Több-léptékű folyadék áramlás modellező rendszer kidolgozása repedéses kőzetekben geotermális energia kinyeréséhez

Átírás

1 CENTRAL GEO Bányamérési Agrotechnikai és Ingatlangazdálkodási Kft. Több-léptékű folyadék áramlás modellező rendszer kidolgozása repedéses kőzetekben geotermális energia kinyeréséhez Kutatási program ( ) eredményeinek összefoglalása EGT / Norvég FM támogatásával megvalósuló projekt PIP szám: HU Central Geo Kft Szolnok, Mária út 10.

2 Több-léptékű folyadék áramlás modellező rendszer kidolgozása repedéses kőzetekben geotermális energia kinyeréséhez Kutatási program ( ) eredményeinek összefoglalása Kutatási program szakmai részében közreműködtek: Bartucz Dorottya Földes Tamás Gyenese István Kun Éva M. Tóth Tivadar Schubert Félix Viszkok János Jelentés összeállításában közreműködtek: Földes Tamás M. Tóth Tivadar Viszkok János A jelentést összeállította: Viszkok János, Dr. es Sci. főgeológus Central Geo Kft. project szakmai vezető Szolnok,

3 Tartalomjegyzék 1. Előzmények A project célja A project indokoltsága A pályázat tevékenységi körei A költségvetés főbb számai Indikátorok Szakmai program Kutatási koncepció A mintaterületek kiválasztásának szempontjai A kutatási program elemei Többléptékű adatelemzés Kőzettani és fluidum-zárvány vizsgálatok Computer Tomográf (CT) vizsgálatok Repedéshálózat szimuláció Rétegvizsgálatok és interferencia mérések Távérzékelés Víz és hőtranszport modellezés Kutatási módszerek alkalmazása a mintaterületeken Jánoshalma kutatási terület Előzetes földtani és hidrogeológiai ismeretek Kőzettani vizsgálatok CT mérés Repedés szimuláció Rétegvizsgálatok Vízáram- és hőtranszport modellezés Mezősas-Ny kutatási terület Előzetes földtani ismeretek Kőzettani és fluidum zárvány vizsgálatok CT mérés Repedés szimuláció Rétegvizsgálatok Vízáram- és hőtranszport modellezés

4 4. Geotermális kutatás protokoll Konklúzió Irodalomjegyzék

5 Ábrajegyzék 2-1. ábra Fúrásos földtani kutatás folyamatábrája ábra Kutatási területek elhelyezkedése (fekete). A modellezett területek Jánoshalma (sárga) és a Mezősas-Furta (zöld) színnel kiemelve ábra Mérettartomány, vizsgálati módszer és kapott információk kapcsolata ábra Mérettartomány és hidraulikus vezetőképesség közötti összefüggés (Király, 1975) ábra Repedés rendszer és áramlás kapcsolata, Onsoy (Norvégia) ábra Fluidum zárványok ábra A CT mérés szerepe a repedésparaméterezésben és a lyukkörnyezeti modellezésben ábra A feldolgozó előkészítő szoftver folyamat ábrája ábra A magtartó és részei ábra Távérzékelési eszközök spektrális működési tartományáról ábra A modellezési folyamat lépései és kapcsolatai ábra Geológiai szelvény a Jánoshalma háton keresztül ábra Jánoshalmai tipikus magok fraktál dimenziói ábra JHU-13 nyomás regisztrátum ábra Jánoshalma, első fázis - Kútpárok elhelyezkedése és főbb tulajdonságai (kék: repedezett amfibolit; zöld: kevésbé repedezett ortogneisz) ábra Jánoshalma, második fázis - Kútpárok elhelyezkedése és főbb tulajdonságai (kék: repedezett amfibolit; zöld: kevésbé repedezett ortogneisz) ábra A Mezősas-Furta dóm földtani kifejlődése fúrások és a célterület feltüntetésével ábra A Mezősas-Furta dóm kőzettípusai és kőzetfizikai karakterei CT vizsgálat alapján ábra A homogén gneisz (SG vagy OG) anyagú tárolótér jellegzetes repedezettség mintázata ábra A homogén amfibolit anyagú tárolótér jellegzetes repedezettség mintázata. a) teljes törésrendszer; b) egymással nem kommunikáló törés alrendszerek homogén amfibolit anyagú tárolótérben ábra Nyomás regisztrátum a Sas-Ny-10 kútban Nyomásemelkedési adatsor LOG LOG (diagnosztikai) feldolgozása ábra Horner féle feldolgozás

6 3-13. ábra Hőmérséklet-eloszlás a teljes mezősasi modell-térfogatban ábra Mezősas, 1. szcenárió (anizotróp szivárgási tényező) a termeltetett réteg hőmérsékleteloszlása kutakon átmenő szelvény mentén ábra Megvalósíthatósági tanulmány elemei

7 1. Előzmények A Centrál Geo Kft szeptemberében nyújtotta be Többléptékű folyadékáramlásmodellező rendszer kidolgozása repedéses kőzetekben geotermális energia kinyeréshez című pályázatot az EGT/Norvég finanszírozási mechanizmus felhívására. Többszöri határidő módosítás után a pályázat eredményességéről 2007-ben értesítettek, melynek Végrehajtási Szerződése 2008 elején került aláírásra (száma: HU-0049/NA/2006-2/ÖP-9), így csak 2008 áprilisában tudtunk kezdeni. A pályázat benyújtásakor a Centrál Geo partnerei a Kaposvári Egyetem Diagnosztikai és Onkoradiológiai Intézete, a Szegedi Tudományegyetem Természettudományi kar Ásványtani, Kőzettani és Geokémiai Tanszéke, a Norvég Földtani Intézet (NGU Geological Survey of Norway Norges geologiske undersøkelse ) és a Norvég Vízkutató Intézet (NIVA Norwegian Institute for Water Research) voltak. A pályázat beadása és indulása közötti hosszú időszak alatti különböző változások miatt a norvég partnerünk a Ruden Ltd. lett. Az EGT/ Norvég FM pályázatai kiemelten kezelték az alternatív, megújuló energiaforrások használatának támogatását így a geotermális energia hasznosítás fokozását is: pl. a Debreceni Egyetem 2009-ben sikeresen lezárta az Optimatization of geothermal heating systems c. projektet, melyet az izlandi ISOR Iceland Geosurvey céggel közösen valósított meg A project célja A Centrál-Geo Kft által indukált projekt célja a geotermikus energia és termálvíz feltárása, kinyerése és hasznosítása, valamint a lefűtött fluidum elhelyezés módszertanának tudományos és gyakorlati meghatározása területén olyan új eljárások kifejlesztése volt, mellyel a geotermális energia kinyerés hosszútávon gazdaságosan biztosítható. A célok között kiemelt helyet kapott ezen tevékenységek a vízkészlet minőségére és mennyiségére valamint a felszíni és felszín alatti környezetünk védelmére gyakorolt hatásának vizsgálata, az eredmények hazai és nemzetközi publikációja A project indokoltsága A Pannon-medence és ezen belül Magyarország területe Európa legnagyobb geotermikus potenciállal rendelkező régiói közé tartozik. A hazai geotermikus gradiens átlagosan kétszer, a konduktív földi hőáramsűrűség pedig legalább háromszor nagyobb, mint a stabil kontinentális területekre jellemző érték. Hazánk hagyományosan előkelő helyen szerepel a termálvíz balneológiai 7

8 és turisztikai célú kihasználásának európai rangsorában. Sajnos, a különösen kedvező körülmények ellenére a geotermiát villamos energia termelésre Magyarországon még nem használják. A hazai geotermális energia fölhasználása döntően kis- és közepes-entalpiájú fluidumok formájában, közvetlen hőhasznosítással (direct use) valósítható meg. Ezen fluidumok csak a (hő)energia hordóközegének tekinthetők, s mint ilyen, mennyiségük véges, míg a termálenergia megújuló jellegét az emberi léptékben kimeríthetetlen földhő biztosítja. Ezért a lefűtött fluidumok egy részének felszíni vízfolyásokba történő elhelyezése nem csak környezetkárosító (a magas sótartalom és a hőszennyezés miatt), de a termálenergia felhasználás megújuló jellegét is veszélyezteti. A növekvő érdeklődés és az igények ellenére a geotermiáról és a hévizekről alkotott mai kép megalapozottsága elmarad az új földtudományi ismeretektől és anyagvizsgálati módszerektől. Az utóbbi évtizedben számos új eredmény született itthon és külföldön a Pannon-medence szerkezeti, földtani viszonyairól, fluidumairól és geotermális viszonyairól, amelyek egyelőre csak tudományos körökben ismertek. Időközben új módszerek, megközelítések láttak napvilágot, amelyek kizárólag egyetemi kutatócsoportok munkájában hasznosultak. A geotermikus rendszerek kutatásán belül kitüntetett szerepe van a fluidum-tárolók komplex vizsgálatának, hiszen a fenntartható víz-, és hőgazdálkodás megköveteli a lefűtött víz visszasajtolását és a rezervoár működésének minél pontosabb ismeretét. Az Alföld főbb hévíz tároló képződményei közül a metamorf repedezett kőzetekben elhelyezkedő hő kinyerése különösen gazdaságosnak tűnik, hiszen az ilyen típusú kőzetekbe történő visszasajtolás technológiája már kidolgozott, míg a törmelékes kőzetekbe történő likvidálás gyakorlati tapasztalatai meglehetősen vegyesek. Ezért kutatási programunk elsősorban a repedés hálózat előrejelzésére, a repedéshálózat hidrodinamika paramétereinek becslésére, a tárolókban történő víz és hőtranszport modellezésre irányult. A repedéses tárolóknál a repedés rendszer, ami a folyadék áramlás fő útvonala térbeli elhelyezkedése, főbb paramétereinek jellemzése kulcskérdés. A törésrendszer hiánya az egész termálvíz termelő-visszasajtoló rendszert veszélyezteti, míg a repedések kitöltöttsége (pl. finomtörmelékes kőzettel, vagy utólagos ásványkiválással) hosszadalmas kútműveleteket (kompresszorozás, rétegkezelés, repesztés) igényelhet. 8

