A vácrátóti geotermikus kutak helyzete a felszín alatti vízáramlási rendszerekben

Mérnökgeológia-Kőzetmechanika 2016 (Szerk: Török Á., Görög P. & Vásárhelyi B.) 27-42

A vácrátóti geotermikus kutak helyzete a felszín alatti vízáramlási rendszerekben Vácrátót geothermal wells in the regional subsurface water flow system Pataki Lili ELTE, Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, [email protected]

Erőss Anita ELTE, Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, [email protected]

ÖSSZEFOGLALÁS: A cikk ismerteti a Vízkutató és Fúró Zrt. által mélyített vácrátóti termelő, visszasajtoló kútpár vízadó rendszerét. A környékbeli kutak hidrogeológiai adatai alapján hidraulikai elemzés készült a felszín alatti vízáramlások horizontális (potenciometrikus térképek) és vertikális (nyomás - eleváció diagramok) irányainak lehetőségeit is figyelembe véve. Ezek összevetésével, a terület felszínére merőleges szeletről, keresztszelvényen lehetett bemutatni a fluidum feltételezhető áramlási irányát, ezzel átfogó képet adva a hidraulikai elemzések eredményéről. A hidraulikai vizsgálatok alátámasztásának érdekében stabil és radioaktív izotópos mérések készültek az MTA CSFK Földtani és Geokémiai Intézet laborjában a víz összetételének, eredetének meghatározásához. Kulcsszavak:geotermia, vízáramlások, vízkémia, potenciometrikus térképek

1.

BEVEZETÉS

A Vízkutató és Fúró Zrt. 2011-2012-ben mélyített Vácrátóton egy termelő, visszasajtoló kútpárt. A vízkivétel célja, hogy a környék közintézményeinek fűtési rendszerét - kifejezett nagy hangsúlyt fektetve a Nemzeti Botanikus Kert üvegházára - az itt kinyert meleg víz felhasználásával oldják meg. E fúrás során elért vízadó rendszert vizsgálom, célom a környék felszín alatti vízrendszerének megismerése, hidrogeológiai jellemzése. A felszín alatti vízáramlási rendszerek feltérképezése érdekében, a környék kútjaiból rendelkezésemre álló hidrogeológiai adatok felhasználásával hidraulikai elemzést végeztem, a felszín alatti vízáramlások horizontális (potenciometrikus térképek) és vertikális (nyomás - eleváció diagramok) irányainak lehetőségeit is figyelembe véve. Ezek összevetésével, a terület felszínére merőleges szeletről, keresztszelvényen ábrázoltam a fluidum feltételezhető áramlási irányát, ezzel átfogó képet adva a hidraulikai elemzések eredményéről. A hidraulikai vizsgálatok során kapott eredményeim alátámasztásának érdekében további méréseket végeztem az MTA CSFK Földtani és Geokémiai Intézet laborjában a víz összetételének, eredetének meghatározásához. 2.

A VIZSGÁLT TERÜLET BEMUTATÁSA

Az általam vizsgált terület a Gödöllői dombságtól északra, a Szentendrei-szigettől keletre, a Cserhát nyúlványaitól dél- nyugatra fekszik, keleten a Galga folyó határolja (1. ábra). Vácrátót és környéke, a Duna kanyarulata után, a folyó bal partján terül el.

Pataki - Erőss

1. ábra: Helyszín (Location of Vácrátót in Hungary) (www.terkepek.net) A terület lehatárolásánál (az 1. ábra piros kerete mutatja) figyelembe vettem a domborzati, geomorfológiai helyzetet, természetes határokat kerestem, továbbá fontosnak tartottam, hogy hidraulikailag feldolgozható, értelmezhető legyen. A terület nyugati felén a Duna, míg a keleti oldalon a Galga mutatja a felszín alatti vizek természetes megcsapolódását. Északról az Északi - középhegység hegyei, mint utánpótlódási zóna bázisai, magasodnak. Mind ezek mellett a rendelkezésemre álló kútadatok is igen nagymértékben befolyásolták a határok megállapítását. Vízkémiai és izotópos méréseket a Vízkutató és Fúró Zrt. által a Vácrátóti Botanikus Kert (2. ábra) számára fúrt, egymástól körülbelül egy km-re mélyült hévíz kútpár termelőkútjának vizén végeztem.

2. ábra: Vácrátót – Helyszínrajz (Vácrátót with two wells – marked by dots) Egy terület vízrendszereinek értelmezéséhez elengedhetetlen feltétel, hogy megismerjük a felszín alatti kőzettani felépítést.

