DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS FÖLD ALATTI BÁNYAÜZEM RADIOLÓGIAI VIZSGÁLATA A MANGÁN KFT PÉLDÁJÁN. Vigh Tamás. Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskola

Átírás

1 DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS FÖLD ALATTI BÁNYAÜZEM RADIOLÓGIAI VIZSGÁLATA A MANGÁN KFT PÉLDÁJÁN Vigh Tamás Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskola Témavezető Dr. Kovács Tibor egyetemi docens Készült: Pannon Egyetem Radiokémiai és Radioökológiai Intézet Veszprém 2011

2 2

3 Föld alatti üregrendszer radiológiai vizsgálata a Mangán Kft bányaüzemének példáján Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta: Vigh Tamás Készült a Pannon Egyetem Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskolája keretében Témavezető: Dr. Kovács Tibor Elfogadásra javaslom (igen / nem) (aláírás) A jelölt a doktori szigorlaton %-ot ért el, Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: Bíráló neve:. igen / nem.. (aláírás) Bíráló neve:. igen / nem.. (aláírás) Bíráló neve:. igen / nem.. (aláírás) A jelölt az értekezés nyilvános vitáján.%-ot ért el. Veszprém,. a Bíráló Bizottság elnöke A doktori (PhD) oklevél minősítése. az EDT elnöke 3

4 Tartalomjegyzék Kivonat... 6 Abstract... 7 Abriss... 8 BEVEZETÉS-CÉLKITŰZÉS IRODALMI RÉSZ A komplex radiológiai felmérés és a földalatti bányászat viszonya A FÖLDTANI IRODALOM ÁTTEKINTÉSE A mangánérc nevezéktana Nemzetközi kitekintés Az Úrkúti Mangánérc Formáció (ÚMF) képződése Az ÚMF kőzettani felépítése és ásványos összetétele Radioizotópok üledékes környezetben, az ÚMF geokémiai és radiológiai jellemzése Nyomelem- és ritkaföldfém-vizsgálatok Természetes radioizotópok előfordulása az ÚMF kőzeteiben A magasfedő üledékvizsgálatainak irodalmi adatai A mangános agyag archív vizsgálati adatai A LEVEGŐ MOZGÁSA A BÁNYÁBAN Az áthúzó légáram felosztása, jellemzői Különszellőztetett bányatérségek A radon kijutása a bányalevegőbe A VÍZFÖLDTANI VISZONYOK Archív hidrogeológiai adatok A vizsgált terület vízföldtani egységei A földkérgi természetes radionuklidok viselkedése víztározó kőzetben RADIOLÓGIAI MÉRÉSEK Dózisfogalmak Sugárvédelmi szabályozás munkahelyeken Korábbi vizsgálatok eredményei KÍSÉRLETI RÉSZ FÖLDTANI VIZSGÁLATOK MINTAVÉTELEZÉSI FELADATAI A vizsgált terület bemutatása: feltáró rendszer, bányaművelés Kőzetminták gyűjtése és vizsgálata A mangános agyag mintavételezése és vizsgálata VÍZFÖLDTANI VIZSGÁLATOK

5 A vizsgált terület vízföldtani viszonyai A vízkezelés bányaműszaki háttere Kőzet és víz fázisok kölcsönhatásai a vizsgált területen A VIZSGÁLT BÁNYAÜZEM SZELLŐZTETÉSI RENDSZERE ALKALMAZOTT MÉRÉSI ÉS SZÁMÍTÁSI MÓDSZEREK, ESZKÖZÖK Légtéri radonkoncentráció mérése Az alkalmazott mérőeszközök kalibrációja és megbízhatósága A munkavállalókra ható éves effektív dózis számításának módszerei Gamma-spektrometriai mérések HPGe detektorral Kiegészítő vizsgálatok MÉRÉSI EREDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK Földtani képződmények radiológiai vizsgálata Bányavizek vizsgálati eredményei A bányalevegőben végzett radonmérések eredményei RADON ÉS LEÁNYELEMEITŐL SZÁRMAZÓ SUGÁRTERHELÉS BECSLÉSE A RADON FORRÁSÁNAK KUTATÁSÁRA IRÁNYULÓ KOMPLEX VIZSGÁLATOK Az ABF és az ÚMF képződmények közötti radiokémiai kommunikáció lehetőségének vizsgálata A mangános agyag ásványtani, kémiai és radiokémiai jellemzése A bányalevegő fizikai paramétereinek hatása a radon-koncentrációra A bányalevegő radontartalmának összevetése a talajok pórusterében kialakuló radonkoncentrációval ÖSSZEFOGLALÁS A kutatómunka folytatásának lehetséges irányai TÉZISEK THESES Irodalomjegyzék Köszönetnyilvánítás