9 1.3. A pályázat tevékenységi körei A pályázat beadásakor 10 tevékenységi kört terveztünk, melyet a könnyebb adminisztráció érdekében 5 körre csökkentettünk a Végrehajtási Szerződésben. A szakmai tartalmon túl az 1. tevékenység a menedzsment, míg az 5. tevékenység a PR és nyilvánossági költségeket is tartalmazza. 1. tevékenységi kör Adatgyűjtés és kőzettani kiegészítő (micro) vizsgálatok tervezése (CT, vékonycsiszolat), kivitelezése, értelmezése. "Upscale"-ing, eredmények beépítése a földtani modellekbe. Ebbe a tevékenységi körbe lettek besorolva a menedzsment, egyéb adminisztrációs, jogi és ügyviteli költségek. Adatgyűjtés a kiválasztott magyar területekről, geológiai adatbázis készítés és ellenőrzés Adatgyűjtés a kiválasztott norvég területről, geológiai adatbázis készítés és ellenőrzés Térinformatikai adatbázis összeállítás magyar és norvég területekre Irodalomfigyelés Mintagyűjtés és mintakiválasztás mikro vizsgálatokhoz Hagyományos vékonycsiszolat készítés kiválasztott kőzetmintákból Minta előkészítés (fúrómag és plug) alap CT vizsgálatokhoz 3D repedés rendszer szerkezeti elemzése mag léptékben, statisztikai feldolgozás a mag kvalitatív és kvantitatív feldolgozása: textura- és szerkezetleírás, ásványtani összetételbecslés, kőzettani felmérés és heterogenitás, részecske méret és eloszlás, repedés és üreg méret- és irányítottság mérés, kitöltő anyag meghatározás geofizikai szelvények kalibrációja, mag korreláció kőzetrészek kiválasztása további vizsgálatokra a növekvő reprezentativitás érdekében lyukfal szelvényezés orientációjának meghatározása 2. tevékenységi kör Makroadatok (szeizmikus szelvény, légifotó) re-interpretációja a mintaterületeken. Downscaleing". Repedés-szimulációs szoftver fejlesztése. Repedés szimulációs szoftver tesztelés és betanulás Norvég minta terület bejárás és mérés Magyar minta területeken a norvég tapasztalatok alkalmazása Repedés rendszer parametrizációja Kőzet deformáció Porozitás, permeabilitás és REV meghatározás repedés szimulációs szoftver segítségével 3. tevékenységi kör A részterületek adatainak újra értelmezése. Földtani-, fejlődéstörténeti modellek kialakítása. Összehasonlító elemzésük. a) Fluidum-zárvány vizsgálatok, hidro-geokémiai összehasonlító tesztek, áramló folyadékok kémiai és fizikai paramétereinek meghatározása, illetve időbeli változásuk detektálása, fluidum zárvány együttesek (FIA) elkülönítése. A mikrotermometria által szolgáltatott adatok 9

10 kombinálva a kémiai összetétel ismeretével információt adhatnak az ásvány együttesek kialakulásáról és a folyadék áramlás adott időszakában a nyomás és hőmérséklet viszonyairól. A felszín alatti vizek eredetének és mindazon körülmények és folyamatok kutatása melyek szerepet játszhattak a rétegvizek összetételének kialakulásában. b) In-situ jellegű (magas hőmérsékletű és nyomás alatti) hidrodinamikai vizsgálatok CT alatt magkamrában, litológiai és fizikai paraméterek és visszaoldódási profil meghatározása, magas hőmérséklet és magas nyomás alatti 4D-s mérések (3D + idő) szaturáció eloszlás, relatíve permeabilitás meghatározás, fázis profil meghatározás 4. tevékenységi kör Rétegvizsgálatok elemzése, kút és kútkörnyezeti hidrodinamikai és numerikus regionális áramlás modellezés. Hőtranszport szimuláció. Koncepcionális és numerikus áramlási modell létrehozása a rendelkezésre álló és újonnan keletkezett adatok felhasználásával: szerkezeti elemek, réteg felületek szerkesztése, mikro (<mag), mezo (kút), és makro (regionális) adatokból attribútum modell kialakítása, szerkezeti elemek hidrodinamikai paramétereinek meghatározása, peremfeltételek és kezdeti feltételek meghatározása hőtranszport peremfeltételeinek és paramétereinek definiálása modell kalibráció szcenáriók kidolgozása, tesztelése, kapott eredmények értelmezése 5. tevékenységi kör A mintaterületeken szerzett tapasztalatok összefoglalása, algoritmusok kidolgozása-tesztelése. Repedéses áramlási rendszerek modellezésének technológiája. Gazdaságossági elemzés. Nyilvánosság (PR). web lap létrehozás, karbantartás publikáció tudományos folyóiratokban és ismeretterjesztés a sajtóban eredmények ismertetése szakmai fórumokon, konferenciákon és work-shopokon egyéb tudományos tevékenység támogatása (szakdolgozat, Ph.D. disszertáció) 1.4. A költségvetés főbb számai A project az EGT/Norvég finanszírozási mechanizmus pályázaton nyert támogatással valósult meg, melynek teljes összege volt, amelyből felhasználtunk t. A teljes felhasznált összegből vissza nem térítendő támogatást kaptunk, míg t a Centrál Geo Kft. saját erőből, készpénzben biztosított. Tevékenységi körönként tervezett (módosított) és felhasznált összeg (A ténylegesen felhasznált összegek még pénzügyileg vissza nem igazolt, nem végleges értékek): 10

11 Tervezett/ Tényleges/ módosított becsült 1. tev. kör: tev. kör: tev. kör: tev. kör: tev. kör: Elszámolási költség típusonkénti bontásban (tervezett/ tényleges): a) menedzsment: b) munkaerő: c) szolgáltatás: d) beruházás: el. A hozzávetőlegesen eurós megtakarítást a munkabér és beruházás költségeken értük 1.5. Indikátorok A project tervezésekor általános, cél és eredmény indikátorokat határoztunk meg az alábbiak szerint. Az eredmény indikátorokat a tervezetthez képest túlteljesítettük. Általános célkitűzés és teljesítési indikátor (PIP alapján) Kiindulási érték Cél érték Teljesítés Repedésrendszer hidrodinamika jellemzése termálvíz kitermelés és visszasajtolás érdekében kész Cél indikátor (PIP alapján) Kiindulási érték Cél érték Teljesítés Cél indikátor 1: Kivizsgált kutak száma Cél indikátor 2: 3D-s modellek száma Eredmény indikátor (PIP alapján) Kiindulási érték Cél érték Teljesítés Eredmény indikátor 1: Geológiai adatbázisok létrehozása Eredmény indikátor 2: Kivitelezett kőzettani vizsgálatok Eredmény indikátor 3: Szoftver modul fejlesztés

12 Eredmény indikátor 4: Szimulációk száma az újonnan fejlesztett modullal 0 2 >2 Eredmény indikátor 5: CT vizsgálatok száma 0 20 >20 Eredmény indikátor 6: Tudományos publikációk száma

13 2. Szakmai program 2.1. Kutatási koncepció Egy geotermális projekt gazdaságossága több tényezőn múlik, többek között a földtani adottságokon, a technológián, a gazdasági lehetőségeken és a jogi környezeten. A kutatási program koncepciója az első két szempont számbavételére és egy földtani megismerési és kutatási/kitermelés technológiai protokoll kidolgozására irányult. A protokoll használata a gazdasági szakemberek számára lehetőséget biztosít arra, hogy az egyes geotermális prospectek földtani kockázata számszerűsíthető, a tervezett gazdaságossági mutatói összehasonlíthatók legyenek, így a prospectek a várható profitabilitás alapján rangsorolhatók. A földtani környezet ugyan adott, de rendkívül sokféle lehet. A mi kutatásunk egy bizonyos környezet a mélységi, repedezett/karsztos hévíztárolok jobb megismerését tűzte ki célul néhány új vagy újszerű technológia alkalmazásával, ill. beillesztésével a kutatási arzenál fegyvertárába. Gondolunk itt a Szegedi Tudományegyetemen kifejlesztett repedés hálózat előrejelzésére kidolgozott szoftverre (RepSim) vagy földtani hőtörténet modell és paleo-fluidum összetétel meghatározásra fluidum zárványokból. Igen sokat vártunk az orvosi Computer Tomográf (CT) az élettelen (és így a földtani) anyagvizsgálatokban történő alkalmazásától is. Ez a műszer (Kaposvári Egyetem), a hozzá kifejlesztett nagy nyomású mérőkamra (Miskolci Egyetem) és a kidolgozott értelmezési eljárás alkalmas a fluidum mozgás megjelenítésére a kőzetek repedéshálózatában (4D mérési technológia) kvázi in-situ földtani környezetben. A földtani megismerés folyamata különböző léptékekben folyik. Így nemcsak mikro léptékben (kőzettani vékonycsiszolatok és kézi kőzetminták), hanem ún. mezo léptékben pl. a kutató fúrásokban mért különböző elektromos, akusztikus és egyéb lyukgeofizikai szelvények és makro létékben, mint a kutató fúrások között mesterséges gerjesztett nyomásváltozások terjedésének, szeizmikus mérések esetleg légifelvételek eredményeinek értelmezése. Igen fontos elem még a megismerés fegyvertárában a földtani analógiák alkalmazása. Mi a norvég felszíni magmás kőzetek repedezettségének sajátosságait vizsgáltuk, melyek feltehetően hasonlítanak a hasonló korú és kifejlődésű, de m mélységben lévő alföldi aljzat kőzetekére. A különböző léptékben szerzett földtani ismeretek összefűzésére különböző elméleti geológiai és matematikai technikák vannak. Ezek közül némelyek méretarány függetlenek, mint a repedéshálózat struktúrája vagy éppenséggel méretarány függőek, mint a vízáramlás vezetőképesség. 13

