Magyar Tudományos Akadémia Geodéziai és Geofizikai Kutatóintézet 9400, Sopron, Csatkai E. 6-8. Tel.: 99/508-340 Fax.: 99/508-355 www.ggki.hu
JELENTÉS A Magyar Tudományos Akadémia Geodéziai és Geofizikai Kutatóintézete 2011. 10. 12.-én egyenáramú geofizikai méréseket végzett Füzér község területén. A mérés során Vertikális Elektromos Szondázás módszerét (Schlumberger elrendezéssel) alkalmaztuk a terület geofizikai és földtani megismerése céljából. A mérésről röviden: A VESZ az egyenáramú geofizikai módszerek közé tartozik. A mérés során, a tápelektródákon (A és B) keresztül áramot (I) vezetünk a talajba. Ennek hatására egyenáramú áramtér jön létre, az így kialakuló feszültségkülönbség (∆U) pedig két mérőelektróda (M és N) között megmérhető. A mért értékekből kiszámíthatjuk a rétegződés és az elektródaelrendezés K [m] geometriai állandóval jellemzett hatását is magán viselő ún. látszólagos fajlagos ellenállást: ρa= K(∆U/I) [Ωm]. Az AB távolság növelésekor az áramelektródák egymáshoz viszonyított távolságával az áram behatolásának mélysége is nő, így nagyobb behatolási mélységet érünk el. A mérés során a célszerűen megválasztott elektródatávolságok függvényében egy látszólagos fajlagos ellenállás sorozatot kapunk. A leggyakrabban alkalmazott Schlumberger elrendezésnél az AB távolságot mértani sor szerint növeljük, miközben MN nem változik. A módszert leggyakrabban a rétegzett féltér geometriai (rétegvastagság) és geofizikai (fajlagos ellenállás) paramétereinek meghatározására használható. Tekintve, hogy a különböző típusú kőzetek fajlagos ellenállása (anyagi minőségük különbözősége-, vagy valamely azt befolyásoló külső hatás miatt) általában eltérő, a VESZ alkalmas a földtani felépítés meghatározására. A jelen mérés során 5 db Vertikális Elektromos Szondázást mértünk 1000 m AB (áramelektróda) távolság mellett. A VESZ pontok koordinátái a következők (1. ábra): Geográfiai koordináták: Név Fu-VES01 Fu-VES02 Fu-VES03 Fu-VES04 Fu-VES05
Hosszúság (fok) 21.450611111 21.458416667 21.464805556 21.472750000 21.462888889
Szélesség (fok) Magasság (m) 48.532805556 301.000 48.537250000 362.000 48.537972222 400.000 48.535694444 367.000 48.519694444 296.000
EOV (Országos Vetületi Rendszer) koordinátái:
Fu_VES01 Fu-VES02 Fu-VES03 Fu-VES04 Fu-VES05
Y (Kelet) 827503.9445 828065.0336 828534.2395 829128.6248 828455.5388
X (Észak) 357134.1472 357646.0059 357740.8690 357505.8116 355704.4850
Magasság (m) 267.3138 328.3243 366.3313 333.3385 262.3201
1. ábra: Műhold térkép (GoogleEarth) a mérési pontok feltűntetésével (Fu-VES01-05 – VESZ mérési pontok, Fuzer – Magnetotellurikus szondázási pont).