6 Kivonat A szerző doktori munkája során egy földalatti bányaüzem, a Mangán Kft úrkúti bányaüzemének komplex radiológiai felmérését tűzte ki célul, ami a kőzet-bányavízbányalevegő közegek vizsgálatát, a kialakuló radonkoncentrációk forráskutatását és a munkavállalókra ható sugárterhelés becslésének további finomítását jelenti. A munka irodalmi része áttekinti a több évtizedre visszanyúló mangánérc-kutatás legfontosabb eredményeit, beleértve az Úrkúti Mangánérc Formáció keletkezésére vonatkozó elképzelések fejlődését, a természetes földkérgi radioizotópok kutatását befolyásoló korábbi eredményeket, valamint a feketepala környezetű képződmények kutatásának legújabb nemzetközi eredményeit. Külön figyelmet szentel a dúsítás során felhalmozódott mangános agyagra vonatkozó korábbi kutatásoknak. Áttekinti a korábbi kutatások során kimutatott hidrogeológiai viszonyokat, továbbá a bányaszellőztetés alapelveit és a radon kőzetekből való felszabadulásának lehetőségeit. Kitér a sugárvédelmi alapfogalmak és a hatályos szabályozás ismertetésére, valamint a korábbi radiológiai vizsgálatok áttekintésére. A kísérleti részben bemutatja a mintavételezés-adatgyűjtés-kiértékelés módszereit. A bánya vágatai által harántolt kőzettípusok jellemző kifejlődési egységeinek minél részletesebb mintázása mellett a korábbi fúrások archivált magmintáinak vizsgálatára és a mangános agyag tározók esetében új kézi fúrások kivitelezésére is sor került. A kőzetmintákon gammaspektrometriai, exhaláció ill. emanációvizsgálatokat végzett, esetenként az ásványfázisok és az elemi összetevők meghatározására XRD, XRF, ICP-MS módszereket alkalmazott. A bányabeli vízminták gyűjtésénél a különböző földtani szituációban megjelenő (fekü- vagy fedőeredet, utóbbin belül széntelep pozíciója a magasfedőben), illetve a különböző műszaki körülmények között (csorga, zsomp, csőhálózat) kezelt víz elkülönített mintázása történt meg. A vízmintákon radonkoncentráció meghatározását végezte el. A bányalevegő radonkoncentrációjának és egyensúlyi faktorának vizsgálatát folyamatos (RADIM-5WP, Alphaguard Pro 2000, Pylon AB-5 CPRD, Pylon Wlx) és integrális (Tastrak CR-39) módszerekkel egyaránt végezte, valamint sor került a radon leánytermékei nem kötött frakciójának mérésére is (Sarad EQF3020 műszerrel). A kapott eredményeket részben geostatisztikai módszerekkel feldolgozva a szerző megállapításokat fogalmazott meg az egyes elemek közti korreláció, ezen keresztül a természetes radioizotópok ásványi fázisokkal való összefüggése vonatkozásában. Megállapította, hogy a magasfedőben jelen levő 40 g/t U-tartalmú széntelep a fedővíz közvetítésével nem befolyásolja a mangánércbánya levegőjének radontartalmát, valamint, hogy a rodokrolit és a feketepala emanációs tényezője és exhalációja, valamint a bányában rendelkezésre álló rodokrolit- illetve feketepala felület nagysága alapján a bányalevegőben mért radonkoncentrációk létrejöttének nem adottak a feltételei. Kimutatta, hogy a a bányaművelési körülmények változása (felhagyott, omlasztott üregek térfogatának növelése, fejtési szeletek számának növelése) a bányalevegőben mérhető radonkoncentráció növekedését okozza. Megállapította, hogy kizárólag a radonkoncentráció alapján becsült sugárterhelés a mangánércbánya esetében nagy bizonytalansággal terhelt. A sugárterhelés becslésének pontosítása érdekében a radon rövid felezési idejű leánytermékei nemkötött frakciójának közvetlen mérésén alapuló becslési módszert alakított ki, amely a radonkoncentráción alapuló méréshez képest jelentősen eltérő eredményt hozott. 6