14 A kutatási program egyes elemeit és megismerési technikák gyakorlati alkalmazását két hazai, felhagyott repedezett szénhidrogén tárolón (Jánoshalma, Mezősas-Ny) alkalmaztuk. Ezeken a területeken a már meglévő adatokat újraértelmeztük a fentebb felsorolt szempontok szerint, illetve az új vizsgálati technikákat teszteltük, melynek eredményeit, mint bemeneti adatokat alkalmaztuk egy-egy vízáramlás és hőtranszport modellben. A modellek a legkorszerűbb, 3 dimenziós, végeselemes módszert (Feflow) használva, különböző termelési visszasajtolási és kút-telepítési alternatívákat szimulált és tett javaslatot az adott geotermális mező legoptimálisabb hasznosítására. Az azonos értelmezési és vízáram ás hőtranszport modellezési technikának köszönhetően a különböző projektek gazdaságossági szempontból rangsorolhatók, illetve a geológiai kutatási kockázat csökkenthető. Az 2-1. ábra a fúrásos földtani (beleértve a geotermiát) kutatás egyszerűsített folyamatábráját mutatja. Az első lépcső a meglévő földtani információk összegyűjtése. Ezek az információk lehetnek, konkrét és valamilyen megbízhatósággal bíró adatok (pl. magfúrásból származó adatok), analógiák (hasonló földtani kifejlődésű, távolabb fekvő területek adatai) vagy elméleti megfontolások (pl. fejlődéstörténet, nagy tektonikai események). Az adatok vonatkozhatnak közvetlenül a kőzet földtani jellegére (pl. kőzet kora, ásványi összetétele, fluidum minősége, vagy a kőzet/fluidum valamilyen fizikai tulajdonságára (vezetőképesség, természetes gamma sugárzás, ellenállás) stb.). A felszíni alatti adatok, - lévén geotermális mező kutatásról szó - sokkal fontosabbak és megbízhatóbbak, mint a felszíni földtani vagy szeizmikus kutatások adatai. Az adatok és információk a néhány mikronos mérettartománytól (10-6 m) a több kilométeres (10 3 m) mérettartományig terjedhetnek, míg a számunkra a legfontosabb információk a m mérettartományban találhatók. Ha ezeknek az adatok az összegyűjtése, feldolgozása és értelmezése megtörtént, akkor kell dönteni, hogy a földtani kockázat és várható nyereség alapján vállalható-e egy fúrás mélyítése, - mely a kutatás legdrágább eleme, - vagy újabb információszerzési programot (költségelemeiket figyelembe véve) kell összeállítani. Természetes születhet olyan döntés is, hogy a kutatás nem kecsegtet anyagi sikerrel, így a kutatást le kell állítani. Az új fúrásból származó adatokat, be kell építeni a már meglévő földtani modellbe, illetve azt az új adatokkal revideálni kell. Amikor kőzettérfogatról beszélünk beleértjük a pórusokban és repedésekben elhelyezkedő kötött és szabad fluidumokat is. 14

15 meglévı földtani információk adatok és elméletek felszíni és felszín alatti - összegyőjtése - (újra) feldolgozása - értelmezése szükséges földtani információk beszerzésére új kutatási program földtani kockázat kellıen alacsony fúrás indításához földtani kockázat túl magas a fúrás indításához fúrási adatok feldolgozása, értelmezése mezı termlésbe állítása project felhagyása 2-1. ábra Fúrásos földtani kutatás folyamatábrája 2.2. A mintaterületek kiválasztásának szempontjai Az Alföld metamorf képződményekből álló repedezett aljzata és az azt fedő különböző korú üledékes képződmények számos kőzettani és tektonikai esemény együtthatásának eredményeként alakultak ki. A rendkívül összetett fejlődéstörténet miatt a nagy távolságra történő párhuzamosítás lehetősége korlátozott, illetve azt részletes kőzettani, szerkezetföldtani vizsgálatok kell, hogy igazolják. Ennek eredményeként a különböző kőzettípusok térbeli határai, a szerkezetfejlődés fő eseményei összevethetőkké válnak megteremtve adott egy egységen belül a kőzettani felépítés kialakításának lehetőségét. A kőzetváz modell szolgáltatja az alapot a projekt fő vizsgálati területének, a kőzettestet átjáró repedésrendszerek vizsgálatának, fizikai, topológiai jellemzésének majd a rezervoár hidrogeológiai modellezésének. A mintaterületek kiválasztásánál elsődleges szempont volt a feltételezett geotermális potenciál és a hozzáférhető információk mennyisége. A legideálisabbak azok a területek voltak, ahol jelentős mennyiségű olyan mélyfúrásos kutatási eredmény van a korábbi évekből, amely megteremti a lehetőségét a komplex modellek felépítésének. Természetesen fúrásokkal legsűrűbben feltárt területek sem a pótolják a felszíni feltárásokban szerzett tapasztalatokat és mintavételei sűrűséget. 15

16 Ezért a norvég kollégák részvételével norvég felszíni, repedezett magmás és metamorf kőzet kibukkanásokat terveztük mintázni, rajtuk repedezettség vizsgálatokat végezni. Ezeket az adatokat a magyarországi aljzatban található hasonló litológiai felépítésű kőzetek vizsgálati metodikájának kidolgozásához kívánjuk felhasználni. A magyarországi potenciális mintaterületek közül a választás végül Jánoshalma és Mezősas-Ny felhagyott szénhidrogén kutatási területekre, míg Norvégiában Onsoy felszíni bazalt bányájára esett a választás. Mindkét magyarországi vizsgált terület a Tiszai-egység Villányi alegységében fekszik, annak is egy ÉK-DNy irányú zónájában, melyben a medence aljzatát kristályos kőzetek alkotják (2-2. ábra). A variszkuszi hegységképződés során konszolidálódott Tiszai egység az alpi orogenezis során nyerte el többé-kevésbé mai alakját. A kréta-paleogén során a Villányi-alegység ÉK-DNy-i irányítottságával párhuzamosan alakult ki az a takarórendszer, melynek a vizsgált kristályos területek egyik elemét képezik ábra Kutatási területek elhelyezkedése (fekete). A modellezett területek Jánoshalma (sárga) és a Mezősas-Furta (zöld) színnel kiemelve. A metamorfitok fejlődéstörténetének hasonlósága a két terület kőzetei közötti közeli rokonságot sugall, bár a közvetlen összeköttetés megléte nem bizonyított. A miocén extenziós esemény hatására az addigi aljzat erősen feldarabolódott és normálvetők mentén kiemelkedett illetve a mélybe süllyedt. Ez okozza a két terület kapcsolatának bizonytalanságát is, hiszen a Tisza folyó alatt a kristályos medencealjzat méteres mélységben található. 16

17 Bár mindkét terület a környezetéhez képest relatíve kiemelt helyzetben található, ez a jánoshalmai terület esetében a felszín alatti méteres mélységet jelent, a Mezősas-Furta dóm esetében ez a mélység m körül van. A felszíntől való távolság megadja a várható hőmérsékletet is, vagyis a Mezősas-Furta dóm esetében a medencealjzat hőmérséklete és így az onnan kitermelhető geotermális energia mértéke messze meghaladja a Jánoshalma területén várható értéket. Hidrogeológiai értelemben a két terület eltér egymástól. Míg a jánoshalmai terület tengerszint feletti magassága mbf, addig a Tisza másik oldalán fekvő Mezősas-Furta terület magassága csak ~90 mbf. Ennek következménye, hogy a felszínhez közeli lokális és intermedier áramlási rendszereknek a Jánoshalma környékén beáramlási, míg Mezősas-Furta területen kiáramlási rezsimjellege van A kutatási program elemei Többléptékű adatelemzés Mint már említettük, az adatok és információk a csupán néhány köbmikrométeres térfogattól a több köbkilométeres térfogatú kőzettömegre vonatkozhatnak. Különös paradoxon, hogy a fluidum áramlás szempontjából legfontosabb jellemzők pont abban a mérettartományban (centiméteres méteres) mérhetők, ahonnan a legkevesebb információ áll a rendelkezésünkre. Ezt az kőolajkutatásban angolul missing chain -nek, azaz hiányzó láncszemnek hívják (2-3. ábra). Egy adott felszín alatti térfogatról csupán két féle módon szerezhetünk információkat: szeizmikus kutatásból (közvetett) és fúrásból (közvetett és közvetlen). A szeizmikus kutatás (felszíni geofizikai) első közelítésben 2D-s szelvényeket eredményez, melyek megfelelő fedésszám esetén kvázi 3D-s információkká konvertálhatók. A szeizmikus kutatásból származó mérettartomány alsó határa kb. 50 m, ez alatti felbontás egyelőre nem érhető el. Egy új fúrás általában, de egy ismeretlen területre telepítendő új fúrás (new field wildcat) kivitelezése különösen magas anyagi, környezetvédelmi és biztonsági kockázattal jár, így ezek kitűzését rendkívül gondosan készítik elő. A fúrásokból származó közvetlen (furadék, magfúrás, rétegvizsgálatok) és közvetett (lyukgeofizika: a kőzet különböző fizikai tulajdonságait méri) származó információk a legmegbízhatóbbak, de mérettartományuk (jellemző kőzettérfogatuk) általában nem éri el a cm-es nagyságrendet. 17

