MAGYARORSZÁG‐ROMÁNIA HATÁRON ÁTNYÚLÓ EGYÜTTMŰKÖDÉSI PROGRAM 2007‐2013 KUTATÁSI PROGRAM A HAJDÚ‐BIHAR‐BIHOR EURORÉGIÓ TERÜLETÉN ÁTNYÚLÓ TERMÁLVÍZTESTEK HIDROGEOLÓGIAI VISZONYAINAK ÉS ÁLLAPOTÁNAK MEGISMERÉSÉRE REGISZTRÁCIÓS SZÁM: HURO/0901/044/2.2.2 2013.02.05‐06.
JÁKFALVI SÁNDOR GEOGOLD KÁRPÁTIA KFT.
HIDROGEOKÉMIAI VIZSGÁLATOK
Kútvizsgálatok 65 vizsgált kút (24 db romániai és 40 db magyarországi kút) 27 vizsgált komonens: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl‐, HCO3‐, CO3‐, SO42‐, pH, Vezetőképesség, TDS, p‐lúgosság, m‐lúgosság, Összes keménység, Karbonát keménység, Állandó keménység, KOIps, NH4+, Fe2+, Mn2+, Nitrát, Nitrit, PO43‐, B, As, δD, δ18O 2 helyszínen 14C Vízmintavétel
10. sz. ábra: WTW pH/Oxi 340i digitális műszer
A romániai termálrendszer jellemezői: A projekt során az alsó‐ és felső pannon termál vízadót, az alsó kréta és a triász termál vízadót vizsgáltuk A Pannon‐medence legfontosabb vízadó rendszere a felső pannon regionális vízadó rendszer, amelyet a romániai Nyugati‐Síkságon (Câmpia de Vest) és Magyarországon mélyített számos geotermális kút is igazol. A Băile 1 Mai – Felix térségében a felső krétában, Oradea – Bors (Bihari Egység/Unitatea de Bihor), valamint Beiuş (a Codru‐i vízadó réteg területe/Domeniul Pânzelor de Codru) térségében a triászban kialakult mészkő formációk geotermális vízadó rendszerei jelentősek a vízhozam és a vízminőség szempontjából A Nyugati Síkság déli részén az alsó‐pannon, a miocén és a kristályos medencealjzat képződményeiben kisebb kiterjedésű és jelentőségű geotermális akvifereket tártak fel Vizsgált kutak: 9 db a Bihar‐Margita, illetve Madaras felső‐pannon vízadó területén, 1 db Csegődön, az alsó pannon vízadó területén, 6 db az alsó kréta vízadó területén Félix‐ Püspökfürdőnél és 7 db a triász vízadó területén Nagyvárad és Mácsapuszta térségében
Bihar‐Székelyhíd‐Margita (Biharia–Săcuieni–Marghita) terület jellemzői:
A „többemeletes” tárolókőzet két komplexumból áll: Elsődleges termál komplexum, amely 5‐20 jó vízvezető képességű homokpadból tevődik össze; Másodlagos felső termál komplexum, amely mérsékeltebb porozitású, sokkal vékonyabb homokrétegekből épül fel.
A lelőhely (tároló) energiáját figyelembe véve három területet lehet megkülönböztetni: a délkeleti szélső zóna, vagyis a Biharia‐ Chişlaz – Tăuteu monoklin, artézi kitermelési mechanizmussal, amelyet elsősorban a gravitációs hidrosztatikus energia biztosít. a Tămăşeu‐Hodos platform, a gázok által erősen befolyásolt telepenergiával. a középső zóna, a Buduslău – Cherechiu süllyedék, amelyre a nagy mélységek és magas hőmérsékletek jellemzőek, ahol a telep mechanizmusát az elasztikus tágulás, a gáz‐ és termolift hatás határozza meg.