7 Abstract During his doctoral thesis work the author aimed at a complex radiological survey of the mine in Úrkút of Mangán Ltd., which includes the investigation of the media rock mine water mine air, finding the sources of the generated radon concentration, and the further refining of radiation exposure estimation of workers. The literature part of the paper overviews major achievements of manganese ore research work going back to several decades, including the development of ideas concerning the genesis of the Úrkút Manganese Ore Formation, the previous results influencing the research of natural crustal radioisotopes, and the novel international results of researching black shale hosted formations. It pays special attention to previous research works related to the manganese clay accumulated during enrichment. An overview is made on hydro-geological relations detected during previous research works, furthermore, the principles of mine ventilation, and the possible release of radon from the rocks. It touches upon the introduction of radiation protection basic terms and valid regulations, and also the overview of previous radiological inspections. The experimental section of the paper introduces the methods of sampling, data collection, and data evaluation. Besides the possible most detailed patterns of the generated units characteristic of the rock types traversed by the mine tunnels, also the investigation of the core samples archived during previous drillcores and in case of manganese clay reservoirs new manual drillings were performed. Gamma-spectrometry, exhalation, and emanation inspections were performed on rock samples, in some cases the mineral phases and the element components were identified using XRD, XRF, ICP-MS methods. By the collection of mine water samples waters occurring in different geological situations (under- or coverlayer, within the latter the coal deposit position in the higher coverlayer) and treated in different technical circumstances (gutter, sump, pipe network) were sampled separately. The radon concentration of water samples were identified. The investigation of radon concentration and the equilibrium factor of the mine air was performed in a parallel way by continuous (RADIM-5WP, Alphaguard Pro 2000, Pylon AB-5 CPRD, Pylon Wlx) and integral (Tastrak CR-39) methods, and also the direct measurement of unattached fractions of radon progenies was performed (using Sarad EQF3020 instrument). Processing the results obtained partly using geostatistical methods the author formulated statements on the correlation between main and trace elements, and through this on the relationship between natural radioisotopes and mineral phases. It was stated that the coal deposit with a uranium-content of 40 g/t within the higher coverlayer does not influence the radon-content of the air of the manganese ore mine by the intermediation of the underground water, and that the conditions for the generation of the radon concentration values measured in the mine air based on the emanation factor and the exhalation of the rodochrolite and black shale and on the surface size of the rodochrolite and black shale available in the mine are not fulfilled. It was detected that the changes in mining circumstances (increasing the volume of abandoned, broken cavities, increasing the number of face benches) cause an increase in the measurable radon concentration in the mine air. It was stated that the dose estimating exclusively based on the radon concentration is rather uncertain in relation to the manganese ore mine. In order to make dose estimation more precise an estimation method based on the direct measurement of unattached fractions of radon progenies with a short half-decay period was established, which had a result considerably different related to the measurement based on radon concentration. 7

