Fúrólyuk geofizikai szelvények alkalmazhatóságának vizsgálata hidrogeológiai paraméterek megadására

Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Környezetgazdálkodási Intézet Hidrogeológiai- Mérnökgeológiai Intézeti Tanszék

Fúrólyuk geofizikai szelvények alkalmazhatóságának vizsgálata hidrogeológiai paraméterek megadására. Diplomamunka

Készítette: Mészáros Melinda Hidrogeológus mérnöki Msc. NK-ILGJ2G 2015. május 6.

MISKOLC 2015

Tartalomjegyzék

1 Bevezetés ................................................................................................................................. 3 2 Alapadatok kutatása és feldolgozása ....................................................................................... 4 3 A vizsgált terület bemutatása ................................................................................................... 6 3.1 A vizsgált területen végzett eddigi kutatások bemutatása. .................................................... 8 3.2 A vizsgált terület geomorfológiája ........................................................................................... 9 3.3 A vizsgált terület geológiai felépítésének bemutatása. ........................................................ 11 3.4 A vizsgált terület hidrogeológiája ........................................................................................... 18 4 A fúrólyuk geofizikai szelvényezési módszerek bemutatása ................................................ 21 4.1 A fúrás környezetének bemutatása ......................................................................................... 21 4.2 Kőzetfizikai paraméterek. ........................................................................................................ 23 4.3 Természetes potenciál-szelvényezés. ..................................................................................... 31 4.4 Természetes gamma –sugárzáson alapuló módszerek. ........................................................ 34 4.5 A szórt gamma sugárzáson alapuló módszerek. ................................................................... 36 4.6 A fajlagos ellenállás szelvényezés .......................................................................................... 42 5 A vizsgált fúrások fúrólyuk geofizikai szelvényeinek kiértékelése. ..................................... 45 5.1 A fúrólyuk geofizikai szelvények előkészítése a kiértékelési folyamatokra. ................... 45 5.2 A fúrólyuk szelvények kiértékeléséhez felállított modell. .................................................. 46 5.3 A fúrólyuk szelvények kiértékeléséből származtatott mennyiségek és a zónaparaméterek bemutatása. ................................................................................................................................ 49 5.4 A fúrólyuk szelvények kiértékeléséhez felhasznált formulák bemutatása. ....................... 51 5.4.1

Szerencs Gátőrház I. sz. fúrás kiértékelése. .................................................................. 59

5.4.2

Hejcei II. számú kút kiértékelése. .................................................................................. 64

5.4.3

Megyaszó I. számú fúrás kiértékelése. .......................................................................... 68

5.4.4

Megyaszó II. számú fúrás kiértékelése. ......................................................................... 71

1

5.4.5

Csokoládégyár II. számú fúrás kiértékelése. ................................................................ 74

5.4.6

Cukorgyár II. számú fúrás kiértékelése. ........................................................................ 78

5.5 A fúrólyuk szelvények kiértékelésének összegzése. ............................................................ 81 6 Összegzés ............................................................................................................................... 85 7 Summary................................................................................................................................ 87 8 Köszönetnyilvánítás............................................................................................................... 89 9 Irodalomjegyzék .................................................................................................................... 90 10

Internetes források: ......................................................................................................... 94

11

Ábrajegyzék ................................................................................................................... 95

12

Táblázatjegyzék .............................................................................................................. 96

13

Mellékletek ..................................................................................................................... 97

14

Eredetiségi nyilatkozat ................................................................................................. 117

2

1 Bevezetés A hidrogeológia és a mélyfúrási geofizika tudomány területe látszólag nagyon elérő szemlélettel és egymástól távol álló kutatási módszerekkel rendelkezik a földtani környezet megismerésére vonatkozóan. A két tudományág párhuzamos fejlődésének előrehaladtával, a kőzetfizikai paraméterek egyre pontosabb megadására nyílik lehetőség. A mélyfúrási geofizika szelvényezési módszereit széles körben alkalmazzák az olajiparban a kőzetfizikai jellemzők meghatározására, illetve ez szolgál a kútkiképzés, kútvizsgálat és a termelés közbeni vizsgálatok alapjául. Az alkalmazott vízkutatásban eltérő módszerek állnak rendelkezésre a hidrogeológiai paraméterek becslésére. A lyukgeofizikai szelvényezési módszerek kiértékelése többféle módszerrel történhet, ezáltal több egymástól eltérő hidrogeológiai paramétert is kaphatunk, mely értékek a földtani környezet tulajdonságainak fókuszáltabb térrésze, a fúrólyuk közvetlen környezetére, a vízkutatásban használt formulák segítségével kapott paraméterek pedig a földtani környezet egy átfogóbb, kinagyított térészére ad jellemző értéket. Kutatásom alapját a két tudomány terület összekapcsolásának létjogosultsága adja. Diplomamunkám alkalmazhatóságának

célja

a

megvizsgálása

fúrólyuk a

geofizikai

kőzetfizikai

és

szelvényezési

módszerek

hidrogeológiai

paraméterek

meghatározásában. Továbbá a szelvények kiértékelésével, a porozitás és a hidraulikus vezetőképesség becslésének megvizsgálása, összehasonlítása a vízföldtani naplóban regisztrált próbaszivattyúzási adatokkal. A cél eléréséhez determinisztikus kiértékelést végeztem, két különböző módszerrel. Vizsgálatom célja továbbá, az alkalmazott módszerek korlátainak vizsgálata. Diploma témám fontosságát mutatja, a hidrogeológiában egyik legfontosabb paraméter megadása a szivárgási tényező, mely paraméter fontos információkat ad a vízadó réteg tulajdonságairól. A mélyfúrási geofizika módszerei, új, fontos in-situ adatokat hordoznak egy korlátozott térrészről, de több fúrás adata interpolálható egy adott területre. A geofizika módszereinek alkalmazásával, lehetőség nyílik a hidraulikai tesztek vertikális kiterjesztésére, a tároló modell litológia pontosítására, mely a készletbecslés és termelési módszer alapja. Továbbá segítséget nyújt a szűrőzendő szakaszok pontosabb kijelölésére. Ezért tartom fontosnak a mélyfúrási geofizika módszereinek ilyen célú alkalmazhatóságának vizsgálatát. 3

2

Alapadatok kutatása és feldolgozása

A vizsgált terület, a Tokaj-hegység déli része. A területen található fúrásokat a terület földtani felépítése, hidrogeológiai viszonyainak megismerése és vízkitermelés céljából mélyítették. A fúrásokban mért szelvény adatokat egy adatrendszerbe gyűjtöttem. A fúrási adatbázisom alapját térképező, ásványbányászati, építésföldtani, vízkutató, és vízfigyelő kutak képzik. Ezeket az adatokat a Magyar Bányászati Földtani Hivatal, a Magyar Földtani és Geofizikai Intézet, a Miskolci Vízügyi Igazgatóság, illetve a Geokomplex Kft. adatrendszeréből válogattam ki. A fúrási adatokat több szempont alapján választottam ki, és eltérő módon használtam fel. Az adatrendszeremet két csoportra osztottam, az első csoportba sorolt fúrásokat a terület földtani viszonyainak megismerése céljából gyűjtöttem ki, ezen fúrások földtani rétegsorait használtam fel a vizsgált terület geológiai leírásához, és a Golden Software Surfer (v.11.6.2013) program segítségével különböző réteghatárok morfológiáját ábrázoltam. Ezen fúrások kiválasztási szempontja a célnak megfelelően, a minél nagyobb talpmélység és részletes litológiai leírás. Ebbe a csoportba gyűjtött fúrások adatai az 1. sz. mellékletben mutatom be. A második csoportba sorolt fúrások adatait használtam fel a diploma munka céljában megfogalmazott hidrogeológiai paraméterek összehasonlításában. Ezen csoportot alkotó fúrások szelvényeit használtam a feldolgozás során és a besorolási szempontot a mélyfúrási geofizikai szelvények megléte adta. Ezen belül a fúrások kiválasztásánál elsődleges szempont volt a különböző szelvényezési módszerek megléte egy fúráson belül. Ennek értelmében egy fúrásban a gamma-gamma, neutron-neutron, természetes-gamma, természetes potenciál és fajlagos ellenállás szelvényezés szükséges volt. Ezzel szemben a paraméter vizsgálatra alkalmas fúrások kiválasztásánál nem volt elég az előbbiekben említett szempont. Ugyanezen fúrásoknak meg kellett felelnie annak a kritériumnak is, amely vízföldtani naplók adatait vette figyelembe, miszerint a fúrásnak rendelkeznie kellett vízföldtani paraméterekkel, vagy legalább kútvizsgálat során regisztrált szivattyúzási adatokkal. ?mely a független eredmények összehasonlíthatóságának kedvéért, a szelvényezési módszer ellenőrzésére szolgál.

Az

adatbázisból való kiválasztás szempontjainak 6 db kút felelt meg, mely kutak anyagainak feldolgozását a 6. fejezet mutatja be. 4

A vizsgálatom során bemutatott térképek a Magyar Bányászati és Földtani Hivatal és a Magyar Állami Földtani és Geofizikai Intézet bocsátotta rendelkezésemre. A kutatásom folyamán felhasznált adatok, kivétel nélkül hivatalos dokumentációból szármáznak. Az általam digitalizált ábrák illetve térképek mind igazolt forrásból származnak.

5

3

A vizsgált terület bemutatása

A munkám során felhasznált fúrások térbeli elhelyezkedése megadja a vizsgált területek nagyságát és elhelyezkedését, de elmondható, hogy a terület geológiai felépítésére vonatkozó információk megértéséhez elengedhetetlen egy nagyobb, a vizsgált területeket magába foglaló térrész átfogó szemlélete. A kiértékelt fúrások egy kivétellel Szerencs és Megyaszó településekre koncentrálódnak, a kivétel pedig ettől északra Hejce településén található. A kutatási terület elhelyezkedését a Kárpát-medencében az 1. ábra szemlélteti.

1. ábra. A kutatási terület elhelyezkedése.(Pannon-medence jelenkori geodinamikájának atlasza. Forrás: internet1) A szűkített terület határai az alábbiak, melyet a Error! Reference source not found. mutat be. A vizsgált területet északi határa Gönc község érintésével meghúzott Ny-K-i vonal. Déli lehatárolását Prügy község metszésével húzott Ny-K-i vonal jelöli. Nyugati határa a Hernád folyó. Keleti természetes határa a Tokaj-hegység.

6

2. ábra. A munkám során felhasznált kutak bemutatása.(Forrás: Saját szerkesztés)

A munkám során a feldolgozott kútadatok döntő többsége Borsod- Abaúj- Zemplén megye Szerencsi kistérség határain belül helyezkedik el. Ebben a kistérségben létesült kutak földtani adatait használtam fel a 3D-s felszín térképek felhasználásához, ide tartozik Szerencs, Megyaszó, Gesztely, Legyesbénye és Bekecs község is. A Error! Reference source not found. mutatja a munkám során feldolgozott kutak elhelyezkedését, a piros színnel jelölt kutakat a felszíntérképekhez használtam fel, a lila színnel jelölt kutak geofizikai szelvényeit értékelte. A mélyfúrási geofizikai szelvényezés kiértékelésében felhasznált fúrások is döntően erről a területről származnak, ezek Szerencs és Megyaszó települések, illetve egy Hejcén létesült kút. Hejce Szerencstől 37 km- re északra, Miskolctól 60 km-re helyezkedik el a Tokajhegység nyugati lábánál. színeket beírni a térképről!. A területet megvizsgálva 3 nagytájat sorolhatunk fel, ezek a Szerencsi dombvidék, a Taktaköz és a Tokaji-hegység.

7

3.1

A vizsgált területen végzett eddigi kutatások bemutatása.

Szerencs és környékén végzett kutatások feldolgozása során figyelemmel kísértem község ivóvíz termálvíz és ipari vízellátása, valamint földtani megismerést szolgáló kutató munkákat. Az általam vizsgált terület megismeréséhez lényeges információt szolgáltattak. A vizsgált terület geológiai és hidrogeológiai megismeréséhez fontos adatokat szolgáltat az 1990-ben készített Irodalmi adatgyűjtemény és értékelés a Szerencsre tervezett termálkút kitűzéséhez című kutatómunka jegyzete, melyben a területre vonatozó további információk lelhetők fel (Zelenka, 1964) (Hoffer, 1937). A terület mélyebb földtani megismerést a Zelenka Tibor által végzet tanulmány adja, melyben a „Szerencs-i öböl” szarmata tufaszintjeit jelöli meg. (Zelenka, 1964). A „szerencsi árok” kutatására vonatkozó információk az AbaújszántóTállya vonalában futó szeizmikus szelvényt az 1960-as években készítették. A térségben fellelhető termálvíz megkutatása egy 696 méter talpmélységű kutatófúrással történt, melyet 1969-ben létesített az Országos Földtani Kutató és Fúró Vállalat. A várt eredmény elmaradása után, a fúrást meddőnek nyilvánították, a kút tovább mélyítését nem valósították meg. Szerencs térségében végzett további kutatómunkát Fejes Zoltán, a langyos- és meleg víz készletek feltérképezésére és lehatárolására (Fejes, 2011). A Miskolci Egyetemen indult Kútfő projekt keretében a Geofizikai Intézeti Tanszék segítségével elkészült a Szerencs település környékén végzett mágneses mérések és értelmezésük kutatási jelentése, melyben a mágneses szelvények 2D inverziós feldolgozásának eredményeit mutatják be. Az inverziós eredményszelvényben egy 100-200 m mélységű hatót feltételez, amely egy vulkáni testet valószínűsít. (Szabó et al. 2013). A Hernád-árok szerkezetföldtani vizsgálata címmel 2011ben készített tanulmányt Bodor Balázs, mely pontosabb információkat szolgáltat a terület földtani viszonyiról (Bodor 2011).

8

3.2

A vizsgált terület geomorfológiája

A Tokaji-hegység Északkelet-Magyarországon helyezkedik el, az Északi-középhegység legkeletibb tagja, keletről a Bodrog, nyugatról pedig a Hernád határolja. A terület 1200 km2tfed le Magyarország területéből és átnyúlik Kelet-Szlovákiába is. Felszíne változatos, legmagasabb csúcsai 700 és 900 m közöttiek, ezeket lankás völgyek és medencék határolják. Az Eperjes- Tokaji-hegység három részre osztható, a legészakibb az Eperjesi-hegység (Prešovske Pohorie), a középső a Szalánci-hegység (Slanské Pohorie), és a legdélebbi a Tokaji-hegység. A Tokaji-hegységet Ny-on a Hernád- vonal szerkezeti árka, K-en a Bodrog választja el az alacsonyabban elhelyezkedő környezetétől. A hegyég peremein mindkét vonal irányába a vulkáni képződmények a mélybe süllyednek, ezeket az évmilliók alatt a miocén, pliocén és pleisztocén korszakokban képződött üledékek fedték be. A hegység kiterjedését megvizsgálva látható, hogy É-D-i irányban az országhatártól Tokaj településig 52 km hosszú, legnagyobb 34 km-es szélességét Sátoraljaújhely és Vizsoly térségében éri el, majd az Alföld irányában elkeskenyedik.

A vizsgált területet figyelembe véve a hegység Ny-i oldala jelentősebb

szereppel bír, melyről elmondható, hogy K-i oldalához viszonyítva egységesebb, szűkebb völgyek jellemzik. A hegység morfológiáját tekintve rendkívül tagolt, olyan fél medencék, mint a Károlyfalva, Makkoshotyka és völgyek, mint a Bózsva, Erdőbényei és a TolcsvaSzerencs patak völgyek választják kisebb nagyobb egységekre. A hegység vertikális kiterjedését tekintve, legmagasabb pontja a Nagy- Milic (896 m), ettől a ponttól D-i irányban haladva magassága csökken egészen a Nagy Kopasz tetőt elérve, mely eléri az 513 m-t. A Nyi terület magaslatokban bővelkedik, itt található a Pál-hegy (630 m), Borsó-hegy (747 m), Gergely-hegy (787 m), Magoska (737 m). A domborzat adottságait magassági szintekbe sorolták be (Pincés, 1989). 100 m alatt található a Taktaköz és a Bodrogköz és az ezekkel kapcsolatban álló térszínek. A peremterületeken található 100 - 300 m magasságszint közé eső felszínek, Hernád és Szerencs- patak közötti rész, Hegyközben és a Bózsva- völgyében. Ez a magassági szint éri el a legnagyobb kiterjedést (62.5%) A 300-500 m-es magassági szint magába foglalja a pliocén hegylábfelszíneket is, ide tartoznak azok a medencék melyek, behatolva a hegység középpontja felé azt tagoltabbá teszik ( Regés, Baskó, Füzér), kiterjedésük 27% körüli értékkel írható le. 500 m-t meghaladó felszín mindössze 7 %, ez a 9

Zempléni Tájvédelmi Körzet területét foglalja magába. A Tokaji-hegység felszínének áttekintését a 3. ábra mutatja. A formakincseinek bemutatására szolgáló térképen észrevehető a változatos felépítés. A felszínt döntően vulkáni működés során keletkezett morfológiai jegyek uralják.

3. ábra. A Tokaj-hegység nagyformái.(Saját szerkesztés, Pinczés Z. 1998. alapján) A pliocén folyamán szárazföldi lepusztulás ment végbe, melynek nyomaiként lépcsős felszínek alakultak ki, ezeket a peremterületeken figyelhetjük meg. A D-i területek magassága a 350 m-t is eléri, míg az É-i részeken a 400 m magasságértékhez közelít. A szarmata eróziós felszín elsősorban a hegység D-i és középső részére jellemző. A pliocén hegylábfelszín a DNy-i területekre korlátozódik. Az erodált vulkáni formák a lepusztulás különböző időszakait reprezentálják, úgymint lávatakaró, lávanyelv, extrúzív dóm, eróziós kalderák. (Rozlozsnyik, 1931) A vulkáni formák, amelyek a mélyben rekedtek később felszínre kerültek exhumált 10

lakkolit és exhumált szubvulkáni tömzs, vulkáni kürtő maradvány és a dagadó kúpok formájában. Fontos megemlíteni a hévforrás tevékenységek nyomaiként létrejött gejzíreket (Akasztó-domb, Istenhegy, Nagy-Padi- hegy, Mád) (Pántó, 1966). A hegység éghajlatát a geomorfológiai viszonyai is befolyásolják, így a magsági eltérések és észak-déli elhelyezkedés. Az északi területek éghajlati viszonyai a hűvöstől a mérsékelten nedvesig, a déli területek a mérsékelten melegtől a mérsékelten szárazig terjed, 8.5-10°C közötti évi középhőmérséklettel és 600-650 mm csapadékkal. A vulkáni eredetű kőzetek felszínén kialakult málladék rétegeken és egyéb üledékeken (agyag, lösz) főleg barna erdőtalaj kialakulása jellemzi a területet, melyek bükkösöket és tölgyeseket táplálnak. 3.3

A vizsgált terület geológiai felépítésének bemutatása.

Magyarország

nagyszerkezeti

szempontból

két

nagy

paleozoós-mezozoós

fejlődéstörténetű egységre a döntően európai eredetű Tisza-Dácia mikrolemezre és az afrikai eredetű ALCAPA (Alpok-Kárpátok-Pannon) mikrolemezre osztható föl. Az ÉNy-i ALCAPA főegység a Tethys-óceán déli pereméről levált terrénum, még a DK-i Tisza-Dácia főegység az óceán északi pereméről származik. Mai helyzetükre a késő-oligocén – kora-miocén során kerültek a DNy-ÉK-i csapású Közép-magyarországi-vonal (zóna) mentén történ többszörös eltolódási és forgási fázisokat elszenvedve, eredeti környezetüktől több száz kilométeres távolságra. A kutatási terület az ALCAPA nagyszerkezeti egység ÉK-i részén helyezkedik el, ahol a pre-kainozoós aljzatot Alpi-, Dinári takarós egységek építik föl DNy-ÉK-i csapású pásztákba rendeződve. Ilyen orientáltságú tektonikai vonalak jellemzik az ország egész területének mélyföldtani képét. A Tokaji-hegység létrejöttének okai a Pannon- medence szinrift fázisában és később a posztrift fázisban keresendő (Horváth, 1993). A folyamat során az üledékes és a vulkáni képződmények egymással párhozamosan képződtek, a vulkanitok a Tokaj-hegységben, még az üledékes kőzetek a tőle nyugatra található árok tengelyében rakódtak le. Ezen félárok mentén törtek a felszínre a Belső-kárpáti vulkáni ívhez tartozó Tokaj-hegységet kialakító vulkanikus képződmények a bádeni és szarmata időszakok során (Szabó et al., 1992) (Seghedi et al., 2004). A terület pre-kainozoós felépítéséről kevés információ áll rendelkezésre, amit 4. ábra szemléltet.

11

4. ábra. A vizsgált terület pre- kainozoos aljzattérképe(Saját szerkesztés, Haas alapján, 2010).

A Tokaj-hegység mélyszerkezetét paleozoos-mezozoós képződmények alkotják. Ezen aljzatot három különböző felépítésű és fejlődésű szerkezeti egység képzi (Vepori - egység, Uppony – Szendrői - egység, és Zempléni – egység) (Haas et al., 2010). A vizsgált területen és környezetében csupán szerkezet- és szénhidrogén kutató fúrási tevékenység során kerültek paleozoós kőzetek feltárásra, melyeket a felszínen megtalálható Szendrői-hegység paleozoikumával azonosítanak. Ezen formációkat az Abaújdevecser-1. jelű fúrás tárta fel 1240 m-es mélységben a Cserehát keleti peremén. A kainozoikumnál idősebb képződmények feltételezhetően 1500-2000 méteres mélységbe kerülnek a Hernád-árok

12

tengelyében. Az ároktól nyugatra a Cserehát irányába, azonban egyre közelebb kerülnek a felszínhez, a Szendrői-hegységben már a felszínen is megjelennek (Gyarmati, 1966). A terület keleti felében felszínen lévő Zempléni-egységhez tartozó paleozooós metamorf képződményeit a Tokaj-hegység északi részén mélyült Füzérkajata-2-es fúrás 1000 méteres mélységben érte el. A Tokaj-hegységben létesített fúrások döntő többségében az alaphegység kutatására, feltárására irányultak. A várttal ellentétben a tercier képződmények nagy vastagsága miatt a fúrások pre-kainozoós képződményeket nem értek el, azok meglétére és jellegére a vulkáni működés során felhozott xenolitokból lehetett következtetni. A xenolitok zöme homokkő, agyagpala, melyeket permokarbon korúnak valószínűsítenek. A Hernádvölgyének északi részén az országhatárhoz közel mélyült Hidasnémeti-1-es fúrás 1539 méteres mélysége ellenére sem érte el az aljzatot. A Cserehát területén mélyített alapfúrások (Lak-1,

Felsőgagy-1,

Alsóvadász-1)

is

igazolták

a

Szendrői-hegység

paleozoós

képződményeinek meglétét (Gyarmati , 1977). A Tokaj-hegységet túlnyomóan miocén korú mészalkáli vulkáni működés termékei alkotják, melyek egy vulkanotektonikus árokban jöttek létre. A vulkanizmus a kora-bádeniben kezdődő Belső-kárpáti vulkáni ív szubdukciójának eredménye. A szubdukciós front mentén kialakult vulkáni ív működését az alábukó kőzetlemez hátragördülése által keltett extenziós feszültségtér és az asztenoszféra felboltozódása is befolyásolta (Lexa J. és társai, 2010), (Horváth, 1993). A hegységet szerkezeti elemek ölelik körbe, melyek szerepet játszottak a vulkáni anyag felszínre kerülésében. Nyugatról az ÉÉK-DDNy –i csapású Hernád – vonal (fél árok), északról az ÉNy – i csapású Szamos – vonal, délkeletről az ÉK – i csapású Bodrog – vonal határolja. Déli határát, a hegység előterében, a Közép – magyarországi vonal jelöli ki.A legidősebb vulkanitok a hegység északkeleti részén találhatóak a felszínen, nyugat felé csak a fúrások alsó szakaszaiban harántoltak badeni korú kőzeteket (Pécskay Z. és társai, 1986). A vulkáni működés rövidebb-hosszabb megszakításokkal a bádenitől a pannon elejéig tartott. A vulkanizmus időbeliségét a periodikusság jellemzi. Kezdeti szakaszában savanyú szórtvulkáni riolittufa és riolit ártufa kerültek a felszínre, melyeket kiömlési savanyú riolitdómok felszínre kerülése követett. Ezt követően neutrális piroklasztikumok, főként andezittufa, majd savanyú-neutrális kiömlési kőzetek (andezit, dácit) fedték be az egykori paleofelszínt. Az egyes vulkáni események közé nem lehet éles határt húzni, azok 13

időbeliségében átmenet figyelhető meg. Azonban általánosan elmondható, hogy a kezdeti robbanásos kitörések fokozatosan enyhültek, lávaömléses folyamatokba mentek át. Az előzőekkel összhangban az is megfigyelhető, hogy a kezdeti savanyúbb kőzeteket bázisosabbak váltották fel. (Mátyás E., 1974) A bádeniben tengeri-szárazföldi környezetben kezdődő savanyú erupciós vulkáni működés

eredményeként

nagy

területi

elterjedésben

riolittufa,

riodácit

ártufa

piroklasztikumok települtek a prekambriumi és paleozoós aljzatra, melyet számos fúrásban azonosítottak. Ezt a nagy kiterjedésű tufaszintet a szakirodalom „középső riolittufa” szintként tartja számon. Kitörési központját a Tiszántúl ÉK-i részén nagy vastagságban feltárt vulkanitjai felől eredeztették (Gyarmati , 1977) (Pántó G., 1968). A bádeni későbbi szakaszában bázisosabb jellegű magmatizmus vette kezdetét a terület gyors süllyedése mellett. A süllyedés relatív vízszintemelkedést eredményezett, amelynek következtében a tengeralatti dácitos, andezites vulkanitok tengeri üledékekkel fogazódtak össze. Ezen szubmarin vulkáni működés változatos kifejlődésű képződményeket eredményezett. A magma laza tengeri üledékbe történő benyomulásával breccsás jellegű kőzetek jöttek létre.A bádeni korszak végén a vulkanizmus szünetelt, tengeri üledékképződés dominanciájaként agyagos kőzetek keletkeztek. (Gyarmati , 1977) A szarmata elején újból felerősödött a magmás tevékenység kezdetben savanyú erupciós termékek formájában, amely helyenként andezites magmatizmusba váltott át. Voltak területek azonban, ahol megmaradt a savanyú magmatizmus riolitdómokat hozva létre. A szarmata során a vulkáni anyag mennyisége lépést tudott tartani a terület süllyedésével, így tengeralattiból, fokozatosan szárazföldivé vált a vulkanizmus. A Tokaj-hegység északi részén Sárospatak térségében mélyített fúrás kőzetanyagából (olivinbazalt) datált legfiatalabb koradat 9.4  0.5 millió év, így megállapítható, hogy a vulkanizmus átnyúlt a kora-pannonba is. (Pécskay Z. és társai, 1986) A Tokaj-hegység miocén vulkáni működése számos ásványi nyersanyagtelepet hozott létre, valamint szerepet játszhatott a geotermiai adottságok kialakításában. A miocén vulkanizmus a pannonba is átnyúló alkáli bazalt lávaöntésekkel ért véget a területen, helyet adva a Paratethys végső lefűződéseként kialakult Pannon-tónak. A Tokajhegység ez időtájt feltételezhetően szigetként állt ki a Kárpát-medencét elborító Pannon-tóból, ahol szárazföldi lepusztulás, üledékképződés mehetett végbe. A Tokaj-hegység nyugati 14

pereme mentén a Hernád vonalában a pannóniaiban működő normálvető azonban jelentős üledékképződési teret hozott létre a tavi üledékek számára. A pannon korú kőzetek legnagyobb vastagságukat a Tokaj-hegység nyugati pereménél érik el, köszönhetően a félárok szerkezetnek. Nyugat felé az árok mélysége egyre csökken, a pannon képződmények egyre vékonyabbak, melyek végül a Cserehátban a felszínre bukkannak (Reich L., 1949). A Cserehát területén pannon üledékek találhatók a felszínen, alattuk a paleozoós aljzat emelkedésével együtt nyugat felé elvékonyodik a szarmata üledékes rétegsor, valamint csökken a vulkáni képződmények aránya (Radócz, 1969). A kutatási terület a Tokaj-hegységet felépítő vulkáni és üledékes képződmények nyugati lábánál húzódik. Annak peremvonalában, ahol a Hernád-árkot kitöltő túlnyomórészt üledékes kőzetek találkoznak az árok keleti szerkezeti elemekkel határolt miocén vulkáni képződményeivel. A fentiekkel jól korreláló képet mutat a területen végzett mágneses mérés térképe.(5. ábra.)