A zónából 8 db hévízkutat vizsgáltunk és mintáztunk
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
a) 605 Mihai Bravu, b) 4045 Csokaly (Ciocaia), c), d) 4691, 1704 Székelyhíd (Săcuieni), e) 4028 Hegyközszentmiklós (Sânnicolau de Munte), f) az 1705 margitai kútból táplált strand, g) 4094 Berettyókirály (Chiraleu), h) 4014 Vámosláz (Chişlaz)
Cséffa‐ Madarász (Cefa–Mădăras) területének bemutatása: A felső‐pannon alsó része 600‐900 m mélységközben található, a vízáteresztő rétegeket finomszemcsés homok alkotja. A vízadó rendszer artézi jellegű, amelyet a jelentős hidrosztatikai nyomás mellett, a gáztartalom és a magas hőmérséklet határoz meg A területen a Mădăras‐i strandon található 4777.sz kutat vizsgáltuk
Alsó‐pannon termál vízadó rendszer: Ciumeghiu területén, az alsó‐pannon vízadó rendszer 2400‐2600 m mélyen helyezkedik el. Vastagsága 240 –475 m között változik. A geotermális vízadót törmelékes képződmények alkotják, amelyben homokkövek és konglomerátumok dominálnak A termelési próbák során az ártézi hozamok 13 ‐14 l/s között változtak, a kifolyó víz hőmérséklete pedig 97 °C volt A víz gázokat (CH4, CO2 és egyéb szénhidrogéneket) tartalmaz A területen a Varsándtól 4 km‐re, a Cighid‐i Gyermekotthon kertjében található 4699.sz. termálkutat vizsgáltuk (a)
4699 Cighid‐i termálkút (a), gáztalanító (b)
(b)
Az alsó‐kréta termál vízadó rendszer: Félix Fürdő és Püspökfürdő (Băile 1 Mai) térségében a termálvizeket barrémi–apti repedezett mészkövek tárolják A perm és triász kőzet rátolódása a Bihari Egység kréta mészköveire a kőzetek előrehaladott töredezését okozta, ezzel a víz számára jelentős közlekedési tereket hozva létre A terület tektonikája különösen összetett, ami a takarók a lapos nyírási felszínek mentén való gravitációs lecsúszásának eredménye Több tektonikai mikrotömb különíthető el, ezek a következők: ‐ A Félix és Püspökfürdő blokkok, amelyek sekély mélységben találhatóak a neogén képződmények alatt; ‐ Rontău‐Szentmárton blokkok, ezek valamivel mélyebben találhatóak a nyugati területrészeken a pannon és miocén formációk alatt; ‐ Cordău tömb, amely déli irányba lezökken, fedőjében pannon képződmények találhatóak, amelyekben az egység déli részén egy miocén korú lencsét harántoltak a fúrások.