8 Abriss Eine radiologische Komplexaufnahme des Bergbaubetriebs vom Mangán GmbH. in Úrkút, das ein Untergrundbergbaubetrieb ist, wurde sich zum Ziel von dem Autor während seiner Doktorarbeit gesetzt. Es beduetet eine Analyse des Gestein-, Grubenwasser- und Grubenwettermittels, eine Quellenforschung der gebildeten Radonkonzentrationen und eine weitere Verfeinerung der auf die Arbeitnehmer wirkenden Dosis. Der literarische Teil der Doktorarbeit überblickt die wichtigsten Ergebnisse der Manganerzforschung, die auf mehrere Jahrzehnten zurückgehen, den Fortschritt der auf die Entwicklung von der Manganerzformation in Úrkút entsprechenden Ideen mit eingegriffen und die früheren Ergebnisse, die beeinflusste die Forschungen der Natur- erdkrusteradioisotop, sowie die neuesten, internationalen Ergebnisse der Forschung von Schiefergebilde. Die früheren Forschungen werden eine Spezialaufmerksamkeit zugewendet, die für das während der Aufbereitung agglomerierte Manganprodukt gelten. Die hydrogeologischen Verhältnisse, die wurden während der früheren Forschungen erwiesen, sowie die Grundsätze der Grubenlüftung und die Möglichkeiten des Freiwerdens von Radongesteine werden überblickt. Die Arbeit wird die Grundsätze des Strahlenschutzes, die gültigen Regelungen, sowie den Überblick der früheren, radiologischen Forschungen darstellen. In dem Experimentierteil werden die Probefassungs-,Angabesammlung-, und Auswertungsmethoden gezeigt. Die ausführliche Abformung der entwickelten, typischen Einigkeiten von Gesteine, die durch Grubeschneize durchquert sind, sowie die Untersuchung der archivierten Kerne von früherer Bohrarbeiten und die Ausarbeitung der neuen Handbohrarbeiten in dem Fall der Manganbecken wurden gechafft. Eine Gammaspektrometer-exhalation und eine Emanationuntersuchung wurden auf die Gesteinsprobe gemacht, fallweise wurden die XRD, XRF, ICP-MS Methoden gebraucht, die elementaren Komponenten festzulegen. Bei der Sammlung von Grubenwasserproben wurden die isolierte Auswahl des Wassers geschafft, das in den verschiedenen, geologischen Situationen (Grund- oder Dachabstammung, in dem letzten die Position des Kohlenflözes im Hochdach), sowie in den verschiedenen, technischen Umständen (Seige, Sumpf, Rohrnetz) erschien. Eine Radonkonzenrtationprüfung wurde auf den Wasserproben geschafft. Die Untersuchung der Radonkonzetration und des Balancefaktors von Grubenwetter wurde mit den kontinuierlichen (RADIM-5WP, Alphaguard Pro 2000, Pylon AB-5 CPRD, Pylon Wlx) und integralen (Tastrak CR-39) Methoden gemacht, sowie auch die Prüfung der unbindenden Fraktionen von Tochterprodukte des Radons. Der Autor stellte die Ergebnisse durch die Korrelation zwischen den einigen Elementen, die Beziehung zwischen dem natürlichen Radioisotop und den Mineralphasen mit den geostatistischen Methoden fest. Er stellte fest, dass das Kohlenfölz mit dem U-Inhalt 40g/t in dem Hochdach affiziert den Radoninhalt der Luft von Manganerzgruben nicht, sowie es gibt keine Bedingung, die Radonkonzetrationen im Grubenwetter im Grunde der Grösse von Rodokrolit- und Schieferfläche, bzw. der Rodokrolit- und Schieferfaktor zu entwickeln. Es hat sich erwiesen, dass die Änderung der Grubenbauumständen (Amplifikation des Bruchabbauvolumens und der Anzahl des Abbauschniztels) soll die Zunahme der Radonkonzetration im Grubenwetter bewirken. Es hat festgestellt, dass die bewerte Strahlenbelastung im Grunde von Radonkonzetration für Manganerzgruben mit grossen Unsicherheit gelastet wurde. Eine Schätzungmethode wurde konstruiert, die auf den direkten Test der unbindenden Fraktionen von Tochterprodukte des Radons fussen sollen, für die Bestimmung der Schätzung von Strahlungbelastung. 8