5. ábra. A vizsgált terület mágneses anomália térképe.(Saját szerkesztés)

15

A kutatási terület mágneses anomália térképe, melyen a helyi maximumok jól mutatják a Tokaj-hegységet felépítő vulkáni komplexumokat. Azonban kisebb amplitudójú mágneses anomáliák a vizsgált térrészen belül is megfigyelhetőek, utalva lehetséges, eltemetett vulkáni objektumok meglétére. A vizsgált terület földtani felépítésének bemutatását a felszíni képződmények leírásával kezdem, ezen képződményket jól mutatja a 6. ábra. A felszínen megtalálható legidősebb képződmények szarmata korú vulkanitok. A Tokaj-hegység fő tömegét alkotó miocén vulkáni felépítmények, annak DNy-i elvégződésénél Szerencs térségében is megfigyelhetőek a felszínen, kisebb pár száz méteres hegyek, csúcsok formájában. Anyagukat tekintve döntő többségben szórtvulkáni riolittufával, piroklasztitokkal találkozhatunk, de megfigyelhetőek riolit láva testek valamint a neutrális vulkáni működés során keletkezett andezites kőzetek is.

6. ábra. A Szerencsi-sziget földtani térképe.(Hoffer A. alapján) A pliocéntől napjainkig tartó erózió ellenére Ond-Szerencs-Bekecs-LegyesbényeMonok álal közrefogott területen egy kb. 30 km sugarú ortoklász-riolittufa és breccsa anyagú vukáni felépítmény figyelhető meg. Ezen a területen találhatóak a dolgozat hidrogeológiai szempontból igen fontos képződményei a hidrokvarcitok. Jelentőségük abban rejlik, hogy a felszín alatt, fúrásokkal feltárt előfordulásai repedezett tározónak és igen jó hozamú vízadónak

16

mutatkoztak. Felszíni kibukkanásai magasabb térszíneken figyelhetőek meg, ugyanis igen kemény kvarcos összetételű képződményről beszélünk. A terület nyugati felét legnagyobb kiterjedésben pleisztocén lösz borítja, ám az eróziónak ellenállva piroxénandezit és plagioklász riolit láva testek preparálódtak ki a laza üledék alól. Patakok, folyómedrek bevágódásaiban a szarmata vulkáni képződményekre települt pontuszi (Pannóniai) homokos és agyagos üledékek települnek. Ezek a pannon összletek jól kivehetők a 7. ábra gravitációs anomália térképén.

7. ábra. A kutatási terület gravitációs anomália térképe. (Saját szerkesztés) A térképen jól kivehető a Cserehát és a Tokaj-hegység között elhelyezkedő mélyzóna a Hernád-árok, ahol a miocén-pannon képződmények 1000-2000 méteres vastagságot érnek el. A pannon korú üledékek vastagságtérképét a 8. ábrán láthatjuk. Ezek a rétegek döntő többsége homokos-agyagos lerakódás, nagy horizontális kiterjedés jellemzi őket. A vulkáni működés mérséklődése utáni időszakban a terület tektonikus mozgásai aktivizálódtak, majd elöntötte a Pannon-tenger, mely üledékei az Alföld irányában fokozatosan vastagodnak. Szerencs község területén 40 -45 m vastag a pannon korú üledék, de néhol a 160 m-nél vastagabb.

17

8. ábra. Pannon rétegek vastagság térképe. (Forrás: Saját szerkesztés)

A pannon üledékek, vízadó tulajdonságait nézve, jó víztároló rétegeknek minősülnek a területen. Elhelyezkedésüket tekintve, hegységperemeknél elvékonyodás jellemzi. A rétegekből kitermelt vizek, alacsony hőmérsékletű rétegvizek. A pannon rétegeket szűrőző kutak általában kis hozamúak. (Korim, 1987)

3.4

A vizsgált terület hidrogeológiája

A Tokaji-hegység vízföldtani adottságainak kialakulásában fontos szerepe van a hegységszerkezeti elemeknek, a különböző hosszúságú és irányú törési zónáknak/vonalaknak. Vízföldtani vizsgálat szemszögéből jelentős az a termális vonal, mely a Ny-i peremen végighúzódva érinti Kéked, Gönc, Korlát, Abaújszántó településeket egészen Taktáig (Bekecs 1. sz. fúrás). Feltételezések szerint ez a termális vonal látja el vízzel a térség langyos vizű kútjait. Ez a szerkezeti vonal válik szét Ond környékén egy ÉÉK-DDNy-i vonalra, melyet a Vár-i kutakkal (19.5 °C) hoznak összefüggésbe, és egy ÉÉNy-DDK-i vonalra, melyet Szerencs Csokoládégyár (240 °C) és Bekecs 1. sz. lignitkutató fúrás (240 °C) vizével kapcsolnak össze. A Tokaji/ Zempléni- hegység Ny-i peremén végigfutó vízföldtanilag meghatározó szerkezeti zónát tárták fel azok a kutak, melyek jelentősebb hozammal és jó 18

üzemelési adottságokkal rendelkeznek. Ezek a kutak Abaújvár, Vizsoly, Boldogkőváralja, Abaújszántó, Encs, Hejce, Pusztaradvány, Hidasnémeti, Szerencs, Megyaszó települések közigazgatási területéhez tartoznak. A kiváló hozamra jó példa az Abaújszántói Regionális Vízmű 2. sz. kútja, mely kút 44 m mélysége riolittufát tárt fel, melyből -3.7 m-es depresszióval 3000 l/p 18 °C-os vizet termeltek. A hegység Ny-i peremén található források vizsgálatából elmondható, hogy a csekély számú leszálló forrástól eltekintve, 5-6 olyan forrást is találunk, amelyek

szerkezethez

kötötten

felszálló

jellegűek.

Jellegük

magyarázatát,

a

hőmérsékletükben és nagy hozamukban feltételezik, a kutak átlagos kifolyóvíz hőmérséklete eléri a 15-20 °C-ot. Ezek az Abaújszántó Köszvényes-forrás, Aranyos-fürdőforrás, Fony alsóforrás, Gönc Szécsi-forrás, Kéked Mátyás-forrás, valamint a Korlát és Hejce településeken található források. A vizsgálatok során meghatározták a források vízhozamát, vizének kémiai összetételét és az alapkőzet tulajdonságait. A víz általában lágy, közepesen kemény Na-, Ca, Mg- hidrogén karbonátos jellegűnek mutatkozott. (Gyarmati et al., 1968) A szerencsi dombvidék adottságait külön meg kell említenem, mivel a munkám során felhasznált kútadatok döntő többsége erre a területre esik. A Tokaji-hegység peremterületein feltárt vetők mentén a kovástufa összletből langyos vizű források fakadnak. A kemény repedezett tufaösszletet a gyengébb vízadó képességű pannon agyagos rétegek fedik be. A terület jellemzője, hogy azokban a kutakban, ahol a pannon rétegeket harántolva elérték a tufaösszletet, általában langyos

víz feláramlását tapasztalták, ilyenek például a

Csokoládégyári kutak. A Taktaköz bemutatásánál kihangsúlyozandó, hogy ez a terület egykoron a pannóniai beltenger partvidéki részéhez tartozott, ahol mocsaras, lagunáris terület jellemezte, ennek következtében a kutak 100-150 m mélységig szűrőzésre alkalmas homok aránya nem éri el a 10 %-ot. Ezen a területen mocsári üledékek jelenlétével magyarázható a területről nyert vizek magas Fe- tartalma, ami általában 2- 6 mg/l közötti értéket vesz fel. Meg kell említeni a pozitív nyugalmi vízszinttel rendelkező területeket is, melyek a Szerencs, Taktaszada-Taktaharkány településekkel leírt vonalban helyezkednek el. A pozitív nyugalmi vízszintet a kutatók a szerencsi törésvonal folytatásával magyarázzák (Gyarmati et al., 1968) A 9. ábrán látható Szerencs térségének sekélyföldtani és hidrogeológiai viszonyai. Az ábrán látható A-A’ szelvény a Tállya- Szerencs- Prügy- Tiszavasvári vonalában húzódik. A legnagyobb mélységet a Tállya 15. számú fúrás éri el. A fúrás nyugalmi vízszintje magasabb a 19

környező értékektől, ami feltételezi a megnövekedett rétegvíznyomást. A Taktaközi süllyedék peremét a zöld vonal jelzi. A 9. ábrán látható a hidrokvarcit telér, mely É-D-i irányt mutat, felszíni előfordulása az Árpád-tető – Református templom közötti területen található. A felszín alatti elhelyezkedése nem ilyen egyértelmű, a hidrokvarcitot harántolt fúrások, a szerencsi B55. számú fúrás és a Szerencsi Csokoládégyár III. sz. fúrás. A hidrokvarcit felszínalatti helyzetére eltérő elméletek születtek. Nagy valószínűséggel déli irányban folytatódik a felszín alatt. (Fejes 2011)

8. ábra. Szerencs térségének sekélyföldtani hidrogeológiai viszonyai. (Forrás: Fejes 2011)

20

4 4.1

A fúrólyuk geofizikai szelvényezési módszerek bemutatása A fúrás környezetének bemutatása

A mélyfúrási geofizika elsősorban az adott környezet földtani megismeréséhez illetve földtani ismereteink pontosításához ad lehetőséget, különböző in-situ mérési módszerek segítségével. A mélyfúrási geofizika, mint tudományág vizsgálati célja a fúrásokkal harántolt rétegek eltérő rétegtani és kőzetfizikai paramétereinek megismerése. A mélyfúrási módszerek olyan fizikai jellemzőket szolgáltatnak, melyek lehetővé teszik a földtani, kőzettani, rétegtani értelmezést. A mélyfúrási geofizikai szelvények jelentőségét jól mutatja a különböző kutatási területeken való alkalmazhatóságuk. Felhasználásuk elsősorban a nyersanyagkutatásban (szénhidrogén-, szén-, érc- víz-, építőanyag kutatásban) jelentős. A vízkutatásban a vízkivételi szempontból megfelelő áteresztő rétegek kijelölése, porozitásuk megbecsülése és a termelő vagy megfigyelő kút végleges kiképzéséhez szükséges paraméterek megadása is a mélyfúrási geofizika segítségével valósul meg. (Csókás, 1989) A geofizikai mérések kiértékelése során jelentős szerepe van a fúrás során használt fúróiszapnak, ezért fontosnak tartom a fúrás környezetének bemutatását, ahol ábrázolom a fúróiszap megjelenését és hatását. Magyarországon létesült fúrások döntő többsége iszapöblítéssel készült. A fúróiszap nem más, mint az iszap agyagnak és különböző iszapjavító anyagoknak meghatározott folyadékkal kevert oldata, szuszpenziója. Abból a szempontból, hogy milyen alap folyadékot használnak fel, megkülönböztetünk vízbázisút és olajbázisú iszapot. Sekély- és középmélységű kutató fúrásoknál valamint vízkutatásban vízbázisút, nagymélységű fúrásokban olajbázisút alkalmaznak. Az iszaposzlop szerepe a fúrólyukban lévő nyomáskülönbség kiegyenlítésében jelentős, ellensúlyként működik a rétegnyomásra és ez által megakadályozza a fal beomlását, ezért adott esetben nagyobb fajsúlyú iszapokat használnak. Az iszap sűrűsége általában 1100-1500 kg/m3, eltérés a nagyobb mélységű fúrásokban lehetséges 2200-2500 kg/m3-es értékekkel. A vízbázisú iszapok fajlagos ellenállása függvénye a disszociált ionok koncentrációjától, iszapjavítás során alkalmazott adalékok csökkentik az iszap fajlagos ellenállását, mely a 0,01 Ωm és 20 Ωm közötti értéket vehet fel. Az olajbázisú iszapok ellenállása nagyságrendekkel nagyobb, ez maga után vonja azt a tényt is, hogy olyan kutakban ahol olajbázisú iszapot használnak, egyenáramú 21

elektromos mérést nem is lehet végezni (indukciós szondát lehet használni). A fúróiszap beáramlik a porózus-permeábilis kőzetekbe, mely jelentősen megváltoztatja az elárasztott zónában a réteg fajlagos ellenállását. Az iszap tulajdonságaira rávilágítva elmondható az is, hogy adott kőzeteket kioldhat, kimoshat a lyukfalból, ilyenek a kaolin, agyag és a porló kőszén, ezáltal kavernásodást okozhat. A fúrólyuk közvetlen közelében az iszapfiltrátum elárasztja a szemcse közti teret és a nyitott repedéseket, a lyukfalra pedig lerakódik az iszaplepény, ami biztosítja a porózus réteget, ezért is fontos a lyukfal stabilitásának megtartása szempontjából. A fúróiszappal történő elárasztás hatását a 11. ábrán mutatom be. (Csókás, 1989) 10. ábra rezisztív elárasztást mutat (Rmf>Rw), édesvízbázisú iszap használatánál és nagyobb mélységű sósvíz tárolókra vonatkozóan. A sekély édesvízkutató fúrásokban eltérés mutatkozik az ábrától, ugyanis vízkutatásban általában konduktív elárasztás jellemző (Rmf
9. ábra. Elárasztási viszonyok víztároló porózus rétegben.(Saját szerkesztés Csókás J. 1989. alapján)

A fúrás során, a lyukfalon iszaplepény alakul ki, majd következik a kisöpört zóna, amiben az eredeti folyadékot kiszorítja az iszap és csak a szegletvíz illetve a szemcsék 22

felületén a hidrátburok marad meg. Az elárasztott zónában az eredeti réteg és iszapfiltrátum keveredése figyelhető meg, e mögött találjuk az érintetlen zónában az eredeti rétegtartalmat. A természetes potenciál szelvényezés során eltérő arányban van az iszapfiltrátum fajlagos ellenállása (Rmf) és a rétegvíz fajlagos ellenállása (Rw), a rétegben tározott fluidumot nézve. A sekély mélységű víztározó rétegek esetén az iszapfiltrátum fajlagos ellenállása kisebb a rétegvíz fajlagos ellenállásához képest (Rmf< Rw ), míg a szénhidrogén tároló rétegek esetén ez az arány megfordul (Rmf> Rw ) E jellemzők ismerete lényeges az elektromos fúrólyukszelvények értelmezése szempontjából. (Csókás, 1989) 4.2

Kőzetfizikai paraméterek.

A földtani – és vízföldtani kutatás során azért tudunk geofizikai módszereket alkalmazni, mert a kőzetek fizikai jellemzői, anyagi állandói is különböznek, ezáltal lehetőség nyílik a fúrással harántolt kőzetek megadására a mért fizikai mennyiségekből. A kőzet fizikai jellemzőit a kőzetben fellelhető ásványos összetétel, a kőzetet felépítő ásványok és fluidumok fizikai jellemzői határozzák meg. A kőzet fizikai jellemzőjére nem csak az ásványösszetétel van hatással, hanem a repedezettség, porozitás, tömörödöttség, folyadéktelítettség, rétegnyomás és a réteghőmérséklet is. E mélységfüggő fizikai jellemzőket kőzetfizikai paramétereknek nevezzük. A követfizikai tulajdonságok meghatározása a mérési paraméterekből származtathatók, determinisztikusan, inverz modellezéssel vagy statisztikai módszerekkel, helyi empirikus összefüggések alapján. A kőzeteket nem tekintjük telesen tömörnek, felépítésükben kőzetanyaggal ki nem töltött pórusokat feltételezünk, repedéseket, üregeket. A pórusok kőzetbeli részarányának ismerete a porozitás fogalmának bevezetése. A porozitást (ϕ) a kőzetben lévő pórusok térfogatának (Vp) és a kőzet teljes térfogatának (V) hányadosaként adjuk meg, legtöbbször százalékos arányban: 𝜙𝑡 =

𝑉𝑝 100 [%] 𝑉

(1)

Ez a porozitás a teljes porozitást (ϕt)(abszolút) fejezi ki, ez a hányados figyelmen kívül hagyja a pórusok egymáshoz való viszonyát, nem tudjuk, hogy a pórusok összekötődésben 23

helyezkednek-e el vagy sem. Víztermelési szempontból az egymással kontaktusban lévő pórusok meghatározása az elsődleges cél, hiszen a kitermelés elengedhetetlen feltétele a fluidum áramlása. Ezt a pórusteret másképpen effektív pórustérnek (ϕeff) nevezzük. Az effektív porozitás (hidrogeológiában hézag tényezőnek nevezzük) az összefüggő pórustér térfogata (Veff) és a kőzet teljes térfogatának hányadosa. (Csókás, 1989) 𝜙𝑒𝑓𝑓 =

𝑉𝑒𝑓𝑓 𝑉

100 [(%)],

(2)

ahol, Veff : az egymással összefüggő pórusok térfogata [𝑚3 ] V: a kőzet teljes térfogata [𝑚3 ] Törmelékes kőzetekben az effektív porozitás a diszperz agyag térfogatát (Vsh) nem tartalmazza: ∅𝑒 = ∅𝑡 (1 − 𝑉𝑠ℎ ) · 100 [%]

(3)

A pórustér időbeli kialakulását tekintve megkülönböztetünk primer (elsődleges) porozitást és szekunder (másodlagos) porozitást. A kőzet kialakulásával egy időben létrejött porozitás, a szemcseközi (vagy kristályközi) pórustér aránya a kőzet teljes térfogatához viszonyítva. Ilyen porozitásról általában törmelékes kőzetek vizsgálatánál beszélünk. A Másodlagos porozitás a kőzet kialakulása után bekövetkező mechanikai kémiai hatásra kialakult pórustér aránya a kőzet teljes térfogatához viszonyítva. (Csókás, 1989) A fúrólyuk geofizikában a porozitás származtatására, a porozitáskövető szelvényezési módszerek, a kompenzált neutron szelvényezési módszert [%], kompenzált sűrűség szelvényt (gamma-gamma) [𝑔/𝑐𝑚3] az akusztikus (szónikus) terjedési idő szelvényezési módszert alkalmazzák.[µ𝑠/𝑙á𝑏], valamint a nukleáris mágneses rezonancia szelvényezést. A munkám során a neutron- neutron és a sűrűség szelvényezési (gamma-gamma) módszerek adatait használtam fel a porozitás származtatására, ennek oka, hogy a megvizsgált kutakban nem történt meg az akusztikus terjedési idő szelvényezése. A szelvények kombinálásával a porozitás értékek pontosítására van lehetőség illetve a másodlagos porozitás megadására. (Csókás, 1989) 24

A pórustér kitöltési anyagát vizsgálva, a formációvíz által kitöltött pórustérfogat (Vp,w) aránya a pórusok teljes térfogatához (Vp) viszonyítva megadja a víztelítettséget (Sw), melyet általában százalékos arányban adnak meg: 𝑆𝑤 =

𝑉𝑝,𝑤 𝑉𝑝

∙ 100 [%]

(4)

A víz pórustérben való elhelyezkedését vizsgálva, meg kell említeni a kötött víztelítettséget (Sw,irr), mely az agyagszemcsék felületén adszorbeálódva és a kapillárisokban illetve a szegletekben visszatartott víz által elfoglalt teret jelenti. Mértéke egyenesen arányos a fajlagos felülettel, tehát a diszperz agyagtartalommal egyenes arányban nő. A kapilláris nyomás növekedésével az áteresztő kőzet víztelítettsége csökken, egy idő után beáll egy állandó értékre, ez az érték jelenti a kötött víztelítettséget (Sw, irr) A kőzetfizikai paraméterekre hatással van a kőzet felépítése, elengedhetetlen megvizsgálni a kőzet felépítését, a kőzetmátrix (Vma), a pórusok (Ф) és az agyag (Vsh) részarányát. A kőzetet egy egyszerű modellel vizsgáljuk, melynek alapja az előbb említett három komponens relatív térfogatának meghatározása. Geofizikai módszerek alapjául szolgál az ezzel ábrázolt anyagmérleg egyenlet is: (Csókás, 1989) Ф + 𝑉𝑠ℎ + 𝑉𝑚𝑎 = 1 A kőzetmátrix a kőzet szilárd váza, felépítését tekintve kőzetszemcsékből (ásványok) és a cementáló anyagból áll. Az agyagot külön kell kezelnünk, mert a mért fizikai mennyiségekre különösen jelentős hatást gyakorolnak. Megkülönböztetünk diszperz, laminált (lemezes) és szerkezeti agyagot. Az agyag elhelyezkedése alapján különböző a kőzetmodelleket használhatunk, melyeket a 11. ábra mutatja.

25

10. ábra. Az agyag elhelyezkedése a kőzetmátrixban (Forrás: Saját szerkesztés Serra, 1984 alapján) Az agyag elméleti vízzáró réteget (azért elméleti, mert tökéletesen vízzáró nincs) képez, ha agyag réteget más néven laminát képez és a porózus-permeábilis rétegek közbetelepüléseként jelenik meg a rétegsorban Az agyagok sűrűsége igen változékony, általában 2.2 g/cm3 és 2.7 g/cm3 közötti értékeket vehet fel. A közbetelepült agyag rétegek sűrűsége általában nagyobb a diszperz agyag sűrűségének, így a diszperz agyag megnövelheti a látszólagos porozitást. A diszperz agyagtartalom és az effektív porozitás között fordított arányosság áll fenn. A diszperz agyag elhelyezkedése a pórusokban jellemző, ha a diszperz agyag tartalma nő, akkor az effektív porozitás értéke csökken. (Stieber, Thomas, 1975) A számításaim során nem csak a porozitást becslését végeztem fúrólyuk geofizikai szelvényezési módszerek felhasználásával, hanem az egyik legfontosabb hidrogeológiai paramétert a szivárgási tényezőt (k)[𝑚/𝑠]. A szivárgási tényezőt az előzőekben felsorolt kőzetfizikai paraméterekből származtathatjuk. A szivárgási tényező a felszín alatti közeg egyik legfontosabb vízföldtani jellemzője, melynek ismerete elengedhetetlen a hidrogeológiai számítások alkalmazásánál. A szivárgási tényező meghatározására hidrogeológia területén több módszer áll rendelkezésünkre, melyeket három csoportra oszthatunk. (Szűcs et al., 2008) 

Szivárgási tényező meghatározása számítással (Hazen- módszer , Beyer, Zamarin) 26



Szivárgási tényező meghatározása laboratóriumban,



Szivárgási tényező terepi (in situ) meghatározása. A szivárgási tényező – a permeabilitással ellentétben-, nem csak a kőzetváz, hanem a fluidum tulajdonságait is magában foglalja. A szivárgási tényező megadásához az alábbi összefüggésből indulunk ki, mely a vizsgált kőzet áteresztőképességét fejezi ki: 𝐾 = 𝐴𝑠 × 𝑑𝑚 2 [𝑚2 ],

(5)

ahol 𝐾= a vizsgált kőzet áteresztő képessége [𝑚2 ], 𝐴𝑠 = az úgynevezett Slichterszám [−], 𝑑𝑚 = a vizsgált kőzet mértékadó szemátmérője [𝑚]. A porózus kőzetekben fellépő szivárgásban a kőzet tulajdonsága nem csak a mértékadó szemcseátmérő, hanem a Slichter- szám. A szivárgási tényező megadásának számos módja van, a módszerek közötti különbséget a mértékadó szemcseátmérő és a Slichter- szám megadásának eltérése adja. A gyakorlatban elsősorban a Zamarin- és a Kozeny módszereket hivatkozások alkalmazzuk, melyek az egész szemeloszlási görbét figyelembe veszik a mértékadó szemátmérő megadásánál. A Slichter-szám és a mértékadó szemátmérő ismeretében már meg tudjuk adni a vizsgált kőzet áteresztőképességét (𝐾) [𝑚2 ], vagy más néven permeabilitását, ennek megadására a fent bemutatott összefüggés alkalmas. A permeabilitás éréke csak a vizsgált kőzet tulajdonságaitól függ, az kőzet fluidom áteresztő képességéről ad információt, értéke a pórusok összeköttetésének minősége, mérete és megoszlásának függvénye. Számos irodalomban a permeabilitást nem 𝑚2 - ben, hanem Darcy-ban fejezik ki, 1 𝐷𝑎𝑟𝑐𝑦 = 10−12 𝑚2 . A szivárgási tényező értékét egyaránt befolyásolja a kőzet fizikai tulajdonsága és a kőzetben lévő fluidum tulajdonsága. A kőzet vízre vonatkozó szivárgási tényezőjét az alábbi módon adhatjuk meg: 𝐾

𝑚

𝑘 = 𝜇 𝜌𝑔 [ 𝑠 ],

(6)

ahol, 27

𝜇 = 𝑎 𝑣í𝑧 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑘𝑎𝑖 𝑣𝑖𝑠𝑧𝑘𝑜𝑧𝑖𝑡á𝑠𝑎 [𝑃𝑎 ∗ 𝑠] 𝑘𝑔 ] 3

𝜌 = 𝑎 𝑣í𝑧 𝑠ű𝑟ű𝑠é𝑔𝑒 [𝑚

𝑚

𝑔 = 𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡á𝑐𝑖ó𝑠 𝑔𝑦𝑜𝑟𝑠𝑢𝑙á𝑠 é𝑟𝑡é𝑘𝑒 [𝑠2 ]

A szivárgási tényező megadására számos egyszerű módszer alkalmazható, viszont ahogy a megadásuk is különböző, így az eredmények eltérése sem mindig kismértékű. A számított szivárgási tényező értékek és a terepi mérésekkel meghatározott szivárgási tényezők különbözőségei jelentős bizonytalanságot vonnak maguk után/feltételeznek/mutatnak, melyek nagyságrendbeli eltérésekként jelentkeznek. (Szűcs et al., 2008) A laboratóriumban alkalmazott mérésekkel is van lehetőségünk meghatározni a szivárgási tényezőt. Ekkor a kőzet áteresztőképessége határozza meg a mérésre alkalmas műszer

használatát.