28

Vácrátót geotermikus kutak Az általam vizsgált terület Magyarország nagyszerkezeti egységei közül a Dunántúli- középhegységi egységbe tartozik. A triász elején a kőzetlemezekből korábban összeállt szuperkontinens a Neotethys felnyílásának köszönhetően kezdett darabjaira hullani. Haas-Budai (2004) Mérsékelt süllyedés következtében kialakult sekély külső rámpán helyezkedett el a Dunántúli-középhegységi egység. A késő-triászra kialakult karbonátplatform fő képződményei a nagy vastagságú világosszürke, vastagpados, peritidális és lagúna fáciesek váltakozásából felépülő dolomit (Fődolomit) és a világosszürke színű, jellemzően lofer-ciklusos kifejlődésű, késő-nori–rhaeti korú peritidális, szubtidális övben képződött mészkő (Dachsteini Mészkő). Császár (1997) Jura időszak elején a nagy kiterjedésű karbonát platform feldarabolódott, a Pennini óceán felnyílása és a Vardar óceán záródása határozta meg az egységek helyzetét. Haas (2001), Császár (2005) A krétában a Pennini-óceánág is záródni kezdett, az ekkor lejátszódó orogén fázis eredményeként a Dunántúli-középhegységi egység szárazulattá vált és az Alcapa lemeztömb részeként északkelet felé mozgott tovább. Tari et al (1993), Csontos-Nagymarosy (1998) A magyarországi Paleogén-medence területén, az eocén során három nagy transzgressziós ciklus mutatható ki. Császár (2005) A Magura óceán szubdukciója után, a miocénban gyors süllyedésnek indult a Pannon-medence Horváth (2007), és a kiédesedő Pannon-tó üledékei rakódtak le. Magyar (2010) A pleisztocén idején jellegzetes periglaciális üledékképződés, a holocénben pedig a folyóvízi feltöltődés jellemezte a területet. A földtani háttér ismeretanyagából tudunk következtetni az egyes rétegek vízvezető, vízrekesztő képességeire. A vácrátóti botanikus kert termelőkútjának rétegsora márgás homokkő, agyag, agyagmárga váltakozását mutatja 100-900 méterig. Ezután 930 méter körüli mélységben jelenik meg a triász mészkő. A földtani fejezetben ismertetett formációkat Martinecz (2014) munkája alapján soroltam be hidrosztratigráfiai egységekbe (3. ábra).

Formáció név

Dachsteini Mészkő Fődolomit Szépvölgyi Mészkő Budai Márga Tardi Agyag Kiscelli Agyag Szécsényi Slír Pétervásárai Homokkő

K m/s min max 10 ⁻⁴ 10 ⁻² 10 ⁻⁴ 10 ⁻² 10 ⁻⁴ 10¯³ 10⁻⁶ 10 ⁻⁴

Porozitás (%) min max 25 35 25 35 25 35 30 40 35 45

Besorolás vízvezető vízvezető vízvezető vízvezető vízfogó

10¯12

10 ⁻10

10¯12

10 ⁻10 10⁻⁹

35

45

vízfogó

35

45

vízfogó

10⁻⁵

30

40

vízvezető

10

10 ⁻ 10¯⁷

3. ábra: Hidrosztratigráfiai besorolás (Martinecz, 2014 alapján) (Hydrostratigraphic classification) Az általam vizsgált vácrátóti hévízkút triász karbonátra van szűrőzve. Annak vízvezető képességének köszönhető a folyamatos vízkivétel lehetősége. 3.

MÓDSZERTANI HÁTTÉR 3.1 Hidraulikai feldolgozás

Felszín alatti vizeink vizsgálatához egyik fontos támpontot a potenciométerek, a kutak adják. A bennünk mérhető vízszint értékek segítségével kaphatunk képet a felszín alatt végbe menő, energetikailag vezérelt folyamatokról, melyek megértéséhez, a modern hidrogeológiában használt alapfogalmakat, fizikai törvényszerűségeket kell ismernünk. Mádlné et al. (2013) és Freeze és Cherry (1979). A hidraulikus emelkedési magasság, mint fizikai mennyiség magába foglalja az adott pontra ható összes mechanikai energiát, mely a gravitációval szembeni, gyorsuláshoz szükséges és tágulás során

29

Pataki - Erőss kifejtett munkavégzések összességéből adódik. A folyadékpotenciál (Φ) az egységnyi tömegű folyadékra jutó összes mechanikai energia mennyiség. A felszín alatti áramlások működésének megértéséhez egy egyszerűsített, geometriailag lehatárolt medence rendszerét figyeljük meg, mely meghatározott tulajdonságokkal jellemezhető (4. ábra). Tóth (1963) − − − − − −

a kőzetváz hidraulikus vezetőképessége homogén és izotróp felszínét tekintve szimmetrikus topográfiai mélyedés vízszintje, a talajvíztükör lineárisan csökken a vízválasztótól a völgyfenékig áramképe stacioner alulról impermeábilis réteg határolja oldalról függőleges síkok határolják, melyeken a szimmetria miatt nincs átáramlás