18 Mikro tartomány vékonycsiszolat fénymikroszkóp főthetı asztallal petrológiai leírás fluidum zárvány repedés szerkezet kızet mag Computer Tomograf repedéseloszlás áramlás teszt Meso tartomány fúrás lyukgeofizika rétegleírás folyadék elırejelzés rétegvizsgálat folyadék meghatározás réteg tulajdonság hiányzó mérettartomány interferencia teszt réteg tulajdonságok Makro tartomány regionális terület szeizmika nagy szerkezet 2D-3D légi fotó nagy szerkezet felszíni vetület 2-3. ábra Mérettartomány, vizsgálati módszer és kapott információk kapcsolata A hiányzó láncszem a két információ szerzési csoport közti mérettartomány, ennek megismeréséhez a regionális (szeizmikus) ismeretek kisebb mérettartományra történő konvertálására azaz downscaling -re illetve a fúrási információ feltranszformálására azaz upscaling -re van szükség. Tovább bonyolítja a helyzetet, hogy egyes tulajdonságok méretarány függetlenek, mint a repedés hálózat struktúrája, míg mások mérettartomány függőek, mint a kőzet permeabilitás. Király (1975) a karszt hálózatok kutatásánál a következő összefüggést találta (2-4. ábra) a mérettartomány és az átlagos hidraulikus vezetőképesség között. A norvégiai terepbejáráson az Onsoyban található felszíni gránit bánya repedés rendszerét tanulmányoztuk. A bányában jól látható (2-5. ábra) a szisztematikus, hierarchizált repedés hálózat és az ehhez kapcsolódó, szintén hierarchizált, de nem minden repedésben zajló áramlás (fracture flow). Az EGS rendszerek tervezésénél és gazdaságos működtetésénél döntő tényező pl. annak előrejelzése, hogy melyik repedésben történik az áramlás, az áramlás paraméterei, illetve az ezt befolyásoló tényezők ismerete. Ezeknek az ismereteknek felhasználásával optimalizálható a vízkivétel és visszatáplálás helyének és ütemének tervezése, a vízveszteség minimalizálása és hőcsere biztosítása hosszú távon fenntartható módon. 18

19 2-4. ábra Mérettartomány és hidraulikus vezetőképesség közötti összefüggés (Király, 1975) ~ 1 meter 2-5. ábra Repedés rendszer és áramlás kapcsolata, Onsoy (Norvégia) 19

20 Kőzettani és fluidum-zárvány vizsgálatok Egy repedezett metamorf kőzettestet rendszerint különböző kőzettípusok alkotnak, melyek bonyolult poszt-metamorf tektonikus folyamatok eredményeként kerülnek egymás mellé. Az Alföld túlnyomórészt variszkuszi korú aljzatának esetében a korábbi vizsgálatok számos helyen igazolták ezt a komplex felépítést, ami minden új kutatási területen indokolttá teszi a kőzettani viszonyok tisztázását. A vékonycsiszolatok körültekintő petrográfiai értelmezése lehetővé teszi a kőzetanyag klasszifikációját, ami alapján felvázolható a különböző litológiai típusok térbeli viszonyrendszere is. A repedezett tárolók kutatásában ennek különös fontosságát az adja, hogy a különböző metamorf kőzetek ásványos összetételük és belső szerkezetük függvényében a tektonikai hatásokra eltérően reagálnak. A töréses zónában lezajló deformáció, ennek megfelelően, a különböző kőzetblokkokban különböző jellegű repedésrendszerek kialakulását teszi lehetővé. Az egykor a repedésekben mozgó fluidumok (általában víz) a kőzettel reakcióba lépve azt vagy oldja (pl. karsztosodás), vagy az oldatból cementáció történik. Szilikátos kőzetek esetében ez utóbbi folyamat a gyakoribb. A repedésekben kiváló cementásványokban ugyanakkor a szállító folyadék apró (néhány mikrométer méretű) cseppjei is csapdázódhatnak, lehetőséget adva a repedezett rezervoárt jellemző paleohidrológiai evolúció rekonstruálására, ennek keretében az egykori fluidumok hőmérséklete, kémiai összetétele számítható, továbbá kijelölhetők a rezervoár kommunikáló, ill. egymással kapcsolatban nem álló részrendszerei is (2-6. ábra). A zárványokban bezárt fluidum vizsgálata a zárvány tartalmának közvetlen vizsgálatával, illetve a fluidum kiszabadítása nélkül, közvetett módszerekkel történhet. A (feltárást követő) közvetlen vizsgálatok révén nagyságrendekkel több és pontosabb információ szerezhető a vizsgált fluidum típusról. A hagyományosan alkalmazott közvetlen analitikai módszerek (pl. GC, GC-MS) ellen szól a több generációs zárványokat tartalmazó ásványfázisok vizsgálatakor a feltárás során bekövetkező fluidum-keveredés. Egyes közvetett eljárások alkalmazásával lehetőség nyílik a kiválasztott zárvány vizsgálatára és a bezárt fluidum kvalitatív/pszeudo-kvalitatív jellemzésére. Az alábbi közvetett analitikai módszereket alkalmazását javasoljuk: Raman-mikrospektroszkópia, UV-fluoreszcensmikrospektroszkópia és 1 H MAS NMR spektroszkópia, mikrotermometria. Az egyes módszerek részletesebb ismertetése a projekt részét képező A Szeghalom-Mezősas- Furta repedezett aljzati tárolórendszer paleofluidum evolúciója - fluidumzárvány-vizsgálatok alapján című tanulmányban olvasható. 20

21 a. HC4 L típusú fluidumzárvány, ami a folyadék és gız fázisokon kívül kétféle szilárd fázist (paraffin, bitumen) tartalmaz (Sz-2 fúrás). b. Egymással párhuzamos növekedési zónák, amelyekben jól megfigyelhetı a kvarc kiválásával egy idıben bekövetkezett, a pórusfluidum összetételében bekövetkezett változás: a korai HC4 L fluidumot a késıi (fiatalabb) zónákban felváltja a HC5 V típusú fluidum (Sz-176 fúrás). c. Ugyanazon növekedési felszín mentén csapdázódott (kogenetikus) szénhidrogén (kondenzátum) és vizes zárványegyüttesek (Sz-180 fúrás) ábra Fluidum zárványok Computer Tomográf (CT) vizsgálatok A röntgen computer tomográf (CT) mérések alkalmazásának - a fúrómagléptékű 3D repedésparaméterezésben és ezek hidrodinamikai tulajdonságainak megismerésében- nincs alternatívája. A mérések CT mérési és értelmezési metodikája a Kaposvári Egyetem Diagnosztikai Intézetében (KEDOI) között elvégzett alap és feltöltéses-szaturációs CT vizsgálati kiértékelésével (Bogner et al., 2003 és Földes et al., 2000 és 2004) valamint a MOL Rt-ben elvégzett számtalan hagyományos kiszorításos vizsgálatával (Kalocsai et al., 2008) és laboratóriumi mérési tapasztalatával lett megalapozva. 21

22 A repedezett kőzetek vizsgálatában is kombinált (alap + feltöltéses esetleg kiszorításos áramlásos CT méréseket kell alkalmazni, hogy az összes fontosabb paramétert meghatározzuk. Korlátot jelent a mérések felbontása amely maximálisan 100 mikron-t nem haladja meg. Ezért egyes paramétereket (pl. repedésvastagság) az adott repedésre eső és a feltöltéses mérésekből számított telítettség-porozitás érték figyelembe vételével lehet számítani, ill. becsülni. Különbözı repedés paraméter értékelések CT mérési adatokból Különbözı repedésparaméter adatok meghatározása CT mérési adatokból a A lyukkörnyezet modellezését elısegítı módszerek összehasonlítása összehasonlítása RétegRétegvizsgálatok b Lyukfal térképezõ módszerek Magmérések Méret: Mikron (x100) 0 c d Fraktál modell CT, CT, Mag TG szkenner cm Hagyományos lyukgeofizika 3D lyukkörnyezeti modellezés m (0.5(0.5-1m) m Anyagvizsgálatok (kõzetfizika stb.) e f CT CT image CTkép kép Repedés Generatedhálózat Fractures Repedéshálózat Compressive pressure as Nyomóterhelés Nyomóterhelésa function of axial deformation tengelyirányú irányú deformáció deformáció tengely Ct kalibrálás Lithology 1 Mérés Lithology 2 Fájl mőveletek Statisztikai értékelés Térképezés és kép értelmezés Minta kiválasztás Magvizsgálatok Feltöltéses Feltöltéses és áramlásos CT vizsgálatok vizsgálat Korreláció a kızetfizikai adatokkal Fúrási adatok a Kvantitatív analízis petrofizikai értelmezéssel 3D modellezés 7.sz. ábra 11.sz. ábra 2-7. ábra A CT mérés szerepe a repedésparaméterezésben és a lyukkörnyezeti modellezésben A CT mérések felhasználása a fúrásos nyersanyagkutatáson belül a fúrómagok vizsgálatában folyamatosan fejlődik. Más laboratóriumi anyagvizsgálati és fúrási információs mérési módszerekkel való kapcsolatát valamint a technológiai sorrend folyamat ábráját a 2-7 ábra mutatja. Az alap CT mérés alkalmazásának nincs alternatívája a teljes fúrómag mintaanyag digitális 3D archiválás, a kőzetfizikai (sűrűség) heterogenitás és így a laboratóriumi anyagvizsgálatok számára kijelölt minták helyének és számának meghatározása tekintetében. A teljes maganyagon kapott különböző eredmények a lyukfaltérképező geofizikai mérésekkel 22