Az alsó‐kréta termál vízadó rendszer (folyt.): A barrémi mészkövekben három egymást fedő vízadó rendszer található, amelyek közül a felsőnek kiemelkedő jelentőséget tulajdonítanak. Az I. termál vízadó rendszer a mészkövek felső részén található, a mikroszerkezeti egységek pozíciója által meghatározott különböző izobatikus helyzetekben. Az éppen vízzáró vagy vízáteresztő jellegű fedőüledékek szenon márgás‐mészkövek, miocén képződmények, pannon agyagok, illetve a negyedidőszaki takaró. A kutak hozama a helyi nyomásfeltételek függvényében 1‐200 l/s között változik, míg a kifolyó víz hőmérséklete 38‐40 0C a) Püspökfürdő F1
(a)
(d)
(b)
(e)
(c)
(f)
kútjának kifolyási helye, b) Püspökfürdő F2 kút aknaudvara, c) Püspökfürdő, Ochiul Mare forrás, d) Felix‐Cordău F2 kút, e) Szentmártoni Villa medencéje, amelyet az FH1 kút vize táplál, f) A Félix Fürdő 4003 kút (az előtérben) és a Bálint kút (háttér)
A triász vízadó rendszer, Nagyvárad‐Livada : A termélvíz tároló kőzetei triász korú hasadékos dolomitok, mészkövek, 2000‐3000 m mélységben A triász kialakulásának fontos területei Nagyvárad, Bors térsége a Bihari Egység keretén belül és a Belényesi medence a Pânza de Codru keretén belül A nagyváradi termál rendszer részét képező produktív triász formációk szintjén a geotermikus gradiens progresszív növekedést mutat a lelőhely keleti felétől ‐ 2,70°C/100 m ‐ nyugat fele haladva 4,10°C/100 m Így a termálvizek hőmérséklete a terület keleti felétől nyugat felé haladva 74‐780°C‐ról 105‐ 110°C‐ra emelkedik Nagyvárad térségében a víztartó kőzetek átlagos vastagsága 900 m Az oldott gázok csökkentett mennyiségben vannak jelen. A gázok aránya az oldatban 0,02‐ 0,05 Nm3 / m3 víz A rendszer hipertermális vizeinek hőmérséklete a kútfejnél 70 és 102°C között változik, a kutak hozama pedig 200‐3400 m3/nap között, szabad kifolyás esetében Az 1964‐től kezdődő kémiai vizsgálatok a termálvíz kémiai összetételének stabilitását mutatják, rámutatva az alacsony, 850‐1350 mg/l közötti ásványosodásra, ami szulfátos‐ bikarbonátos‐kalcium – magnéziumos jellegű. Ez a jelleg nem jellemző az ilyen mélyen található vízadókra. A jelenség a felszín alá jutó (vadózus) vízzel történő folyamatos frissüléssel magyarázható.
A nagyváradi triászi termál rendszer 12 db működő kútjából jelen tanulmányban 7 db kutat vizsgáltunk, illetve a mácsapusztai kutat (a)
(b)
(c)
a)‐b) 4797. sz. Nagyvárad, Nufărul kutak aknája és hőközpontja, c) 507. sz. termálkút vizével melegített mácsapusztai melegház (a)
(c)
(d)
(b)
a) 4795.sz. kút Óvoda, b) 4767. sz. kút Ioşia strand, c) 1717.sz. kút Ioşia negyed, vasútállomás, d) 1709. sz. kút Oancea negyed
Hidrogeokémiai vizsgálatok
δ18O [‰] ‐20,0
‐15,0
‐10,0
‐5,0
0,0
5,0
10,0 60,0 40,0 20,0
R=0.773, gyenge korreláció Oka: eltérő földtani környezet? külső hatótényezők?
δD [‰]
0,0 ‐20,0
holocen‐pleistocen
‐40,0 ‐60,0 ‐80,0 yRO = 3.0867x ‐ 42.596 R² = 0.7731
perioda glaciăra
‐100,0 ‐120,0 ‐140,0
K1 ‐15,0
‐13,0
‐11,0
‐9,0
P1
δ18O [‰] ‐7,0
T ‐5,0
‐3,0
‐1,0
1,0 ‐20,0 ‐30,0
P holocen‐pleistocen
δD [‰]
‐40,0 ‐50,0
‐60,0 ‐70,0
perioda glaciăra
‐80,0 y = 5,5488x ‐ 21,833 R² = 0,9469
‐90,0 ‐100,0
Felső‐pannon: R=0.946, jó korreláció
ΣδD
Σδ18O
-64,6…-67,0 -64,1…-70,9 -70,5…-74,8
-8,8…-8,9 -9,7…-10,0 -10,6…-11,1
Vízadó P1 K1 T LMWL RO
GMWL
P1‐Țenu
K1‐Țenu
Átlagos 14C vízkor 35 700 20 300 26 500
T‐Țenu
δ18O [‰] ‐13
‐12
‐11
‐10
‐9
‐8
Țenu, 1981, alapján
‐7
‐6
‐5 ‐50
holocen‐pleistocen
‐55
‐65
δD [‰]
‐60
‐70 ‐75 ‐80 ‐85 ‐90
perioda glaciăra
‐95 ‐100
CO2 nem mért (nem volt mérhető) komponens, de archív adatok alapján a felső pannon, Székelyhíd 4058‐as kút 2122 mg/l
Vízkorokban ellentmondás felső‐pannon: >40 000 év! (4691‐es kút) triász: 15 600 ± 1200 év! (4796‐ es kút) A 14C‐es kormeghatározás eredményét leginkább a vízkeveredés befolyásolja T = ‐8267 × ln (At/(q × A0) CO2 gáz öblíti át a víztestet, 14C mentes karbonát oldódik be, az oldott karbonát egy rész kicsapódik.