4. ábra: Az egységmedence és áramképe (Tóth, 1962 nyomán) (Flow pattern in a basin) A hidraulikus emelkedési magasság értékek, ekvipotenciál vonalak alakulása határozza meg az áramképet. A h értéke bármely pontban egy adott ekvipotenciál mentén megegyezik a talajvíztükör elevációjával azon a ponton, ahol azt az ekvipotenciál keresztezi. A víz az adott ekvipotenciál bármely pontjából abba a magasságba emelkedne, amelybe az adott ekvipotenciál a talajvíztükröt metszi. Az ekvipotenciál vonalakra merőleges áramvonalak alakulása során, az egységmedencében három rezsim területet különíthetünk el. Ezeken a területeken a nyomás emelkedési magasságnak (Ψ) és a mérési pont talajvíztükörhöz viszonyított mélységének (d) egymáshoz való viszonya lesz meghatározó. A beáramlási területen jellemzően a h a mélységgel egyre csökken, a vízmozgás iránya lefelé irányul, az áramlási intenzitás vertikális komponense tehát negatív. Átáramlási területen az ekvipotenciál vonalak szinte merőlegesek az x tengelyre, az áramlási intenzitás függőleges komponense szinte 0. A vízmozgás horizontális komponense jelentősen meghaladja a vertikálist. A megcsapolódási területen a h értékek a mélység felé nőnek. A vízmozgás iránya felfelé mutat, áramlási intenzitás vertikális komponense pozitív. Áramlási térképek szerkesztésénél azt az alapvető törvényszerűséget használjuk ki, hogy mindig a nagyobb hidraulikus emelkedési magasságú helytől a kisebb felé áramlik a fluidum Az azonos hidraulikus emelkedési magassággal rendelkező pontokat összekötve kapjuk meg az ekvipotenciál vonalakat. Az fluidum horizontális áramlás iránya ezekre merőleges. A vertikális áramlások meghatározásához a nyomás-elecávió diagramok lehetnek segítségünkre. A vertikális nyomás gradiens (γ) a nyomás mélységgel való változását írja le, grafikusan a gradiens meredekségével egyenlő.

30

Vácrátót geotermikus kutak Ideális, hidrosztatikus állapotnak tekintjük, amikor a nyomás emelkedési magasság (Ψst) megegyezik a mérési pont talajvíztükör szintjéhez viszonyított mélységével (d). A rezsim területek meghatározásánál a hidrosztatikus állapothoz (Ψst) viszonyítjuk a tényleges, dinamikus (Ψdin) állapotot. Beáramlási területen a tényleges nyomás emelkedési magasság a d mélységnél kisebb, így Ψbe<Ψst. Kiáramlási területen minden pont fordítva alakul, Ψki>Ψst. Az átáramlási területen hidrosztatikus körülményeket tapasztalunk. A hidrosztatikus „elvárás” megegyezik a valós dinamikus értékkel. Ψát = Ψdin = d. Az áramlásnak nincs vertikális irányú komponense. Nyomás – eleváció diagramon a tengerszint feletti magasságra átszámított mélység függvényében ábrázoljuk a nyomás értékeket. Az adataink során kirajzolt pontokra lineáris egyenest illesztünk, majd ennek meredekségét hasonlítjuk a hidrosztatikus egyenes lefutásához. Ha egy adott mélységbe a hidrosztatikus állapotnál kisebb nyomás értéket kapunk beáramlásról, ha nagyobbat kiáramlásról beszélünk. Amennyiben a felszín alatti áramlási rendszerekről szeretnénk átfogó képet kapni mind vertikális, mind horizontális irányokat tekintve, a felszínre merőleges keresztszelvényt kell készíteni. 3.2 Vízkémiai és izotóp vizsgálatok Az ELTE Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék laborjában, a labor munkatársainak segítségével általános vízkémiai vizsgálatokat (titrálás, fotometria, lángfotometria) végeztem el. Az általam mért fő anionok: klorid (Cl-), szulfát (SO42-), hidrogén karbonát (HCO3-) és kationok: nátrium (Na+), kálium (K+), magnézium (Mg2+), kalcium (Ca2+). A természetben előforduló elemek többségének több stabil és radioaktív izotópja is létezik. Ezeket környezeti izotópoknak nevezzük. A stabilizotópok, mint nevük is mutatja, nem bomlanak el, ezért eredet meghatározásnál lehetnek segítségünkre, megmutatják, hogy az egyes elem milyen kémiai, fizikai folyamatokon ment keresztül. Az általam is vizsgált szén, hidrogén és oxigén izotópjai a gyakrabban vizsgált elemek közé tartoznak. Ennek egyik oka a földkéregben való gyakori előfordulásuk, illetve az egyes elem izotópjai közötti nagy relatív tömegkülönbséggel párosuló nagy izotóp-effektus, amely érzékennyé teszi ezeket az elemeket különböző fizikai/kémiai, és ezáltal geológiai folyamatok nyomon követésére. Demény (2004) Amikor egy elem izotópjainak aránya kémiai, biológiai, vagy fizikai folyamat során megváltozik, izotópfrakcionálódásról beszélünk. Fórizs (2005) Az izotóparányok változása fontos információkat szolgáltat a lejátszódó folyamatokról. Clark (1997) Munkám során a δ13C izotóp arány méréséhez vivőgázas tömegspektrométert használtam, a víz hidrogén és oxigénizotóp-összetételének meghatározása pedig üreglecsengéses lézer analizátorral történt. A radioaktív izotópok bomlanak, atommagjuk meghatározott felezési idő alatt szétesik. A hidrogeológia területén, a felszín alatti vizek eredetének és korának meghatározásában a trícium (3H) és radiokarbon (14C) izotópok bomlási értékeit használjuk fel. A trícium kiváló nyomjelző, ugyanis beépül a víz molekulába, mérési eredménye alkalmas a fiatal és idős csapadékvízből beszivárgott vizek elkülönítésére. Deák el al. (1992) 60 évnél fiatalabb csapadékból származó vizeknél kimutatható jelenléte, míg ennél idősebb vizekben 0-hoz közelít értéke. Deák (1981) A 14C izotóp segítségével, a radioaktív és inaktív szén arányából a víz korát és, a regionális áramlási rendszerben elfoglalt helyét lehet megállapítani, bizonyítani. 4.