A

kis

permeabilitású

kőzetminta

szivárgási

tényezőjének

meghatározására célszerű a változó nyomáskülönbségű permeabiméteres mérést alkalmazni, míg a nagy áteresztő képességgel rendelkező mintákat állandó nyomáskülönbségű permeabiméter segítségével mérik. Ezen műszerek működési és mérési elvének bővebb leírásától eltekintek, mivel ilyen módszerrel megadott szivárgási adatokat nem használtam fel munkám során. A laboratóriumi vizsgálatok szivárgási tényező eredményei is feltételeznek bizonytalanságokat, ennek oka lehet a vizsgált kőzetminta megbolygatása, mely tényezőt nem lehet kiküszöböli a kőzetminta begyűjtése során. A laboratóriumi vizsgálat során a vizsgált kőzetminta a vízadó réteg igen csekély részét reprezentálja. (Szűcs et al., 2008) A szivárgási tényező megadására alkalmazott módszerek harmadik csoportja a terepi mérések, más néven in-situ vizsgálatok. A gyakorlatban, ezen méréseket preferálják leginkább és tartják a leghitelesebb eljárásnak szivárgási tényező megadására. A terepi mérések eredményeinek

csekélyebb

bizonytalanságát,

a

vizsgált

vízadó

nagyobb,

az

inhomogenításokat is tartalmazó részének vizsgálata adja. A terepi munkák során a vizsgált kőzet nem bolygatott, „in-situ” állapotban történik a vizsgálat, ahogy ez az elnevezésében is megjelenik. Ezek mellett nem hagyja figyelmen kívül a vizsgált réteg települési viszonyait, a kőzet struktúráját, pórustartalmát, viszont igen expenzív a laborvizsgálatok költségvetéséhez viszonyítva. A próbaszivattyúzási vizsgálat során egy termelő kút és egy vagy több megfigyelőkút lemélyítése szükséges. A termelő kútban szivattyúzással megkezdik a 28

víztermeltetést, a megfigyelő kutakban regisztrálják a vízszint változásokat, vagyis a depressziót (s) és a szivattyúzás megkezdése óta eltelt időt (t). Az így kapott evaluatív adatokból következtetünk a vizsgált vízadó vízföldtani jellemzőire. A próbaszivattyúzás eljárás alkalmazhatóságát nem korlátozza a felszín alatti vízáramlási rendszerek eltérése. Egyaránt vizsgálnak vele nyomás alatti és nyílt tükrű illetve átszivárgó rendszereket. A próbaszivattyúzás magas költségei eredményezik a próbaszivattyúzási vizsgálat egyszerűbb, de bizonytalanabb eredményt hozó olcsóbb kivitelezését. Az ilyen esetekben eltekintenek a megfigyelő kutak lefúrásától, így a termeltetett kútban mérik a depresszió változásokat is. A munkámban vizsgált fúrásokat is ezen egyszerűsített próbaszivattyúzási eljárással vizsgálták. A próbaszivattyúzási vizsgálat által kapott adatok kiértékelésére is több módszer áll rendelkezésünkre. Az eltérő kiértékelések bemutatását azért tartom fontosnak, mert a dolgozatomban vizsgált fúrások próbaszivattyúzási kiértékelését is több módszer alkalmazásával adták meg, melyeket a hozzájuk tartozó vízföldtani naplókban tüntetnek fel. A következő módszereket használják a próbaszivattyúzási adatok kiértékelésére. (Szűcs et al., 2008) 

Theismódszer,



Cooper-Jacob módszer,



Chow módszer, A Theis 1935-ben dolgozott ki egy matematikai levezetésen alapuló grafikus módszert a próbaszivattyúzási adatok kiértékelésére. A Theis egyenletek adják az időben később kidolgozott módszerek alapformuláit is, melyeket csak zárt tükrű vízadó rendszereknél tudunk használni és a következőekben felsorolt egyéb feltételeknek megfelelni:



A vízadó réteg kiterjedését végtelennek tekintjük,



feltételezzük, hogy a vízadó homogén, állandó vastagságú és izotróp,



a vizsgált kút teljesen áteresztő,



az áramlás nem permanens,



a vízadó tökéletesen zárt tükrű rendszerként működik, tehát nyomás alatti,



a kút átmérője olyan kicsi, hogy a kútban lévő tározás elhanyagolhatónak minősüljön.

29

11. ábra. A szivattyúzás jellegzetes fázisai.(Forrás: Saját szerkesztés Juhász 1987 alapján)

A Theis visszatöltődési módszer leírását azért tartom fontosnak, mert a vizsgált kutak vízföldtani adatait ezzel a módszerrel határozták meg. Ennél a módszernél, a kutat maximális hozamig szivattyúzzák, depressszionálják, míg a kútban beáll a statikus üzemi vízszint, ebben az időpontban a depressziót létrehozó szivattyút lekapcsolják, majd a leszívott kút vízszintje emelkedni kezd, amiket az idő függvényében regisztrálnak. A vízszint változást és az időt ábrázoló görbén először gyors (tranziens) majd egyre lassuló (stacionárius) változásokat figyelhetünk meg.

Az így ábrázolt görbék formai változása utal a tározó réteg

nyomásviszonyira és szivárgási tényezőjére. (Röhrich-Schlumberger, 2006). Majd az ábrázolt görbe kvázi stacionárius intervallumára illesztett logaritmikus trendvonal meredekségének megadása a cél. A visszatöltődés megindulása utáni maradék depresszió azaz a rezuduális leszívás (s’ [𝑚]) étéke csökkenést mutat. A visszatöltődési görbét szemi-logaritmikus koordináta- rendszerben ábrázolják, melyben a független változó a két idő aránya(t/t’), a függő változó a maradék leszívás (s’) azaz a vízszint. Az egy kútban történő méréskor csak a szivárgási tényezőt és a transzmisszivitást tudjuk megahatározni, ezzel szemben több kút vizsgálatánál a tárolási tényező megadására is lehetőség van. (Röhrich-Schlumberger, 2006) Transzmisszivitás: 𝑇=

0,183∙𝑄 𝑚2 ∆𝑠

[

𝑠

]

(7)

ahol: 𝑄 − A kút hozama, 30

Szivárgási tényező: 𝑇 𝑚

k= [ ] , 𝑏

𝑠

(8)

ahol, 𝑇 − transzmisszivitás, 𝑏 − A vizsgált réteg vastagsága [𝑚] Az általam számított szivárgási tényezők becsült értékek, melyeket a fúrólyukgeofizikai szelvényezési adatokból származtattam. A szivárgási tényező függ a szemcseátmérőtől és a porozitástól, ezért kapcsolatba hozható a fúrólyuk szelvényezési módszerekkel. A karotázs szelvények felhasználhatók porozitás megadására, továbbá in-situ mérésekkel a szemcseméretek is meghatározhatók (oldalfal minta vagy mag szemeloszlás görbe), ez az alapja a fúrólyukszelvényből meghatározott (folytonos) szivárgási tényezőnek. Illetve vannak olyan módszerek amelyek elkerül a szemeloszlást és csak a karotázs paraméterekből (porozitás, fajlagos ellenállás) adják meg a szivárgási tényezőt (Csókásformula). Az NMR (Nukleáris Mágneses Rezonancia szelvényezés) direkt méréssel határozza meg a permeabilitást, de a fluidum jellemzőkre is érzékeny (pl. viszkozitás). Ezek mindenképpen független módszerek a próbaszivattyúzásokhoz képest. 4.3

Természetes potenciál-szelvényezés.

A természetes potenciál nem egy, hanem egy időben egymással párhuzamosan fellépő potenciálok együttese. A fúrólyukban a diffúziós, a filtrációs, az oxidációs-redukciós és az adszorpciós potenciál kialakulását figyelhetjük meg, melyeknek kialakulása az iszap és az rétegvíz találkozása révén fellépő fizikai és kémiai okokra vezethető vissza. Az iszaplepény kialakulása után primer porozitású kőzetben már elhanyagolható a filtrációs potenciál. Porózus rétegekben alakul ki diffúziós potenciál, az agyagtartamú rétegekben membrán potenciál (ahol csak kation áteresztés ehet). A diffúziós potenciál, oldatban lévő ionok elektromos töltéseivel áll összefüggésben. Eltérő koncentrációval rendelkező oldatok kapcsolatba kerülésekor, az ionok haladási iránya a nagyobb koncentrációjú oldat felől a hígabb oldalt felé mutat. Ezt nevezzük difúzziónak. Az 31

ionmozgékonyság mértéke nem egyezik meg, így az ionok vándorlásának sebessége is eltérő. A hígabb oldatban túlnyomó többségben jelennek meg a nagyobb mozgékonysággal rendelkező ionok. Az oldatok között potenciálkülönbség jön létre, mivel az ionok elektromos töltéssel rendelkeznek. Ez a fajta potenciál a porózus rétegeknél van jelen, ennek oka a fúróiszap és a kőzet pórusaiban található víz eltérő koncentrációja. Az természetespotenciálszelvényen jól kimutathatók az agyag rétegek és a közbe települt porózus homok rétegek, mivel az iszaplepény nem gátolja az ionok mozgását. (Csókás, 1989) A membrán potenciál jelenléte, csak agyag és márgarétegekhez köthető, mivel az agyagszemcsék több iont képesek lekötni, mint például a homok szemcsék. Az agyagrészecskén adszorbeálódnak a Cl-ionok ezáltal negatív töltésűvé teszik, ami vonzza a pozitív Na-ionokat. A részecskétől távolodva a Cl és Na-ionok megegyező mértékben fordulnak elő, így az oldat itt már semleges. Az adszorpciós potenciál éppen ezért, a részecske és az oldat különböző potenciálkülönbsége miatt jön létre. Ezt a potenciált membrán- vagy márga potenciálnak is nevezik. Megfigyelhető ez a fajta potenciál az agyagszemcsék és a fúróiszap, az agyagban és a homokban tározott vizek között. Az adszorpciós és a diffúziós potenciál eredőjét sztatikus természetes potenciálnak nevezik (SSP), amit kismértékben eltérő ionkoncentrációk estén a rétegvíz és az iszapfiltrátum fajlagos ellenállásával fejezhetünk ki. (Csókás, 1989) Szűrődési más néven filtrációs potenciál keletkezik, amikor az iszapfiltrátum behatol az áteresztő rétegekbe. Az iszap agyagrészecskéket tartalmaz, amelyek felületén kettős elektromos rétegből kiszakadt ionjai a beszűrődéssel tovább haladnak a rétegben. A filtrációs potenciál, csak az áramlás folyamatában figyelhető meg, nem rendelkezik nagy értékkel. Oxidációs-redukciós potenciálok a szulfidos érásványok megjelenéséhez köthetők. Olyan rétegsorban, melyet porózus permeábilis rétegek építenek fel, nem jellemző. (Csókás, 1989) A természetes potenciál (SP) „Spontaneous Potential”mérés egy felszínen és a szondán elhelyezett elektród közötti potenciálkülönbséget regisztrálja mV egységben. A különböző potenciálok úgynevezett SP- áramot generálnak, a potenciálok kialakításában résztvevő rétegekben és a fúróiszapban. Ha az iszapfiltrátum ellenállása nagyobb, mint a rétegvíz ellenállása, akkor az SP előjele negatív, ha ez fordítva áll fenn, akkor pozitív az előjel. Az 32

adszorpciós és diffóziós potenciált az SP elektrokémiai komponense, vagy sztatikus természetes potenciálnak (SSP-nek) is nevezik, melyek a 13. ábra mutat. (Csókás, 1989)

12. ábra. Az SP áramok keletkezése.(Forrás: saját szerkesztés Csókás J. 1989. alapján)

Az SP- szelvények értelmezésénél a vizsgált réteg anomáliáját figyeljük meg. A réteghez tartozó SP értékek eltérését követjük nyomon, egy kiválasztott alapszinthez képest, ezt az alapvonalat más néven az SP- szelvény „elméleti nullája”. Ha a vizsgált rétegsorban található homok és agyag rétegződésben az agyag ásványi összetétele meglehetősen hasonló, akkor az agyagréteghez tartozó SP érték állandó, ezáltal az agyaghoz tartozó értékek egy egyenes által definiálhatók. Ez az egyenes az agyagalapvonal más néven agyag-márga vonal, az ettől való eltéréseket értelmezhetjük az SP anomáliáinak. (Csókás, 1989) Ezt mutatja be az 14. ábra.

13. ábra. Az SP anomáliák.(Forrás: Saját szerkesztés Csókás J. 1989. alapján) 33

Természetes potenciál- szelvényezés történhet a réteghatárok kijelölése, a rétegsor litológiai tagolása, a permeábilis rétegek felkutatása, és a rétegvíz fajlagos ellenállásának megismerésének céljából. Valamint alkalmas a permeábilis rétegek agyagtartalmának meghatározására,

szénhidrogén

kvalitatív

kimutatására.

A

szelvényezési

módszer

hátrányainak számbavételekor, meg kell említeni, hogy béléscső mellett nem használható, illetve csak konduktív fúróiszap mellett alkalmazható. Fontos megemlíteni a különleges SP jelenségeket. Ilyen jelenségek egyike az, amikor nem alakul ki természetes potenciál, ez annak köszönhető, hogy ebben az esetben az iszapfiltrátum és a rétegvíz fajlagos ellenállása közel azonos értéket vesz fel. Normál SP abban az esetben jön létre, ha az iszapfiltrátum ellenállása nagyobb a rétegvíz fajlagos ellenállásánál, vagyis az áteresztő réteg negatív természetes potenciállal rendelkezik ez pedig általában szénhidrogén tárolókra utal. A vízkitermelés szempontjából jelentősebb, azaz eset, amikor a rétegvíz fajlagos ellenállása nagyobb az iszapfiltrátum ellenállásánál, hiszen az ekkor a permeábilis rétegnél fellépő pozitív természetes potenciál (fordított SP anomália) az édesvíztárolókat egyértelműen beazonosítja. (Csókás, 1989)

4.4

Természetes gamma –sugárzáson alapuló módszerek.

A természetes gamma-szelvényezéssel (Natural Gamma-Ray) a fúrással harántolt litológiát felépítő különböző rétegek besugárzási dózisteljesítménye (természetes. gamma intenzitása) adható meg, melyek értelmezése során alkalmassá teszik a kőzettani jellemzők megbecsülésére. A mérés során a kőzetek természetes gamma sugárzás intenzitását regisztrálják cps ( counts per second) vagy API (Amerikan Petroleum Istitute) egységben, melynek forrása

40

K,238U,232Th. Megkülönbözetünk integrált mérést, ami a kőzet összes

gamma sugárzását méri és spektrális mérést, amelynél különböző energia ablakokon keresztül történik a mérés. A természetes gamma szelvény jellemző értékei a GR minimum, amely homokkövek és karbonátok jelenléténél alakul ki, valamint a GR maximum, ami az agyag, kálium-földpát, csillám, glaukonitban vagy uránban dús vizet tároló homokköveknél alakul ki. A bázikus és az ultrabázikus kőzetek mérsékelten tartalmaznak sugárzó ásványokat, ezért gyakorlatilag inaktívak. A sugárzó ásványokat nagyobb mértékben tartalmazó kőzetek a 34

gránit, granodiorit, diorit, így az ilyen kőzetek aktivitása nagyobb. Az üledékes kőzetek leírása aktivitás szempontjából már nem ilyen egyértelmű, ugyanis az üledékes kőzetekbe több módon juthat radioaktív anyag. Az első esetben alapvetően radioaktív ásványok lehetnek az üledékes kőzet szemcséi között. A második esetben az üledékképződés folyamatában a radioaktív elemek vízben oldott sói lerakódtak a kőzet kötőanyagában vagy a szemcsék felületén. Figyelembe kell vennünk az erózióbázis kőzetalkotó ásványos összetételét, tehát milyen kőzet mállástermékét vizsgáljuk. Abban az esetben, ha a vizsgált kőzetünk homok, homokkő, melynek összetétellét nézve megállapítható, hogy túlnyomó többségben kvarc szemcsék alkotják, akkor aktivitása csekély. Kitüntetett figyelmet kapnak az agyagásványok, melyek jelentős része káliumot tartalmaz, ezáltal a jelen lévő gamma sugárzó40K izotóp nagyobb aktivitást eredményez. Másodrészt az agyagok jellemző tulajdonsága a nagy adszorpciós képesség, amivel uránt és tóriumot tudnak lekötni, ezáltal is növelve aktivitásukat. (Csókás, 1989) A természetes gamma szelvény felhasználása igen sokoldalú. Segítségével kimutathatók a radioaktív anyagok, illetve megbecsülhető mennyiségük a vizsgált kőzetben. Agyagásványok beazonosítását a K- Th diagram kiértékelése révén tehetjük meg. Lehetőséget nyújt az agyagtartalom kvantitatív kiértékelésére az uránásvány-, K-földpát, csillám és glaukonit tartalmú homokkövekben, rétegkorrelációra, repedezett zónák és diszkordancia felületek kimutatására, valamint a kristályos aljzat összetételének megállapítására. A szelvény értelmezéséhez egy további paramétert is számítottam a munkám során, ez az úgynevezett természetes gamma index. Ez üledékes rétegsornál alkalmazható az értelmezésben. A rétegsorban ki kell választani egy tiszta homokréteget és egy tisztán agyag réteget, az ezekhez tartozó gamma értékekkel együtt. A gamma indexet a következő módon írhatjuk fel: 𝐺𝑅−𝐺𝑅𝑚𝑖𝑛

iγ = 𝐺𝑅

𝑚𝑎𝑥 −𝐺𝑅𝑚𝑖𝑛

(9)

ahol: GR: a mért természetes gamma szelvény értékei, GRmin: a kiválasztott homok réteghez tartozó gamma érték, 35

GRmax: a kiválasztott agyagréteghez tartozó gamma érték, A gamma index értéke 0 és 1 köz esik, mivel az agyag a legaktívabb, a homok pedig a leginaktívabb tulajdonságú kőzet. Lineáris kapcsolatot feltételez a természetes gamma index és az agyagtartalom között, illetve a terepi esetek döntő többségében túlbecsüli az agyagtartalmat, aminek következtében alulbecsüljük az effektív porozitás értéket. A nemlineáris megközelítés (Larionov), mely módszert alkalmazom én is, reálisabb értékeket adnak, sekély édesvízadó képződményekre. A természetes gamma szelvényt a rétegazonosítás során is fel lehet használni, ebben az esetben nem elegendő egy fúrás természetes gamma szelvénye, az adott területen több fúrásban mért szelvények összehasonlítása a cél. A gammaindex torzít az eredményeken, ha a mátrix tartalmaz radioaktív (nem agyag) ásványokat.(Csókás, 1989) 4.5

A szórt gamma sugárzáson alapuló módszerek.

A gamma-gamma szelvényezés a porozitáskövető módszerek körébe tartozik. Abból a szempontból, hogy az adott rétegből illetve a réteget felépítő kőzetből milyen fluidumot szükséges kitermelni, szénhidrogén vagy esetünkben víz, az effektív porozitás értéke válik fontossá. A mélyfúrási geofizikában három szelvényezési módszer alakult ki, a lehetséges porozitás értékek megadására. Ezen módszerek segítségével a gamma-gamma, a neutron és a szónikus porozitás megadására van lehetőség. Az eltérő módszerek eltérő értékeket mérnek, míg a gamma-gamma a kőzetsűrűséget, a neutron a hidrogénindexet, addig a szónikus szelvényezésnél a terjedési időt regisztráljuk, majd kapcsolatba hozzuk a rétegek porozitásával. A vízkutatásban reális porozitásként fogadjuk el a 40 %- os porozitást, a konszolidálatlan képződményekben kompakciós korrekciót kell alkalmazni reális porozitás számítása érdekében. (Csókás, 1989) A mérés során Co-60 vagy Cs-134 sugárforrást használnak. A sűrűség szelvényezés a Compton- szóródás eredményezte gamma abszorpción alapul. A Compton effektus, rugalmas ütközés a gamma sugarak és az elektronok között. A gamma foton nekiütközik az elektorhéjon lévő elektronnak, így átadva neki energiája döntő részét, ami mozgási energiává 36

alakul, majd, a foton az ütközés okán eltérő pályán halad tovább. A gamma fotonok energiájuk bizonyos hányadát elvesztve haladnak és további ütközést szenvednek. A gamma-gamma szelvényezésnél ezt a szórt gamma sugárzást mérjük. A

gamma sugárzás intenzitása

fordítottan arányos a kőzet elektronsűrűségével, a vizsgált térrész sűrűsége arányos az elektronsűrűséggel. Minél nagyobb mértékű a fotonok sebességének csökkenése annál nagyobb a vizsgált kőzet sűrűsége (és kisebb a porozitása), ezáltal a szondában lévő mérő detektorba annál kevesebb gamma foton érkezik be. (Csókás, 1989) Az agyagos kőzetek sűrűsége a következő kép adható meg: 𝜌𝑏 = Φ𝑒 𝜌𝑓 + 𝑉𝑠ℎ 𝜌𝑠ℎ + (1 − Φ − 𝑉𝑠ℎ )𝜌𝑚𝑎 A mért sűrűség ( 𝜌𝑏 ) függ a porozitástól ( Φ𝑒 ) , a kőzetmátrix ( 𝜌𝑚𝑎 ) és a mérés környezetében lévő fluidumok (𝜌𝑓 ) sűrűségétől. A mérés problémája az iszap és iszaplepény hatásának kiküszöbölése, ennek megoldására, hogy hatásukat kompenzálni tudják, a lyukfalhoz szorított két féle behatolású, lyukhatásokra kompenzált szondákat használnak. A korrekciót a felszíni egység végzi a két beütésszám alapján. A mérési behatolás mértéke körülbelül 30 cm közötti értéket vesz fel, így az elárasztott zóna sűrűségét méri, ebben a zónában az iszapfiltrátum és a maradék fluidum helyezkedik el, vagyis egy kevert rétegtartalom. (Csókás, 1989) Porozitás becslésére megközelítően jó értéket ad az olaj és víz tározókban egyaránt. Lehetőség van eltérő porozitást követő szelvénnyel együttesen ábrázolni, így litológiai felépítés megadása és agyagos homokkő rétegek kiértékelése, gáztározó rétegek kimutatása válik lehetségessé. Előnyei között meg kell említeni, hogy kis sűrűségű szenek, nehéz ásványok (anhidrit, ércek), evaporit ásványok kimutatására, továbbá szénhidrogén sűrűségének megadására is felhasználható. A másodlagos porozitás számítására is megoldást nyújt, de ennek feltétele az akusztikus szelvényezés ugyanabban a fúrólyukban, ennek oka, hogy a két szelvényt együttesen értelmezve származtatjuk másodlagos porozitást. A gamma- gamma-szelvényezéssel szemben, a neutron- neutron szelvényezési módszernél gyors neutronokkal sugározzuk a vizsgálni kívánt kőzetrétegeket és mérjük a kőzetben generált gamma vagy neutron sugárzást. A szondában állandó gyors neutron kibocsátását létrehozó kevert kémiai forrás található. Ebből a forrásból kilépő gyors neutronok 37

a kőzetben lelassulnak, epitermikus, termikus neutronokká válnak, amely neutronokat már megfelelő detektorral érzékelni tudunk. A méréskor használt szondában n- forrás és egy vagy több detektor található. A vizsgált formációban lévő neutronok energiái a forrás erősségétől és az attól való távolságtól is függnek, de általánosan elmondható, hogy 14MeV és 0,025 eV között változik. A leggyakrabban alkalmazott neutron források a berillium és az alfa részecskéket kibocsátó izotóp összepréselt keveréke. Miszerint a 1 0𝑛