Adatok feldolgozása: A mérés során mivel felszínen történő adatgyűjtés zajlik, összegzett információt kapunk a mélységgel változó kőzetek ellenállásáról. Ennek következtében a kapott látszólagos fajlagos ellenállás értékek valódi fajlagos ellenállását kell meghatározni. A feldolgozáshoz inverziós eljárást kell alkalmazni, amely során a mérései adatokat iterációs lépésben a mért és számított adatok közelítésével a valódi földtani modell fajlagos ellenállás és rétegvastagság (vagy mélység) függvényében eredményezi. A jelen mérési adatok feldolgozása során két különböző inverziós módszert alkalmaztunk (hagyományos 1D-os inverzió – 1 Táblázat, 2. ábra; OCCAM (sokréteges) inverzió – 2. Táblázat, 3.-4. ábra) a földtani modellt meghatározására. Hagyományos inverziós feldolgozás eredményei:
Rétegs zám 1 2 3 4 5
Fuzer01 ρ (Ωm) h (m) 26.36 0.57 7.77 1.71 10.08 23.80 212.78 66.03 9.66
VESZ szondázások (hagyományos feldolgozás) Fuzer02 Fuzer03 Fuzer04 ρ (Ωm) h (m) ρ (Ωm) h (m) ρ (Ωm) h (m) 26.45 0.52 53.13 1.77 53.70 0.48 9.01 13.74 12.20 0.82 8.75 2.13 46.23 43.29 117.10 16.47 20.70 9.78 13.88 64.08 5.50 29.63 75.27 39.62 500.09 4176 26.69 ρ – fajlagos ellenállás, h – rétegvastagság
Fuzer05 ρ (Ωm) h (m) 47.12 1.10 16.99 20.35 6.78 22.76 17.51 157.82 174.60
1. Táblázat: Hagyományos inverziós feldolgozás eredményei, fajlagos ellenállás és rétegvastagság.
2. ábra: Hagyományos egy-dimenziós (1D) inverziós eredmények. Látszólagos fajlagos ellenállás görbe és invertált modell (fajlagos ellenállás és rétegvastagság).
OCCAM (sokréteges) inverzió eredményei:
3. ábra: OCCAM (sokréteges) egy-dimenziós (1D) inverziós eredmények (FUZER01-02). Látszólagos fajlagos ellenállás görbe és invertált modell (fajlagos ellenállás és rétegvastagság).
4. ábra: OCCAM (sokréteges) egy-dimenziós (1D) inverziós eredmények (FUZER03-05). Látszólagos fajlagos ellenállás görbe és invertált modell (fajlagos ellenállás és rétegvastagság).
Rétegs zám 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
FUZER01 ρ (Ωm) h (m) 16.12 1.00 5.84 1.15 8.14 1.32 15.77 1.52 15.63 1.75 9.22 2.01 5.57 2.31 5.01 2.66 7.26 3.06 14.98 3.52 36.40 4.05 86.78 4.65 176.71 5.35 281.71 6.15 339.03 7.08 310.65 8.14 226.37 9.36 140.06 10.76 79.21 12.38 43.97 14.23 25.47 16.37 16.15 18.82 11.58 21.64 9.59 24.89 9.24 28.63
VESZ szondázások (OCCAM (sokréteges) feldolgozás) FUZER02 FUZER03 FUZER04 ρ (Ωm) h (m) ρ (Ωm) h (m) ρ (Ωm) h (m) 15.67 1.00 57.74 1.00 19.41 1.00 6.51 1.15 34.41 1.15 5.33 1.15 9.16 1.32 33.94 1.32 20.69 1.32 13.41 1.52 52.98 1.52 39.38 1.52 10.17 1.75 98.64 1.75 25.41 1.75 6.41 2.01 165.33 2.01 14.99 2.01 6.35 2.31 194.68 2.31 15.12 2.31 11.76 2.66 145.81 2.66 26.15 2.66 30.72 3.06 75.81 3.06 56.48 3.06 73.85 3.52 33.49 3.52 109.32 3.52 116.76 4.05 15.56 4.05 154.68 4.05 106.52 4.65 8.90 4.65 152.34 4.65 61.14 5.35 6.73 5.35 112.19 5.35 27.78 6.15 6.68 6.15 70.52 6.15 13.03 7.08 8.11 7.08 43.34 7.08 7.88 8.14 11.02 8.14 28.86 8.14 6.99 9.36 15.44 9.36 22.00 9.36 9.34 10.76 21.03 10.76 19.40 10.76 17.50 12.38 27.07 12.38 19.32 12.38 40.66 14.23 32.65 14.23 20.83 14.23 101.25 16.37 37.10 16.37 23.25 16.37 235.74 18.82 40.17 18.82 25.89 18.82 458.60 21.64 41.98 21.64 28.09 21.64 685.81 24.89 42.79 24.89 29.36 24.89 747.28 28.63 42.90 28.63 29.58 28.63 ρ – fajlagos ellenállás, h – rétegvastagság
FUZER05 ρ (Ωm) h (m) 45.87 1.00 22.04 1.15 14.34 1.32 14.75 1.52 17.72 1.75 19.52 2.01 18.63 2.31 16.39 2.66 14.27 3.06 12.70 3.52 11.50 4.05 10.41 4.65 9.36 5.35 8.46 6.15 7.89 7.08 7.89 8.14 8.68 9.36 10.64 10.76 14.37 12.38 20.75 14.23 30.65 16.37 44.13 18.82 59.08 21.64 70.74 24.89 73.59 28.63