ADATRENDEZÉS, SZŰRÉS

A vizsgált terület kútjainak pontos helyét (EOV koordináta, tengerszint feletti magasság (mBf), a kútban mért vízoszlop magasság) ismerjük. A pontos helyekhez, tengerszint feletti magasságra átszámolt hidraulikus emelkedési magasságokat rendelünk. Az így elkészült kontúr térképekkel kirajzoltatjuk az ekvipotenciál vonalakat és az ezekre merőlegesek áramvonalakat. Fontos szempont, hogy olyan adatokat használjunk egy potenciometrikus térképhez, melyekről megbizonyosodtunk, hogy egy vízadó rétegbe tartoznak.

31

Pataki - Erőss Nyomás – eleváció diagram készítésénél egy adott terület minden kútját felhasználtam, függetlenül attól, hogy szűrőzési mélysége mekkora. Egy pz-profil-on adott középponthoz tartozó, 5 km-es sugarú körön belül található kutak adatait ábrázoltam (5. ábra).

5. ábra: Nyomás- eleváció diagramon ábrázolt kutak elhelyezkedése domborzati térképen (The location of the wells –pressure and elevation diagram - on a relief map) A felszín alatti vízáramlások feltérképezése érdekében hidraulikus keresztszelvényeket szerkesztettem. Valósághű adatkezelés érdekében a szelvény nyomvonal körül maximálisan 2 km-es távolságból vetítettem be kutakat. 5.

EREDMÉNYEK ISMERTETÉSE 5.1 Helyszíni mérések

A vízmintavétel után közvetlenül végzett helyszíni mérések eredményeit a következő táblázat mutatja be (6. ábra). hőmérséklet (°C)

54,3

pH

6,16

vezetőképesség (μS/cm)

1782

redox potenciál (mV)

-200

6. ábra: Helyszíni mérések (On-site measurements) 5.2 Potenciometrikus térképek Az vizsgált kutakat (piros háromszög), egy általam készített domborzati térképen (szürkével a települések láthatóak) foglaltam össze (7. ábra).

32

Vácrátót geotermikus kutak

7. ábra: Domborzat (mBf) (Topography, elevations are given in metres asl.) A felszín alatti vizek horizontális áramlási irányáról készített térképeim közül a legmélyebb szelet, a 200 mBf és ennél mélyebben szűrőzött kutak adatait foglalja magába (8. ábra). Ez mindösszesen 28 darab kútadatot jelent. Ebbe a csoportba sorolható, a Vácrátóti Botanikus Kert, termelő és visszasajtoló hévíz kútpárja is, melyeknek szűrőközép mélysége – 1088 mBf illetve – 839 mBf. A 9. ábra a -200 és 0 mBf magasság között szűrőzött kutak potenciometrikus térképét a mutatja.

8. ábra: Potenciometrikus térkép a -200 mBf alatti tartományról (Potentiometric map of the area below 200 m asl.) Az ekvipotenciál vonalakon látható az adott hidraulikus emelkedési magasság (h) értéke. A sárga nyíl a feltételezhető fluidum áramlás irányát mutatja.

33

Pataki - Erőss

9. ábra: A -200 és 0 mBf mélységben szűrőzött kutak potenciometrikus térképe (Potentiometric map of the area with screened wells at a depth of 0- 200 m asl.) A további két térképemen 438 (10. ábra) és 405 (11. ábra) darab adatból dolgoztam. A mélység intervallumok a 0 - 100 mBf (10. ábra) és a 100 mBf feletti (11. ábra) tartományokat foglalják magukba.

10. ábra: A 0 és 100 mBf mélységtartományban szűrőzött kutak potenciometrikus térképe (Potentiometric map of the area with screened wells at a depth of 0- 100 m asl.)

34

Vácrátót geotermikus kutak

11. ábra: A 100 mBf feletti mélységtartományban szűrőzött, sekély kutak izovonalas térképe a hidraulikus emelkedési magasság adatok alapján (The isoclinic map of the shallow screened wells, based ohe the hydraulic lifting height, the wells are located at a depth of 0- 100 m asl.)

5.3 Nyomás – eleváció diagramok A vertikális áramlások meghatározásához nyomás - eleváció diagramokat készítettem. (12. ábra, 13. ábra, 14. ábra, 15. ábra, 16. ábra, 17. ábra) Az ábrákon, a kutak nyomásértékei a kék vonalon láthatóak, a narancssárga egyenes a hidrosztatikus értékek lefutását mutatja és a piros vonal pedig a hidrosztatikus egyenes párhuzamosan eltolt variációja az összevetés érdekében.