4 2𝐻𝑒

+ 49𝐵𝑒 →

12 6𝐶

+

+ 𝛾 atommag reakcióból neutron keletkezik. (Csókás J.,1989) Mivel a módszer során a

neutronok energiaszint változásának fontos szerepe van, meg kell említeni, hogy termikus neutron értéke 0,025 eV, az epitermikusé 0,4eV-10MeV, míg a gyorsé több, mint 10 MeV. A kőzetben fellépő kölcsönhatás a rugalmas ütközés, mely során a beérkező neutron energiája ugyanakkora, mint a szórt neutron és az ellökött atommag mozgási energiájának együttes értéke. Ha a vizsgált réteg nagy porozitással rendelkezik és a pórusokat víz tölti ki, akkor ebben a rétegben figyelhető meg a neutronok legintenzívebb sebesség csökkenése, ezáltal a gyors neutronok lelassulnak termikus állapotba érnek és elnyelődnek. Abban az esetben, ha a vizsgált formáció mészkő, akkor a mért porozitás a valódi porozitásnak felel meg, ez maga után vonja azt is, hogy a nem mészkőből álló képződményeknél a mért adatokat korrigálni kell. A formációk sugárzás intenzitását cps –ben regisztrálják. A beütésszámból a következő kép következtetünk a porozitásra: ha a beütés szám nagy, akkor kevés a szóródás a kőzetben, mert kevés a hidrogén, amiből arra következtetünk, hogy kevés a fluidum, ami hidrogént tartalmaz, ezért a porozitás értéke kicsi (15. ábra). Elmondható, hogy a beütésszám és a fordítottan arányos a porozitás értékével. Figyelembe kell venni a mérés során a detektor típusát, az adó vevő távolságot, más néven a szondahosszt és a litológiát, a kőzetmátrix összetételét és az agyagtartalmat (Csókás, 1989)

38

14. ábra. Neutron porozitás.(Forrás: Saját szerkesztés)

A neutron-neutron szelvényezési módszert elsősorban a teljes porozitás (ebben benne vannak a kristályvizek, agyagvizek H- jei is) érték megadására alkalmazzák, de gázos (felszínközelben levegő vagy CO2) vagy könnyű szénhidrogén tároló zónák beazonosítására, egyéb szelvényezési módszerekkel együtt értékelve szénhidrogén sűrűség meghatározására, litológiai összetétel megállapítására. A kiképzett kutak állapotának megismerésére, a szűrőcső mögötti kavicsolás tömörödéséről is információt adhat. Kiértékelésnél figyelembe kell venni, hogy a látszólagos neutron porozitás értékét nagymértékben megnövelhetik a hidrogén tartalmú ásványok, ilyenek például az agyag ásványok, a vulkáni tufitok, gipsz. (Csókás, 1989) A neutron mérések alapelve az, hogy a neutronfluxus-eloszlás mérésével leképezhetők a kőzet neutronszórási tulajdonságai. A neutronszóródást további kőzetfizikai formulák segítségével, összevethetjük a kőzet összetételével. A detektálásig a neutron részecskék

39

15. ábra. A neutron részecskék energiaszintjének csökkenése.(Forrás: Saját szerkesztés)

energiája csökken, körülbelül nyolc nagyságrenddel. (15. ábra) A kis energiájú termikus neutronok mozgási energiája már az atommag hőmozgásával összehasonlítható. A neutron diffúziója (végtelen bolyongása) következtében néha nyer, néha veszít mozgási energiájából. A termikus neutron részecskék a kőzet atommagjain folyamatosan szóródnak, már úgy viselkednek, mint egy „gáz”. A 15. ábrán jól látható, hogy a neutron részecske rendelkezik egy lassulási fázissal, ezt követően egy termikus diffúzió fázissal, majd a végén abszorbeálódik agy atommagban. Különböző atommag típusokon, különböző neutron energia változások lépnek fel, ennek oka a különböző szórási kölcsönhatások. A szórási kölcsönhatás dönti el, hogy a vizsgált közeg milyen típust képvisel a lassítást nézve, vagyis nagyon lelassítja - erősen moderálja- vagy kevésbé a neutron részecskéket. A neutronok energiavesztését vizsgálva akkor a legnagyobb a veszteségük, ha hasonló tömegű atommaggal ütköznek. A hidrogén atom, azaz atom, mely tömegét nézve azonos a neutron részecske tömegével, ebből következik, hogy a hidrogénatom lassítja le legintenzívebben a beérkező neutron részecskéket. A neutron porozitás megadásának alapja a Hidrogén Index (HI) megadása. Ezzel az arányszámmal fejezik ki a kőzetben lévő hidrogén atomoknak (𝐻𝐼𝑚𝑎 ) a vízben lévő hidrogén atomokhoz viszonyított mennyiségét. 𝐻𝐼 = ∅𝐻𝐼𝑓 + (1 − ∅)𝐻𝐼𝑚𝑎 → ∅𝑁 = 𝐻𝐼,

(11)

ahol 𝐻𝐼 =a mért hidrogén index,

40

𝐻𝐼𝑓 = a fluidum hidrogén indexe, 𝐻𝐼𝑚𝑎 = a vizsgált formáció hidrogén indexe.

A neutron porozitás értéke a teljes porozitás érték (nem effektív, ebből lehet származtatni az effektív porozitást), a mért porozitást a látszólagos porozitásnak hívjuk. Egyetlen esetben egyezik a neutron látszólagos porozitás a valódi porozitással, ez pedig a mészkőnél teljesül, mivel a mészkő formációk hidrogén indexének értéke nulla. Ennek okán minden mészkőtől eltérő kőzetbeli mérés adatait korrigálni kell a valós adat megadásához, ezt nevezzük a kőzetmátrix korrekciónak. A kőzetmátrix korrekció okát a 17. ábra jól szemlélteti.

16. ábra. A látszólagos és valódi porozitás értékek viszonya. A neutron mérés alkalmazásához szükséges az ennél a módszernél használt szonda kalibrálása, ez olyan, mint egy elméleti nulla pont megadása. Ezt a kalibrációt ismert porozitású mészkő porozitás értékéhez állítják be (Houston, USA). A 17. ábra jól mutatja, hogy a mészkő réteg vizsgálatánál a látszólagos porozitás nagyobb a valós porozitás értékénél. Ennek oka, hogy a szondától azonos távolságban és térfogatban nagyobb a termikus neutron részecskék előfordulása. Dolomit rétegek vizsgálatánál az ellenkező értékeket figyelhetjük meg. A látszólagos porozitás értéke nagyobb, mint a valódi porozitás értéke, mert a neutronok termikus energia szintre való csökkenéséhez több ütközés szükséges. Az olyan kőzetekben, ahol agyag formáció valószínűsíthető a látszólagos porozitás nagyobb lesz a valódi értéknél, 41

ennek oka a kristályvíz tartalom (kristályvíz → hidrogénatom). Ezért szükséges az agyagtartalom korrekciója is. Az agyagásványokra jellemző tulajdonság a felületükön megkötött víz, a vízben hidrogénatomok találhatók, de ezt a szonda nem tudja megkülönböztetni a pórusoktól, így porozitásként érzékeli. Az agyag korrekció a következő képen adható meg (Schlumberger, 1987): ∅𝑘𝑜𝑟𝑟. = ∅𝑁 − 𝑉𝑠ℎ 𝐻𝐼𝑠ℎ , 𝑁

(12)

ahol ∅𝑘𝑜𝑟𝑟. = korrigált /valós neutron porozitás, 𝑁 ∅𝑁 = látszólagos neutron-porozitás érték, 𝑉𝑠ℎ = az agyag térfogata, 𝐻𝐼𝑠ℎ = az agyag hidrogén-indexe. A vízkutatás szempontjából fontos a nem édesvizek sótartalmának korrekciója. Erre azért van szükség mert a neutron abszorbens elemek, mint például a Cl, B, Li, befolyásolják a termikus neutron részecskék számát. A sós vizet tárolt formációk mért porozitás értéke csökken, mivel a sós víz hidrogén-indexe megközelítően 0.92, a tiszta víz hidrogén indexe 1. Mivel a munkám során a vízkutatásban alkalmazott módszereket részesítem előnyben a szénhidrogén és a gáz korrekció elméleti leírásától eltekintek.

4.6 A fajlagos ellenállás szelvényezés

A fajlagos ellenállás szelvényezés a mélyfúrási geofizika egyik legegyszerűbb, legrégibb és széles körben használt konvencionális módszere. A gyakorlatban alkalmazott fajlagos ellenállásmérő rendszert a 18. ábra mutatja.(Csókás, 1989)

42

17. ábra. A konvencionális ellenállásmérés elvi vázlata. (Forrás: saját szerkesztés, Csókás 1989. alapján)

A és B elektródpáron keresztül áramot táplálunk a rétegekbe, miközben N és M elektródapáron mérjük a feszültséget, mely feszültséget, mint fajlagos ellenállást Ωm-ben jelöljük. A B elektróda a felszínen helyezkedik el, míg három elektróda a szondában. A szondában található elektródokat úgy helyezik el, hogy a középen lévő elektród 6szor/10szer közelebb legyen az egyik szélsőhöz. Ezt tükrözi a megnevezésük is, egy távoli és két közeli elektród. Az ellenállás szondák két csoportját a közeli elektródák típusi szabják meg. Abban az esetben, amikor a két közeli elektróda típusban eltér (az egyik táp másik mérőelektróda), a szonda potenciál (normál) szonda. Amikor a két közeli elektróda típusa megegyező, a szonda gradiens (lateral) szonda. A szondával látott térrész, a „behatolás”, mely szorosan összefügg a szondahosszal. Mind a két típusú szondára jellemző, hogy a nagyobb szondahosszal, nagyobb behatolást ér el. A gyakorlatban törekednek a szondatípusok egyszerű megkülönböztetésére. Ezért a szondák elektród elrendezését jelölik felülről lefelé haladva, a betűk között pedig, a mért távolságot méterben (19. ábra). A szondák típusát a fúrólyuk szelvények digitalizálásánál is figyelembe kellett vennem, ehhez egyetlen információ állt rendelkezésre, a szelvényen feltüntetett elektród elhelyezés, mely hasonló a 19. ábrához. A B1.95 A0.1M jelű szonda két közeli elektródja különböző típusú, így a szonda, potenciál szonda. A potenciál szonda, szondahossza a következő kép adható meg: L=AM=0,1 m. Az ábrán látható szonda, ezen információk alapján, 0.1

m

hosszú,

kétpólusú

potenciál

szonda.

A

gradiens

szonda

szondahossza:

L=AO=AM+MN/2=3.8+0.2=4,0 m. Az általam vizsgált fajlagos ellenállás szelvények felvételénél gradiens- és potenciál szondát egyaránt alkalmaztak.(Csókás, 1989) 43

18. ábra. Az ellenállásszondák jelölése. (Forrás: Saját szerkesztés, Csókás 1989. alapján)

A fajlagos ellenállást az alábbi módon fejezzük ki: 𝑅 = 4𝜋

𝑀𝐴. 𝑀𝐵 ∆𝑈 ∆𝑈 =𝐾 𝐴𝐵 𝐼 𝐼

ahol, R= a homogén közeg fajlagos ellenállása [Ω𝑚], I= a mérésnél használt áramerősség [𝑚𝐴], Δ𝑈 = 𝑎 𝑚é𝑟𝑡 𝑓𝑒𝑠𝑧ü𝑙𝑡𝑠é𝑔 [𝑚𝑉], 𝐾 = 𝑎 𝑠𝑧𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑔𝑒𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑎𝑖 𝑡é𝑛𝑦𝑒𝑧ő𝑗𝑒, 𝑠𝑧𝑜𝑛𝑑𝑎á𝑙𝑙𝑎𝑛𝑑ó [𝑚].

A K geometriai tényező az elektródok távolságának függvénye, melyet méterben fejezünk ki. Ezzel a módszerrel a végtelen (és homogén) közeg fajlagos ellenállását határozzuk meg. A méréskor a szondát körülvevő tér, viszont sosem homogén, a mért ellenállást látszólagos fajlagos ellenállásnak (Ra) nevezzük. Az Ra függ az iszap-, az iszaplepény-, az iszapfiltrátum-, az elárasztott zóna-, az agyag-, a rétegvíz-, fajlagos ellenállásától, továbbá a lyuk-, az elárasztott zóna átmérőjétől, a rétegvastagságtól, hőmérséklettől. A réteg valódi fajlagos ellenállását a Ra értékéből származtatják, ehhez különböző hosszúságú szondákat alkalmaznak egy szelvényben. Archie megfigyelései alapján, egy empirikus összefüggéssel a víztelítettség meghatározható a fajlagos ellenállás szelvényezés felhasználásával. A fajlagos ellenállás szelvényezés használható még porozitás megadására is. (Csókás, 1989)

44

5

A vizsgált fúrások fúrólyuk geofizikai szelvényeinek kiértékelése.

5.1 A fúrólyuk geofizikai szelvények előkészítése a kiértékelési folyamatokra. Diplomamunkám során feldolgozott fúrások fúrólyuk szelvényei nem digitális formátumban álltak rendelkezésemre, amely viszont elengedhetetlen a kiértékelés további folyamataihoz. A munkám első fázisát a szelvények papír formátumból digitális formába való átalakítása adta. A szelvények digitalizálása a NeuraLog (v.2008.05) karotázs szelvény feldolgozó programmal történt. A szelvények előkészítése, a papír formátum szkennelése, majd tiff formátumú beolvasása a programba, majd ezek alkalmasan választott rács felvételével nlg majd las fájlba történő átalakítása volt a cél. A las fájl létrehozásánál lehetőség van a mélységköz beállítására, ezt én 10cm –re állítottam, ami azt jelenti, hogy a mélységpontokhoz tartozó adatokat a program 10 cm-enként számolja át a rács segítségével. A las fájlok más programba történő importálása után az értékközök csökkentésére nincs lehetőség. A digitalizálást követően, a las fájlok felhasználásával már lehetőség van a szelvények kiértékelésére, amely szelvényeket Microsoft Excel (v.2013) programban dolgoztam fel.

19. ábra. A fúrólyuk szelvények digitaliziálásának folyamata. (Forrás: Saját szerkesztés)

45

5.2 A fúrólyuk szelvények kiértékeléséhez felállított modell. A munkám során fúrólyuk

szelvények adatainak kiértékelését használom fel,

kőzetfizikai- (porozitás, agyagtartalom) és hidrogeológiai paraméterek (szivárgási tényező) megadására. Ebben a fejezetben, az eddig bemutatott (4. fejezet) szelvényezési módszerek kiértékelési eljárásait taglalom, melyeket munkám során használtam. A

geofizikai

gyakorlatban többféle módszert alkalmaznak a mért adatok kiértékelésére, melyeket így csoportosíthatunk: 

determinisztikus,



statisztikus,



inverz modellezés. A determinisztikus módszer alkalmazásánál a mért adatokat (szelvényeket) nem egyetlen lépésben értékelik ki, a paraméterek meghatározására. A megadni kívánt paramétert egyenként egymásból számítják, úgynevezett elméleti szonda válaszegyenletek segítségével. Ezt a módszert alkalmaztam a munkám során. A statisztikus a sztochasztikus módszerek egyik csoportja, mely a gyakorisági eloszláson alapul, mely lehet egy vagy több változós. A geofizikában alkalmazott statisztikus kiértékelés nagy részében geofizikai inverziós kiértékelési eljárásokból áll. Az inverziós eljárás egyidejűleg veszi számba azokat a szelvényeket, amelyek hatással lehetnek a keresett paraméterek értékeire, e mellett a becslési hiba értékét is megadják. (Szabó, 2004) Minden kiértékelési, számítási feladat kezdő lépése egy modell megalkotása, mely a valódi természetes környezet (itt szondát körülvevő valódi tér) leegyszerűsített változata, így matematikailag értelmezhetőbb az adott probléma. A munkám során az alábbi modellt alkalmaztam: (21. ábra)

46

20. ábra. Az alapmodell felépítése.(Forrás: Saját szerkesztés)

A petrofizikai modell felépítése három fő részre tagolódik, a porozitásra (Ф)(V/V), az agyagra (𝑉𝑚𝑎 )(V/V) és a kőzetmátrixra (𝑉𝑚𝑎 )(V/V). A modell alapján általánosan felírható a következő anyagmérleg egyenlet, mellyel fizikai alapon teszünk megkötést a kőzetfizikai modell paramétereire.. Ф + 𝑉sh + 𝑉𝑚𝑎 = 1

(13)

A pórusok tartalmát tekintve felosztható még fluidum (itt víz), gázra vagy olajra. Mivel a munkám során hidrogeológiai paraméterek becslése az elsődleges, ezért az olaj és a gáz tartalmat elhagytam. Azaz SW=SX0=1. A teljes porozitást (Фt ) (V/V) az elsődleges- ( Ф1 ) (V/V) és a másodlagos porozitás (Ф2 )(V/V) összegeként értelmezzük: Фt = Ф1 + Ф2

(14)

Az elsődleges porozitás a kőzet keletkezésével létrejött pórustér, míg a másodlagos porozitás a kőzet kialakulása után bekövetkezett kémiai, mechanikai hatások okozta porozitás. A diplomamunkám elkészítése során feldolgozott kutak litológiáját figyelembe véve fontosnak tartom megemlíteni, milyen típusú kőzetekben milyen típusú porozitást találni. A szemcseközi porozitását a kőzetszemcsék egymás közötti térrészeként definiáljuk, ilyen kőzetek elsősorban az üledékes kőzetek (homok, kavics, konglomerátum). A feldolgozott kutak mindegyikének első 40-50 méterében találhatók meg az ilyen típusú rétegek (alsó és felső pannon). A kutak teljes hosszát figyelembe véve találunk olyat, amelyek vulkáni (tufa), metamorf (repedezett 47

hidrokvarcit) rétegekben végződnek. Ezek a fúrások a Megyaszó I. számú fúrás és a Megyaszó II. sz. fúrás. A vulkáni, metamorf, kemény, tömött, cementált kőzetekben a porozitást a repedések okozzák. A karbonátok jellemzője a nagy kiterjedésű üreges porozitás, az általam megvizsgált kutak nem harántoltak ilyen típusú kőzetet. A munkám során nem csak a teljes porozitás meghatározása volt a cél, hanem az effektív porozitás értékek (Фeff. )(V/V) becslése is, mivel a vízkutatásban ez a porozitás a „kitermelhető” víz mennyiségére szolgáltat információt, mely törmelékes víztárolóban az alábbi egyenlettel számítható: Фeff. = Ф𝑡 × (1 − 𝑉𝑠ℎ)

(15)

Ez az egymással összeköttetésben álló pórusrendszer az, ami lehetővé teszi a fluidum áramlását. Az üledékes kőzetek effektív porozitás értéke általában nagyságrenddel meghaladja a vulkáni és metamorf kőzetek porozitás értékeit, a fentebb leírt okok miatt. Számításaim során az effektív porozitás megadása tulajdonképpen egy agyagtartalom korrekció. A modell második részét képezi az agyagtartalom (𝑉𝑠ℎ )(V/V). Agyagnak tekintjük a 0,002 mm átmérő alatti szemcseosztályba tartozó ásványokat. Megkülönböztethetünk, tisztán agyagásványból álló agyagot ezt nevezzük „clay”-nek. Azt az agyagot, amelyben a „clay” meghaladja az 50%-ot és emelet jelentős kőzetlisztet (silt) is tartalmaz, „shale”-nek nevezzük. Az agyagok erős befolyással vannak a mért adatokra így a számított kőzetfizikai paraméterek értékeire is. Az agyag elhelyezkedését a kőzetvázban/mátrixban a 11. ábra szemlélteti. Az agyagtartalom hatása több szelvényezési módszer értékeit befolyásolja. A természetes potenciál szelvények (SP) egyik lényeges mechanizmusai is az agyagokhoz köthető, a szemcsefelületen lévő negatív töltés megakadályozza a negatív ionok áthaladását, így a pozitív töltések megnövekedése a potenciálként jelentkezik, ez a membrán potenciál. Ha az agyag, réteget képez (agyag lamina) és elkülönül a tárló rétegtől, akkor a természetes potenciál szelvényen jól látható módon, a tároló rétegeknél (homok) az SP- érték csökken az agyagalapvonalhoz képest, így jól látható az SP görbe eltérése. Abban az esetben, ha az agyag a tároló kőzetben is megtalálható nem jön létre diffúziós potenciál (amíg van effektív pórustés létrejön, csak az elektrokémiai potenciál változik, ezáltal csökken az SP görbe eltérése az 48

agyag- alapvonaltól. Az agyag hatása a gamma-gamma szelvényezési módszernél (GG) sem elhanyagolható. Ha összehasonlítjuk a kőzetmátrix és az agyag sűrűségét, akkor általánosan elmondható, hogy az agyag sűrűsége kisebb, ez pedig porozitásként érzékelhető a gammagamma szelvény adataiból származtatott porozitás értéknél. A neutron szelvény kiértékelésénél az agyag ásványi szerkezetébe beépült kristályvizet is porozitásként érzékeli. Az előbbiekben felsorolt hatások miatt kell külön kezelnünk az agyagot a modellben. A modellt felépítő harmadik rész a mátrix (𝑉𝑚𝑎 ) (V/V), ez alkotja a vizsgált kőzet szilárd vázát. Felépítését tekintve feloszthatjuk ásványokra (a kőzet szemcséi) és a cementáló anyagra.

5.3

A fúrólyuk szelvények kiértékeléséből származtatott mennyiségek és a zónaparaméterek bemutatása. A modell alapján a fúrólyukszelvények adataiból származtatott mennyiségek a szivárgási tényező/hidraulikus vezetőképesség, a teljes és effektív porozitás értéke, az agyagtartalom, a kritikus áramlási sebesség és az optimális vízhozam. Ezen adatok megadásához determinisztikus módszert alkalmaztam, melynek alapfeltevése, hogy a fúrólyuk szelvények mért adatai kapcsolatba hozhatók a kőzetfizikai paraméterekkel válaszegyenleteken keresztül. Rétegjellemzőket tekintve általánosan felírhatjuk a következő válaszegyenletet: 𝑑 = Φ ∙ 𝑘 + 𝑉𝑠ℎ ∙ 𝑘𝑠ℎ + 𝑉𝑚𝑎 ∙ 𝑘𝑚𝑎

(16)

𝑎ℎ𝑜𝑙: 𝑑 = a számított adat, 𝛷 = porozitás, [𝑉/𝑉] 𝑉𝑠ℎ = agyagtartalom, [𝑉/𝑉] 𝑉𝑚𝑎 = a mátrix térfogata. [𝑉/𝑉] A modellünk hármas felosztása adja az egyenlőség jobb oldalán található három tagot. A felhasznált válaszegyenletek tagjainak másik csoportja a zónaparaméterek, melyek nagyobb 49

intervallumon állandó értékkel rendelkeznek. A zónaparaméterek értékeit konszolidálatlan édesvíztárolók esetére szakirodalmi feldolgozás során gyűjtöttem össze, valamint felhasználtam a fúrások kivitelezésekor készült fúrási naplók adatait is.

A felhasznált

zónaparamétereket az alábbi táblázatban gyűjtöttem össze: 1. táblázat. Számításaim során felhasznált zónaparaméterek.(Forrás: Saját szerkesztés) zónaparaméter

jel

mértékegység

érték

víz sűrűsége víz dinamikai viszkozitása gravitációs gyorsulás tekervényességi együttható (tortuozitási egy.h.) telítettségi szaturációs kitevő cementációs kitevő agyagréteg (shale-agyag) fajlagos ellenállása a rétegvíz fajlagos ellenállása

𝜌𝑤

kg/m3

1000

µ

Pa×s

0,019

g

m/s2

9.81

a

-

1

n

-

2

m

-

1.5

Rsh

Ωm

2-4

Rw

Ωm

10-15

A zónaparaméterek másik csoportja, az adott fúrás mért szelvényértékeihez tartozó zónaparaméter. Megadásukhoz cross-plot technikát is alkalmaztam, mely minden fúrásra külön-külön becslést nyújt a zónaparaméterek értékeire. Ilyenek zónaparaméter az adott fúrásban a természetes gamma szelvény értékeiből meghatározott természetes gamma maximum- és minimum értékei, melyek a szelvény teljes hosszát figyelembe véve az agyagréteghez tartozó gamma (GRsh) (cps) és a homokhoz tartozó gamma értéket (GRma) (cps) jelenti. Majd ugyan ezzel a módszerrel minden fúrás adatsorából meghatároztam a gammagamma- és neutron-neutron szelvényt igénylő zónaparamétereket, azaz a gamma-gamma szelvény maximum értékét (GGsh) (cps), minimum értékét (GGma) (cps) és a neutron szelvény maximum (NNsh) (cps) illetve minimum (NNma) (cps) értékét. Ezen zónaparaméterek a porozitás meghatározás folyamán felhasznált értékek. A fúrásról fúrásra változó zónaparaméterek másik tagja az adott szelvényhez tartozó fluidum intenzitás érték, 50

mely a rétegben tározódó fluidumhoz tartozó intenzitás érték. Ez a zónaparaméter is minden fúrás egyedi jellemzője. Megadása szükséges a neutron-neutron szelvényből és a gammagamma szelvényből származtatott porozitás értékéhez. Adott fúrásban mért neutron-neutron szelvényhez tartozó fluidumra jellemző zónaparaméter (NNf), gamma-gamma szelvényhez tartozó fluidumra jellemző zónaparaméter (GGf) értékei széles skálán mozognak, ezt a skálát a mért szelvény minimuma és maximuma befolyásolja.

5.4 A fúrólyuk szelvények kiértékeléséhez felhasznált formulák bemutatása. A fúrólyuk szelvények feldolgozása és a származtatott paraméterek megadásának első pontja az agyag tartalom megadása (Vsh). Az agyagtartalom (Vsh) (V/V) az agyag ásványokkal kitöltött térfogat és a kőzet teljes térfogatának aránya.