2. Táblázat: OCCAM (sokréteges) inverziós feldolgozás eredményei, fajlagos ellenállás és rétegvastagság.
Az inverziós feldolgozás után kapott fajlagos ellenállás adatainkhoz rendelhetünk kőzet fajtákat, kőzet típusokat, amiket a mérnöki gyakorlatban szerzett tapasztalataink alapján állapítottunk meg. A következő 5. és 6. ábrákon a különböző inverziós feldolgozással kapott, mérési pontokhoz tartozót ellenállás értékek és a neki megfeleltetett kőzet típusok láthatók. Az invertált fajlagos ellenállás szelvény alapján megállapítható, hogy a feldolgozott területet alapvetően háromféle ellenállás tartomány jellemzi: –
–
–
egy általában felszínközeli nagyobb kiterjedésű kisellenállású tartomány a maga néhányszor 10 Ωm-es, vagy helyenként ennél alacsonyabb értékeivel (kék színnel ábrázolva) – alapvetően agyagos-agyagmárgás felépítésűek, egy nagyobb, de jól körülhatárolható sokszor 10 Ωm-es (átlag 30-120 Ωm-es tartomány, zöldsárga-narancs színnel megjelenítve) - bontott tufák, amelyek lehetnek agyagos vagy homokos felépítésűek, valamint egy nagy ellenállású több száz Ωm-es a környezeténél nagyobb ellenállású tartomány (sötétpiros-vörös színnel ábrázolva) – amely masszív, tömbös andezitnek feletethetők meg.
5. ábra: A hagyományos inverziós feldolgozás rétegszelvény (Fuzer05 külön kezelve). ρ (Ωm) – invertált fajlagos ellenállás.
A kutatási területen és környezetében előforduló kőzeteket leíró Formációk és Tagozatok a következők (A Bükk hegység földtana, Bp. 2005. alapján):
.
–
Baskói Andezit Formáció – Hollóházai Dácit Tagozat
–
Kozárdi Formáció
–
Szerencsi Riolittufa Formáció – Kékedi Tagozat
6. ábra: Az OCCAM (sokréteges) inverziós feldolgozás rétegszelvénye (Fuzer05 külön kezelve). ρ (Ωm) –invertált fajlagos ellenállás.
Baskói Andezit Formáció: Savanyú piroxénandezit, helyenként amfibolos, rétegvulkániszubvulkáni képződmény. Általában tömbös, vastagpados megjelenésű. Az andezitláva differenciációját képviselő savanyú változata a Hollóházai Dácit Tagozat, ami uralkodóan piroxéndácit. Kozárdi Formáció: Miocén korú, szürke, zöldesszürke agyag-agyagmárga, homok, tufás homok, laza homokkő, tufás agyag, bentonit, mészmárga, mészhomokkő. A Tokaji- hegység területén gyakori. Szerencsi Riolittufa Formáció: A formációba a Tokaji-hegységben elterjedt alsó-szarmata savanyú piroklasztikumok tartoznak, a Kékedi Tagozat-ba az áthalmozott hullott változatok (gyakran bentonitosodva) tartoznak A pontonkénti mérések alapján interpolációs úton simított szelvényeket is meghatároztunk, amelyek átfogó képet próbálnak adni a felszín alatti terület fajlagos ellenállás eloszlására (7.-8. ábra). A két különböző inverziós eljárással kapott szelvény eredménye jól közelítéssel hasonló felépítést mutat. E szelvények együttes ellenállás-mélység értékei alapján került megszerkesztésre egy földtani szelvény, amiben megpróbáltuk a rétegeket azonosítani, és rétegtanilag besorolni (9. ábra). Le kell szögeznünk, hogy kevés adat állt a rendelkezésünkre, a mérési pontok viszonylag távol voltak egymástól, emiatt a készített földtani szelvény csak egy feltételezett földtani modell.