12. ábra: Dunakeszi nyomás – eleváció diagram -1 (Dunakeszi pressure-elevation diagram)

35

Pataki - Erőss

13. ábra: Veresegyház nyomás – eleváció diagram- 2 (Veresegyház pressure-elevation diagram)

14. ábra: Galgamácsa nyomás – eleváció diagram- 3 (Galgamácsa pressure-elevation diagram)

15. ábra: Vácrátót nyomás – eleváció diagram – 5 (Vácrátót pressure-elevation diagram)

36

Vácrátót geotermikus kutak

16. ábra: Gödöllő nyomás – eleváció diagram- 4 (Gödöllő pressure-elevation diagram)

17. ábra: Vác nyomás – eleváció diagram – 6 (Vác pressure-elevation diagram) 5.4 Hidraulikus keresztszelvény Budakalász – Vácegres és Vác – Gödöllő nyomvonalon készítettem a keresztszelvényeimet (18. ábra, 19. ábra).

18. ábra: Hidraulikus keresztszelvény Budakalász-Vácegres nyomvonalon (Hydraulic cross-section Budakalász-Vácegres)

37

Pataki - Erőss

19. ábra: Vác – Gödöllő nyomvonalon készített keresztszelvény (Cross-section Vác and Gödöllő) 5.5 Általános vízkémia A főkomponens mérés eredményeit a könnyebb átláthatóság érdekében kördiagramon ábrázoltam (20. ábra).

20. ábra: Általános kémiai eredmények kördiagramon ábrázolva (Water chemistry) A víz ionos összetételének valós koncentráció értékeit és grafikus ábrázolását a következő ábrák mutatják. (21. ábra, 22. ábra) Vízmintám anionos szempontból hidrogén karbonátos, kation szempontból magnéziumos fáciesbe tartozik.

21. ábra: Stiff diagram a vízben mért valós koncentráció értékekről (Stiff diagram of the real concentration rates in the water)

38

Vácrátót geotermikus kutak

22. ábra: Piper diagram- Ionos összetétel grafikus ábrázolása (Piper diagram - ionic composition) 5.6 Izotóp meghatározás Mintánkból 5 csúcson végezett mérést a tömegspektrométer A gépből kapott feldolgozott eredményeket az 23. ábra mutatja. δ13C mérés esetén a PDB (Pee Dee Belemnite) nemzetközi sztenderdhez viszonyítva adják meg az eredményt ún. delta értékben hasonlóan a H és az O izotóparányokhoz. MINTA

MÉRÉS

ÁTLAG

KÜLÖNBSÉG Standard

δ C 13

Vácrátót-K3

-2,73

PDB -2,62

-2,67

0,11

23. ábra: Szénizotóparány eredmények (del C ratio of water in Vácrátót well) A 24d lézer analizátor használatával elvégzett mérések eredményeit a következő táblázaton keresztül mutatom be (24. ábra). 18

Minta neve

δD

szórás

δ O

szórás

Vácrátót – K3

-93,6

0,7

-12,46

0,12

24. ábra: Lézerspektrométeres mérések eredményei (Results of laserspectrometry) A vácrátóti Botanikus kert hévízkútjának trícium értéke 0,5 TU alatt van, a spektrométer segítségével pedig 1,2 pmC 14C koncentrációt mértek. Ebből tovább számolva a 60%-os vízkor 32 000 évet, míg a 14 C-mentes karbonát mennyiséget is figyelembe véve, δa 13C aránnyal korrigált vízkor érték 23 000 évet mutat. 6.

EREDMÉNYEK ÉRTELMEZÉSE, DISZKUSSZIÓ 6.1 Hidraulikai vizsgálatok

A terület földtani felépítése és hidraulikai viselkedése alapján négy felszínnel párhuzamos, felszín alatti térrészt különítettem el (8. ábra, 9. ábra, 10. ábra, 11. ábra). A rendelkezésemre álló hidraulikus emelkedési magasság adatok segítségével mindegyikről külön potenciometrikus térképet készítettem.