A víz hozzávetőleges kora kb. 20 000 évesnek adódna a felső pannon vízadóban!
A karbonátos vízadókban a CO2 tartalom pl. Nagyvárad 4796‐os kútban 208 mg/l,
továbbá a beszivárgó víz kémiai összetétele sem ismert, bár a beszivárgási terület feltételezhetően a Király‐erdő karsztterületére tehető. Karsztos területen a tapasztalati hígulási arány (q) kb. 0,65‐0,75. Az oxigén és hidrogén izotópokra a csapadékvíz vonaltól való eltolódását az alábbi tényezők befolyásolhatják: 0,00 ‐10,00
H2S csere
‐20,00
δD [‰]
‐30,00 ‐40,00 CO2 csere
Kőzet‐víz kölcsönhatás
‐50,00 ‐60,00 ‐70,00 ‐80,00 ‐12,00
‐10,00
‐8,00 ‐6,00 δ18O [‰]
‐4,00
Pozitív irányú eltolódás Kőzet‐víz kölcsönhatásra utal Izotópcsere
‐2,00
0,00
a)
A mélység növekedésével nő a HCO3‐ mennyisége , viszont nagy szórás Ennek okai többfélék lehetnek: csapadék okozta hígulás szerves anyag tartalom eltérő geotermikus gradiens eltérő üledékes környezet
500
Mijlocul intervalului filtrat
0 ‐500 ‐1000 ‐1500 ‐2000 ‐2500 ‐3000 ‐3500 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
HCO3‐ [mg/l]
b)
P1
K1
T
500
Mijlocul intervalului filtrat
0 ‐500 ‐1000 ‐1500 ‐2000 ‐2500 ‐3000 ‐3500 0
500
1000
1500 HCO3‐ [mg/l]
2000
2500
Vízadók típusa alapján: Alacsony és magas HCO3‐ tartalom 500‐2500 mg/l szélső tagok Kréta vizek: sekélyek, közel felszíni víz összetétel Közeli forrásterület, Király‐erdő Triász vizek mélyek, de közel felszín víz összetétel Rendkívül gyors áramlás, aktív vetők 3000
FH1‐es, a 4003‐as, illetve a Bálint‐kút: Magas HCO3‐ tartalom A Cl‐ tartalom >600 mg/l ellentétben a csoport többi tagjaival ahol kb. 10 mg/l Pozitív eltolódás Kőzet‐víz kölcsönhatás Eltérő területei elhelyezkedés
Eltérő áramlási pálya!
•F‐1‐es kút és a Peca‐forrás kimutatható vastartalom! •Forrásterülete a Király‐erdő (bauxit)
P1
T
K1
A vízadók szerinti csoportosítás ennél jóval áttekinthetőbb, és korrelálhatóbb eredményt ad . A pannon vízadókban magas hőmérséklet, illetve a magas hidrogén‐karbonát tartalom érett szerves anyag jelenlétére utal. A CO2 által termelt szerves anyag bomlás növeli a karbonát beoldódását az üledékből (Fekete et al., 2009).