Simított rétegszelvények:
7. ábra: A hagyományos inverziós feldolgozás simított rétegszelvénye. A fajlagos ellenállás értéke Ωm-ben.
8. ábra: Az OCCAM (sokréteges) inverziós feldolgozás simított rétegszelvénye. A fajlagos ellenállás értéke Ωm-ben.
A földtani szelvény leírása: A Füzér_03 mérési pontján felszínközeli nagyellenállású anomáliája görgeteges kőzettel, repedezett dácittal azonosítható. Ennek a rétegnek a vastagsága néhány méter. Alatta egy nagy kiterjedésű alacsony fajlagos ellenállással rendelkező inpermeabilis öszlet települ, ennek a rétegnek
a vastagsága változó, aminek az anyaga agyagos, agyagmárgás bontott tufa, ez alatt a mélység felé újra megnőnek a fajlagos ellenállás értékek - tufaként értelmezett kőzetekbe mennek át, feltehetőleg a Szerencsi Riolittufa Formáció jelenik meg harmadik rétegként, ami a Füzér_02 - 03 mérési pontok között nagy vastagságot ér el. A Füzér_02 szondázási pontnál legalsó rétegként megjelenik a nagy ellenállással rendelkező tömbös andezit is (7.-9. ábra).
9. ábra: Az inverziós feldolgozások együttes földtani szelvénye. A Formáció és Tagozat besorolása a Magyar Állami Földtani Intézet (MÁFI) jelölése alapján történt.
A környezetet felépítő vulkanit egységekről általánosságban elmondható, hogy vízföldtani szempontból rossz vízvezető képességűek, mely tényező a mállottság visszaszorulásával lefelé fokozatosan romlik. A felszínen, és a felszín közelben a mállás mellett a piroklasztit és lávakőzet dominanciája is meghatározza egy-egy kiterjedt terület vízföldtani adottságát. A vízzáró kőzettömbök közötti hasadékok, repedések összefüggő rendszere mentén azonban a kőzet jelentős mennyiségű résvizet tárolhat; erre az összesült változatok a legalkalmasabbak. A vízvezető-képesség azonban számottevően függ a szerkezettől, a bontottság fokától, ugyanis minél jobban bontott és agyagásványosodott a tufa, annál inkább vízzáró, ráadásul a felszín közeli, jobbára mállott rétegek agyagosodott kőzetanyaga is eltömítheti a repedéseket. Annak, hogy a formáció alapvetően vízzáró tulajdonságokkal rendelkezik, ill. hogy agyagosodás esetén a kőzet a vizet már nem, vagy csak kevéssé ereszti át, fontos következménye a jelentős felszíni lefolyás, és ebből következően a kőzetfelszínen a felszínformákat meghatározó fő folyamat a lefolyó vizek eróziós tevékenysége. A víz lefutási irányát erősen meghatározza a kőzettest repedezettsége, töredezettsége. Lényegében már a tufa kihűlése során litoklázisok hálózata alakul ki, a későbbiekben pedig a külső erők, főként a váltakozó fagyás-olvadás hatására a repedéshálózat még sűrűbbé válik; minél jobban repedezett kőzet, annál jobban vezeti a vizet. A meghatározott földtani modellről elmondható, hogy a Füzér_03 mérési pontnál a felszínközelben a nagyobb elektromos ellenállású kőzetek anyaga dácit. A szálban álló kőzetet a hűlési repedések nagyobb darabokra osztották, így a vízvezetésre alkalmassá vált. A dácittestet övező kőzetek elektromos ellenállása lényegesen alacsonyabb, anyagát tekintve tufa, változó mértében agyagosan bontott tufa. Jól látható a rétegszelvényen, hogy ez az agyagos összetételű kis ellenállással rendelkező réteg, hogy helyezkedik el a dácit test alatt. Az agyagos réteg vízzáró