Agyagtartalom

megbecsülésére determinisztikus, statisztikai és inverz módszereket használhatunk. (Tselentis, 1985) Meghatározásához a leggyakrabban használt determinisztikus módszert alkalmaztam. Az agyagtartalomra legérzékenyebb szelvények adatait használják fel, így a természetes potenciál és a természetes gamma szelvényezés jöhet szóba. Az agyagindikátor szelvények felhasználásával, egymástól független egyenletekbe helyettesítjük be az értékeket. (Asquith Krygowski, 2004) A munkám során a gamma-szelvényt (továbbiakban: GR szelvény) használtam fel agyagtartalom becslésére. Első lépésként megadtam a gamma index étékét (iγ) (-), mely megadásához az alábbi formulát használtam: 𝐺𝑅−𝐺𝑅𝑚𝑖𝑛

𝑖𝛾 = 𝐺𝑅𝑚𝑎𝑥−𝐺𝑅𝑚𝑖𝑛

(17)

A homokkövek és a karbonátok, vagyis a nem radioaktív kőzetek adják meg a GRmin értékét, a radioaktív ásványokat tartalmazó kőzetek adják a GRmax értékét, a mért szelvény adata pedig a GR. A 𝑖𝛾 értékét felhasználva több módszerrel tudjuk megbecsülni az agyagtartalmat. A lineáris megközelítés a Vsh≈ 𝑖𝛾. (Gaymard Poupon, 1970) Ez a módszer nem veszi figyelembe, hogy lehetnek a kőzetben más radioaktív ásványok is az agyag ásványokon kívül, ez maga után vonja azt is, hogy összetett litológia esetén nő a bizonytalanság az értelmezés során. A fenti lineáris formulával meghatározott agyagtartalom túlbecsüli a tényleges agyagtartalmat. Az általam vizsgált fúrások rétegsorai nagy változatosságot mutatnak, így figyelemmel az összetett litológiára, nem tartottam alkalmasnak a lineáris megközelítést az agyagtartalom megadására. A Larionov formulát alkalmaztam számításaim során, amely jobban közelíti a valós agyagtartalmat, 51

valamint az agyagtartalom és a iγ nem lineáris összefüggésként értelmezi, ez jól látható a 21. ábra iγ görbéinek alakján. (Larionov, 1969) Ezek alapján a következő Larionov- formulát választottam az agyagtartalom becslésére, melyet harmadkorú vagy fiatalabb üledékekre alkalmaznak, így a vizsgált fúrások litológiáját is szem előtt tartva. 𝑉𝑠ℎ = 0,083(23,7×𝑖𝑗 − 1)

(18)

Agyagtartalom (Vsh)(V/V)

Az agyagtartalom és a iγ kapcsolata. (Hejcei vízműkút.) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

iγ lineáris, iγ Larionv (-)

21. ábra. Az agyagtartalom és a gamma index kapcsolata.(Forrás: Saját szerkesztés)

A 22. ábra diagramjának elkészítéséhez a Hejcei vízmű kút adatsorát használtam fel, jól szemlélteti a különböző formulák által kapott eredményeket. Általános tapasztalat a terepi adatokhoz viszonyított értékeknél reálisabb eredményeket kapunk a nem lineáris feltételezéssel. (Szabó és Kormos, 2012) Az alapmodell hármas felosztásának megfelelően három tagot keresünk, amiből az agyagtartalmat (Vsh) már a fent említett módon kifejeztem. A (13.) egyenletet megvizsgálva és mátrix térfogatra kifejezve a következőt egyenletet kapjuk: 𝑉𝑚𝑎 = 1 − Φ − 𝑉𝑠ℎ

(19)

Ahhoz, hogy a Vma értékének megadására, a porozitás értéket kell megadnom. A porozitás értékének

megbecsülésére

több

szelvény adatait

használtam fel.

A

szelvények

52

felhasználásánál figyelembe vettem a szelvényezett szakasz hosszát. A különböző szelvények egy fúráson belül is eltérő mélységtartományt ölelnek fel. Ezért a porozitás követő szelvények felhasználásával (értem ezalatt a gamma-gamma (GG)- és a neutron-neutron (NN) fajlagosellenállás (LLs) szelvények adatait) különböző mélységekig adható meg a porozitás. A legjobb eset, amikor minden porozitás követő szelvény a fúrás teljes hosszát reprezentálja. A porozitás értékek becslésére három a porozitásra érzékeny szelvényt használtam fel, ezek a gamma-gamma szelvény (GG) (sűrűség), a neutron-neutron szelvény (NN) és a sekély behatolású szondával mért fajlagos ellenállás szelvény (LLs). A mért neutron-szelvény intenzitás a következő egyenlőséggel írható fel 20. egyenlet (Serra, 1984). A munkám során feldolgozott szelvények felvételekor, a szondát nem kalibrálták neutron porozitársa, ezért itt a mért paraméter és a zóna paraméterek intenzitásokat jelölnek. 𝑁𝑁 = Ф ∙ 𝑁𝑁𝑓 + 𝑉𝑠ℎ ∙ 𝑁𝑁𝑠ℎ + 𝑉𝑚𝑎 ∙ 𝑁𝑁𝑚𝑎

(20)

ahol: 𝑁𝑁 = 𝑎 𝑚é𝑟𝑡 𝑠𝑧𝑒𝑙𝑣é𝑛𝑦 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑧𝑖𝑡á𝑠𝑎 (cpm), ϕ 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑧𝑖𝑡á𝑠 é𝑟𝑡é𝑘𝑒 (V/V), 𝑁𝑁𝑓 = 𝑎 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑢𝑚 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑧𝑖𝑡á𝑠 é𝑟𝑡é𝑘𝑒 (cpm), 𝑉𝑠ℎ = 𝑎𝑧 𝑎𝑔𝑦𝑎𝑔 𝑡é𝑟𝑓𝑜𝑔𝑎𝑡𝑎𝑟á𝑛𝑦𝑎 (V/V), 𝑁𝑁𝑠ℎ = 𝑎𝑧 𝑎𝑔𝑦𝑎𝑔ℎ𝑜𝑧 𝑡𝑎𝑟𝑡𝑜𝑧ó 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑧𝑖𝑡á𝑠 é𝑟𝑡é𝑘𝑒 (V/V), 𝑉𝑚𝑎 = 𝑎 𝑘ő𝑧𝑒𝑡𝑚á𝑡𝑟𝑖𝑥 𝑡é𝑟𝑓𝑜𝑔𝑎𝑡𝑎𝑟á𝑛𝑦𝑎 (V/V), 𝑁𝑁𝑚𝑎 = 𝑎 ℎ𝑜𝑚𝑜𝑘 𝑟é𝑡𝑒𝑔ℎ𝑒𝑧 𝑡𝑎𝑟𝑡𝑜𝑧ó 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑧𝑖𝑡á𝑠 é𝑟𝑡é𝑘𝑒 (cpm).

A (20.) egyenletben nem ismert a Vma értéke, mely helyébe behelyettesítjük a (19.) egyenletet, amivel a következőt kapjuk: 𝑁𝑁 = Φ ∙ 𝑁𝑁𝑓 + 𝑉𝑠ℎ ∙ 𝑁𝑁𝑠ℎ + (1 − Φ − 𝑉𝑠ℎ ) ∙ 𝑁𝑁𝑚𝑎

(21)

Majd ebből kifejezve a Ф- t megkapjuk a porozitás megadására alkalmas formulát:

Φ=

(𝑁𝑁−𝑉𝑠ℎ ∙(𝑁𝑁𝑠ℎ −𝑁𝑁𝑚𝑎 )−𝑁𝑁𝑚𝑎 ) (𝑁𝑁𝑓 −𝑁𝑁𝑚𝑎 )

(22)

53

Az 𝑁𝑁𝑠ℎ , vagyis az agyagréteghez tartozó neutron intenzitás és az 𝑁𝑁𝑚𝑎 a homok réteghez tartozó intenzitás zónaparamétereket, a mért neutron szelvény és a litológia összevetésével, illetve crossplot technikával lehet becsülni. Utóbbiban egy grafikonon ábrázoltam a neutronneutron szelvény intenzitás értékeit (cpm) és a gamma-gamma szelvény intenzitás értékeit (cpm), a szelvény felvétel teljes hosszában. Ehhez a módszerhez tartozó cross-plot-ot láthatjuk a 52 ábrán.

28700

Gamma-gamma- és neutron-neutron intenzitás kapcsolata.

27700

GG intenzitás (cpm)

26700

maximumok k

25700 24700 23700 22700 21700 20700 2000

minimumok 2500

3000

3500

4000

NN intenzitás (cpm) 22. ábra. Gamma-gamma intenzitás és neutron-neutron intenzitás cross-plot.

Az 23. ábra segítségével megadhatók azok a pontok, amelyekhez tartozó értékek a legjobb közelítésben megadják a GGsh, vagyis az agyagréteghez tartozó γ- intenzitást, másképp gamma szelvény maximumát, illetve az ehhez tartozó NNsh intenzitás értékét. Az NNf értéke a kiöblített zónában található fluidum (iszapfiltrátum+maradék rétegvíz) termikus neutron intenzitása. Az értékét, egy metrológiai állomás modellkútjában határozzák meg, ahol ismert a tiszta (agyagmentes) kőzet porozitása, mely vízzel telített (NNf=1) Esetemben viszont egy szonda cpm-ben kell megadni, amit a neutron-gamma cross-plot alapján extrapolációval becsültem meg. Porozitás érzékeny szelvény közé tartozik a gamma-gamma (GG). Gamma porozitás értékének megadásánál a gamma-gamma szelvény értékeit az előző formulával hasonló módon adtam meg. (Serra, 1984) 𝐺𝐺 = Ф ∙ 𝐺𝐺𝑓 + 𝑉𝑠ℎ ∙ 𝐺𝐺𝑠ℎ + 𝑉𝑚𝑎 ∙ 𝐺𝐺𝑚𝑎

(23) 54

A (23.) egyenletbe behelyettesítjük a (19.) egyenletet, majd Ф-re kifejezve megkapjuk a gamma-gamma porozitást:

Φ=

(𝐺𝐺−𝑉𝑠ℎ ∙(𝐺𝐺𝑠ℎ −𝐺𝐺𝑚𝑎 )−𝐺𝐺𝑚𝑎 ) (𝐺𝐺𝑓 −𝐺𝐺𝑚𝑎 )

(24)

𝑎ℎ𝑜𝑙: 𝐺𝐺𝑓 =fluidumra jellemző gamma intenzitás, 𝐺𝐺 = a mért szelvény adata (cpm), 𝑉𝑠ℎ =a származtatott agyagtartalom.(Larionov), 𝐺𝐺𝑠ℎ =a gamma szelvény értékek (közelítő) maximuma, 𝑉𝑚𝑎 = a kőzetmátrix térfogata, 𝐺𝐺𝑚𝑎 = a gamma szelvény közelítő minimuma, Φ = gamma szelvényből becsült porozitás érték.

A porozitás meghatározására felhasználtam még a kis behatolású szondával mért fajlagos ellenállás szelvény adatait. A következő egyenletből kifejezve kapható meg: (Poupon és Leveaux 1971) 1 𝐿𝐿𝑠

=

Φ𝑚 𝑎∙ 𝑅𝑤 ∙(1−𝑉𝑠ℎ )

+

𝑉𝑠ℎ 𝑅𝑠ℎ

(25)

ahol: 𝐿𝐿𝑠 = a mért fajlagos ellenállás (Ωm), Ф = 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑧𝑖𝑡á𝑠 é𝑟𝑡é𝑘 (V/V), 𝑚 = 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡á𝑐𝑖ó𝑠 𝑘𝑖𝑡𝑒𝑣ő(−), 𝑎 = 𝑡𝑒𝑘𝑒𝑟𝑣é𝑛𝑦𝑒𝑠𝑠é𝑔𝑖 𝑒𝑔𝑦ü𝑡𝑡ℎ𝑎𝑡ó(𝑡𝑜𝑟𝑡𝑢𝑜𝑧𝑖𝑡á𝑠𝑖 𝑒𝑔𝑦ü𝑡𝑡ℎ𝑎𝑡ó)(-), 𝑅𝑤 = 𝑎 𝑟é𝑡𝑒𝑔𝑣í𝑧 𝑓𝑎𝑗𝑙𝑎𝑔𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛á𝑙𝑙á𝑠𝑎 (Ωm), 𝑅𝑠ℎ = 𝑎𝑧 𝑎𝑔𝑦𝑎𝑔𝑟é𝑡𝑒𝑔 𝑓𝑎𝑗𝑙𝑎𝑔𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛á𝑙𝑙á𝑠𝑎 (Ωm),

A (25.) egyenletben szereplő zónaparaméterek úgy, mint a tekervényességi együttható (a), a cementációs kitevő értékeket irodalmi adatokból választottam ki (lásd: 1. táblázat). (Csókás, 55

1989) A rétegvíz fajlagos ellenállása a következő kép adható meg, ha a fluidum NaCl-oldat, áteresztő/permeábilis: (Csókás, 1995) 𝑆𝑆𝑃 𝐾

𝑅𝑤 = 𝑅𝑚𝑓 [10

]

−1

(26)

ahol (Rmf) (Ωm) az iszapfiltrátum fajlagos ellenállása, K a formáció tényező SSP-t ( sztatikus SP) a mért SP-ből lehet meghatározni: (Csókás, 1995) 𝑆𝑃 = −𝐾 𝑙𝑜𝑔

𝑅𝑚𝑓𝑒

(27)

𝑅𝑤𝑒

Az iszap filtrátum fajlagos ellenállása 𝑅𝑚𝑓 > 0,1Ωm 25 ℃.on akkor 𝑅𝑚𝑒𝑓 =0,85mf, így a (27.) egyenletbe behelyettesítve: (Csókás, 1995) (Shumberger, 1987) 𝑅𝑤𝑒 = 0,85𝑅𝑚𝑓 [10

𝑆𝑆𝑃 𝐾

]

−1

(28)

A 24. ábráról leolvasható a Rw fajlagos ellenállása Rwe függvényében(25℃ra vonatkoztatva).A K értéke 45 ha az iszap filtrátum nátriumbikarbonát oldat. A mészbázisú iszapok kalcium tartalma elhanyagolhatóan kicsi ezért azok is NaCl –oldatnak vehetők.(Schlumberger, 1987)

23. ábra. Rw az Rwe függvényében. (Forrás: Schlumberger) 56

A fúrások jegyzőkönyvében általában a Rm (Ωm) azaz a fúrófolyadék fajlagos ellenállását tüntetik fel, mely segítségével lehet megadni a Rmf fajlagos ellenállását. (Shumberger, 1987) 𝑇 +21,5

1,07

𝑅𝑚𝑓 𝑇𝑓 = 𝐾𝑚 [𝑅𝑚 𝑇𝑚 𝑇𝑚+21,5 ]

(29)

𝑓

A fúrási jegyzőkönyvben feltüntetett iszap fajlagos ellenállása Rm Tm (℃-on), akkor az iszap filtrátum fajlagos ellenállása Rmf Tf (℃ -on), ahol Tf (℃ ) a formáció hőmérséklet. Km függvénye az iszap fajsúlyának, melyet a 2. táblázatban láthatunk: (Shumberger, 1987) 2. táblázat. AZ Rmf -számítás.(Forrás: Schlumberger)

Km

ρ(g/l)

1.100

1.000

0.976

1.110

0.847

1.200

0.708

1.320

0.584

1.440

0.488

1.560

A (25.) egyenletet kifejezve Ф- re megkapjuk a porozitás értékét: 1

Ф = [((𝐿𝐿 ) − (𝑅 )) ∙ (𝑎 ∙ 𝑅𝑤 ∙ (1 − 𝑉𝑠ℎ ))] 𝑠

1 𝑚

( )

𝑉𝑠ℎ

𝑠ℎ

(30)

A különböző szelvényekből származtatott porozitás értékeket átlagoltam, így csökkenve a becslés bizonytalanságát:

Фá𝑡𝑙. =

(Ф𝑛 +Ф𝐺 +Ф𝐿𝐿𝑠 ) 3

(31)

Az átlagolt porozitás értéket behelyettesítve a (15.) egyenletbe megkapjuk az effektív porozitás értékét. Megadva az agyagtartalmat és a porozitás értékét kifejezhető a kőzetmátrix térfogat aránya (V/V) a (19.) egyenlet felhasználásával. 57

A porozitás értékek ismeretében már megadható a szivárgási tényező/hidraulikus vezetőképesség becsült értéke. A szivárgási tényező meghatározására két formulát alkalmaztam, a Kozeny-Carman- összefüggést és a Sallam formulát. A formulák kőzetfizikai paraméter érzékenysége eltérő.(Kozeny, 1927; Carman, 1937; Sallam, 2006) A Kozeny-Carman modell a porozitás és szemcseátmérő meghatározásán alapul, míg a Sallam formulával kapott szivárgási tényező értéke az agyagtartalom változás függvénye. A Kozeny-Carman formulával a következőképp írható fel a szivárgási tényező (k) (m/s): (𝜌𝑤 ×𝑔)

k=(

𝜇

𝑑2

Φ3

) ∙ (180) ∙ ((1−Φ)2 )

(32)

ahol:

𝜌𝑤 = 𝑎 𝑣í𝑧 𝑠ű𝑟ű𝑠é𝑔𝑒(kg/m3), 𝑔 = 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡á𝑐𝑖ó𝑠 𝑔𝑦𝑜𝑟𝑠𝑢𝑙á𝑠(m/s), 𝜇 = 𝑎 𝑣í𝑧 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑘𝑎𝑖 𝑣𝑖𝑠𝑧𝑘𝑜𝑧𝑖𝑡á𝑠 (Pa*s), 𝑑 = 𝑎 ℎ𝑎𝑡é𝑘𝑜𝑛𝑦 𝑠𝑧𝑒𝑚𝑐𝑠𝑒á𝑡𝑚é𝑡ő(m), 𝛷 = 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑧𝑖𝑡á𝑠 é𝑟𝑡é𝑘 (V/V).

A zónaparamétereket irodalom feldolgozás során gyűjtöttem ki, amit a 1. számú táblázatban láthatunk. A szemcseátmérő megadásánál a hatékony szemcseátmérőt (Dh) alkalmaztam, ez a szemcseátmérő egy olya gömb átmérőjével egyenlő, amelyek felülete (ha ezt tömegegységre vonatkoztatjuk) a vizsgált talaj felületével azonos. A szemcse átmérő meghatározásához a fúrási jegyző könyvek adtak információt. (Kovács, 1972). 𝐷ℎ = 1,671 ∙ 𝐷10

(33)

A szivárgási tényező értékét egy empirikus összefüggéssel is kifejeztem, melyet Osama M. Sallam alkalmazott homokrétegek vizsgálatánál. (Sallam, 2006) A vizsgálatban próbaszivattyúzási adatok és a formulával kapott szivárgási tényező értékek kapcsolatát vizsgálta. Munkám során hasonlóan vizsgálom a szivárgási tényező megadásának lehetőségeit az általa megadott egyenlettel, mely következő: 𝑘 = 49,786𝑒 (−12,516𝑉𝑠ℎ)

(34)

ahol: 58

k=szivárgási tényező (m/d) Vsh= agyagtartalom (V/V)

Ez a formula egy nem lineáris összefüggést mutat az agyagtartalom és a szivárgási tényező kapcsolatára.

5.4.1

Szerencs Gátőrház I. sz. fúrás kiértékelése.

A Szerencs Gátőrház I. számú fúrás Borsod-Abaúj-Zemplén megye Szerencs községében található, a Vintcze tanyától délre 180 m.(2. ábra) A fúrás vízkutatás céljával mélyítették 1999-ben. Vízkitermelésre alkalmassá nyilvánítását követően kútkiképzése is megtörtént, máig működő víztermelő kút. A kút alapadatai a következő 3. táblázatban mutatom be: 3. táblázat. Szerencs Gátőrház I. sz. k.

Szerencs Gátőrház I.sz. k. Paraméterek (mértékegység)

Becsült érték

Tm. (m)

109

Csövezett kút mélysége (m)

42

Kitermelt víz hőfoka (℃)

13.1

Fajlagos hozam (l/p)

170

Nyugalmi vízszint (m)

-0.29

Üzemi vízszint (m)

-2.95

A fúrás karotázs szelvényének kiértékeléséhez elengedhetetlen a mért szelvényezési módszerek felsorolása. A fúrásban természetes potenciál (SP)-,fajlagos ellenállás (sekély:LLs, mély LLd), természetes gamma (GR), neutron-neutron szelvényezési módszereket alkalmaztak, amelyeket a 2.számú mellékletben láthatunk. Ha megvizsgáljuk az SP szelvény lefutását, agyagalapvonal eltolódást nem figyelhetünk meg, 4 mV-nál stabil. A legnagyobb SP anomáliák a homokréteg szintekben találhatók. A homokos agyagok agyagtartalmának csökkenésével az SP értéke is csökken, ilyen réteget figyelhetünk meg 38-

59

100 m-ig. Ha megvizsgáljuk a GR szelvén lefutását, az agyag GR intenzitása nagyobb (90100 cps), mint a homok és kavicsos homok intenzitása (20-25m-ig 50 cps alatti értéket vesz fel). A GR szelvény érzékeny az agyagtartalomra, az agyagok GR intenzitása nagyobb a homokoknál. A kiértékelés során a GR szelvény adatait használtam fel az agyagtartalom becslésére (Vsh). A becsült agyagtartalmat a 3. számú mellékleten láthatunk. Az előbb említett okok miatt az általam becsült agyagtartalom lefutása (Vsh)(V/V) szépen követi a GR szelvény lefutását. A vízadó réteg (30-35 m-ig) agyagtartalma 0.1 és 0.3 között változik, korát tekintve felső-pannon. Vékony agyagos rétegek betelepülésének nyoma látszik a GR szelvényen is, ezek a hegyes csúcsok, amik GR növekedést mutatnak 35-100m-ig folyamatosan kisebb nagyobb mértékben. A mért neutron szelvény első 20 méterén intenzitás növekedés figyelhető meg, ennek oka a rétegben növekedő homok arány, a litológia agyagos-kavicsos homokot, majd kavicsos homokot mutat. 20 métertől pedig folyamatosan konvergál az 50 cps-hez, amelynek az agyagtartalom megnövekedése az oka. A kavicsos homok (12- 28méter között) SP-je a szelvényen -1 és -5 közötti értéket vesz fel, ugyan akkor a fajlagos ellenállás értékük 30-40 Ωm is eléri. A homokok fajlagos ellenállása a szemcseátmérő növekedésével együtt nő (édesvíztározókban), így arra a következtetésre juthatunk, hogy a réteg nagy szemcsemérettel rendelkező (kavicsos) homok, mely nagy áteresztőképessége miatt jó vízadónak minősülne. De ha megnézzük a neutron szelvényt akkor látható a neutron intenzitás növekedés, ami a rétegben hidrogén atom csökkenését jelzi, tehát víztartalom nem igazolt, 10 és 30 m között jelentős mennyiségű levegő van. A fajlagos ellenállás szelvényének lefutásán is folyamatos csökkenést, majd 50 méter után 1 és 15 Ωm közötti mozgást mutat, ennek oka az agyagtartalom növekedése 50 méter után, mivel az agyagok fajlagos ellenállása kisebb. A mért eredmények összevetése a származtatott adatokkal több szempontból jó kapcsolatot mutat. A GR szelvényből származtatott agyagtartalom (Vsh) (V/V) tökéletesen követik egymást.(3. sz. melléklet) Feltűnő agyagcsúcsok figyelhetők meg 56-57 méter között és 78-79 méternél, mely a litológiai leírást figyelembe véve lehetséges. A

porozitás Phi (NN) (V/V) a neutron

szelvényből származtatott érték, ezért lefutásukban nagy eltérések nem figyelhetők meg. A Phi értéke a teljes szelvényt figyelembe véve nem éri el a 40 %-os porozitást, ami irodalmi 60

adatok alapján jó becslésnek mondható egy kavicsos homok esetén, mely itt 12-27 méter közötti mélységközben található. 4. táblázat. A konszolidálatlan üledékes kőzetek porozitás értéke.(Forrás: Internet2) Konszolidálatlan üledékek üledék durva kavics közép szemcsés kavics finom kavics durva homok közép szemcsés homok finom homok aleurit agyag

porozitás (%) 24 - 37 24 - 44 25 - 39 31 - 46 29 - 49 26 - 53 34 - 61 34 - 57

Hozzá kell tenni, hogy a Phi értékében az agyag hatása is benne van, az agyag korrigálás utáni valódi, azaz effektív porozitást tekintjük vízkutatási szempontból fontosnak, ez a származtatott érték az Effektív Phi (V/V) szelvényen jelenik meg. A Phi értékeit vizsgálva a Vsh csúcsoknál figyelhetünk meg egyezést, 57 és 77 méternél, véleményem szerint ez annak köszönhető, hogy az agyag egyik jellemzője a szemcséken megkötött víz (adszorbeált víz) ezt a Phin porozitásnak érzékeli, így a látszólagos porozitás nagyobb értéket vesz fel a valódinál. Ha megnézzük a fajlagos ellenállás szelvényből származtatott fajlagos ellenállás porozitás szelvényt (Phi) (LLs)(V/V) láthatjuk, hogy a 28 méterig nagy porozitást (0.2-0.4) mutat, míg a Phi ezen a szakaszon 0 és 0.2 között marad. A LLs szelvény lefutása jobbról balra csökkenő (a kisebb csúcsokat nem veszem figyelembe) a Phir lefutása balról jobbra mutat enyhe eltolódást, ami a fordított arányosság okoz, amit a (30.) egyenletben (1/LLs) is észrevehetünk. A származtatott porozitás értékek átlaga a Phi (V/V), amely mind a Phi mind a Phi sajátosságait hordozza, majd ebből a Phi értékből származik az effektív porozitás érétke. A Phi és effektív Phi között elsőre alig észrevehető különbség van, ami nem eléri a 10 % os eltérést. A kőzetmátrix térfogata Vma (V/V), a Phi és a Vsh függvénye, melyeket egy szelvényen ábrázoltam. A Vma és a Vsh tükörképei egymásnak, ahogy az várható volt. Ahol az agyagtartalom növekedik ott a Vma és a Phi csökken. Észrevehető, hogy amikor a porozitás és a Vma növekvő, de a Vsh csökkenő értéket mutat - ugyan abban a mélységben-, akkor azaz agyagtartalmon, szerkezei agyagtartalomhoz köthető, ilyen figyelhető meg 50-51 m-nél. A szivárgási tényező értékeket a fúrás teljes hosszában látjuk. A k (Sallam) (m/s) az 61

agyagtartalommal nemlineáris. A szűrőzött szakasz szivárgási tényezőit megvizsgálva, melyek 1× 10−5 és 8× 10−5 m/s között változnak, véleményem szerint, finom és közép szemcsés homokréteg jellemzői, és közepesen jó vízadó. Ez a rétegtípus a fúrási jegyzőkönyv adataival is megegyező, így a Sallam módszerrel kapott hidraulikus vezetőképesség az adott kőzettípusnak megfelelő. A Kozeny-Carman módszerrel kapott szivárgási tényező (3.sz.meléklet k (KC) (m/s)) a fúrás teljes hosszát figyelembe véve nagyon eltérő eredményeket produkált. A nagyságrendbeli különbségek a változó rétegződés, így a szemcseátmérők és a porozitás nagy változékonysága miatt lépnek fel, mivel a KozenyCarman formula szemcseátmérő és a porozitás érzékenysége jelentős. A 24. ábra jól mutatja a szűrőzött homokréteg effektív porozitás értékeit, melyek 6 % és 13 % között mozognak. A KC-formulával becsült szivárgási tényező értékek a szűrőzött szakaszban egy nagyságrendi értékben mozognak. A szemcseátmérőket a fúrási napló adathiánya okán irodalomból adtam meg a Wentworth skála felhasználásával (internet3).