9 BEVEZETÉS CÉLKITŰZÉS Aeroszol Bányalevegő A földalatti bányászat több évezrede végigkíséri az emberiség kultúrtörténetét és minden korban, a műszaki fejlődés bármely szintjén a kiemelten veszélyes tevékenységek közé tartozott. A bányász a föld alatt dolgozva aktívan hat a környezetére és az visszahat rá. Az őt körülvevő közvetlen környezet mesterséges környezet ugyan, de szerves egységet alkot a természetes anyagok emberi léptékben óriási tömegével, és ezek minden halmazállapotukban valamilyen veszélyforrást is jelentenek egyben. A gyakorlatban az egyes fázisok keverékei is létrejönnek, tovább növelve a veszélyforrások variációs lehetőségeit (1. táblázat). 1. táblázat. A környezeti elemek és az általuk indukált bányaveszélyek áttekintése Környezeti elem Fázis Indukált kollektív kockázati faktor Indukált egyéni kockázati faktor (akut és krónikus) Kőzet Szilárd Omlásveszély, Mechanikai sérülés, égés, fulladás, tűzveszély, bányarengés, reumatikus ártalmak Bányavíz Folyadék Vízbetörés-veszély, Fulladás, kihűlés, reumatikus elárasztás ártalmak Bányagázok Gáz Robbanó, mérgező, fojtó Fizikai sérülés, égés, mérgezés, és radioaktív gázok fulladás, tüdődaganat Szilárdfolyadék Zagy Iszapbetörés, elárasztás Mechanikai sérülés, fulladás keverék Por Szilárd-gáz Fibrózis, lenyelt radioaktív dózis keverék Gáz-folyadék keverék Szilárdfolyadék-gáz keverék Nehézlégzés, folyadékcseppekhez kötődő káros anyagok belégzése Arányok függvényében összetett hatások A bányászati munkavédelem a fentiek következtében régóta arra törekszik, hogy komplex megközelítésben tárgyalja a földalatti körülmények között dolgozó ember szervezetét terhelő hatásokat. Különlegesen nagy emberi felelősség hárul a bányászati vállalkozások vezetőire abban, hogy ezeket a hatásokat minél alaposabban megismerjék és az adott technikai színvonalon minden ismert veszélyforrás ellen védekezzenek. Jelen munka általános célja, hogy az Úrkúton üzemelő földalatti mangánérc-bányában több éven át folytatott felmérés eredményein keresztül bemutassa a radiológiai eszköztár alkalmazásának lehetőségeit a bányászati munkavédelemben, s rávilágítson arra, hogy a földkéregben végzett emberi beavatkozások során mennyire fontos a szerteágazó természettudományos ismeretek egységes szemléletmóddal való alkalmazása. 9

10 Közvetlen célkitűzésként a bánya föld alatti térségeiben keletkező radongáz forrásának kutatását határoztam meg, amelyet több szempontból ítéltem fontosnak: - Munkavédelmi érdek, hogy a bányában előforduló, potenciálisan nagy aktivitású, nagy radonkoncentrációt okozó képződmény azonosítása megtörténjen. - Egy potenciálisan nagy aktivitású képződmény azonosítása gazdasági konzekvenciákat is eredményezhet. - A mangánércek keletkezésével kapcsolatos kutatás további irányát is befolyásolhatja egy ilyen képződmény azonosítása az érctelepen belül. Az érc keletkezésének jobb megértése kulcs a további ásványvagyon felkutatása és az ércfeldolgozás új technológiáinak kidolgozása felé, tehát szintén gazdasági konzekvenciákat eredményezhet. További célkitűzésként a föld alatti munkavállalókra ható dózis lehető legpontosabb meghatározását és - szükség esetén a csökkentés lehetőségeinek feltérképezését tűztem ki célul. 10