tulajdonságú. Víznyerés szempontjából a lehetséges hidrogeológiai kép az, hogy a dácittest és az alatta lévő bontott tufa felszíni találkozási vonalában lévő visszaduzzasztó hatás miatt, a közelben források lehetnek. A mélyebb szinteken történő vízszivárgás az erős visszaduzzasztó hatás miatt nem nagyon lehetséges, vagy csak nagyon kis mértékű az utánpótlás. Az alatta levő miocén-andezit tektonikusan áttört, rossz vízvezető és víztároló kőzet. A vízgyűjtő test, vagyis a dácittömeg vízkészlete elsősorban a felszínről beszivárgó csapadékból, másodsorban a körbevevő tufatömeg összetételétől függ. Kiegészítő pont (Fu-VES5) eredménye: A Fu-VES05 VESZ szondázás a hosszúperiódusú magnetotellurikus mérés kiegészítésére szolgált. A következőkben a mérési pont fajlagos ellenállás alapján meghatározott rétegmodelljét adjuk meg – 10.-11. ábra.
10. ábra: A hagyományos inverziós feldolgozás Fuzer05 rétegmodellje. ρ (Ωm) – invertált fajlagos ellenállás.
11. ábra: AZ OCCAM (sokréteges) inverziós feldolgozás Fuzer05 rétegmodellje. ρ (Ωm) – invertált fajlagos ellenállás.
A felső néhány méteren bontott tufa, tufás homok réteg található, amelyet agyagos tufa, agyagmárga réteg követ kb. 20-25 m-es átlagos rétegvastagsággal. Ez alatt a réteg alatt egy csökkent ellenállású agyag, vagy agyagos tufa réteg települt. Valószínűleg gyűrődés következtében a második réteg jelentkezik ismét agyagos tufa, agyagmárga formájában, amely feltételezhetően, több mint száz méter vastagságot is elér. A feküben a tömbös, vastagpados andezit mutatkozik
Mellékletek
Térképek: 1. 3D google térkép a mérési pontokkal (3D_térkép.jpg) 2. Google térkép a mérési pontokkal (2D_térkép.jpg) 3. Szintvonalas térkép a mérési pontokkal (Szintvonalas_térkép.jpg) Vertikális Elektromos Szondázás - VESZ: Mérési adatok és invertált egy-dimenziós modellek: – Hagyományos inverziós feldolgozás (Fuzer01-05.jpg), – OCCAM (sokréteges) inverziós feldolgozás (FUZER1-5.jpg). Rétegszelvények, rétegmodellek: – – –
Hagyományos inverziós feldolgozás rétegszelvénye (Hagyományos_INV_rétegszelvény.jpg), OCCAM (sokréteges) inverziós feldolgozás rétegszelvénye (OCCAM_INV_rétegszelvény.jpg). Fu-VES05 hagyományos és OCCAM (sokréteges) inverziós feldolgozás rétegmodellje (Fuzer05_hagyományos_INV_rétegmodellje.jpg, Fuzer05_OCCAM_INV_rétegmodellje.jpg)
Simított szelvények: – –
Hagyományos inverziós feldolgozás simított szelvénye (Hagyományos_INV_simított_szelvénye.jpg), OCCAM (sokréteges) inverziós feldolgozás simított szelvénye (OCCAM_INV_simított_szelvénye.jpg).
A VESZ mérési pontok hagyományos inverzió által kapott rétege adatok alapján megadható kőzetlearások (1D elleállás_Kőzet_típusok.xls). Földtani szelvény (Földtani_szelvény.jpg)