24. ábra. A szűrőzött szakasz effektív Phi és k (KC) értékeinek diagramja.(Forrás: saját szerkesztés)

A 25. ábrán látható, hogy egy porozitás intervallumhoz változó k (KC) értékek tartoznak, ennek oka lehet, hogy a pórusok nagysága lehet ugyan akkora, de a szemcsék elhelyezkedésének változásaival a pórusok összekapcsolódása más. A Kozeny-Carman formulával becsült érétkek inkább egy kavicsos homok szivárgási tényezőire mutatnak, túlbecsülték a próbaszivattyúzási adatokat.(lásd 6. táblázat) 62

5. táblázat. Konszolidálatlan üledékes kőzetek szivárgási tényezői.(Forrás: internet2) üledék kavics durva homok középszemcsés homok finom homok aleurit, lösz till agyag tengeri agyag

Konszolidálatlan Üledékek szivárgási tényező (m/sec) 3x10-4 to 3∙10-2 9x10-7 to 6∙10-3 9x10-7 to 5∙10-4 2x10-7 to 2∙10-4 1x10-9 to 2∙10-5 1x10-12 to 2∙10-6 1x10-11 to 4.7∙10-9 8x10-13 to 2∙10-9

Az 6. táblázatban láthatók a Szerencs Gátőrház I.sz. fúráshoz tartozó összes származtatott adat és a Vízföldtani naplókból származó próbaszivattyúzási adat. Az általam becsült értékek a szűrőzött réteget reprezentálják. A teljes és az effektív porozitás között 2%-os eltérés látható, a 13 % körüli effektív porozitás reális értékbecslés egy középszemcsés homokrétegre. A vízföldtani naplóból származó adat a k (Theis) és a k (Dup.Th), melyek egy nagyságrendbeli különbséget mutatnak, gyenge vízadót jeleznek. Az általam származtatott k (Sallam) szivárgási tényező érték a k (Theis) próbaszivattyúzási értékhez közelít, nagyságrendben sem tér el. A k (KC) érték nagy eltérést mutat, mind a k (Sallam), mind a próbaszivattyúzási adatokhoz viszonyítva is túlbecsüli. 6. táblázat. A próbaszivattyúzási és az általam származtatott adatok összesítő táblázata. Szerencs Gátőrház I. sz. k. vízadó réteg típusa vízadó réteg vastagsága (m) φ (V/V) φ effektív (V/V) k (Sallam)(m/s) k (KC.)(m/s) k (Theis)(m/s) k (Dup.Th.)(m/s) Vkr.(Sallam)(m/s) Vkr.(KC)(m/s) Qmax(Sallam)(l/min) Qmax(KC)(l/min)

homok 5.4 0.1487 0.1252 3.33E-05 1.74E-03 2.10E-05 4.80E-04 3.85E-04 2.03E-02 101 268 63

Q(vízföldtaninapló)(l/min) T(sallam)(m2/s) T(KC)(m2/s)

170 1.80E-04 5.03E-01

A vízföldtani naplóból szármzó hozam 170 l/min, ami szintén gyenge vízadót mutat. Az általam származtatott hozamok nem közelítik meg a próbaszivatytúzási adat értékét. A Q (Sallam) 69 l/min értékkel alábecsülte, míg a Q (KC) 98 l/m becsülte felül. Ezt sejteni lehetett, a szivárgási tényezők eltéréséből is. 5.4.2

Hejcei II. számú kút kiértékelése.

Hejce község a magyar-szlovák határtól 12 km-re, a Tokaji-hegység északnyugati lábánál helyezkedik el. A Szerencsi-patak allúvium (homok, kavics, iszapos homok) szállítása jelentős a területen, ez a vízadó rétegeket feltelez. (Perlaki, 1968) A fúrás első 40 méterében tufás kavics réteget harántol, mely a területen megfigyelhető vulkáni képződmények jelenlétével von párhuzamot. A kútban szűrőzött vízadó réteg felső pannon korú homok, a fúrási napló adatai szerint. A kút főbb adatait a 7. táblázatban mutatom be. 7. táblázat. Hejcei II. sz. kút. adatai.(Forrás: saját szerkesztés) Hejcei II. sz. kút adatai. Tm. (m)

210.7

Csövezett kút talpmélysége (m)

210.7

Kitermelt víz hőfoka (℃)

16

Fajlagos hozam (l/p)

150

Nyugalmi vízszint (m)

-61.7

Üzemi vízszint (m)

-53.4

A Hejce II. sz. fúrásban mért fúrólyuk

szelvényeket a 4. mellékletben találjuk. Az

alkalmazott szelvényezési módszerek a természetes potenciál (SP)(mV), természetes gamma (GR) (cpm), a gamma-gamma (GG)(cpm), neutron-neutron (Neutron)(cpm), és sekély illetve mély behatolású fajlagos ellenállás (LLs, LLd) (ohmm). Ha az SP szelvényt (4.sz. melléklet első oszlop) megnézzük nem tudunk kijelölni egyértelmű agyagalapvonalat, 40 méterig az SP érték igen változó de csökkenő étékei egy tufás kavicshoz tartoznak. Erős eltolódást figyelhetünk meg 42 métertől, innen kezdődik egy agyagréteg egészen 80 méterig, melynek SP 64

értéke 0 és 20 mV közé esik. 80 méternél egy kiugró anomáliát figyelhetünk meg, ennek oka az ebben a mélységben található tufa réteg, mely vastagsága nem éri el az 5 métert. A tufa rétegek előfordulásánál 80m, 130m, 170m) az SP görbék hírtelen csökkennek, hasonlóságot mutatnak a homokrétegekkel. Ennek oka lehet, hogy a tufa rétegeknél a kőzet fajlagos ellenállása kisebb, mint az agyagrétegé, de nagyobb, mint a homokoké, valószínű a pórusokat nem víz tölti ki. Az agyag érzékeny szelvények közé tartozik a GR szelvény is. Ha a GR szelvényt nézzük, láthatjuk a GR intenzitás 40 métertől 160 méterig folyamatosan csökken, ennek oka az agyagtartalom csökkenése, mivel a GR aktivitása a sugárzó elemek fajtája és mennyisége és a kőzet sűrűsége szabja meg. Az agyagásványok ( illit, montmorillonit, kaolinit, szmektit, kálium tartalmúak) ezért nagyobb a GR aktivitásuk is. 160 métertől emelkedő tendenciát mutat a GR szelvény, és jól mutatja a szűrőzött homokréteget, 195métertől 205 méterig visszaesik a GR intenzitás, a szűrőzött homokréteg agyagtartalmának lecsökkenésével. A Hejcei II. sz. fúrásnál is jól látható a GR szelvény és az agyagtartalom (Vsh)(5. melléklet) hasonlósága. A szűrőzött szakasz agyagtartalma 10 % körüli értékekkel rendelkezik. A 4. számú mellékleten látható a GG és a neutron szelvény, melyek a fúrásban 160 méterig mértek, emiatt a szűrőzött rétegről nem kapunk információt álltaluk. A tufás rétegek vastagságuk okán (alig 2-3 méter vastagok), alig vagy csak mérsékelten jelennek meg a szelvényeken. A gammagamma (GG) szelvényén vizsgálatánál meg kell jegyeznem, hogy a GG magasabb szintjei a szonda környezetének sűrűség csökkenését jelenti, ha az nem kavernásodás miatt jön létre(itt nem). A sűrűségcsökkenés oka az lehet, hogy a pórusokat nem víz, hanem gáz tölti ki, de kötött víz formájában lehet. Így a tufák esetében, ha ez nem tartalmaz vizet a sűrűsége kisebb, az agyagokénál, Az hogy a vizsgált tufás réteg (kavicsos tufa és tufa) tartalmaz vizet, vagy sem azt a neutron szelvényből tudhatjuk meg. Erre példa a 130 méternél a GG szelvényen enyhe csökkenést figyelhetünk meg, ugyan itt a Neutron szelvényen is csökkenést figyelhetünk, meg, tehát a kőzet sűrűsége csökken (vékony tufa réteg) és a víztartalom is megnő. A fajlagos ellenállásból származtatott porozitás Phir (LLs) (V/V) a fúrás teljes hosszáról ad információt, szemben a neutron és gamma mérésekből származtatott porozitásokkal (Phin (NN), Phi (GG). A három átlaga (Phi) (V/V) viszont már a teljes fúrást lefedi, 160 métertől pedig csak a Phir (LLs) porozitás érvényes. A Phi a fúrás teljes mélységét figyelembe véve nem éri el az 55% ot (0,55 V/V) 160 méterig 20 és 40 % os porozitás értékek között változik. A valódi porozitás a 0.55 kicsit magasnak számít, törmelékes kőzetekben maximum 47 %-ot érhet el. A tufa 65

porózusabb szerkezetű lehet, az effektív porozitása (a gyors lehűlés miatt kialakult hólyagok általában nincsenek összeköttetésben) kicsi. A LLs fajlagos ellenállás szelvényt tekintve (4. számú melléklet) a szűrőzött szakaszon illetve a tufa rétegeknél ellenállás növekedés figyelhető meg. A fajlagos ellenállásból származtatott Phir szelvényét vizsgálva (6. számú melléklet) a homokrétegnél (196-205 m) és a vékony tufa rétegeknél a porozitás érték lecsökken. A 6. számú mellékleten negyedik oszlopban láthatjuk a kőzetmátrix (Vma), agyagtartalom (Vsh) és a porozitás értékeit (Phi) egy szelvényen ábrázolva. Véleményem szerint, ahol a Vsh tartalom jelentősen nem változik (100180m között) és csak a Vma illetve a Phi változik, ott agyag laminák helyezkednek el. 200méter mélységben a Vsh és a Phi lecsökken, de a Vma megnő, ez diszperz agyagra utal, vagyis az agyag, nem a kőzetvázban helyezkedik el. A becsült szivárgási tényezőket a 6. számú mellékletben (utoló két oszlop) találjuk. A k (Sallam) értékei szépen igazodnak a Vsh tartalomhoz, ahol az agyagtartalom megnő ott rossz minőségű vízadó réteget jelez a k (Sallam) szivárgási tényező, ilyen a 200 méternél megfigyelhető k (Sallam) csúcs. A szűrőzött réteg homok, melynek a szivárgási tényezői egy nagyságrenddel rosszabbak, mint a 140-165- méter felett elhelyezkedő homokos agyagnak. Véleményem szerint ennek okát, az agyag tartalomban kell keresni. Ahol az előbb említett agyag laminák valószínűsíthetők (110-160között), a szivárgási tényezők nagyobb értékkel rendelkeznek, ahol pedig diszperz agyag van (200m ) az agyag a pórusokban helyezkedik el és nem a kőzetmátrixban, így itt a szivárgási tényező kisebb, mint 160méternél (ahol agyag lamina valószínűsíthető). A Kozeny-Carman szivárgási tényező (k (KC) m/s) értékek a fúrás teljes hosszát figyelembe véve igen változékony. A k (KC) értékei a vártnál ellenkezőképp viselkednek. A homokrétegnél leesik az érték 2× 10−5-re 2× 103 ról, ugyan ez figyelhető meg a tufa rétegek estében (80, 100, 130, 170 méternél). Ennek oka, hogy a Kozeny-Carman formula a porozitás függése miatt, a kis porozitás értékeknél, kis szivárgási tényezőket produkál. Ebben az esetben a Kozeny-Carman nem ad jó becslést, a másik oka ennek a szemcseátmérők megadásának bizonytalansága, mivel a fúrási naplóban nem voltak rögzítve szemeloszlási adatok.

66

25. ábra. A k (Sallam) és a Vsh (V/V) kapcsolata.(Forrás: saját szerkesztés)

A 26. ábra mutatja k (Sallam) szivárgási tényezőinek kapcsolatát az agyag tartalommal, mely a szűrőzött szakasz értékeit mutatja. Az ábráról elmondható, hogy a szűrőzött szakasz agyagtartalma nem éri el a 25% -ot, ami elfogadható érték homok esetén. A szűrőzött szakasz k (Sallam) értékének átlaga 5,7× 10−5 m/s, ahogy ezt a 7. táblázat is mutatja (lent). A szivárgási tényező alapján finom és közép szemcsés homoknak felel meg, gyenge vízadónak minősül. A 8. táblázatban a szűrőzött szakasz értékeit tüntetem fel. Az átlagos effektív porozitás 10.2% míg a teljes porozitás 10.4%, ami nagyon csekély különbséget mutat. A szivárgási tényező értékek nagy szórást mutatnak, a próbaszivattyúzási adat k (Theis) egy nagyságrenddel nagyobb értékkel rendelkezik, mint a k (Salam)és egy nagyságrenddel kisebb a k (KC) szivárgási tényező értékénél. Elmondható, ha a k (Theis) értékéhez viszonyítunk, a Sallam formulával ebben az esetben alulbecsültük, míg a Kozeny-Carman módszerrel túlbecsültük. A hozamokat összehasonlítva mindkét módszerrel becsült szivárgási tényezővel (Q Sallam, Q KC) számolva a hozam, jócskán túlbecsüli a vízföldtani napló adatát. A 150 l/min hozam érték gyenge vízadót mutat. 8. táblázat. Hejce II. sz. kút. adatai. Hejce II. sz. kút. vízadó réteg típusa vízadó réteg vastagsága (m) φ (V/V) φ effektív (V/V)

homok 7 0.104499 0.102093 67

k (Sallam)(m/s) k (KC.)(m/s) k (Theis)(m/s) k (Dup.Th.)(m/s) Vkr.(Sallam)(m/s) Vkr.(KC)(m/s) Qmax(Sallam)(l/min) Qmax(KC)(l/min) QVízföldtani napló (l/min) T(sallam)(m2/s) T(KC)(m2/s)

5.4.3

5.76E-05 2.77E-03 2.30E-04 1.60E-03 4.30E-03 438 590 150 4.03E-03 2.92E-02

Megyaszó I. számú fúrás kiértékelése.

Megyaszó Borsod-Abaúj-Zemplén megye szerencsi járásához tartozó Szerencstől ÉNy-i irányban 7km-re található. Morfológiai szempontból nagyon tagolt, a hegység és alföld között helyezkedik el. Az alaphegység pontos mélységét nem tudjuk, mivel ezt a réteget feltáró fúrást eddig nem mélyítettek. A területen a miocén vulkanikus kőzetek vastagsága eléri a 1500-1900 m vastagságot. A fúrással harántolt rétegek első 45 méterig felső pannon, majd 216 méterig alsó-pannon üledék, 218-400 méterig miocén vulkáni kőzet (riolit tufa). A fúrás adatai az alábbi 9. táblázatban mutatom be: 9. táblázat. Megyaszó I. sz. kút. adatai. Megyaszó I. sz. kút adatai. Tm. (m) Csövezett kút talpmélysége (m)

400 368

Kitermelt víz hőfoka (℃)

23

Fajlagos hozam (l/p)

170

Nyugalmi vízszint (m)

-24.87

A fúrásban mért karotázs szelvények a természetes potenciál SP (mV), természetes gamma GR (cpm), a gamma-gamma GG (cps), neutron-gamma NG (cps),sekély és mély fajlagos ellenállás 68

LLs, LLd(Ωm), amelyeket a 7.számú mellékletben találhatunk meg. Az SP szelvény lefutását figyelve (első oszlop), nem vehető észre agyagalapvonal eltolódás, a rétegsorban agyag mennyisége igen csekély, csak 357 -359 méter közötti vékony réteg. Az SP anomáliákról kijelenthetjük, hogy általában a homok rétegeknél figyelhetők meg, ez Megyaszó I. sz. fúrásnál viszont a tufarétegeknél figyelhető meg ugyanez 230 m-től a rétegsor tufát jelez, mely az SP szelvényen is megjelenik, 230m-től ingadozóan, de folyamatosan csökken 350 m-ig, ahol tufitos homokos agyag réteget jelez a litológia. A vízadó rétegünk ebben a fúrásban riolittufa, mely 230m-től jelenik meg a rétegsorban, amit a GR szelvényen is jól láthatunk.(7. számú melléklet.) A GR szelvény egyenletesen mozog 400-600 közötti intenzitással 230 méterig, majd hírtelen 800-1000 közé növekszik aktivitása. Ebben az esetben a tufa, riolit tufa, amely földpátokban gazdag, a földpátok pedig káliumban dúsak, a kálium 40 izotóp sugárzó, a GR szelvényen így ennek hatását látjuk a tufa réteget elérve. A tufa jelenléte a GG szelvényen is szépen kirajzolódik 230 métertől majdnem a fúrás végéig, ahol 350 métertől a kőzet sűrűségének növekedését mutatja. A gamma intenzitás magasabb szintje jelzi, hogy a kőzet sűrűsége a kisebb, ami igazolj a tufát. A tufa jelenléte a neutron- gamma szelvényen is egyértelműen kirajzolódik. A LLs és LLd szelvények lefutásán is a tufa rétegeket jelzi, mivel a tufa édesvízzel telített (ha sós víz lenne benne, akkor kicsi lenne az ellenállása, mivel jobban vezeti az áramot.) (7. számú melléklet). A mért karotázs szelvények adataiból származtatott eredményeimet a 8. számú mellékletben láthatjuk. A 8. számú mellékletben az agyagtartalom (Vsh) szelvényét megvizsgálva, elmondható, hogy 40 métertől 215 méterig a GR szelvénnyel párhuzamot mutat, mivel az agyagtartalom a GR szelvényből származtatott adat. A Vsh tartalom 230 métertől növekszik, helyenként eléri az 1 (V/V) értéket. Ez igaz de nem azért, mert agyag található a tufában. Az agyagtartalom szelvény ekvivalens megoldásra utal, mivel a GR szelvényből származik és a természetes gamma a tufában lévő földpátok miatt érzékeli a nagyobb sugárzást, így itt ez nagy agyag tartalomként jelentkezik. A 8. számú mellékleten látható a Phil, mely sekély fajlagos ellenállásból származtatott érték. A szelvényen a homok rétegek porozitása (110-190 m) 20 és 45 % között mozog, ami véleményem szerint reálisnak tekinthető.A tufák ellenállás porozitása lecsökken 220 métertől, 20 % alá. A 9. sz. mellékleten látható a Phi (GG) gamma-gamma szelvényből származtatott porozitás, az effektív porozitás, Phi az átlagos porozitás és a Phi (LLs) porozitás. A gamma-gamma porozitás (Phi GG) 200 méterig a legalacsonyabb értékkel rendelkező szelvény, ez azért van mert a hmokos rétegek 69

sűrűsége nagyobb, mint a tufának. Az ellenállásból származtatott porozitás (Phil LLs) a legnagyobb értékekkel bír 210 méterig, az átlag Phi és az effektív pedig a kettő között helyezkedik el, minthogy lefedve egymást. Majd a tufa réteg megjelenésével 220-230 méternél ez a sorrend felborul és az effektív porozitás a fajlagos ellenállás porozitáshoz közelít. AZ effektív porozitás hírtelen lecsökkent a tufa réteg megjelenésével, ennek az oka az, hogy az effektív porozitást (a képletben 1-Vsh) az agyagtartalom levonásával értük el, az agyag pedig itt a GR szelvényből származik, ami hamisan, de nagy agyagtartalmat mutat. A 8. számú melléklet 3. szelvényében látható a Vma, Vsh és Phi, mely egyértelműen mutatja a tufa réteg megjelenését. Hamisan megnő a fentiekben említett okok miatt az agyag tartalom, ami maga után vonja a Vma csökkenést (Vma=1-phi-Vsh), a porozitás érték pedig 220 méterig 5 és 20 % között mozog, majd 30 % -os értékekkel jelentkezik a tufa rétegben. Az általam számított k (Sallam) szivárgási tényező 210 méterig jó vízadónak minősülő értékeket mutat, mivel a k 2× 10−4 érték alá csak egyetlen egy helyen csökken, ez pedig 120 és 130 méter között egy agyagmentes réteget jelöl, amit mind a Vsh mind a GR szelvényen látni. A k (Sallam) szelvényen a 220 métertől, a tufa rétegbe lépésétől hidraulikus vezetőképesség egy gyenge vízadót jelez. Ugyan ezt a gyenge vízvezető képességet mutatja k (KC) szelvény is. De az ok a két szelvénynél eltérő. A k (Sallam) értékei a megnövekedett agyagtartalom miatt, mutatnak gyenge vízadót, bár tudjuk, hogy nem az agyag jelenléte az oka. Erre az esetre az általam használt terminológia: „látszólagos” porozitás effektus. A KozenyCarman szivárgási tényező k (KC) értékei nagyságrendi eltéréseket mutatnak a fúrás teljes hosszán. 210 méterig a porozitás változás hatását egyértelműen azonosíthatjuk rajta, illetve a szemcseátmérők bizonytalansága is hozzá tartozik a kiugráló adatpontokhoz. 220 métertől pedig egyértelműen gyenge vízadót mutat. A 10. táblázatban feltüntettem a szűrőzött réteg általam számított adatait és a vízföldtani naplóból származó adatokat. 10. táblázat. A Megyaszó I. sz. kút. irodalmi és származtatott adatok. Megyaszó I.sz. kút. vízadó réteg típusa vízadó réteg vastagsága (m) φ (V/V) φ effektív (V/V) k (Sallam)(m/s) k (KC.)(m/s)

homok 133.6 0.2251 0.1136 1.19E-05 5.84E-06 70

k (Theis) vízföldtani naplóból(m/s) Vkr.(Sallam)(m/s) Vkr.(KC)(m/s) Qmax(Sallam)(l/min) Qmax(KC)(l/min) Q vízföldtani napló (l/min) T(sallam)(m2/s) T(KC)(m2/s) 5.4.4

1.49E-05 1.15E-04 8.06E-05 863 604 1.59E-03 7.81E-04

Megyaszó II. számú fúrás kiértékelése.

Megyaszó II. számú fúrás Megyaszó községtől északra 1 km-re található. A fúrást 1984. ben mélyítették. A Megyaszó I. sz. fúrás- hoz hasonló a rétegsor, itt is szűrőzött tufaréteget találunk, valószínűsíthető, hogy ugyan az a riolittufa réteg. Továbbá két homokréteget is szűrőztek, a riolit tufában összesen 4 szűrő található, így összesen hat darab szűrővel rendelkezik a kút. Kőzettípusban eltérő a rétegek szűrűzése, a próbaszivattyúzási adatok egy adatszáma az összes kőzettípust reprezentálja, míg a geofizikai szelvényezési kiértékeléssel külön-külön rétegtípusra határoztam meg szivárgási tényezőt. A kút főbb adatait az alábbi táblázatban mutatom be: 11. táblázat. Megyaszó II. sz. kút. adatai. Megyaszó II sz. kút adatai. Tm. (m) Csövezett kút talpmélysége (m)

361 355.5

Kitermelt víz hőfoka (℃)

26

Fajlagos hozam (l/p)

260

Nyugalmi vízszint (m)

-66.14

A fúrásban mért szelvények a következők: SP, GR, GG, NN, LLs, LLd, melyeket a 10. mellékletben találunk. A mért karotázs szelvények első tagja az SP szelvény, melyen láthatók a vékony homok, agyag, agyagos homok, homokos agyag váltakozásai, a homokok SP értékei 71

0 és –10 mV közé esnek, az agyagalapvonalat nem lehet egyértelműen kijelölni. Megvizsgálva a GR szelvény 180 méterig 3000 cps és 6000 cps közötti értékeket vesz fel, az erős ingadozással, ez a litológia gyors váltakozásával magyarázható, 190 méter utána (ahol a riolit tufa megjelenik a rétegsorban) a GR intenzitás megnő a riolitban lévő földpátok jelenléte miatt, ugyan úgy, mint a Megyaszó I.sz. fúrásban is. A GG szelvényen is lehet követni a tufa belépését a rétegsorba, 190 métertől magasabb a GG intenzitás ez a kőzet sűrűségének csökkenését jelzi. A tufa réteg jelenléte a neutron szelvényen is igazolt 190 métertől enyhén de csökkenő neutron intenzitást mutat, ami a növekvő víz jelenlétére utal. Az LLs és LLd szelvények 180 méterig viszonylag 10 és 30 közötti értékeket regisztrálnak, 60, 8, 100, 110 méternél mutatnak magasabb értékeket, ezek a kiugró értékek a vékony homok réteget jelzik, mely közül a 100110 között található homok szűrőzött. A 11. számú mellékleten látható a Vsh szelvény, melyen egyértelműen látszik a tufa belépése 180 méternél. Itt az agyagtartalom hamisan megnő, mivel az agyag a GR szelvényből származtatott. Hasonlóan a Megyaszó I. sz. fúráshoz a Vsh hamis, hiszen nem az agyagban lévő, hanem a tufában lévő kálium miatt nagy az érték. A Phi (GG) , a Phir (LLs) és a Phi (NN) értékeinek átlagából jó közelítést kapunk a porozitásra, ez a Phi (V/V) szelvény. (11.sz.melléklet) Az átlagolt porozitás érték szelvényét megnézve, 35 méternél hírtelen több, mint 30 % os porozitás jelentkezik, a rétegsor itt lignit csíkot jelöl. Megfigyelhető, hogy 63 méternél is hasonló értéket mutat a lignitcsík, a lignit sűrűsége kisebb a fölötte és alatta elhelyezkedő agyag, illetve agyagos homok rétegek sűrűségénél, így a gamma-gamma szelvényen intenzitás növekedést jeleznek ezek a rétegek, mivel a gamma intenzitás (ha nem kavernásodik) akkor a kőzet sűrűségcsökkenését jelzi. A szűrőzött homokréteg porozitása 2025 % -os értéket mutat (100-110, 158-161 méter között). A riolit tufa belépését a rétegsorban a Phi és az effektív Phi szelvényen is látni. Az effektív porozitás a tufában (180méter után) nagyobb mértékben csökken a teljes porozitáshoz képest, mint 180 méter felett. Ez a hamis agyag tartalomra vezethető vissza, ugyan úgy mint a Megyaszó I. sz. fúrás esetében. A természetes gamma szelvény nagy intenzitást mutat, az ebből származtatott agyagtartalom is megnő, így az effektív porozitás értékét nagyobb arányban csökkenti.(látszólagos porozitás effektus). A 12. számú mellékeltben találhatók a további számított adataim. Az eső szelvény a különböző szelvényekből származtatott porozitás értékeket mutatja. A tufa réteg belépésével a nagyságrendi sorrend megfordul. Míg 180 méter felett a legkisebb porozitás értéket a GG szelvény adja, addig 180 méter alatt a GG porozitás eléri a 22%-t is. Az effektív porozitás értéke 72

a tufában nagyobb arányban csökken, ennek oka, hogy a hamis agyagtartalmat kivontuk a porozitás értékekből. (látszólagos porozitás effektus) A Vma csökkenését (180 métertől) szintén a hamis agyag tartalom okozza. A szivárgási tényező szelvényén a homok rétegek értékei közepesen jó vízadót jeleznek, de 180 métertől rossz vízadót mutatnak. A k (KC) homok rétegeknél egy nagyságrenddel nagyobb értékeket vesz fel, mint a k (Sallam)(100-110m, 159163m). A két szivárgási tényező szelvénye 180 méter után erősen különbözik. A k (KC) követi a porozitás értékeket, hiszen a formula porozitás érzékeny, míg a k (Sallam) stagnálva A szűrőzött szakasz értékeit az alábbi 12. táblázat mutatja: 12. táblázat. Megyaszó II. sz. kút. szűrőzött szakaszainak adatai. Megyaszó II. sz. kút. homok és riolittufa

vízadó réteg típusa vízadó réteg vastagsága (m) φ (V/V) φ effektív (V/V) k (Sallam)(m/s) k (KC.)(m/s) k (Theis)(m/s) k (Aquifertestpro)(m/s) Vkr.(Sallam)(m/s) Vkr.(KC)(m/s) Qmax(Sallam)(l/min) Qmax(KC)(l/min) Q Vízföldtani naplóból(l/min) T(sallam)(m2/s) T(KC)(m2/s)

185 0.1445 0.0791 1.17E-05 1.39E-04 7.10E-05 4.47E-6 2.28E-04 3.92E-04 220 450 190 6.27E-04 7.42E-03

A Kozeny-Carman formulával becsült szivárgási tényező érték egy nagyságrenddel felül becsülte a k (Theis) érétket, míg a Sallam módszerrel kapott mennyiség nagyságrendben egyezést mutat. Az Aquifer test pro a legrosszabb vízadónak minősíti a tufa és homok rétegeket egyaránt. Fontos megjegyeznem, hogy az általam számított adatok nem egy értékkel reprezentálják

a

különböző

vízadókat,

mint

egy

próbaszivattyúzási

adat.