3000
HCO3‐ [mg/l]
2500 2000 1500 1000 500 0 0
20
40
60
80
100
120
T [°C] P1
K1
T
P3 120
80 60 40 20 0 ‐14,0
‐12,0
‐10,0
‐8,0
‐6,0
δ18O [‰]
‐4,0
‐2,0
0,0
T [°C]
100
A vizsgált minták a hőmérséklet szerinti eloszlás alapján rendkívül széles skálán helyezkednek el, a diagramon a kréta vízadóból származó mintákra általában az alacsonyabb, a triász korú minták pedig a magasabb hőmérséklet jellemző. A kréta és a triász vízadó között valahol 60°C körül lehet egy termikus határt meghúzni. A pannon korú vízadóban jól látható, hogy a hőmérséklet növekedésével, hogyan jut egyre nagyobb szerephez a izotópcsere.
Amennyiben feltételezzük, hogy a 4699‐es kút összetétele a kőzet‐víz kölcsönhatással érintett vízösszetétel szélső tagja (a minta hőmérséklete 89°C, a mért δ18O értéke pedig 0.04 ‰), és a csapadékvíz a 4796‐os kút vizében mért időszakban szivárgott be (15.600 ± 1.200 év, amikor a csapadékvíz δ18O összetétele megközelítőleg ‐13 ‰ lehetett) keveredési arány számítható az alábbi egyenlet alapján:
k = xA + (1 – x) B
Kőzet‐víz kölcsönhatás
Csapadék
Kőzet‐víz kölcsönhatás
Csapadék
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
ahol k a keverék víz δ18O összetétele, A a csapadékvíz δ18O összetétele, még B a kőzet‐víz kölcsönhatással érintett víz szélső tagja.
A karbonátos vizekben nagyságrendileg hasonló mértékű csapadék komponens részaránya a kőzet‐ víz kölcsönhatáséhoz képest 100% 90% A d‐többlettel (<7 ‰) rendelkező, feltételezhetően 80% csapadékvíz eredetű vizeknek más‐más 70% 60% hőmérsékleten lezajlott kőzet‐víz kölcsönhatás 50% módosította a stabil izotóp összetételüket. Ebben 40% az esetben nem keverékvizekről, hanem más‐más 30% 20% időszakban beszivárgott csapadékvizekről 10% 0% beszélünk.
Ahhoz, hogy el lehessen dönteni, hogy a fent vázolt két eredet közül melyik az elképzelhető, 14C vizsgálatra lenne szükség a többi kút esetén is!
4795
4797
4796
1709
1717
507
4767
A pannon vízadóból származó minták a globális és a lokális csapadék‐víz vonalak között helyezkednek el, keverék vizek jelenlétére utal, azaz ezek a vizek (nagyon idős) csapadékvizek, illetve a kőzet‐víz kölcsönhatásból származó módosított összetételű vizek keverékei! P1‐RO ‐14,0
‐12,0
‐10,0
‐8,0
‐6,0
P1‐HU
δ18O [‰] ‐4,0
‐2,0
0,0
2,0 40,0
0,0
holocen‐pleistocen
δD [‰]
20,0
‐20,0
‐40,0
‐60,0
perioda glaciăra ‐80,0
‐100,0
Kőzet‐víz kölcsönhatás
Mind a romániai mind pedig a magyarországi minták esetében a csapadéké és a kőzet‐víz kölcsönhatása rendkívül széles skálán mozoghat. Ebből adódóan nem csak a keveredés a fő kontroll folyamat
Csapadék
100% 80% 60% 40% 20% 0% 4014 4777
4094 1705
4028 605 1704 4691 4045 4699
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Csapadék Kőzet‐víz kölcsönhatás