23 (DIPLOG, CBIL, FMI, BHTV stb) elvégzett korrelációs számítások elvégzése után lehetőséget teremtenek a különböző geostatisztikai modellezésekkel a kútkörnyezet leírására: a repedés rendszer paramétereinek vonatkozásában (M Tóth et al., 2010), a szedimentológiai értékelésben (Geiger et al., 2008) és szerkezeti adatok és a horizontális anizotrópia vonatkozásában (Földes et al., 2004). A pályázat keretében a repedezett kőzetek vizsgálatához speciális magtartót az értékeléshez pedig szoftvert fejlesztettünk ki. A szoftverrel a kőzettérfogatból a repedezett térfogatrészeket lehet leválogatni a további adatfeldolgozáshoz. A szoftver működésének folyamat ábráját és egy feldolgozási részletet a mellékelt ábra mutatja (2-8. ábra). A feldolgozó elıkészítı szoftver folyamat ábrája és a feldolgozás egy részlete Elıkészítés CT mérési adatfájlok Vizualizációk Repedezett zóna kijelölése Repedezett térfogat leválogatása Eloszlások készítése Konvertálás ASCII Eredmény adatfájlok 2-8. ábra A feldolgozó előkészítő szoftver folyamat ábrája A speciális magtartó teljes magátmérőn teszi lehetővé a repedéses kőzetek vizsgálatát magas nyomáson és hőmérsékleten. A speciális magtartó (2-9. ábra) leírása az alábbi: 23

24 Általános jellemzők Nyomás: Köpenynyomás: max. 460 bar max. 350 bar Hőmérséklet: max. 150 C Magátmérő: 2 5/8 és 4 Maghossz: Folyadék bemenet: mm tartományban két független bemenet A magbefogó alkalmas kőzetmagok CT berendezésen történő vizsgálatára, vagyis röntgensugár szempontjából átlátszó eszköz. A kőzetmag befogását Hassler gumis magbefogó biztosítja, olyan kialakításban, amely sorozat mérések esetén nem igényli a minden méréshez szükséges befogó cserét. A különböző átmérőjű 2 5/8 és 4 magokhoz az axiális és radiális mérést lehetővé tevő bevezetés és kivezetés biztosított. A Hassler magbefogóhoz önálló, kézi működtetésű köpenynyomás beállító és fenntartó, valamint nyomáskijelző egységet tartozik. A berendezéshez a sorozat mérésekhez szükséges tartalék alkatrészek: Hassler befogó gumi 25/8 és 4 átmérőre, tömítések, nagynyomású csatlakozók ábra A magtartó és részei 24

25 Repedéshálózat szimuláció A repedezett tárolókban a fluidum mozgása a repedésekben zajlik. Bármely áramlási és transzport modellezési feladat megoldása ezért feltételezi a repedésrendszer alapvető hidrodinamikai paramétereinek (porozitás, belső permeabilitás tenzor) ismeretét. Az a jellemző térfogat (REV), amelyre ezek a paraméterek reprezentatívan meghatározzák az adott rezervoárt rendszerint nagyságrendekkel meghaladják a laboratóriumi mérések lehetőségeit. Ezért meghatározásukra szimulált töréshálózatokon alapuló számításokat alkalmazhatunk. A repedéshálózat szimulációja alapvetően az egyedi repedések geometriai (mérhető) tulajdonságain (méreteloszlás, térbeli sűrűség, orientáció, stb.) alapul. A szükséges hidrodinamikai paraméterek meghatározására végül ezen DFN (discrete fracture network) modellek használhatók. A projekt során alkalmazott és fejlesztett modellező szoftver a RepSim fraktál geometriai alapú DFN szimulátor, mely a repedezett porozitást és a permeabilitás tenzort térfogatra számítja ebben az értelemben hibrid modell. A szoftver output adatai szolgáltatják az alkalmazott áramlási és transzport modellező szoftverek input adatait Rétegvizsgálatok és interferencia mérések A pontszerű információkat adó laboratóriumi kőzetfizikai vizsgálatok és a közvetett információkat szolgáltató kútgeofizikai mérések, értelmezések mellett, - vagy azokkal szemben - egyre nagyobb jelentőségük van a tárolót megnyitó kutakban az erre vonatkozó in situ információkat szolgáltató tranziens nyomásvizsgálatoknak; a kútvizsgálatokból meghatározott tárolóparamétereknek. A kúttengelytől számított 1 m-en túl közvetlen információt csak a hidrodinamikai vizsgálatok; a nyomásemelkedési, nyomáscsökkenési, valamint az interferenciamérési eredmények adnak. A kútvizsgálatok szerepét mutatja, hogy a hidrodinamikai vizsgálatokból kapjuk a kutakra, a telepekre vonatkozó azon adatok jelentős részét, amelyek közvetlenül megmérhetők és mérsékelt költségen megismételhetőek, reprodukálhatóak. A geotermikus energiahasznosításba igénybe vett célrétegek hőmérséklete és nyomása a kőolaj és földgázbányászatban általános tapasztaltaknak felel meg, így a hidrodinamikai vizsgálati eszközök és módszerek is a kőolaj és földgázbányászatban alkalmazottak lehetnek, természetesen a geotermikus igények specifikumainak figyelembe vételével. A cirkulációs geotermikus energiatermeléshez szükséges hidrodinamikai vizsgálatokhoz alkalmazott nyomásmérő műszerek, a hidrodinamikai vizsgálatok (nyomásemelkedés/ nyomáscsökkenés mérés, kapacitásvizsgálat, interferenciamérés), a vizsgálatok kiértékelési módszereinek részletes bemutatása a projekthez készült tanulmányban található meg (Gyenese, 25

26 2009). A tanulmány kitér az értékeléshez/értelmezéshez alkalmazott kútvizsgálati szoftverek bemutatására, azok felhasználási lehetőségeire, az olajbányászatban alkalmazott feldolgozásokból nyert réteg/tárolóparaméterek átkonvertálására a vízmérnöki gyakorlatban használatos paraméterekre Távérzékelés A távérzékelésben az információt közvetítő közeget az elektromágneses sugárzások (EM) jelentik, melyek rögzítésével egységes adatrendszert kapunk a Föld (és más égitestek) felszínéről. Az EM sugárzásnak kettős, hullám- és az anyagi jellegéből fakad, hogy a sugárzás energiája fordítottan arányos a hullámhosszal. Tehát, a számunkra fontos, nagy távolságból is fogható hullámok alacsony energiájúak, ezért érzékelésük bonyolult technológiát igényel. A távérzékelésben fontos mennyiségek a hullámhossz és a frekvencia. Ezek alapján spektrumok, hullámhossz tartományok definiálhatók. Az elektromágneses spektrumot a ábrán bemutatott, jelentősebb sávokra lehet felbontani ábra Távérzékelési eszközök spektrális működési tartományáról E táblázatból az is látható, hogy milyen szűk sávban érzékel az emberi sem és ez épp Nap sugárzási energiájának maximum tartományához közeli intervallum. A többi tartomány érzékelésére speciális rögzítő, valamint megjelenítő berendezések szükségesek. Számunkra meghatározó sugárzási források három félék: a Napból, a Föld felszínről származók, valamint mesterségesen (radar) előállítottak. 26

27 Az első- és legjelentősebb hatású felvételek a látható tartományban készültek, és napjaink tematikus kiértékelései során is ezek a legelterjedtebbek. Az infravörös tartományban működő mérőrendszerek kiemelt szerepet kapnak a természeti erőforrások kutatásában. A felszíni képződmények és talajok térképezésére, nyersanyag kutatásra, vegetációs borítottság és minőség stb. megállapítására használják. Külön regisztrálják a visszavert (0,35-2,5 μm) és a termál (3-5 μm és 8-14 μm) infravörös sávokat, mert az anyagi tulajdonságoktól függően a visszavert hullámok spektrumai jelentősen eltérhetnek egymástól. A távérzékelésben és a fotóinterpretációban a geometriai felbontóképesség, avagy a feloldóképesség a képi részletek számát és élességét jelenti és ez a film minőség és a lencserendszer függvénye. E tulajdonság mérőszáma és egysége: az 1mm-en elkülöníthető fekete-fehér vonalpárok száma, azaz 100/mm, annyit jelent, hogy 100 db fekete és fehér vonal különíthető el 1 mm-en. A leggyakoribb kereskedelmi műholdak űrfelvételeinek felbontása: a Landsat felvételek többnyire a 30*30m-es terepi felbontóképességet biztosítanak multispektrális csatornáikon, illetve 15*15m-t fekete-fehérben; a SPOT felvételek esetén a 20*20m illetve 10*10m a multispektrális és pankromatikus terepi felbontóképesség, ez az érték a High Resolution Geometry nevű új berendezéssel 3-m-re csökkenthető; az amerikai IKONOS felbocsátása előrelépést jelentett, a felbontó-képességben, mert világviszonylatban az első olyan kereskedelmi műhold, amely 1 méteres térbeli felbontásával a legjobb minőségű felvételeket készíti, ennél fogva a képekből nyert információk mennyisége jelentősen megnőtt, alkalmazási lehetőségei kitágultak Az alacsonyabb magassági tartományból, légi eszközökkel nyert távérzékelési anyagok nagyobb felbontást tesznek lehetővé, így a légifelvételeken a filmek minőségétől, típusától a repülési magasságtól és a felvevő kamerák műszaki paramétereitől függően apró részletek is azonosíthatókká válnak. A légifényképek és űrfelvételek rögzítése és megjelenítése két alapvető formában történhet: analóg, vagy digitális módon. A klasszikus, hagyományosnak nevezhető forma az analóg képrögzítés. Ekkor az érzékelt elektromágneses sugárzást a megfelelő hullámhossz tartományra érzékenyített film rögzíti. A számítástechnika fejlődése révén kialakult egy merőben új, digitális képrögzítési forma, ahol mátrixba rendezett formában, fotoelektromos érzékelők (Charge-coupled detector CCD) rögzítik az elektromágneses sugárzás intenzitását, majd az elektromos jelet digitális formára, bináris számok halmazává alakítják át. Ezek a jelek nagy távolságokra továbbíthatók, az értékek manipulálhatók 27