39

Pataki - Erőss A legmélyebb kutak alapján (8. ábra) Dunakeszitől DNY - ra találjuk a legalacsonyabb hidraulikus emelkedési magasság értékek által meghatározott ekvipotenciálokat. Mint már korábban említettem, a rajzolat értelmezése szerint ide áramlanak a környék magasabb potenciál szintjei felől a fluidumok. Alulról a második rétegről (9. ábra) készített térkép egészen más eredményt mutat. Veresegyháztól DNy –ra Dunakeszi és Gödöllő között jelentkeznek a legmagasabb értékek, melyek nyugat felé fokozatosan, a Duna folyásával párhuzamosan csökkennek. Kirajzolódik tehát, hogy a felszín alatti vizek miként táplálják főfolyónkat. A 0 - tól 100 mBf – i mélységig szűrőzött kutak (10. ábra) nagy adatmennyisége aprólékosabb képet nyújt a fluidumok áramlási irányáról. Egyértelműen rajzolódik ki a Duna folyása és a Gödöllői – dombság, elsőt alacsony, utóbbit magas potenciál értékek jellemzik. A legsekélyebb kutakról készített potenciometrikus térkép ugyanezt érzékelhetjük. A felszín alatt, de felszínhez közeli rétegekben áramló fluidumok szinte teljesen leképezik (11. ábra) a domborzat alakulását. A Gödöllői – dombság, Visegrádi – hegység és Cserhát nyúlványai felől, a környék vizeit összegyűjtő Duna irányába mutatnak az ekvipotenciál vonalakra merőleges áramlási irányok. Az áramvonalak kirajzolják, elkészített potenciometrikus térképem alátámasztja, hogy a Duna a környező vizek természetes megcsapolódási zónája. Az általam elkészített nyomás - eleváció diagramok a hidraulikus keresztszelvény áramvonalainak, vertikális áramlási irányok meghatározásában nyújt segítséget (18. ábra). Az első szelvénynél használható Dunakeszi, Veresegyház és Galgamácsa környezetében elhelyezkedő kutak diagramjai. Az első kép (12. ábra) két egyenese első ránézésre párhuzamoshoz közeli lefutást mutat. Ha a hidrosztatikus egyenest a kutak alapján kirajzolt dinamikus egyenes mellé toljuk, minimális kiáramlási területre következtethetünk. Az egyenes meredekségéből adódó nyomás gradiens 10,61 MPa/ km – nek adódott (12. ábra). Veresegyház környékén mélyülő kutak dinamikus egyenese (13. ábra) a hidrosztatikus egyenestől negatív irányba tér el. 9, 41 MPa/km nyomás gradiens érték mellett enyhe beáramlási területre következtethetünk. Galgamácsa profilján (14. ábra) van a legnagyobb szögbeli eltérés a hidrosztatikus és dinamikus egyenesek lefutása között. A diagram képe beáramlási területre jellemző képet mutat. A három mérési helyszín domborzati eloszlását megfigyelve, igazolva érezhetjük kapott eredményeinket. A Dunakeszi és Veresegyháza környezetében többnyire kiegyenlített domborzat mellett, a gravitációsan vezérelt, felszín közeli áramlási pályákon nem számítunk jelentős mértékű beáramlásra. Galgamácsa környéke, a Gödöllői- dombságnak köszönhetően, kicsit eltérőbb domborzati eredményekkel rendelkezik. Érthető tehát, hogy miként alakul ki a hidrosztatikus állapottól eltérő, de persze a hidrosztatikus állapottól való eltérést tekintve még mindig nem nagymértékű, beáramlási rezsim terület. A Vác – Gödöllő nyomvonalon futó másik szelvény mentén további 3 területet vizsgáltam meg a nyomás, mélység függvényében való alakulásáról. A Vácrátótról és környezetéről készített diagram alapján teljesen hidrosztatikus állapotokat feltételezhetünk (15. ábra). A dinamikus és hidrosztatikus egyenes meredeksége szinte megegyezik. A keresztszelvényen e területre, felszínre merőleges ekvipotenciál vonalakat várunk. A gödöllői adatokból készített nyomás- eleváció diagram (16. ábra) alapján 9,38 MPa/km – es hidraulikus gradiens mellett, beáramlási rezsim területre következtethetünk. Okát a Galgamácsánál is említett tengerszint feletti magasságok megnövekedésénél kereshetjük. A váci területről készített diagram (17. ábra), Vácrátóthoz hasonlóan hidrosztatikus állapotokat tükröz. A Budakalász – Vácegres nyomvonalon készült keresztszelvényem (18. ábra) összhangban áll, a szelvény nyomvonala mentén készített nyomás – eleváció diagramok megállapításával. Ék- i felében a felszíntől lefelé haladva ekvipotenciál vonalak értéke csökken, beáramlási rezsim területet állapíthatunk meg. Ugyan ilyen környezet jellemzi még a szelvény középső részét is. DNy felé haladva, Dunakeszi környékén változnak meg az irányultságok. Adott mélységben, a dinamikus nyomás gradiens értékek meghaladják a várt hidrosztatikus értékeket. A felszíntől lefelé nőnek a hidraulikus emelkedési magasság értékek. Megcsapolódási területre jellemző körülmények uralkodnak. A második, Vác – Gödöllő nyomvonalon haladó szelvény Dk-i végében a Gödöllői – dombság területén kialakult beszivárgási rezsim területet láthatjuk (19. ábra). A hidraulikus emelkedési magasság értékek alapján rajzolt ekvipotenciál izovonalak értéke a felszíntől lefelé haladva csökken. Szintén ezt a jelenséget figyelhetjük meg még Veresegyház környezetében is. Vácrátót környékén a beáramlásra jellemző környezet lassanként átáramlásra jellemző tulajdonságokat mutat. Az ekvipotenciál vonalak meredekebben haladnak, az áramlás iránya nem a mélység, hanem Ény felé mutat.

