XXII. Konferencia a felszín alatti vizekről – 2015. április 8-9. Siófok
A Bükk-térség karsztrendszerének vizsgálata radionuklidokkal és többváltozós adatelemzési módszerekkel Csondor Katalin, Geológia MSc hallgató, ELTE TTK Erőss Anita, PhD, ELTE TTK Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, Borbás Edit, Tanársegéd, SZIE GÉK Matematikai és Informatikai Intézet Kovács József, PhD, ELTE TTK Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, Lénárt László, PhD, Miskolci Egyetem, Hidrogeológiai-Mérnökgeológiai Tanszék, Mádlné Szőnyi Judit, PhD, ELTE TTK Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, Horváth Ákos, PhD, ELTE TTK Atomfizikai Tanszék, 1
Általánosságban a radionuklidokról • A radionuklidok, mint a 238U, 234U, 226Ra hosszú felezési idejű radioaktív anyagok, melyek jelen vannak a felszín alatti vizekben, így természetes nyomjelzőkként használhatók
• Rövid felezési idejű a 222Rn, mely szintén a 238U bomlási sorában található.
(forrás: http://radonmd.com/sitebuildercontent/sitebuilderpictures/Radonchart100diagram.gif után módosítva)
2
Radionuklidok a felszín alatti vizekben
Az áramlási pálya mentén frakciónáció alakul ki a redox viszonyoktól függően, így:
(Gainon 2008 után módosította, Erőss 2013)
Regionális áramlási rendszereknél:
Lokális áramlási rendszereknél:
• magas T és TDS • reduktív közeg 226Ra tartalom van, 238U+234U és 222Rn nincs (kivéve ha FEOOH van magas 222Rn)
• alacsony T és TDS • oxidatív közeg 238U+234U és
222Rn
(Rn forrás: talajzóna) tartalom van, 226Ra nincs
3
Mintavételi pontok, mérési és adatfeldolgozási módszerek
52 mintavételi helyszín (hideg, langyos, termál kutak/források)
terepi paraméterek rögzítése (T, Vezetőképesség, pH, Oldott oxigén, Redox potenciál)
vízminta: általános vízkémiára, CO2ra és radionuklidokra (Rn, Ra, U)
Általános kémiai mérések (ELTE, Általános és Alkalmazott Tanszék)
Folyadék szcintillációs mérések (radon) (ELTE, Atomfizika Tanszék)
α- spektrometriás mérések (rádium és urán) (ELTE, Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék)
Általános vízkémiai adatfeldolgozás
Piper-diagram, leíró statisztika Többváltozós adatelemző módszerek Klaszteranalízis, diszkriminancia analízis,
Box-Whiskers’ -plot 4
Eredmények
TDS [μS/cm]
Hőmérséklet [°C]
Átlag
691
32
Szórás
407
20
Minimum
460
8
Maximum
3140
79
Elektromos vezetőképesség [μS/cm]
3500 Mezőkövesd
3000 2500 2000
Köröm
1500 1000 500
•Általános statisztika: a hőmérséklet növekedésétől független elektromos vezetőképesség értékek •Kivétel:Mezőkövesd és Köröm
0 0
20
40 60 Hőmérséklet [C°]
80
100 5
Piper diagram
Piper-diagram:
Hasonló vízkémiai fácies a mintáknál: dominánsan HCO3,Cl+SO4 anionfácies és Ca+Mg,Na+K kationfácies
6
• Klaszteranalízis a fő kémiai paraméterek + hőmérséklet + radionuklidok alapján • 12 csoport kialakítása, melyek egyeznek a hidrogeológiai egységekkel
7
• Diszkriminancia analízis • Box-Whiskers’ plotok
Elkülönül a többi csoporttól: Sály, Köröm, Mezőkövesd 8
•
•
1000 800 600 400 200 0 0
10
20
30 40 50 Hőmérséklet [°C]
60
700
70
80
160
Eger 140
600
120
500
100 400
Demjén/ Egerszalók
300
80 60
200
40
100
Radon koncentráció [Bq/l]
•
5 alegység (3 egység Egernél, Egerszalók/Demjén, Bogács) Növekvő oldott anyag tartalom a hőmérséklet függvényében Egernél magas radon és urán tartalom, Demjénnél és Egerszalóknál magas rádium tartalom Egyszerű áramlási viszonyok, keveredés nélkül
Fajlagos elektromos vezetőképesség [μS/cm]
•
1200
Rádium/urán koncentráció [mBq/l]
Egri régió
Urán Rádium Radon