11 1. IRODALMI RÉSZ A Mangán Kft földalatti bányaüzemében 2002 óta zajlanak rendszeres és tervszerű radiológiai mérések. A kutatómunka első munkafázisa a vonatkozó jogszabályi előírások megjelenését követően Farkas István, a Mangán Kft ügyvezetője és Dr. Kanyár Béla, a Veszprémi Egyetem Radiokémia Tanszékének akkori vezetője kezdeményezésére indult 2002-ben. Célja annak megállapítása volt, hogy munkavédelmi szempontból fennáll-e és ha igen milyen mértékű az a veszély a föld alatt dolgozókra nézve, amit a bányalevegőben levő radongáz okozhat. Ebben a munkafázisban megállapítást nyert, hogy közvetlen veszélyt okozó radonkoncentrációk kialakulására csak abban az esetben kell számítani, ha a szellőztetési intenzitás olyan mértékben csökken, amit a bányaszellőztetésre vonatkozó munkavédelmi szabályozás sem enged meg. Ennek megállapítása azáltal vált lehetővé, hogy a bányaüzem egy műszakharmadban üzemel és a mérésekhez biztosította a szellőztetőgép munkaidőn kívüli leállítását. Egyúttal az eredmények felhívták a bányaüzem vezetésének figyelmét arra, hogy a szellőztetési intenzitás csökkenésének a bányalevegő minőségromlásán túl sugárvédelmi jellegű kockázata is van. További kutatást indokoltak azonban az alábbi észrevételek: - a szellőztetés üzemén kívül olyan radonkoncentrációk alakulnak ki a bányában, amelyek anomális aktivitású forrást (pl. kőzetet) tételeznek fel, - a tapasztalt szezonális ingadozások mértéke alapján a nemzetközi ajánlásokban megfogalmazott 2-3 hónapon keresztül zajló mérések nem bizonyultak elegendőnek a megalapozott dózisszámításhoz, - az első mérések a nemzetközi ajánlásokban megadott egyensúlyi faktor értékétől (F=0,4) jelentősen eltérő értéket adtak, ami felhívta a figyelmet az egyensúlyi faktor mérésének fontosságára. Az utóbbi kettő, módszertaninak tekinthető észrevételből kiindulva valósult meg a kutatómunka második fázisa Dr. Somlai János vezetésével között, amelynek eredményeit Kávási Norbert PhD-dolgozatában foglalta össze. Téziseiben többek között - megállapította, hogy a megalapozott dózisszámításhoz a szezonális ingadozások miatt több (de legalább 1) év mérési adatsorait célszerű felvenni, továbbá a mangánérc-bánya esetében F=0,58 értékű egyensúlyi faktort javasol figyelembe venni. Kávási eredményei alapján valósulhatott meg a mangánérc-bánya dolgozóit terhelő dózis becslésének pontosítása. 11