A Pannon‐tó fejlődése: A középső‐miocénben kezdetén: normál sós tengeri környezet (Nagymarosy és Müller, 1988) A középső miocén végén: folyamatos brakkosodás, félig édes félig sós víz (Horváth és Pogácsás, 1988) Majd a kiemelkedés és süllyedések miatt lagúnák alakultak ki, itt evaporáció volt a jellemző (end member), Továbbá a kiemelt területeken (Bérczi et al., 1988) csapadék szivároghatott be és keveredhetett a tömény sós vízzel A késő miocénben megszűnt a tengeri kapcsolat: kiédesedés következett A kora‐pannonra: a brakk víz édesvízivé vált A felfelé törekvő mély (Tóth és Almási, 2001) sós víz keveredik a kora illetve késő pannon üledékekben csapdázódott édesvízzel
Magyar et al., 2012
Sztanó et al., 2012
Varsány és Kovács, 2009
a) Concentrația ionilor de Cl‐ : <100 mg/l
7000
100‐1000 mg/l
>1000 mg/l
6000
A pannon korú vízadó jellemzője: Na+ többletre, amely a nátrium fő forrásának számító plagioklász CO2 általi hidrolízise által keletkezhet
HCO3‐ [mg/l]
5000 4000 3000 2000 1000 0 0
b)
1000
2000
3000
Na+
4000
5000
[mg/l]
Concentrația ionilor de Cl‐ : K1
7000
P1
T
A pannon vízadóra továbbá igaz, hogy a kloridban dúsabb víz Na‐tartalma nagyobb, mint az azonos mennyiségű hidrogén‐karbonátot tartalmazó, kloridban szegény vízé; a különbség nyilván a kloridhoz kötődő Na
6000
A kloridban dúsabb víz a miocén tengerből vagy a csökkent sótartalmú Pannon tóból záródott az üledékbe (Vető, 2004)
HCO3‐ [mg/l]
5000 4000 3000 2000 1000 0 0
1000
2000 Na+
3000 [mg/l]
4000
5000
Hu
RO
12000 10000
Na+ [mg/l]
8000 6000 4000 2000 0 0
2000
4000
6000
8000
10000
Cl‐ [mg/l]
A vizsgált minták nátrium és klorid ion arányaikban két három nagyságrenddel nagyobbak mint a tengervízé. Az 100 mg/l‐t meghaladó klorid tartalmú vizek feltehetően a brakk Pannon tóból származnak (Vető, 2004). A magyarországi vizekben leginkább a Cl‐ (forrása: NaCl) a domináns ion még a romániai oldalon a Na+ (forrása: plagioklász termolízis) a jellemző ion.
A jelenlegi tengervíz klorid‐tartalma kb.19,400 mg/L (35.0 ppt. szalinitás mellett) Hu 0
2000
RO
4000
6000
8000
9000
10000
8000 7000
‐200 ‐400
Cl‐ [mg/l]
Szűrőközép mélység [mBf]
0
‐600 ‐800 ‐1000
5000 4000 3000 2000
‐1200
1000
‐1400
0
‐1600 ‐1800
6000
0 Cl‐ [mg/l]
5000
10000
15000
Vezetőképesség [µS/cm]
20000
25000
A mély medencék területén jól érzékelhetően a késő‐pannon édesvizek elterjedése a domináns, tehát a víz összetétel függ a kút medencén belüli helyzetétől. Ahol a medence sekélyebb ott a vizek általában a kora‐pannonra jellemző brakkvizeknek megfelelő összetételűeknek mutatkoznak
Összefoglalás, következtetések A karsztos vízadóknál fontos, hogy megismerjük az utónpótlódási területet,a főbb vetőket, így a jövőben biztosíthatjuk az állandó utánpótlódást. Ehhez szükséges lenne, folyamatos vízkémiai vizsgálatokra, a háttérben beszivárgó víz mennyiségének, minőségének ismeretére. A pannon korú vízadókban pontos vízföldtani ismeretek szükségesek a képződmények (formációk) kiterjedését, hidraulikai tulajdonságait felmérve.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