Az

összehasonlíthatóság okán átlagoltam az összes mélységpontbeli adatot. A számított hozamok 73

túlbecsülték a vízföldtani naplóban regisztrált 190 l/min-t, de elmondható, hogy a Sallam formulával becsült szivárgási tényező közelebb áll, mint a Kozeny- Carman vezetőképességből származó érték. 5.4.5

Csokoládégyár II. számú fúrás kiértékelése.

A Csokoládégyár I. számú fúrás a szerencsi Nestlé Hungaria Kft területén található. A fúrást 1968-ban mélyítették, a csokoládégyár növekvő vízigényének ellátására. A fúrással harántolt rétegek döntően tufás agyag, agyagos homokos betelepülésekkel, a szűrő repedezett hidrokvarcit kőzetben helyezték el, a kútban ez az egyetlen szűrő. A kút főbb adatait az alábbi 13. táblázatban tüntettem fel: 13. táblázat. Szerencs Csokoládégyár II. sz. kút. adatai. Szerencs Csokoládégyár II sz. kút adatai. Tm. (m) Csövezett kút talpmélysége (m)

201.5 201.5

Kitermelt víz hőfoka (℃)

24

Fajlagos hozam (l/p)

1500

Nyugalmi vízszint (m)

+6

Üzemi vízszint (m)

-5.3

A fúrás során öt különböző fúrólyuk geofizikai szelvényezési módszert alkalmaztak, ezek a természetes potenciál SP(mV), a természetes gamma (GR) (cpm), a gamma-gamma (GG) (cps), a neutron (Neutron)(cps), a sekély és fajlagos ellenállás (LLs, LLd)(Ωm). Az általam származtatott szelvények a Phin(NN) neutron szelvéynből, a Phir (LLs) a fajlagos ellenállás szelvényből, a Phig (GG) a gamma gamma szelvényből, Phi az átlagot porozitás szelvény, a Vsh agyagtartalom, Vma kőzetmátrix térfogata, k (Sallam) és k (KC) vezetőképességek. A mért adatokat a 13. számú mellékletben találjuk. A Csokoládégyár II. sz. fúrás SP szelvényét vizsgálva (13. sz. melléklet), a 19 és 23 méternél jelentkező vékony homokrétegek jelenlétét be tudjuk azonosítani, az SP értékek balra tolódnak el, 98 m-nél csökken az SP érték egyenletesen 180 méterig, majd a hidrokvarcit megjelenésével még erősebb eltolódás jelentkezik negatív 74

irányban. A hidrokvarcit réteg nagy ellenállású, de jó vízvezető képessége miatt csökkent fajlagos ellenállású kőzet. Az agyagréteg jelenléte a GR szelvény lefutásán világosabban látható, ez jelenik meg a GR szelvény 30 m mélységben, a GR intenzitás a csökken30-40 m között, ami jelzi a homokos rétegeket. A tufás agyag 50 métertől 70 méterig a GR növekedésében jelenik meg. Erős csökkenés 80 méternél található, ahol az agyagos áthalmozott riolittufa megjelenését jelzi. A tufás agyagok jellemzően 450-700 közötti értékeket vesznek fel a GR szelvények, ez a riolit ásványos összetételével magyarázható, a benne található földpátok okozzák a GR intenzitás növekedését. A hidrokvarcit 175 méternél jelentkezik a GR szelvényen kiugróan magas pozitív anomáliával. Véleményem szerint ennek, oka hidrokvarcit kialakulásában keresendő. A szarmata végén beindultak az utóvulkáni működések a területen, kovasavas hévforrások jöttek létre. A magmás intrúziók – amelyeknek ekkor még melegebbek voltak környezetüknél - felmelegítették a rétegvizet, ezért annak kovasav tartalma megnőtt, ahogy a víz feláramlásával a hőmérséklete lehűlt, a kőzeteket elkovásította, a kovásodás tulajdon képen egy nagy mértékű agyagásványosodást jelent, az agyagásványok sugárzóak, ezért lép magasabb szintre a GR szelvény a hidrokvarcit jelenlétekor. A GG szelvény (13. sz. melléklet) kőzetsűrűség csökkenést jelez 44-53, 59-64, 78-115 m között, melynek okát a tufás agyag rétegben lévő helyenként nagyobb tufa arány okoz. A hidrokvarcit jelentéte a Neutron szelvényen és a LLs, LLd szelvényeken is követhető. A Vsh szelvényét a 14. számú mellékletben találjuk meg. Az agyagtartalom változása követi az agyagos tufa rétegeket, 50-78, 82-105, 125-170 m-ig. A hidrokvarcit agyagtartalma kiugró értéket vesz fel, amely a GR szelvény értékével függ össze. A tufás agyag porozitása 20 % alatti értékeket fesz fel a fúrás teljes hosszában (14. sz. melléklet Phin (NN)). A fajlagos ellen állás porozitás Phir (LLs) porozitás értékek túlbecsülik a tufás agyagrétegeket. Az összes porozitás szelvény átlagolása a Phi szelvény, melyről egyértelmű, a tufás agyag porozitása nagyobb a hidrokvarciténál, ahogy ez várható volt. A másodlagos porozitás általában egy nagyságrenddel kisebb a primer porozitásnál. A 14. számú mellékletben látható a Vma, Vsh és a Phi összesítése (4. szelvény). A szelvényen 180 m-ig – amíg a hidrokvarcit meg nem jelenik a rétegsorban- az értékek kiegészítik egymást, de 180 m után a hidrokvarcitban az agyagtartalom megnövekedésével (a GR szelvényen is követhető) a porozitás és a kőzetmátrix térfogata szinte 0 –ra csökken, ami ebben az esetben nem értelmezhető. A rétegsor 106-126 m között agyagot mutat, viszont az 75

agyagtartalom ebben a mélység közben 20 % alá csökken, valószínű itt az agyagréteg homokot is tartalmaz. A k (Sallam) szivárgási tényező értékei majdnem mindenhol 2 × 10−4 alatt maradnak, kiugrón 80-85 m között, illetve 108-110 m között jeleznek jobb vízadó réteget, amelyek a 40-50 m közötti homok, 80-85 közötti agyagos áthalmozott riolittufa található. A k (KC) szelvénynagyságrendben eltérnek a k (Sallam) szelvény értékeivel. A hidrokvarcit jellemzően gyenge vízadónak minősül a szelvényeken. A szűrőzött szakasz értékeit az alábbi 14. táblázatban mutatom be: 14. táblázat. A Szerencs Csokoládégyár II. sz. kút. Származtatott és mért adatai. Szerencs Csokoládégyár II. sz. kút. vízadó réteg típusa vízadó réteg vastagsága (m) φ (V/V) φ effektív (V/V) k (Sallam)(m/s) k (KC.)(m/s) k (Theis) Vízföldtani. naplóból (m/s) k (Dup.Th.) vízföldtani naplóból (m/s) Vkr.(Sallam)(m/s) Vkr.(KC)(m/s) Q Vízföldtani naplóból (l/min) Qmax(Sallam)(l/min) Qmax(KC)(l/min) T(sallam)(m2/s) T(KC)(m2/s)

repedezett hidrokvarcit, tufa, 15.7 0.0635 0.1160 1.20E-05 1.14E-04 1.50E-04 1.41E-05 2.31E-04 7.12E-04 110 181 451 2.15E-04 2.05E-03

A repedezett hidrokvarcit és tufa szivárgási tényezői eltérő módszerekkel eltérő eredményeket produkáltak. Vízföldtani naplóból származó adatok a k (Theis) és a k (Dup.Th). A k (Theis) értékével nagyságrendben megegyező eredményt a k (CK) formulával becsültem. A k (Sallam) módszerrel kapott érték egy nagyságrenddel alábecsüli a k (Theis) módszerét. A Kozeny-Carman

formula

használatával

becsült

szivárgási

tényező

nagyságrendileg

egyezőséget mutat a Theis szivárgási tényezőével, illetve túlbecsüli a Dupuit-Th. .szivárgási tényező értékét. A hozamértékeket összehasonlítva megállapítható, hogy mindkét módszerek származtatott hozam érték túlbecsülte a vízföldtani naplóban regisztrált adatot. 76

26. ábra. A hidrokvarcit porozitás és a hozzá tartozó k (Sallam) értékek.

A 26. ábrán látható a porozitás értékek változásának hatása a k (Sallam) értékekre. megfigyelhető, hogy a porozitás érték a hidrokvarcitban nem éri e a 0,18 (V/V)- t. Észre vehető, hogy a 0,04 és 0,1 V/V porozitás érték nincs nagy hatással a szivárgási tényezőre, hatásuk a 10 % elérése után látható, ahogy a szivárgási tényező értékei is minimálisan, de emelkednek. Meglátásom szerint a 10 -12 % alatti porozitás érték nincs hatással vagy elhanyagolható hatással van a k értékekre. A vélhetően a hidrokvarcitnak vegyes porozitása van.Hozzá kell tennem, hogy a szelvények felvételénél nem érték el, a hidrokvarcit réteg teljes hosszát, így a feltüntetett érétkek a hidrokvarcit első 3 méterét reprezentálják. A 28. ábrán (lent) látható a hidraulikus vezetőképesség értékeinek egymáshoz való viszonya az effektív porozitás értékek függvényében, az értékek a riolittufa, homokos tufa réteget mutatják. Ha megfigyeljük a k (Sallam) felvett értékeit, szinte alig változnak a porozitás növekedésével. A Kozeny- Carman formula a porozitást is tartalmazza, így annak nagyobb hatása a szivárgási tényezőre szintén látszik a diagramon, a k (kC) értékek nagyobb mértékben követik az effektív porozitás növekedését.

77

27. ábra. A k (Sallam) és a k (KC) összehasonlítása hidrokvarcitban. (Forrás: Saját szerkesztés)

5.4.6

Cukorgyár II. számú fúrás kiértékelése.

A Cukorgyár II. számú fúrás Szerencsen található a Nestlé Hungaria Kft területén. Elhelyezkedését tekintve a Szerencs Csokoládégyár II. sz. fúráshoz közel található. A fúrás ivóvízkivétel céljával mélyítették. A fúrások egymáshoz közeli elhelyezkedéséből, valószínűsíthető a fúrással harántolt rétegek hasonlósága. A litológiai felépítést tekintve részben igazolódik ez a feltételezés, itt is megjelenik a homok, homokos agyag, viszont a Csokoládégyárral ellentétben itt megjelennek az andezites rétegek, kovás andezit, homokos andezit, és keveredik a riolitos homokkal. A rétegsor 53.8 méterig pleisztocén üledékeket, 53.882.8 m-ig pannon (homokos agyag) 82.8-103 méterig miocén-szarmata korú kőzeteket jelöl. A Szerencs Csokoládégyárhoz hasonló értékeket valószínűsítek a szelvények alapján. A fúrás adatait a következő 15. táblázatban foglaltam össze: 15. táblázat. Szerencs Cukorgyár II. sz. kút adatai. Szerencs Cukorgyár II sz. kút adatai. Tm. (m)

103

78

Csövezett kút mélysége (m)

57

Kitermelt víz hőfoka (℃)

17

Fajlagos hozam (l/p)

170

Nyugalmi vízszint (m)

-10.9

Üzemi vízszint (m)

-17.95

A fúrásban használt szelvényezési módszerek a természetes potenciál (SP)(MV), a természetes gamma (GR)(cpm), a neutron-neutron (NN)(cpm) a sekély és mély fajlagos ellenállás (LLs,LLd)(Ωm). Ezeket a mért szelvényeket a 16.sz. mellékletben láthatjuk. Az SP szelvény agyagalapvonalát itt is nehéz megállapítani, mivel egyetlen agyagréteget jelöl a litológia 18-19 méter között, ehhez tartozó SP érték 10 mV. Ettől az eltéréstől való értékeket veszem anomáliának 49 méterig. Ezt követően egy vastag (49-83 méterig terjedő homokos agyag jelenik, meg az SP görbe eltolódik 20 mV értékre. A Gr szelvény lefutásán követhető a szűrőzött homokréteg 33-49 m-ig csökken a gamma intenzitás. A GR szelvényt csak 86 méterig vették fel, így a riolitos homokrétegről igen kevés információt kapunk. A homokos agyagrétegben (48-84m) a GR intenzitás helyenként maximumokat produkál, ami feltehetően agyag tartalomban gazdagabb vékony rétegeket jelöl.(16. sz. melléklet) A GG szelvényen észlelhető maximumok a kőzetsűrűség csökkenését jelzik, a homokrétegben (33-49m-ig) két kiugró sűrűségcsökkenést láthatunk 35 és 42 m-nél. A szűrőzött homokrétegben látható GG intenzitás egyenetlensége a homok szemcsetípus eltérésére utal, az SP és a GG alapján lehet benne agyagcsík. A szelvényen 86 m-től követhetjük a riolitos homok kovás andezit, andezites riolitos homok sűrűségének növekedését. A NN mérés 80 m-ig ad információkat számunkra, mivel a szelvényt, nem a fúrás teljes hosszában vették fel. Az LLs és LLd ellenállás szelvények lefutásán is kirajzolódik a vízadó homokréteg, nagy fajlagos ellenállás értékeket vesz fel a riolitos homok, az andezites homok és a kovás andezit. A vulkáni kőzetek fajlagos ellenállása a neutron és gamma hatása a repedezettség, bontottság függvénye. A 17. sz. mellékletben találjuk az általam becsült agyagtartalmat (Vsh) (V/V), különböző porozitás értékeket (Phig (GG), Phil (LLs), Phi (V/V). Az agyagtartalom lecsökken a homokrétegeknél (26, 33-49m-ig), a homokos agyag rétegben látszanak a vékonyabb agyagrétegek (59-61m, 72-75m-ig). A 79

porozitás értékek átlaga a Phi szelvényen látható, ez a teljes porozitás itt még intenzívebben jelenik meg az agyag tartalom porozitás növelő hatása, mivel az értékek 2 és 30 % közé esnek. Megfigyelve az effektív porozitást, melyben már nincs benne az agyagtartalom porozitás növelő hatása és a hidrogén tartalmú kőzetváz hatása sem,az értékek 10 % - kal csökkentek. A 18. sz. mellékletben láthatjuk a további becsült adatokat, illetve az eddig bemutatott szelvények összehasonlítását. A szűrőzött homok réteg porozitása 10 és 25 % között mozog, ami véleményem szerint reális. A k (Sallam ) szelvény értékeit vizsgálva a homok rétegek egyértelműen beazonosíthatók. A k (sallam) szelvény értékei addig a mélységig számíthatók, ameddig a mért-ez esetben a GR- szelvényt felvették a fúrásban. A k (Sallam) szelvény 86 méternél jobb irányban tér ki, ez az agyagtartalom hiányának hatása, mivel ebben a mélységben a GR szelvényt (melyből az agyagtartalom származtatott) nem mértek tovább. A k (KC) szelvényen a szűrőzött homok réteg (33-48m-ig) értékei jó vízadót jelölnek, érdekes a 60 és 80 m közötti szintén jó vízadó értékek. A 60-80 m közötti homokos agyag porozitás értékei is magasak, ez hatással van a Kozeny-Carman módszerrel becsült szivárgási tényezőre. Az alábbi táblázatban találhatók az általam számított és a próbaszivattyúzási adatok, melyek a szűrőzött homokréteget reprezentálják.(16. táblázat)

16. táblázat. Szerencs Cukorgyár II. sz. fúrás. Szerencs Cukorgyár II. sz. kút. vízadó réteg típusa vízadó réteg vastagsága (m) φ (V/V) φ effektív (V/V) k (Sallam)(m/s) k (KC.)(m/s) k (Theis) Vízföldtani naplóból(m/s) Vkr.(Sallam)(m/s) Vkr.(KC)(m/s) Qmax(Sallam)(l/min) Qmax(KC)(l/min) T(sallam)(m2/s) T(KC)(m2/s)

homok 15 0.1945 0.1582 2.84E-05 3.29E-05 1.60E-05 3.55E-04 1.91E-04 319.0987 632.9345 4.26E-04 4.93E-04

80

A vízföldtani naplóból származó adat a k (Theis), melynek értéke 1,6 *10 -5, a becsült szivárgási tényezők (Sallam, Kozeny-Carman KC), nagyságrendileg sem térnek el ettől az értéktől. Elmondható, hogy mind két módszer túlbecsülte a k Theis értéket, de kisebb az eltérés a k (Sallam) esetén. Mind két módszerrel közepesen jó vízadó réteg jellemző értékét kaptuk. Megjegyzendő, hogy ennek a kútnak a legideálisabb a réteg típusa az összes vizsgált kút közül, mivel itt tiszta (agyaggal kevésbé szennyezett) homokréteg az egyedüli vízadó, szemben az eddig vizsgált kutakkal, melyeknél előfordul a több típusú vízadó réteg egyetlen kútban. A 28. ábrán kizárólag a szűrőzött homokréteg becsült agyagtartalmi és k (Sallam) hidraulikus vezetőképessége van feltüntetve. Leolvasható, hogy a vízadó agyagtartama 6 és 32 % közötti értékeket vesz fel. Az agyagtartalom növekedésével a szivárgási tényező csökken. Az alábbi ábrán látható a k (Sallam) és az agyagtartalom kapcsolat: (29. ábra)

28. ábra. A k (Sallam) és a Vsh kapcsolata.

5.5 A fúrólyuk szelvények kiértékelésének összegzése. A munkám során megvizsgált 6 db fúrólyuk geofizikai szelvényeit dolgoztam fel, két különböző módszerrel származtattam porozitás értékeket és hidraulikus vezetőképesség értéket, ezen felül, a vizsgált kutak eltérő vízadó rétegtípusokkal rendelkeznek. A vizsgálat 81

összetettsége miatt, szükségesnek láttam, egy összefoglaló ábra elkészítését. Melynek segítségével az adatrendszer átlátható. Ezt mutatja a 30. ábra:

k (KC)

29. ábra. Eredményeim összefoglalása.

Az ábráról leolvasható az általam becsült szivárgási tényező értéke, ezek a k (Sallam) és a k (KC),

illetve

az

ezekhez

tartozó

próbaszivattyúzási

adatok

k

(Theis),

mellyel

összehasonlítottam a kapott eredményeket. A vízadó szivárgási tényező értékén kívül a hozzá tartozó effektív porozitást is feltüntettem, és a vízadó típusát is (homok, repedezett hidrokvarcit, riolit tufa). Az ábra adatait a 19. számú mellékletben tüntettem fel. Az ábrán jól látható a homok rétegű vízadók szivárgási tényezőinek értéktartománya , melyek három nagyságrendet ölelnek fel, (a szórást hibajellegű mennyiségként értelmezzük) ide tartozik a Hejcei II. sz. f, a Szerencsi Gátőrház I. sz. és a Szerencsi Cukorgyár II. sz. fúrás. Riolit tufát szűrőz a Megyaszó II. sz. f. és 82

a Megyaszó II. sz. fúrás, melyek közel helyezkednek el egymáshoz, a fúrás földrajzi helyét nézve. Csak a Szerencsi Csokoládégyár II .sz. f. vízadója repedezett hidrokvarcit, melynek a becsült effektív porozitása 11, 6 %. Észrevehető, hogy hasonló porozitás értékhez tartozó a Megyaszó I. sz. f. is, viszont vízadója riolittufa (becsült effektív porozitása:11,3 %). A homokrétegben található fúrások porozitás értékei 10 és 16 % között mozognak, míg a tufában lévő fúrások 7-9 % között, de a szivárgási tényező értékeik hasonlóak, például a Megyaszó I.sz. f. Theis próbaszivattyúzási adata majdnem egy vonalban helyezkedik el a Hejcei I.sz. f. próba szivattyúzási értékével. A legkisebb becsült porozitást a Megyaszó II. sz. f. regisztrálja, viszont a becsült szivárgási tényező értékei hasonlóak a Szerencs Csokoládégyár II. sz. f. értékeihez. A hidrokvarcit becsült porozitás értékei nagyon szűk intervallumot ölelnek fel, 11 és 12 % körüliek, nem mutatnak akkora változékonyságot, mint a homokrétegek. Nem hasonlíthatók össze teljes mértékben a homokok és a repedezett vulkáni üledékek, hiszen a tufa és a hidrokvarcit porozitást a repedések és a bontottság mértéke szabja meg. A Hejcei I. sz. f. rendelkezik a legnagyobb porozitás értékkel, ennek a vízadója középszemcsés homok réteg. Megfigyelhető, hogy nem a legnagyobb porozitás értékhez tartozik a legnagyobb szivárgási tényező érték. Erre példa a Hejcei II. sz. f., melynek szivárgási tényezője a legnagyobb, porozitás értéke közepes ( többi fúrás adataihoz viszonyítva), a becslés módszere pedig a Kozeny- Carman eljárás. A szivárgási tényezőket vizsgálva, elmondható, hogy a Konyen-Carman módszer, hat esetből négyszer túlbecsülte a próbaszivattyúzási (Theis) adatokat. Ezek a Hejcei II. sz. f., a Sz. Gátőrház I. sz. f. és a Cukorgyár II.sz. fúrás. és a Megyaszó II. sz. fúrás, mely fúrások vízadó rétege homok. A Szerencs Gátőrház I. sz. f. becsült k (KC) értéke két nagyságrenddel magasabb értéket mutat a próbaszivattyúzási adathoz viszonyítva. A Hejcei II. sz. f. esetében egy nagyságrenddel becsülte felül, Szerencs csokoládégyár II. sz. fúrásban nagyságrendileg megegyezők az adatok (k Theis: 1,5*10-4 , k KC: 1,4*10-4), a Cukorgyár esetében is nagyságrendileg jó egyezést mutatnak. Viszont két nagyságrenddel túlbecsülte Megyaszó I.sz. f. esetében. Tufa és hidrokvarcit rétegeket képviselő fúrásokban alulbecsülte a Theis szivárgási tényezőket. A k (Sallam) értékekről megállapíthatjuk, hogy 6-ból 4 esetben alábecsülte a próbaszivattyúzási adatokat, viszont négy esetben nagyságrendileg egyezést mutatnak. Ezek a Csokoládégyár II. sz. f. , a Megyaszó I. sz. f., a Megyaszó II.sz. f. és a Hejcei I.sz. f. Nem 83

vonható párhuzam a vízadó típus és a becslési hiba között a módszereket nézve, mert a k (Sallam)

értékek

hidrokvarcitban,

tufában és

homokban

egyaránt

alulbecsülik a

próbaszivattyúzási k értékeket. Ha megvizsgáljuk, hogy a független módszerekkel kapott értékek, hogyan viszonyulnak egymáshoz, nagy eltéréseket tapasztalunk. A Theis módszerhez legközelebbi becsült Kozeny-Carman értékeket a Szerencs Cukorgyár II. sz fúrásnál kaptam. Az egymástól legnagyobb mértékben eltérő k értékekkel (k Sallam, k KC) a Hejcei II. sz. fúrás rendelkezik. Az eltérő módszerek jellemzője, Kozeny-Carman túlbecsüli, míg Sallam empirikus módszere ezekben a fúrásokban alábecsüli a próbaszivattyúzási adatokat.