20
0
0 0
20
40 Hőmérséklet [°C]
60
80
Egyszerűsített áramlási modell (módosítva Sárváry és Izápy 1991, Scheuer alapján)
9
• •
1600 1400 1200 1000 800 600 400 0
20
40 60 Hőmérséklet [°C]
80
300
100
18 16
250 14
200
12 10
150 8 100
6 4
50 2 0
Radon koncentráció [Bq/l]
•
4 alegység (Miskolc, Bélapátfalva, Mályi, Köröm) Hőmérséklettől függetlenül, hasonló oldott anyag tartalom, kivétel a mályi és körömi kút Alacsony rádium, urán, radon tartalom Egyszerű áramlási viszonyok, keveredés nélkül
Fajlagos elektromos vezetőképesség [μS/cm]
•
1800
Urán/rádium koncentráció [mBq/l]
Miskolci régió
Urán Rádium Radon
0 0
20
40 60 Hőmérséklet [°C]
80
100
Miskolc koncepcionális modellje (módosítva Lénárt 2011, Szlabóczky 1974 alapján)
10
Kács-Sályi régió • 3 alegység (Kács, Sály, Mezőkövesd) • Egyszerű áramlási rendszer keveredés nélkül • Magnéziumos kation fácies a dolomitos tároló kőzeteknek köszönhetően • Kis területen belül sok forrás, melyek hőmérséklete a hegytől távolodva nő, így jól tükrözi a gravitációsan vezérelt , különböző rendű áramlási rendszerek megcsapolódását • A mezőkövesdi kút extrémen kiugró értékei a szénhidrogén rezervoár fluidumok hatását feltételezi
11
Konklúzió • A radionuklidok alkalmazása eredményes, új módszert képviselnek a termálvizes karsztrezervoárok kutatásában • Általános vízkémiai módszerekkel – az általunk vizsgált skálán – megtörtént a terület hidrogeológiai feltérképezése (általános statisztika, Piper-diagram) • Többváltozós adatelemző módszerek eredményei a területen új megközelítést tettek lehetővé, és segítették a áramlási rendszerek megértését (klaszteranalízis, diszkriminancia analízis, Box-Whiskers’ plotok) • Eredményeink összhangban állnak a korábban megállapított hidrogeológiai egységekkel és koncepcionális modellekkel, de
•
– Egerszalók, Demjén: szénhidrogén rezervoár fluidumok hatása (erősen reduktív környezet miatt magas rádium tartalom) – Mezőkövesd teljes mértékben elkülönül, nem tartozik a Kács-Sály-i egységhez, rezervoár fluidumok hatása (magas TDS, magas rádium) – Köröm elkülönülése a miskolci régiótól (szűrőzött rétegeknél vulkanikus kőzet is található)
További célok: részletesebb hidraulikai és adatelemzési feldolgozás (pl.: PCA) és vízszint idősorok sztochasztikus vizsgálata 12
Köszönetnyilvánítás
Heinz Surbeck (Svájc)
Deák József, Rehák András, Sűrű Péter, Szabó Pál
PannErgy NyRt. (Pelczéder Ágnes)
Miskolci Vízmű Kft. (Tóth Bence)
Északmagyarországi Regionális Vízművek Rt.
Gyógyforrást Üzemeltető és Szolgáltató Kft. (Egerszalók)
Heves Megyei Vízmű Zrt.
Eger Termál Kft. (Lőrincz József)
Demjén Termál Fürdő Kft. (Tóth Péter)
Egri Korona Borház
Bogácsi Thermálfürdő Kft. (Csiri Ferenc)
Bénó Kertészet (Bénó Gábor)
Zsóry Gyógy- és Strandfürdő (Vámos Zoltán)
Borbás Edit, Mádlné Szőnyi Judit, Horváth Ákos (ELTE)
•
A bükki kutatás Erőss Anita Magyary Zoltán posztdoktori ösztöndíja keretében, a TÁMOP-4.2.4.A/2-11/1-20120001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.
•
Továbbá, a bükki kutatás a „KÚTFŐ - a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának felszín alatti vizekhez kapcsolódó nemzetközi kutatási potenciáljának fejlesztése célzott alapkutatási feladatok támogatása által” című, TÁMOP4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0049 számú projekthez, annak 2. moduljához (Hideg és meleg karsztvíztestek kapcsolatrendszerének jobb megismerését és védelmét célzó kutatások (felelős: Lénárt László)) is szervesen kapcsolódik. 13
Köszönöm a figyelmet!
14