40

Vácrátót geotermikus kutak 6.2 Általános vízkémiai jellemzők Az analitikai mérések során kapott eredményeket, általános vízkémiai jellemzőket, értékelés során, korábbi, az általam vizsgált területen végzett mérési eredményekkel vetettem össze. Vácrátóti minta ionos összetételében HCO3- értéke a legmagasabb. Viszonylagos magas értéket képvisel a Mg2+, és SO42- ion mennyisége is. Az korábban ismertetett Stiff diagram (21. ábra) poligonjának alakja egyértelműen mutatja a kationok közötti Mg2+ valós koncentráció értékeit. 6.3 Izotópos vizsgálatok A kapott eredmények értelmezéséhez ismernünk kell a már korábbi mérések során felállított kategóriákat. Hidrológiai alapfogalmak szerint modern víznek nevezzük az 1952 után felszín alá szivárgott vizeket. Ennek magyarországi δ18O értéke -9 és -10 [‰]VSMOW között mozog. A holocén folyamán beszivárgott víz -9 és -10‰, az utolsó eljegesedés folyamán beszivárgott jégkorszaki víz -11 és -14‰ között lett meghatározva. A 2H és 18O stabilizotópok a víz alkotóelemei, ebből kifolyólag a hidrogeológiai vizsgálatok során kiválóan lehet őket használni, mivel az utólagos kémiai, biológiai folyamatok nem befolyásolják koncentrációjukat. A kapott izotópos adatokat a korábban megállapított felszín alatti vízáramlási rendszerek eredményeihez alátámasztásként fel lehet használni. Több éves szakmai tapasztalat, irodalmi felmérések Deák (2006) in Deák et al. (2011) alapján elmondható, hogy a felszínről beszivárgó vizek stabilizotópos összetétele megegyezik az éppen aktuális csapadék izotópos összetételével vagy attól csak kis mértékben tér el. Feltételezzük, hogy a felszín alatti szállítódás során maximum kis mértékben változik meg, többnyire megőrződik a beszivárgás idején jellemző stabilizotópos összetétel. A beszivárgás idején uralkodó klíma tehát nagyban befolyásolja a felszín alól vett vízminták izotópos értékét. A jelenleg felszín alá beszivárgó vizek izotópos eredményei δ 18O = -9 és -10 ‰, illetve δ 2H = -65 és -70 ‰ között mozognak. Deák et. al. (2011) A pleisztocén során hidegebb volt az átlaghőmérséklet, mint a holocénben. Az stabilizotópos összetétel ezért a negatívabb irányba tolódott el, mivel a hazai adatok szerint: Deák (2006) δ18O = 0,40*t – 13,4 [‰] A jégkorszakban beszivárgott vizek stabilizotópos delta értékei: δ18O = -10 és -15 ‰, illetve a δ 2H = 70 és - 105 ‰. A tízezer évnél idősebb, jégkorszakban hullott csapadékból származó felszín alatti vizeknek tehát negatívabb a delta értékük, mint a holocén idején beszivárgott vizeké. Deák (2011) Az általam végzett stabilizotópos mérési eredmények alapján, jégkorszaki beszivárgásra következtethetünk. A meglévő izotópos eredményem segítségével kiszámolható, hogy a beszivárgás idején mennyi lehetett az évi középhőmérséklet. Az egyenlet átrendezése után a visszaszámított hőmérsékleti érték 3,5°C. Az utolsó eljegesedés glaciális maximuma 30000-10000 év közé esik, melyet jól alátámaszt ez az igen alacsony középhőmérsékleti érték. 16000 évvel ezelőtt lezárult Würm III. (LGM) idején a Kárpát - medence átlag hőmérséklete 0°C körül ingadozhatott. Hahn (2011) 6.4 Radioaktív izotópok Trícium eredmény kisebb, mint 0,5 TU, így korábbi mérési tapasztalatok alapján elmondhatjuk, hogy ezek a vizek több mint 60 éve szivárogtak be a felszín alatti vízrendszerekbe. A szén 14-es izotópjának mérésével 20000 év körüli kort kaptunk. Ebből következően a hévízkút nem egy lokális, hanem feltehetően regionális víz áramlási rendszer vizét csapolta meg. Az eredmények érvényességét mutatja, hogy mind a stabil, mind a radioaktív izotópos mérések során is idős vízkort, pleisztocén beszivárgást állapíthattunk meg. Értékeik nem ellentétesek, megerősítik, alátámasztják egymás helyességét. 7.

ÖSSZEFOGLALÁS

Munkám során a Duna bal partján elhelyezkedő Cserhát – Gödöllői – dombság közötti területet vizsgáltam. Az Általános és Alkalmazott Földtani tanszékről kapott adatok alapján hidraulikai szempontból elemeztem a területet. Először potenciometrikus térképeket készítettem négy eleváció

