiadó, Pécs, 2010, pp. 215-227.
10