84

6

Összegzés A

diplomamunkában

célja,

a

fúrólyuk

geofizikai

szelvényezési

módszerek

felhasználhatóságának megvizsgálása és hidrogeológiai paraméterek megadásra volt. Továbbá a kiértékelés során alkalmazott két módszer (Sallam, Kozeny-Carman) eredményeinek összevetése a próbaszivattyúzási adatok értékeivel, a független eredmények ellenőrzése céljából. Ennek megvizsgálása érdekében hat fúrás természetes potenciál, természetes gamma, gamma-gamma, neutron-neutron, sekély és mély behatolású fajlagos szelvényeinek adatait használtam fel. A szelvények kiértékelésével származtatott paraméterek, a teljes és effektív porozitás és a szivárgási tényező meghatározásához determinisztikus módszert alkalmaztam. A hidraulikus vezetőképesség becslésére a Sallam empirikus és a KozenyCarman módszereket használtam fel. A két módszerrel becsült szivárgási tényezőket összevetve a próbaszivattyúzási adatokkal, megállapítottam, hogy az esetek döntő többségében nagyságrendbeli egyezést a Sallam formulával kaphatunk, mely kismértékben alábecsüli a próbaszivattyúzási adatokat, mely

formula az agyagtartalom és a szivárgási tényező

korrelációján alapul. A Kozeny- Carman módszerrel az estek többségében jobb szivárgási tényező értékeket kapunk, mint a próbaszivattyúzási eljárással, melyek két nagyságrendbeli eltérést mutatnak. A Kozeny- Carman módszer jellemzője a porozitás és a szemcseátmérők változásának érzékenysége. A jellemző szemcseátmérők ismeretében további javulás várható, mivel a vizsgált rétegek adatai irodalmi forrásból származik. A fimon és középszemcsés homok vízadók effektív porozitás értékeinek maximuma 20 %, mely értéket jó közelítésnek tartok. A riolit tufa és hidrokvarcit effektív porozitás értékei a repedezettség és bontottság függvénye, amit ez esetben nagymértékűnek ítélek, a porozitás értékek alapján, melyek értéke 8 és 12 % közé esik. Az alkalmazott módszerek, vízadó típusokra való alkalmazhatóságát vizsgálva, véleményem szerint a Sallam empirikus összefüggés homokrétegek vizsgálatára alkalmasabb, mint a riolittufás, hidrokvarcios felépítésű vízadóknál, a „látszólagos” porozitás effektus miatt A Kozeny- Carman módszer használata egy esetben adott nagyságrendbeli egyezést a próbaszivattyúzási szivárgási tényező adatával, ez a repedezett hidrokvarcit vízadó típusnál

85

fordult elő. Alkalmazhatósága szivárgási tényező megadására a vizsgált hat fúrás adatai alapján nem jelenthető ki egyértelműen. A két módszer alkalmazhatóságának függvénye, a fúrólyukban mért szelvényezési módszerek száma. Megállapítottam, hogy a Sallam formula alkalmazható azokban a fúrásokban is, amelyekben csak természetes gamma szelvényezési módszert alkalmaztak. A Kozeny Carman módszer alkalmazhatóságának korlátai, a fúrásban használt több típusú szelvényezési módszer megléte. A Kozeny-Carman módszer csak azokban a fúrásokban alkalmazható, melyek rendelkeznek neutron-neutron, gamma-gamma vagy fajlagos ellenállás szelvénnyel. Vízkutatás céljával mélyített fúrások döntő többsége nem rendelkezik a Kozeny-Carman módszerhez szükséges szelvényekkel. Az eredményeim felhasználhatók a felszíni geofizikai mérésekkel (pl. multielektródás elektromos) együtt a szivárgási tényező kiterjesztésére a fúrások közötti régióra. A munkám során kapott hidraulikus vezetőképesség és porozitás értékekkel, lehetőség nyílik a tárolómodell, a készlet és hozamszámítás pontosítására. További kutatási lehetőségnek tekintem, a módszerek alkalmazhatóságának vizsgálatát egyszerűbb rétegsorral rendelkező fúrásokban.

86

7 Summary The major aim of my thesis is to examine the applicability of the borehole geophysical logging methods to determine hydrogeological parameters. A further aim is the comparison of the results of the two applied methods (Sallam, Kozeny-Carman) with test pumping parameters. The process is used for controlling the independent results. For the verification of the above listed aims, I investigated spontaneous potential, naturalgamma, gamma-gamma, neutron-neutron, short and deep penetration resistivity curves in six boreholes. I applied a deterministic method to define the parameters derived from the interpretation of the logs, such as: total and effective porosity as well as hydraulic conductivity. To calculate the hydraulic conductivity, I used Sallam’s empiric and Kozeny-Carman’s relations/formulas. I compared the test pumping data with the results of the hydraulic conductivity estimated by the above mentioned two different methods. I concluded that in most cases the values of Sallam’s formula were in the same order of magnitude as test pumping. As a matter of fact, Sallam’s formula slightly underestimates the test pumping data which is due to the formula’s sensitivity to clay content. In most cases, the Kozeny-Carman method gives higher hydraulic conductivity values than the test pumping. They show a difference of two orders of magnitude. Kozeny-Carman’s method is characteristic of its sensitivity to porosity and grain size change. The maximum of effective porosity is 20% in fine and medium grained sand aquifers which appears to be a good approximation. The effective porosity values of the rhyolite tuff and hydroquartzite depend on the degree of fracturing and alteration, which is considered high in this case based on the porosity values between 8-12 %. If we examine the applicability of the two methods for different aquifer types, I found that Sallam’s empiric relation is more suitable for sand beds than for aquifers built by rhyolite tuff and hydroquartzite (due to the false clay porosity effect). Kozeny-Carman’s method matched within one order of magnitude only in one case with the hydraulic conductivity data of test pumping which occurred in the hydroquartzite aquifer. Its applicability for determining hydraulic conductivity cannot be stated clearly based on the parameters of the investigated 6 wells.

87

The applicability of both methods depends on the number of borehole geophysical surveys. I found that Sallam’s formula could also be applied in those wells which only have natural gamma log. On the other hand,, Kozeny-Carman’s method can only be used in the wells where various parameters were logged, such as neutron-neutron, gamma-gamma or specific resistivity logs. Nevertheless, the vast majority of the water exploration wells do not meet the above mentioned conditions. A continuation of this thesis could be the investigation of the applicability of these two methods in wells with less complex, only clastic sedimentary series.

88

8 Köszönetnyilvánítás Elsősorban

köszönettel

tartozom

témavezetőmnek,

Fejes

Zoltánnak,

a

nagyszerű

témafelvetésért, a diplomamunka készítése során nyújtott lelkes támogatásáért, szakmai tanácsaiért. Hálával tartozom konzulensemnek Dr. Szabó Norbert Péternek, a geofizikai szemléletmód elsajátításában nyújtott segítségéért, valamint a diplomamunka elkészítése során nyújtott hasznos tanácsaiért. Aki készséggel segített, a fúrólyuk geofizikai szelvényezési módszerek elsajátításában, és akire mindig számíthattam. Köszönettel tartozom a Geoservice Kft. –nek a diplomamunkához szükséges forrásanyagok biztosításáért. Valamint munkatársának Kolencsik Attilának, aki feltétel nélkül segített minden forrásanyag beszerzésében. Köszönöm a Geokomlex Kft. ügyvezető igazgatójának Latrán Bélának a forrás adatok elérhetőségét, és a nagyszerű szakmai tapasztalatainak átadását. Hasznos tanácsaival nagymértékben segítette munkámat. Köszönettel tartozom az Oil & Gas Development Kft –nek, mely biztosította az alkalmazott Software- k használatát. Köszönettel tartozom Várkonyi Attilának, mint az Oil & Gas Development kft. munkatársának, aki mélyfúrási geofizika terén szerzett szakmai tapasztalataival segítette munkámat. Továbbá szeretném megköszönni, mint páromnak, aki minden esetben higgadt magatartással és teljes támogatással állt mellettem. Nagyra értékelem kedves családom támogatását, mely ez időszakban még erősebb volt. Köszönettel tartozom barátaimnak, kiemelve Békési Szabinát, aki 2000 km távolságból is segítséget nyújtott.

89

9 Irodalomjegyzék Asquith G., Krygowski D., (2004). Basic well log analysis. AAPG. 2 nd edition. Bodor B., (2011). A Hernád-árok szerkezetföldtani vizsgálata. Budapest. Carman P., (1937). Fluid flow through a granular bed, Trans.Inst.Chem.England,15, 150-167.pp. Csókás J., (1989). Mélyfúrási geofizika. 1989: Tankönyvkiadó, Budapest. Csókás J., (1995).Vízadó rétegek jellemző hozamának és a víz minőségének meghatározása geofizikai fúrólyuk szelvények alapján.Magyar Geofizika,35.évf., 4.sz., Fejes, Z., (2011): Hévíz és langyosvíz készletek kutatása Szerencs térségében. Miskolc. 2011. Gyarmati P., (1966). A Tállya 15. sz. alapfúrás földtani eredményei- A Magyar Állami Földtani Intézet jelentése az 1964. évről, 443-457. Gyarmati P.,(1977). A Tokaji-hegység intermedier vulkanizmusa. Annales Instituti Geologici Publici Hungarici, LVII, 196. Gyarmati P., Zelenka T., Mátyás E., (1968). A Tokaj-hegység földtani térképe. Abaújszántó, Tállya, Mád, Tokaj, Tarcal. 1:25000 földtani térképmagyarázó. Haas J., Budai T. (szerk.), Csontos L., Fodor L., Konrád Gy., Koroknai B., (2010). Magyarország pre-kainozós térképe. (M=1:500 000). Hoffer A., (1937). A szerencs-i sziget földtani viszonyai. Tisia 1. Debrecen. Horváth F., (1993). Towards a mechanical for the formation of the Pannonian basin. Tectonophysics,225, 333-358. Korim K., (1987). Földtani-vízföldtani tanulmány és kutatási előterv (Szerencs), Budapest. Kovács Gy., (1972).A szivárgás hidraulikája, Akadémiai Kiadó, Budapest. Kozeny J., (1927). Über Kapillare Leitung der Wasser in Boden, Sitzungber, Akad, Wiss,Wein, 136. 271-306.pp. Larionov V. V., (1969). Radiometry of boreholes, Nedra, Moskow, 238 pp. Lexa J., Seghedi I., Németh K., Szakács A., Konecny V., Pécskay Z., Fülöp A., Kovács M., (2010). Neogene- Quaternary Vlcanic froms in the Carpatian- Panninian Region: a review. Central European Journal of Geosciences, 2(3), 207-270.pp.

90

Mátyás E. (1974). Volcanic and postvolcanic processes in the Tokaj Montains on zhe basis of geological data of raw material prospecting. Acta Geologica Academial Scientiarum Hungarica.18, 421-455. Pántó. (1966). Magyarázó Magyarország 1:200000-es földtani térképsorozatához.-M-34XXXIV. Sátoraljaújhely. Pántó G. (1968). A Tokaji-hegység és előtere szerkezeti- vulkanológiai kapcsolata. A Magyar Állami Földtani Intézet jelentése az 1996. évről, 215-223 pp. Pécskay Z. és társai. (1986). Geochronological investigations on the Neogene volcanism of the Tokaj Montains. Geologica Carpathica 37, 635-655. I. Perlaki M., (1968).Magyarázó, A Tokaji-hegység földtani térképe, 25000-es sorozat, Fony, Magyar Állami Földtani Intézet, Bp. Pincés Z. (1989). Geomorfológiai adottságok és értékek Zempléni Tájvédelmi Körzet és térsége. Regionális és Tájvédelmi terv. Budapest. Poupon A., Gaymard R., (1970). The evaluation of clay countent from logs. SPWLA 11th Annual Logging Symposium. Los Angeles. Poupon A., Leveaux J., (1971). Evaluation of water saturation in shaly formations. The Log Analyst 12, 3-8 pp. Radócz Gy. (1969). Előzetes jelentés a Cserehát alapfúrások eredményeiről-A Magyar Állami Földtani Intézet évi jelentése az 1967. évről,281-283. Reich L. (1949). Földtani megfigyelések a Cserhát- dombvidékén és a Szendrőiszigethegységben.-Külön lenyomat a Magyar Állami Földtani Intézet 1949. évi jelentéséből,155-164. Rozlozsnyik. (1931). Domborzat formálódása Pannóniai medence belsejében a fiatal újkorban és a negyedidőszak határán. Doktori értekezés. Röhrich T.-Schlumberger. (2007).Schlumberger Water Services: AquiferTest Pro v. 4. 2. Users's Manual, Advanced pumping test and slug test analysis Software, Waterlo, Canada, 145148 pp. Sallam. O. M.(2006). Aquifers Parameters Estimation Using Well Log and Pumping Test Data, in Arid Regions - Step in Sustainable Develoment, The 2 International Conf. o Water Resources & Arid Environment. Shumberger. (1987).Log Interpretation principles Applications. Schlumberger Educatoinal Services. 91

Seghedi I. (2004). Neogene- Quaternary magmasim and geodynamics in the CarpatianPannonian region: a synthesis. Lithos, 117-146. Serra. (1986). Fundamentals of well-log interpretation. 2. The interpretation of logging data.Elsevier.Amsterdam. Serra. (1984). Fundaments of well-log interpretation. Pau: ELSEVIER. Stieber, Thomas. (1975). The distribution of shale in sandstones and its effect upon porosity. New Orlins. Szabó Cs. és társai. (1992). Review of Neogene and Quaternary volcanism of the CarpatianPannonian region. Tectonophysics, 208., 243-256. Szabó N. P., (2004). Mélyfúrási geofizikai adatok értelmezésének modern inverziós módszerei. Doktori Phd értekezés, Miskolci Egyetem, Miskolc, 1-20 pp. Szabó N. P., Kormos K., (2012). Édesvíztározó rétegek agyagtartalmának meghatározása fúrólyukszelvények faktoranalízise alapján. Magyar Geofizika, 53. évf.,2.szám, 1-11 pp. Szabó N. P., Fejes Z., Kormos K., (2013). Szerencs település környékén végzett mágneses mérések és értelmezésük. Kutatási Jelentés, Miskolci Egyetem. Szlabócky P., (1974). Kivitelezési zárójelentés a szerencsi fúrt termálkútjáról. Kézirat, Miskolci Adattár, Miskolc. 1974. Szűcs et al. (2008). Felszín alatti hidraulika. Miskolci Egyetem, Hidrogeológiai- Mérnökgeológia Tanszék. Thomas E. G., Stieber S. J., (1975). The distribution of shale in sand-stones and its effect upon porosity. SPWLA 16th Annual Logging Symposium, New Orleans. Tselentis G. A., (1985). The proessing of geophysical well logs by microcomputers as applied to the soluton of hydrogeological problems. Hidrology 80, 215-236.pp. Zelenka T., (1964). A "Szerencs-i öböl" szarmata tufaszintjei és fáciesei. Földtani Közlöny, 1964.1-111.33pp. Zelenka T., (1964). A "Szerencsi-öböl" szarmata tufaszintjei és fáciesei. Földtani Közlöny 117, 237-253pp. Zelenka T., (1966). Tokaj- hegyalja DNy-i részének kőzetföldtani viszonyai, Egyetemi doktori értekezés.

92

Zelenka T., (2000). A Tokaj-hegység vulkáni szerkezeteinek távérzékelés (űr- és légifotó) vizsgálatai. Földtani Kutatás, XXXVII. , 13-17 pp.

93

10 Internetes források: (Internet1) A Pannon-medence geodinamikájának atlasza: Euro-konform térképsorozat és magyarázó. http://geophysics.elte.hu/atlas/geodin_atlas.htm Letöltés időpontja: 2014.01.02.

(Internet2) Representative Values of Hydraulic Properties. http://www.aqtesolv.com/aquifer-tests/aquifer_properties.htm Letöltés időpontja: 2015.04.12.

(Internet3) Wentworth-Crain-Size-Chart.pdf. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Wentworth-Grain-Size-Chart.pdf Letöltés időpontja: 2015.03.06.

94

11 Ábrajegyzék 1. ábra. A kutatási terület elhelyezkedése.(Pannon-medence jelenkori geodinamikájának atlasza. Forrás:internet1)............................................................................................................................................ 6 2. ábra. A munkám során felhasznált kutak bemutatása.(Forrás: Saját szerkesztés) .................................... 7 3. ábra. A Tokaj-hegység nagyformái.(Saját szerkesztés, Pinczés Z. 1998. alapján) ................................ 10 4. ábra. A vizsgált terület pre- kainozoos aljzattérképe(Saját szerkesztés, Haas alapján, 2010). ............... 12 5. ábra. A vizsgált terület mágneses anomália térképe.(Saját szerkesztés) ................................................. 15 6. ábra. A Szerencsi-sziget földtani térképe.(Hoffer A. alapján) ................................................................ 16 7. ábra. A kutatási terület gravitációs anomália térképe. (Saját szerkesztés) .............................................. 17 8. ábra. A pannon rétegek vastagság térképe. (Forrás: Saját szerkesztés) .................................................. 18 9. ábra. Szerencs térségének sekélyföldtani hidrogeológiai viszonyai. (Forrás: Fejes 2011) ..................... 20 10. ábra. Elárasztási viszonyok víztároló porózus rétegben.(Saját szerkesztés Csókás J. 1989. alapján) .. 22 11. ábra. Az agyag elhelyezkedése a kőzetmátrixban (Forrás: Saját szerkesztés Serra, 1984 alapján) ...... 26 12. ábra. A szivattyúzás jellegzetes fázisai.(Forrás: Saját szerkesztés Juhász 1987 alapján) ..................... 30 13. ábra. Az SP áramok keletkezése.(Forrás: saját szerkesztés Csókás J. 1989. alapján)........................... 33 14. ábra. Az SP anomáliák.(Forrás: Saját szerkesztés Csókás J. 1989. alapján)......................................... 33 15. ábra. Neutron porozitás.(Forrás: Saját szerkesztés) .............................................................................. 39 16. ábra. A neutron részecskék energiaszintjének csökkenése.(Forrás: Saját szerkesztés) ........................ 40 17. ábra. A látszólagos és valódi porozitás értékek viszonya. .................................................................... 41 18. ábra. A konvencionális ellenállásmérés elvi vázlata. (Forrás: saját szerkesztés, Csókás 1989. alapján) .................................................................................................................................................................... 43 19. ábra. Az ellenállásszondák jelölése. (Forrás: Saját szerkesztés, Csókás 1989. alapján) ....................... 44 20. ábra. A fúrólyuk szelvények digitaliziálásának folyamata. (Forrás: Saját szerkesztés) ........................ 45 21. ábra. Az alapmodell felépítése.(Forrás: Saját szerkesztés) ................................................................... 47 22. ábra. Az agyagtartalom és a gamma index kapcsolata.(Forrás: Saját szerkesztés) ............................... 52 23. ábra. Gamma-gamma intenzitás és neutron-neutron intenzitás cross-plot. ........................................... 54 24. ábra. Rw az Rwe függvényében. (Forrás: Schlumberger) .................................................................... 56 25. ábra. A szűrőzött szakasz effektív Phi és k (KC) értékeinek diagramja.(Forrás: saját szerkesztés) ....... 62 26. ábra. A k (Sallam) és a Vsh (V/V) kapcsolata.(Forrás: saját szerkesztés) ............................................ 67 27. ábra. A hidrokvarcit porozitás és a hozzá tartozó k (Sallam) értékek. .................................................. 77 28. ábra. A k (Sallam) és a k (KC) összehasonlítása hidrokvarcitban. (Forrás: Saját szerkesztés)............. 78 29. ábra. A k (Sallam) és a Vsh kapcsolata. ................................................................................................ 81 30. ábra. Eredményeim összefoglalása. ...................................................................................................... 82

95

12 Táblázatjegyzék 1. táblázat. Számításaim során felhasznált zónaparaméterek.(Forrás: Saját szerkesztés) ........................... 50 2. táblázat. AZ Rmf -számítás.(Forrás: Schlumberger) .............................................................................. 57 3. táblázat. Szerencs Gátőrház I. sz. k. ........................................................................................................ 59 4. táblázat. A konszolidálatlan üledékes kőzetek porozitás értéke.(Forrás: Internet2) ............................... 61 5. táblázat. Konszolidálatlan üledékes kőzetek szivárgási tényezői.(Forrás: internet2) ............................. 63 6. táblázat. A próbaszivattyúzási és az általam származtatott adatok összesítő táblázata........................... 63 7. táblázat. Hejcei II. sz. kút. adatai.(Forrás: saját szerkesztés) .................................................................. 64 8. táblázat. Hejce II. sz. kút. adatai. ............................................................................................................ 67 9. táblázat. Megyaszó I. sz. kút. adatai. ...................................................................................................... 68 10. táblázat. A Megyaszó I. sz. kút. irodalmi és származtatott adatok. ...................................................... 70 11. táblázat. Megyaszó II. sz. kút. adatai. ................................................................................................... 71 12. táblázat. Megyaszó II. sz. kút. szűrőzött szakaszainak adatai. .............................................................. 73 13. táblázat. Szerencs Csokoládégyár II. sz. kút. adatai. ............................................................................ 74 14. táblázat. A Szerencs Csokoládégyár II. sz. kút. Származtatott és mért adatai. ..................................... 76 15. táblázat. Szerencs Cukorgyár II. sz. kút adatai. .................................................................................... 78 16. táblázat. Szerencs Cukorgyár II. sz. fúrás. ............................................................................................ 80

96

13 Mellékletek 1. számú melléklet: EOV X

EOV Y

Z_KOO

(m)

(m)

(m)

B1

314946

806546

105,20

Legyesbénye

B2

314882

806582

105,00

Legyesbénye

L1

313969,1

806646,4

105,47

Megyaszó

B1

318044

799023

158,00

Megyaszó

B2

317909

799123

158,76

Megyaszó

K4

313669

800598

159,90

Megyaszó

K5

311258

801595

159,80

Megyaszó

K6

318433

799702

159,00

Megyaszó

B7

317836

798943

160,00

Megyaszó

B8

319103

798733

160,85

Megyaszó

B3

317913

799178

158,50

Megyaszó

Ma1

314331,1

802222

178,70

Megyaszó

Mgy1

319103

798727,6

161,53

Megyaszó

Mgy2

320059

799676,7

203,41

Bekecs

1/Sz-12 v. B1

320059

811975,9

92,81

Bekecs

B3

314250

808240

103,002

Bekecs

K2

313302

807116

103,79

Szerencs

Sz9

316431,8

80,9614,57

192,52

Szerencs

Sz8

316785,2

809674,2

193,04

Gesztely

K42

309839,1

799941,1

126,9

Bekecs

B4

314124,4

808193,7

104,8

Cs.2. sz.

314955

811000

99,367

Szerencs

Sze

314909

811220

95,895

Szerencs

K60

314094,8

809571

105,91

Szerencs

B55

315400

810200

100,591

Cukorgyár

II/A.

314713,5

810941,1

98,8

Gesztely

K20

308561

793307

133,045

Szerencs (termálkút)

K53

315860,3

811295,7

99,2

Szerencs

K37

314730

811015

99,40

Hejce

H 1.sz

34485

814738

265,2

Szerencs Gátőrház

G 1.sz

312076,7

812045,8

93,31

KöZSéG

JEL

Legyesbénye

Szerencs Csokoládégyár II.

97

2. számú melléklet:

98

3. számú melléklet:

99

4. számú melléklet.

100

5. számú melléklet.

101

6. számú melléklet.

102

7. számú melléklet.

103

8. számú melléklet.

104

9. számú melléklet.

105

10. számú melléklet.

106

11. számú melléket.

107

12. számú melléklet.

108

13. számú melléklet.

109

14. számú melléklet.

110

15. számú melléklet.

111

16. számú melléklet.

112

17. számú melléklet.

113

18. számú melléklet.

114

19. számú melléklet.

Kútnév

vízadó réteg típusa vízadó réteg vastagsága (m) φ (V/V) φ effektív (V/V) k (Sallam)(m/s) k (KC.)(m/s) k (Theis)(m/s) k (Dup.Th.)(m/s)

Szeren cs Gátőr ház I.sz.f.

Hejc e II. sz. f.

Szerencs Csokoládég yár II. sz. f.

homok

hom ok

5,40 0,15 0,13 3,33E05 1,70E03 2,10E05 4,80E04

(WT.sz.)(m/s) Vkr.(Sallam)(m/ s) Vkr.(KC)(m/s)

3,85E04 2,03E02

nyugalmi vízszint (m)

-0,95

üzemi vízszint (m)

-2,95

Q(vízföldtani napló)(l/p) Qmax(Sallam)(l/ min) Qmax(KC)(l/min ) T(sallam)(m2/s) T(KC)(m2/s)

170,00 101,45 268,00 1,80E04 5,03E01

Szerenc s Cukorg yár II. sz. f.

Megya szó I. sz. f.

Megya szó II. sz. f.

repedezett hidrokvarcit , tufa,

homok

riolittuf a

homok és riolittuf a

7,00

18,00

15,00

133,60

184,00

0,19 0,20 5,76 E-05 4,17 E-03 2,30 E-04

0,06 0,12

0,19 0,16 2,84E05 3,29E05 1,60E05

0,23 0,11 1,19E05 5,84E06 1,49E05

0,14 0,08 1,17E05 1,39E04 7,10E05

3,55E04 1,91E04

1,15E04 8,06E05

3,70E06 2,28E04 3,92E04

0,75

-10,90

-24,80

-66,14

-10,55

-26,20

-38,90

-73,92

1000,00

420,00

275,00

190,00

181,51

319,10

863,23

259,08

559,95

932,93

604,36

454,36

4,26E04 4,93E04

1,59E03 7,81E04

6,27E04 7,42E03

1,20E-05 1,14E-04 1,50E-04 1,41E-05

2,96 E-05 1,60 E-03 4,30 E-03 53,4 0 61,3 0 100, 00 438, 98 590, 15 4,03 E-03 2,92 E-02

2,31E-04 7,12E-04

2,15E-04 2,05E-03

115

116

14 Eredetiségi nyilatkozat "Alulírott Mészáros Melinda, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy ezt a diplomatervet /szakdolgozatot meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, és a diplomatervben csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem."

Miskolc,2015

………………………………… hallgató aláírása

117