41

Pataki - Erőss közre, a horizontális áramlási irányok meghatározása érdekében. Majd nyomás - eleváció diagramokat készítettem, Vácrátót környékére vonatkoztatva kiáramlási, átáramlási és beáramlási rezsim területeket határoztam meg. Ezen eredményeket alapul véve készítettem el hidraulikus keresztszelvényeimet, a területen keresztül haladva Vác- Gödöllő és Budakalász – Vácegres, nyomvonal mentén. A feldolgozás alapján a geotermikus kútpár átáramlási rezsimjellegű területen helyezkedik el. Az MTA CSFK Földtani és Geokémiai Intézet munkatársainak segítségével a Vácrátóti Botanikus Kert hévíz kútjánál elért vízadó rendszer izotópos vizsgálatát végeztem el. Stabilizotópos méréseim alapján a vízmintát a pleisztocén idején beszivárgott felszín alatti vizek közé soroltam. A 14C és 3H mérési eredmények is idős, 23000 éves kort adtak. A vizsgált kút vize tehát egy regionális áramlási pályán halad, melyet mind az általános vízkémiai vizsgálatok (magas össz oldott anyag tartalom), mind az izotóp geokémiai vizsgálatok is alátámasztanak. A termelő- visszasajtoló kútpár közül az utóbbi helyezkedik el magasabb tengerszint feletti magasságon. Emellett a meghatározott áramlási irányok értelmében a visszasajtoló kúttól halad a felszín alatti fluidum a termelő kút felé. A helyi műszaki vezető szóbeli közlése alapján tudom, hogy a kutak helyének meghatározásánál nem volt szempont, nem vették figyelembe, valójában melyik adna több vizet. Előre eldöntötték, hogy melyik lesz termelő és melyik a visszasajtoló kút. Pár év elteltével érdekes lenne megvizsgálni, hogy a víz összetétele, minősége, esetleg kor adatai mennyiben változtak a folyamatos víz visszaforgatásnak köszönhetően. Emellett a rendelkezésre álló működési adatok, földtani információk segítségével modellezni lehetne a rendszert. IRODALOMJEGYZÉK Clark, I., Fritz, P. 1997: Environmental Isotopes in Hydrogeology. Lewis Publishers, Boca Raton, FL. Császár, G. (szerk.) 1997: Magyarország litosztatigráfiai alapegységei. Budapest. p 114. Császár, G. 2005: Magyarország és környezetének regionális földtana I.- Paleozoikum-paleogén. ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, p 328. Csontos, L., Nagymarosy, A. 1998: The Mid-Hungarian line: a zone of repeated tectonic inversions. – Tectonophysics 297, 51–71 pp. Deák, J., Hertelendi, E., Süveges, M., Barkóczki, ZS. 1992: Partiszűrésű kutak vizének eredete trícium koncentrációjuk és oxigén izotóparányaik felhasználásával. – Hidrológiai Közlöny 72/4, pp 204–210. Deák, J. 2006: A Duna-Tisza köze rétegvíz áramlási rendszerének izotóp-hidrológiai vizsgálata. Doktori (PhD) értekezés. Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar. p 112. Deák, J., Fórizs, I., Kármán, K., Süveges, M. 2011: Ásványvizeink eredetének, eredetiségének és védettségének vizsgálata. – A Miskolci Egyetem közleménye, A sorozat, Bányászat 81, pp 69–78. Demény, A. 2004: Stabilizotóp-geokémia. – Magyar Kémiai Folyóirat–Összefoglaló közlemények, 109-110/4, pp 192–198. Fórizs, I. 2005: Processes behind the isotopic water line: water cycle and climate. – Studia Universitatis BabeşBolyai, Physica 50/3, pp 138–146. Freeze, R. A., Cherry, J. A. 1979: Groundwater. Engwood Cliffs, New Jersey, Prentice Hall. pp 15–29. Haas, J. 2001: Geology of Hungary. Eötvös University Press, Budapest, p 317. Haas, J., Budai, T. 2004: Dunántúli-középhegységi egység. In: Haas, J. (szerk.): Magyarország geológiája – Triász. Budapest, pp 25–124. Hahn, GY. 2011: Földtudományi gondolatok. – A Miskolci Egyetem közleménye, A sorozat, Bányászat 82,91–96. Horváth, F. 2007: A Pannon-medence geodinamikája: Eszmetörténeti tanulmány és geofizikai szintézis. Akadémiai Doktori Értekezés Tézisei. Budapest. p 238. Magyar, I. 2010: A Pannon-medence ősföldrajza és környezeti viszonyai a késő miocénben. p 140. Martinecz, Á. 2014: Hidrosztratifráfiai értékelés és áramkép szimuláció a Budai termálkarszton. Diplomamunka. ELTE-TTK Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék. Budapest. Mádlné Szőnyi, J., Czauner, B., Erőss, A., Havril, T., Pulay, E., Simon, SZ., Zsemle, F. 2013: Hidrogeológia egyetemi jegyzet. ELTE, Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, Hidrogeológia és Geotermia Műhely, TÁMOP-4.1.2. projekt. Budapest. p 213. Tari G., Báldi T., Báldi-Beke M. 1993: Paleogene retroarc flexural basin beneath the Neogene Pannonian Basin: a geodynamic model. – Tectonophysics 226, pp 433–455. Tóth, J. 1962: A theory of groundwater motion in small drainage basins in central Alberta, Tóth, J. 1963: Theoretical analysis of groundwater flow in small drainage basins. – Journal of Geophysical Research 68/16, pp 4795–4812.

42