28 anélkül, hogy közben a képnek grafikusan meg kellene jelennie. A digitális állomány megjelenítése egy utólagos, elkülönült munkafázis eredményeként, képernyőn, vagy raszteres nyomtatón, esetleg filmírón történhet meg. Az űreszközök zöme ebben az alakban regisztrálja információit, de egyre több légi és földi felvételezési módszer használja a digitális képrögzítési eljárást, mint például a hiperspektrális képalkotó műszerek, a digitális kamerák, fúrómag szkennerek, stb. A légifénykép méretarányának lehetőleg összhangban kell lennie a feldolgozás céljával és módjával. Fotogrammetriai, felújítási munkákhoz a légifényképek 5-6-szoros méretre is felnagyíthatók az információtartalom lényeges romlása nélkül. A tematikus fénykép-interpretációnál azonban a kisebb méretarány-különbség a kedvező, a minél részletesebb és olvashatóbb képtartalom, a belső rajzolatok, a textúra jobb felismerhetősége miatt. A kamera optikai tengelyének a Föld felszínéhez, illetve a vízszintes síkhoz viszonyított helyzete alapján függőleges tengelyű, vagy ferde tengelyű felvételeket különböztethetünk meg. A függőleges, vagy ahhoz közelálló kameratengely a perspektív torzítás kiküszöbölése miatt különleges esetektől eltekintve alapkövetelmény, mivel csak ezek a felvételek alkalmasak georeferálásra. A légifelvételek leggyakoribb felhasználási területei : Különböző méretarányú topográfiai, kataszteri illetve tematikus térképek készítése, meglévő térképek aktualizálása. Adott terület, egy konkrét időpontban meglévő felszín fedettségi állapotának rögzítése (belvízállapot, aszálykár, felszíni szennyezőforrások, felszíni vízszennyezések stb.). területrendezés, telekgazdálkodás, földtan, környezetvédelem, természet- és tájvédelem, terület-, és földhasznosítási elemzések, a talajok állapota, mezőgazdasági szerkezet-átalakítás, valamint alapállapot-felmérések és azok időbeli ismétlésével végzett különböző monitoringok. A felszínen található képződmények fotogeológiai kiértékelése jelentősen megnövelte a térképezés pontosságát és gyorsaságát. Ez a hatékonyság növekedés három fő tényező egymásra hatásán nyugszik. A csupán terepi bejárásokkal végzett térképezés a nagy kiterjedésű negyedidőszaki, laza üledéktakarót csak felületesen, összevontan tudta kezelni, és emiatt inkább csak zavaró, az alatta elhelyezkedő, fontos képződményeket elfedő rétegnek tekintették A légifényképes interpretációval ez a felső üledéktakaró jól térképezhetővé vált. Kielégítve egyben az egyre növekvő fontosságú alkalmazott földtani kutatások (agrogeológia, műszaki- és környezetföldtan) földtani 28

29 alapadat igényét. Ha a légifelvételezés során sztereo szemlélést lehetővé tevő (legalább 60 %-os átfedésű) fotósorok készülnek, akkor a térhatású képeken a szelektív mállás, a vízháztartási viszonyok, a litológia, a tőle nagyban függő talaj és növényzet, földhasznosítás és morfológia együttesen vizsgálhatók. És végül a közel függőleges kamera tengely a térképhez hasonló megjelenést ad a felvételeknek, számos információ közvetlen leolvasását lehetővé téve a földtudományokban feltételezhetően eleve jó térképolvasási képességekkel bíró kiértékelőnek (Síkhegyi et al., 2001) Víz és hőtranszport modellezés A numerikus szimulációnál a gyakorlatban általánosan elfogadott modellezési folyamatot követtük (2-11. ábra): 1. A valóság megismerése a lehető legteljesebb mértékben: adatgyűjtés, információ rendszerezés, feldolgozás, hibaszűrés. A fenti vizsgálatok és mérések eredményei a modell input adatait szolgáltatják. 2. A valódi rendszer megismerésének összefoglalása, koncepcionális modell (hipotézis) felállítása: geológiai szerkezet, morfológia, kutatási terület lehatárolás, attribútum mezők (szivárgási tényező mező, beszivárgási térkép, hőáramlás, stb.) meghatározása. 3. A koncepcionális modell áttranszformálása numerikus modellé. Ez a fázis egyrészt a koncepcionális modell bizonyos fokú egyszerűsítését, másrészt a numerikus modellezés technikájából kifolyólag hipotetikus adatok bevitelét igényli. A modell szimulációjával mintegy ezen adatok realitását és következményeit teszteljük. 4. A numerikus szimuláció eredményeinek visszacsatolása a valódi rendszerbe, eredmények ellenőrzése, elfogadása vagy elvetése az adott probléma tükrében. Javaslatok a koncepcionális modell módosítására, új hipotézisek felállítása. Eredmények elemzése, numerikus és grafikus reprezentációja. A modellezéshez a repedéshálózat és bonyolult földtani környezet leírására alkalmasabb végeselemes diszkrétizációt használó szoftverek közül a legelterjedtebb FEFLOW-t választottuk. A FEFLOW (Finite Element subsurface FLOW system) számítógépes szoftver, olyan interaktív, grafikus alapú modellező rendszer, amellyel két- és háromdimenzióban lehet megjeleníteni a felszín alatti víz áramlását. Az eredmények bemutathatók felületi vagy keresztmetszeti (horizontális, vertikális vagy tengelyszimmetrikus) képként is. 29

30 2-11. ábra A modellezési folyamat lépései és kapcsolatai Olyan hatékony szimulációs eszközt képvisel a program, amellyel könnyen megvalósíthatóak az alábbi célok: - a felszín alatti vízben előforduló szennyező anyagok tér- és időbeli eloszlásának leírása; - hőtranszport szimulációja; - víztartókban előforduló szennyező anyagok jelenlétének és szállítási idejének becslése; - kárelhárítási tervek készítése; 30

31 - a tervezés során felmerülő különböző lehetőségek szemléltetésének és a hatékony megfigyelőrendszer kiépítésének elősegítése. A FEFLOW teljes két- és háromdimenziós, végeselemű módszert alkalmaz azon parciális differenciál egyenletek megoldására, amelyek leírják az alábbi egymással kölcsönösen összefüggő folyamatokat: - felszín alatti vízáramlás dinamikája, amely függhet a folyadék sűrűségétől is; - szennyezések konvektív és konduktív transzport folyamata, amelyre hatással lehet az adszorpció; - hidrodinamikai diszperzió és elsőrendű kémiai reakció; - felszín alatti transzport folyamatok, amelyek lehetnek mind a szennyező anyagok mind a hőmérséklet különbség hatására kialakuló sűrűségváltozással kapcsolatos jelenségek (termohalin / hőáramlás). (A hő- és sűrűségváltozással kialakuló áramlások modellezése külön modulban van.) A kiindulási és határfeltételek meghatározása viszonylag általános lehet, így különböző típusú, tetszés szerinti geometriájú modell is megadható. Ennek megfelelően, kevert feltételek kezelését (például a felszíni víz kölcsönhatásai vagy termelő és besajtoló kút működése), valamint sűrűségáram határfelületek kezelését is megengedi a program a kiindulási egyenletek alternatív alkalmazásával (transzport egyenletek divergenciája). A tranziens problémák megoldásához beépítettek első és másodrendű időléptetési sémákat is a szimulátorba. Két fő alternatíva létezik: az egyiknél rögzített (előre meghatározott) időlépcsőkkel teljesen implicit, vagy magasabb rendű Crank-Nicholson időintegráció séma kerül végrehajtásra; a másiknál pedig egy jósló-javító (predictor-corrector) időléptetési módszert alkalmaz a FEFLOW, amely lehetővé teszi a tranziens megoldási folyamat teljesen automatikus ellenőrzését és gyors lefuttatását. A FEFLOW többféle háromdimenziós grafikus eszközt is tartalmaz a négydimenziós tér-idő modell adatok vizuális vizsgálatára. Ezek a következők: viziometrikus háromdimenziós működés, térfogati és felszíni megjelenítés, tengely körüli forgatás (rotáció), áthelyezés (transzláció), árnyékolás, három-dimenziós kurzor, tetszőleges metszetek, határok megjelenítése, izofelületek megrajzolása, térkép beillesztés, terjedési útvonalak meg-jelenítése, áramlási vektor minták választása és izokrónok kijelölése. A szimulált folyamatok természetétől és a víztároló közeg heterogeneitásától függően a modellező szabadon választhatja meg az egyenletrendszerek megoldásmódszerét, tekintve, hogy a program többféle iterációs vagy direkt megoldásmódszert javasol. A megoldási módszer 31

32 kiválasztásánál természetesen a folyamatokat leíró egyenletek, a víztároló közeg geológiai szerkezetének és a megoldandó egyenletrendszerek numerikus tulajdonságainak ismerete nagy szerepet játszik. Az adatbevitelt, az eredmények értelmezését és reprezentációját nagyban megkönnyíti a szoftver közvetlen kapcsolata az Arcview/ArcInfo típusú térinformatikai adatbázis felé, de kommunikál egyéb szoftverekkel is különböző, széles körben elterjedt file típusokon keresztül (DXF, TIFF, ASCII). Lehetőség van raszter képek georeferenciájára, rektifikációjára és feltöltésére egy önállóan is használható segédprogram alkalmazásával (FEMAP). Az eredmények grafikus ábrázolása, dokumentálása egy saját reprezentációs program (FEPLOT) segítségével is lehetséges. 32

33 3. Kutatási módszerek alkalmazása a mintaterületeken A kiválasztott kutatási területek feldolgozását a 2-1. ábra szerint adat- és információ-gyűjtéssel, rendszerezéssel és újrafeldolgozással és értelmezéssel kezdtük. Az adatokat EOV koordináta rendszerű térinformatikai adatbázisba rendeztük. A térinformatikai adatbázis az az alap, ahová a különböző típusú információkat fel lehet tenni, a tér egy területéhez, vagy adott pontjához vagy ponthalmazához rendelni. A vízáramlás és hőtranszport modellezés input adatai és eredményei is kezelhető és megjeleníthetők a rendszerben: pontszerű adatok: kutak és a kutakhoz tartozó földtani, műszaki adatok vonal: folyók, utak, szeizmikus vonalak poligon: területek georeferált raster képek: különböző földtani térképek, légifelvételek A fentiekben ismertetett elemeken (2.3. fejezet) kívül természetesen vannak még további hagyományos eszközök melyekkel a kutatási program során nem foglalkoztunk, mivel ezekhez a projekt keretén beül újítások vagy fejlesztések nem kapcsolódtak (paleontológia, lyukgeofizika, szeizmika, stb). Ezeket a geotermális kutatási protokollba súlyuknak megfelelően beépítettük Jánoshalma kutatási terület Előzetes földtani és hidrogeológiai ismeretek A vizsgált terület a Duna-Tisza közének déli részén, Jánoshalmától ÉK-re, Kéleshalom község közelében terül el. Az 1940-es és 50-es években végzett mágneses, gravitációs és szeizmikus mérések kimutatták, hogy a területen a medencealjzat kiemelt helyzetben, a felszín alatt méteres mélységben található. Ennek megkutatására már az 1960-as évek elején mélyítettek szénhidrogénkutató fúrásokat (Jh-1 Jh-8 jelű fúrások), ám ezeket a karotázs-szelvényezés alapján meddőnek nyilvánították. A terület akkor került újra a szénhidrogén-ipar érdeklődési körébe, amikor az OFKFV (Országos Földtani Kutató és Fúró Vállalat) a területen mélyített vízkutató fúrása gázkitörést idézett elő. Részletes szeizmikus feltérképezés után 1982 és 1983 folyamán Jánoshalma-Új néven 10 felderítő és további 9 lehatároló fúrás mélyült (Jh-Ú-1 Jh-Ú-19). A kutak ipari mennyiségű földgáz és kőolaj vagyont tártak fel a kristályos aljzat felső repedezett rétegeiből, illetve az alaphegységre közvetlenül települő törmelékes rétegekből (Kőrössy, 1992). A fúrómagokat Balázs et al. (1986) dolgozták fel. Az aljzatból származó magokban a leggyakrabban előforduló kőzettípusként muszkovit- 33

34 gneiszet határoztak meg, emellett egyéb gneisz típusokat és különböző migmatít változatokat azonosítottak. Zachar (2008) a fúrómagok részletes petrográfiai elemzésével együtt kidolgozta a terület kőzetváz modelljét is. Eszerint a Jánoshalmai dómot felépítő kőzet legnagyobb része ortogneisz, amelyben ismeretlen kiterjedésű, amfibolit és eklogit összetételű xenolit testek fordulnak elő. A xenolitként meghatározott testek elszórt megjelenése, az, hogy nem csoportosíthatók valamiféle szisztematikus elrendezésbe, azt a benyomást kelti, hogy ezek egymástól független testek, amelyek Zachar (2008) szerint nem alkotnak összefüggő struktúrát. A kiemelt helyzetből adódóan az aljzatot a hát területén hiányos és csökkent vastagságú üledékösszlet takarja. Közvetlenül a kristályos aljzatra települten alsó pannóniai agyag található, ami a hát kimélyülő részein alsó pannóniai breccsával, majd miocén homokos rétegekkel fogazódik össze. Utóbbiak nagy porozitású tároló, míg előbbi kis porozitású vízzáró rétegként viselkedik. Az Alföld egyes területein nagy vastagságban nyomozható, és tárolóként is megjelenő Szolnoki Formáció turbidites rétegei az ebben az időszakban szigetet alkotó hát területére nem jutottak el. Az alsó pannóniai agyagra közvetlenül a felső pannóniai Zagyvai Formáció fluviális és tavi eredetű homok, homokkő, agyag, agyagmárga és aleurit rétegei következnek. A rétegsort kvarter eolikus és folyóvízi üledékek zárják (3-1. ábra) ábra Geológiai szelvény a Jánoshalma háton keresztül 34

35 Hidrogeológiai szempontból a terület lokálisan beáramlási rezsim-jelleget mutat. Ezt trícium izotópos leszivárgás vizsgálatok (Deák, 2006) és modellezési eredmények (Mádlné Szőnyi J. et al., 2005) is alátámasztják. A területen beszivárgó vizek K-i és Ny-i irányba eltérülve a Duna és a Tisza vonalában lépnek újra a felszínre. Ez a lokális, topográfiai szintkülönbségekből adódó nyomáskülönbség hajtotta áramlási rendszer egy mélyebb, kompresszió által hajtott, a területen kiáramlási rezsimjelleget mutató regionális áramlási rendszerre települ rá, melynek felfelé törekvő vizeit K-i és Ny-i irányba téríti el, amelyek így a lokális rendszer kevésbé sós vizeivel keveredve szintén a Duna és a Tisza vonalában jutnak a felszínre (Tóth és Almási, 2001; Almási, 2001; Mádlné Szőnyi et al., 2005; Mádlné Szőnyi és Tóth, 2009). A két áramlási rendszert az Endrődi Márga és az Algyői Formáció rossz vízvezető képességű rétegei határolják el egymástól, köztük a kapcsolat csak homokosabb lencséken és viszonylag jó vízvezető képességű vetőkön keresztül valósul meg Kőzettani vizsgálatok A kőzettani vizsgálatok megerősítették Zachar (2008) eredményeit, miszerint a területet alapvetően egyféle kőzettípus, ortogneisz építi fel. Erre utalnak azok a szöveti bélyegek, melyek alapján ez, az egykori intruzív magmás kőzetből (főleg gránitból) metamorf átkristályosodás útján kialakuló kőzettípus azonosítható, s megkülönböztethető más gneisz típusoktól. Az üledékes protolitokból (pl. homokkő) kialakuló paragneiszekkel ellentétben a vizsgált mintákban poligonális kvarc-földpát szemcsehalmazok ismerhetők fel, az akcesszórikus fázisok (pl. a cirkon) idiomorfak, azaz nem szenvedtek szállítást. Végül, a mintákban gyakori a mirmekites földpátok előfordulása, mely magmás intruzív relikt szövetként értelmezhető. Az a tény, hogy a mintákban muszkovit jelenlétében sem azonosíthatók Al-tartalmú metamorf index ásványok (pl. szillimanit) valószínűtlenné teszik a korábbi magyarázatot (Balázs, 1986), mely szerint a minták egy része migmatit, s így maximális metamorf fokon lejátszódott parciális olvadással keletkezett volna. Így vizsgálataink nem támasztják alá a sokszínű, számos kőzettípust tartalmazó Jánoshalma metamorf hát modelljét, hanem azt Zachar (2008) véleményével egyetértve azt egységes ortogneisz tömegként értelmezzük, melyben az egzotikus kőzetek (amfibolit, eklogit) az egykori gránit xenolitjaiként kerülhettek. Jánoshalmán a fluidumzárvány vizsgálatnak nincs értékelhető eredmény, mert a kis mennyiségű, és főleg kalcit anyagú repedéskitöltésekben nem találtak mikrotermometriai mérésre megfelelő méretű fluidumzárványt. 35

36 CT mérés Kizárólag ortogneiszeken történt 18 db minta CT mérése amelyből 13 db repedezett és 5 db vegyes típusú volt. A típusbesorolás leírása a fejezetben található. A fraktál dimenzió átlag alacsony volt amely nem kedvező eredmény a kommunikáló nagy hálózatok kialakulása szempontjából. A tipikus repedéshossz sűrűség eloszlásokat mutatja a mellékelt 3-2. ábra. Tipikus minták fraktál dimenzió értékeinek összehasonlítása CT 3D metszetkép Repedésháló Hossz-sőrőség eloszlás Fraktal dimenzió érték 3-2. ábra Jánoshalmai tipikus magok fraktál dimenziói 36

37 Repedés szimuláció Repedezettség modellezés céljából a fenti kőzettani értelmezéssel összhangban kizárólag ortogneisz mintákat választottunk; az amfibolit és az eklogit repedezettségét elegendő minta hiányában nem tudtuk vizsgálni. Mindazonáltal megállapítjuk, hogy más területeken az amfibolitok rendszerint az alföldi gneiszekénél nagyságrenddel jobb repedezettséggel, s hozzá kapcsolódó hidrodinamikai paraméterekkel jellemezhetők (M. Tóth et al., 2004). Összesen 10 darab, természetes repedezettségű ortogneisz magminta digitális fényképének PIA (Petrographic Image Analysis) feldolgozása alapján 237 egyedi mikrotörés adatait értelmeztük. A törések 2D metszeteinek hosszúság eloszlása az elméletileg elvárható hatványfüggvény eloszlást követi, E = - 2,3 mellett. Azaz a vizsgált mérettartományban s a törésmintázatok fraktál tulajdonsága miatt a nagyobb mérettartományokban is a viszonylag rövid repedések dominálnak a hosszabb törésekkel szemben, ami a kommunikáló töréshálózat kialakulása ellen hat (M. Tóth, Vass, 2011). A törések térbeli sűrűségét a törés középpontok fraktál dimenziójával jellemezhetjük. Mivel a vizsgált minták rendszerint rendkívül kis számú (<20) egyedi mikrotörést tartalmaztak, a vonatkozó box counting elemzés mindössze három mintán volt elvégezhető. Ezekre D = 1,28 1,32 között alakult. A Jánoshalma ortogneisz mintákon meghatározott törésgeometriai paraméterek alátámasztják azon a korábbi vizsgálatok eredményeit, melyek szerint ezt a kőzettípust kis számú, minden skálán rövid egyedi repedések alkotják ezt megerősíti a CT vizsgálatok eredménye is. (lsd fejezet) A fenti paraméterekkel futtatott RepSim modellek szerint a törések <5%-a alkot kommunikáló hálózatot Rétegvizsgálatok Bemutató rétegvizsgálati mérés elemzésre a jánoshalami területen a JHU-13 kútban került sor (Gyenese, 2009). Vizsgálat időpontja: Kútadatok: Vizsgált szakasz: m Lyuk Ø: 6 Talp: 615 m Bcső Ø: 7 Saru: m Tömítő helye: 602 m Beépített szerszám Ø: 31/2 MFE Beépített teszter hossza: m Regisztráló műszer beépítési mélysége: 604 m Mérés helye: 604 m Tömítő alatti kúttérfogat: 0.25 m 3 37

38 Kútban lévő folyadékra vonatkozó adatok: Kútban lévő folyadék típusa: gipszbázisú iszap Sűrűsége: 1240 kg/m 3 Folyadákpárna neme: víz, magassága: 18 m Beépítés előtti öblítés vége: , üteme: 48 m 3 /h Nyomásadatok: Regisztrátum szakaszai Jel p w (MPa) - tól - ig Kezdeti hidrosztatikus nyomás A Kezdeti zárt nyomás B Termelés I. C C Zárás I. B Termeltetés II. C 2 C 3 Zárás II. B 1 Termeltetés III. C 4 D Végső zárási nyomás E Végső hidrosztatikus nyomás F Alkalmazott depresszió A C A lyukban mért nyomás regisztrátum a 3-3. ábrán látható. Beáramlott közeg: sós rétegvíz, min. égh. gáznyom.; mennyisége: 2.2 m 3 /4 h Megjegyzés: a nívó 60 m ben volt. JHU - 13 sz. kút Nyomások alakulása a vizsgálat alatt A F 7 6 p w (MPa) 5 C 1 E C t (h) 3-3. ábra JHU-13 nyomás regisztrátum 38

39 Nyomásemelkedési adatsor: Δt ws (h) p ws (MPa) A nyomásemelkedési adatsor azt mutatja, hogy a nyomás pillanatszerűen beállt a záráskor. A 3-3. ábrán láthatóan a beáramlási szakasz (C C 1 ) alatt a talpnyomás MPa értékről 3.46 h alatt felemelkedett MPa értékre. Ez az érték a záráskor mért értéktől (5.416 MPa) csak MPa val tér el, ami akkor következik be, ha a szelepnyitás után intenzív folyadék-beáramlást kapunk, és a talpnyomás a zárás pillanatára már megközelíti vagy eléri a telepnyomás értékét. Ilyen esetben a beáramlási szakasz (C C 1 ) alapján számítjuk a réteg és kútkiképzési paramétereket. A beáramlási szakasz alatt mért adatsort típusgörbe illesztéssel Slug Test -ként dolgozták fel PanSystem szoftverrel. A feldolgozáshoz felhasznált működő effektív rétegvastagság (h eff ) = 20 m és porozitás (Φ) = 0.01 volt. A fluidum paramétereket a 604 m-ben mért maximális zárt nyomás (5.416 MPa) és hőmérséklet (50 o C) értéken, a karotázs adatok (Ф, S w ), valamint a beáramlott víz sótartalmának ( ppm) felhasználásával a szoftverrel generálták. A feldolgozáshoz a kúttárolási együtthatót C (m 3 /MPa) az alábbi összefüggéssel számították mivel a kúttároló hatás a kútban lévő folyadékoszlop szint változásának az eredménye: 6 Aw C= g ρ 10, ahol A w (m 2 ) a kút azon keresztmetszete, ahol a folyadéknívó emelkedés bekövetkezik ρ (kg/m 3 ) a kútban lévő folyadék sűrűsége g (m/s 2 ) nehézségi gyorsulás A feldolgozáshoz alkalmazott tárolómodell: rétegmodell típus: radiális homogén réteghatár típus: végtelen kiterjedés A feldolgozásból nyert réteg és kútkiképzési paraméterek: a réteg effektív áteresztőképessége: k w h = μm 2 m k w = μm 2 szkinhatás: s =

40 Vízáram- és hőtranszport modellezés Az alábbiakban a modellezés részleteire (szerkezeti felépítés, peremfeltételek, input adatokkal történő feltöltés, szkenárió, stb.) nem térünk ki, ezek a projecthez készült tanulmányban (Bartucz, 2010; Kun et al., 2010) részletesen ismertetésre kerültek csak a főbb eredményeit ismertetjük. A fúrási adatok tanúsága szerint a jánoshalmai kristályos hát fő kőzettípusa az ortogneisz, de amfibolit is megjelenik 3 fúrásban. Az amfibolitok térbeli kapcsolataira vonatkozóan a fúrások között nincsen információ, bármilyen geometria elképzelhető. Zachar (2008) szerint az amfibolitok, xenolit lencsék, elszórtan helyezkednek el az ortogneisz tömbben, nem alkotnak összefüggő testet. Az amfibolitban összefüggő és jó hidraulikai paraméterekkel jellemezhető repedéshálózat alakulhat ki, szemben az ortogneisszel, amiben ez a mintázat nem jellemző. A jól vezető amfibolit testek feltételezett geometriájának (1. eset: összefüggő-nagyméretű és 2. eset. elszórt-kisméretű) megfelelően két változatot modelleztek permanens és tranziens esetben egyaránt. A geometria változatok első esetében öt lehetséges kútpárt illesztettek a modellbe. Ezek elhelyezkedését, hozamát és mélységét szemlélteti a 3-4. ábra ábra Jánoshalma, első fázis - Kútpárok elhelyezkedése és főbb tulajdonságai (kék: repedezett amfibolit; zöld: kevésbé repedezett ortogneisz) 40

41 A kutak minden esetben valamilyen repedéshez vagy repedezett területhez kapcsolódnak, és a termelő kutak lehetőség szerint az adott területen a legmelegebb termálvizet csapolják meg. Mind a termelő, mind a besajtoló kutak az 5. modell-rétegben termelnek, illetve sajtolnak vissza. Ez a réteg olyan mélységben helyezkedik el, ami a kútadatokból még ismert, (tehát a modellezett permeabilitás és porozitás értékek valós adatokra támaszkodhatnak), és ezek közül a rétegek közül a legmélyebben fekvő, emiatt a legmelegebb vizet adó is egyben. A termelő és a besajtoló kutak távolsága minden kútpár esetében kevesebb, mint 1 km. A szimuláció során a kútpárok működésének hosszú távon kialakuló, egyensúlyi hatását, illetve az 50 évnyi folyamatos működés következtében kialakuló tranziens hatását is vizsgálták. A kiemelt kristályos tömböt körülvevő alsó pannóniai és miocén breccsa rétegek a modellben összefüggő, nagy kiterjedésű jó hidraulikus tulajdonságokkal rendelkező réteget alkotnak, hidrodinamikai szempontból hasonlóak az amfibolit tömbökhöz, emiatt az ilyen területekhez is kapcsolódó kútpárok viselkedése inkább a miocén rétegek tulajdonságait tükrözi. A hozam megváltoztatása természetesen a leszívás és a hőmérséklet-változás mértékét is erősen befolyásolta. A második geometriai változatban 7 lehetséges kútpárt modelleztek (3-5. ábra). A kutak elhelyezésének kritériumai hasonlóak voltak az első esethez, kivéve, hogy az első eset eredményeit figyelembe véve kevesebb kút került a modellezett repedésekre. Az amfibolit testek méretében történt változás jelentős eltéréseket okozott az első eset eredményeihez képest. Az egyes, önmagukban zárt hidraulikai rendszert alkotó lencsék ebben az esetben kicsik ahhoz, hogy akár a lecsökkentett hozamú kutakat fenntartható módon táplálják. Ezen felül kicsik ahhoz is, hogy a hozam növelése érdekében azonos lencsébe visszasajtolt elhasznált hideg víz ne okozzon jelentős lehűlést a termelő kútban rövid időn belül. Az 5-ös kútpár termelő kútjában megfigyelhető az a jelenség, amikor a termelés hatására a termelő kút hőmérséklete nő, mivel működése következtében olyan vízkészletet kezd megcsapolni, melynek hőmérséklete magasabb a kiindulási hőmérsékletnél. Elmondható, hogy a repedezett, környezeténél magasabb szivárgási tényezővel rendelkező amfibolit testek jelenléte csökkenti a leszívás mértékét, méghozzá minél nagyobb a test, annál jobban. A 2. eset 1 km-nél kisebb kiterjedésű amfibolit lencséi nem elég nagyok, hogy 50 éven át gazdaságosan kitermelhető termálvizet szolgáltassanak, míg az 1. esetben modellezett nagyobb, több kilométeres amfibolit test esetén ez a szimuláció eredményét tekintve lehetséges. 41

42 3-5. ábra Jánoshalma, második fázis - Kútpárok elhelyezkedése és főbb tulajdonságai (kék: repedezett amfibolit; zöld: kevésbé repedezett ortogneisz) 3.2. Mezősas-Ny kutatási terület Előzetes földtani ismeretek A Pannon-medence paleozoós-mezozoós aljzata kristályos blokkok és üledékes takarók, bizonyos tekintetben egymástól független mozaikjának tekinthető. A kristályos blokkok egyik legintenzívebben megkutatott része a Szeghalom és Mezősas-Furta hátrendszer. A Mezősas Furta hátság ill. dóm a Békési medence északi szélen helyezkedik el (2-2. ábra). A mélyfúrások maganyaga alapján e blokkok közepes- és nagyfokú polimetamorf kőzetekből épülnek fel, és döntően a variszkuszi orogenezis hatásait tükrözik. Szerkezetileg és litológiailag a dóm központi/déli és északi doménekre osztható (M. Tóth et al., 2000). A Posgay, Szentgyörgyi (1990), Albu, Pápa (1992) és Lőrincz (1996) szeizmikus adatokon alapuló munkái alapján a domének határát egy alsó-miocén korú, jobbos oldalelmozdulási zóna alkotja. Délen, a legmélyebb szerkezeti helyzetben eklogit reliktumokat tartalmazó amfibolit jelenik meg (M. Tóth, 1995, 1997), amit felfelé 42