12 A munka harmadik fázisában ( ) zajlott jelen munka célkitűzéseként megfogalmazott feladatok teljesítése A komplex radiológiai felmérés és a földalatti bányászat viszonya A bányászat számára az emberi életnek, mint értéknek a védelme nem politikai szlogen, hanem gazdasági szükség. Ezt bizonyítja, hogy a társadalombiztosítás és az intézményes munkavédelem megjelenése Magyarországon már az 1245-i Selmecbánya Városi és Bányajoga c. kódexben (Fuchs ed, 2009, Faller, 1975) tetten érhető, majd a Thurzó-Fuggerféle felvidéki bányavállalkozások esetében (Besztercebánya, Körmöcbánya) kezd kiteljesedni (társláda, bányakórház, stb.) (Benke ed. 1996). Ezek a jelenségek más szakmákban a középkorban teljesen szokatlanok voltak. A további korokban pedig hasonlóan élen járó munkavédelmi tevékenység alakult ki a bányászati ágazatban. Ma a munkavédelem színvonalának állandó növelése a szabványos irányítási rendszerek követelményeként jelenik meg (pl. MSz EN ISO , ). Az ilyen rendszerekben (Munkahelyi Egészségvédelmi és Biztonsági Irányítási Rendszer, MEBIR) az adott periodicitással visszatérő kockázatelemzés, oktatás, ellenőrző és helyesbítő tevékenység, a belső és külső auditok biztosítják a rendszer visszacsatolt jellegét. Az algoritmus azonban nem körforgást ( helyben topogást ), hanem spirálként értelmezhető folyamatos fejlődést jelent. A helyesen kialakított MEBIR a munkavédelmi mutatók folytonos javulását idézi elő (Vigh 2003). Mint a bevezetőben írtam, a földalatti bányászat természetes és mesterséges környezetének hatásait a bányászati szakember komplex egységként kezeli. A bányászat a földtani megismeréssel kezdődik, s már ebben a fázisban szükséges a kutatott kőzettestek anyagi minőségén (geometriai kiterjedés, ásványi összetétel, nyomószilárdság, hasznos anyagtartalom, stb.) túl olyan kevésbé kézzelfogható paraméterek megismerése, mint pl. a kőzettestek víztároló és vízleadó képessége, gázveszélyessége, az inhomogén kőzettömegek geomechanikai viselkedése, stb.. Ezen paraméterek ismerete illetve az általuk indukált kockázatok becslése döntően befolyásolja a kitermeléshez szükséges beruházás megtérülésének számítását még az előtt, hogy olyan magától értetődő szempontokat, mint az infrastrukturális ellátottság, munkaerőpiaci helyzet, műszaki feltételek, piaci trendek, stb. figyelembe lehetett volna venni. Mindez a jelenlegi kultúránkban kiegészül a környezetvédelmi szempontoknak és a társadalmi érdekeknek a lokálistól az összeurópai szintig történő figyelembe vételével. Ebből is látszik, hogy egy földalatti bányászati üzem 12

13 megnyitása ill. üzemeltetése a környezeti feltételek igen alapos ismeretét, változásainak folyamatos nyomon követését kívánja meg. A tudomány fejlődésével újabb és újabb kockázati tényezők válnak azonosíthatóvá, amelyeket be kell építeni a munkavédelem rendszerébe. Jó példa erre a radioaktivitás. Georgius Agricola orvos, az első bányászati szakíró a XVI. században még nem talált magyarázatot arra, miért hunytak el rendre hasonló tünetekben egyes jól meghatározott bányákban dolgozó szász ércbányászok, de mint lelkiismeretes tudós, rögzítette a jelenséget (Somlai, 2008). A választ a területen a XX. században kibontakozó uránkutatás és -termelés adta meg. A radioaktivitás felfedezését (XIX-XX. sz. fordulója) és katonai, majd energiatermelő alkalmazását (XX. sz. közepe) némi fáziskésésben követte a természetes eredetű sugárzások emberekre gyakorolt hatásának feltárása. Annak ellenére, hogy a föld alatti üregek légtere kockázatként jelenik meg, sokáig csak a földalatti uránérc-bányászat vonatkozásában tekintették ezt a hatást jelentősnek (Jávor, 1964). Ma már tudjuk, hogy ennél árnyaltabb megközelítés szükséges. A földkérgi természetes radionuklidokból eredő gamma-sugárzás illetve a természetes bomlási sorok Rn-izotópjai (radon és toron), valamint ezek leányelemei kockázatot jelentenek, amelyet mérni és értékelni kell. A méréshez meg kell találni a mindenkori tudományos fejlettség által biztosított eszközök közül azokat, amelyek a kockázatelemzéshez megfelelő pontosságú eredményt optimális költségráfordítással szolgáltatják. A kockázatértékeléshez pedig a jogi szabályozáson túl meg kell keresni és kritikusan meg kell vizsgálni a nemzetközi környezetben már bevált, tudományos alapokon nyugvó gyakorlatot. Következő lépésben vállalni kell a folyamatos fejlődés érdekében a ráfordításokat is. Egy jól definiált földalatti üregrendszer ismert, (sőt esetleg változtatható) paramétereivel ideális terepe a méréstechnika illetve a mérési módszerek fejlesztésének, sőt ezen keresztül, megfelelő adatbázis kialakításával és a feldolgozó-értékelő háttér segítségével akár a sugárvédelmi szabályozás további finomítására is lehetőséget ad. A fentiek alapján a bányabeli radiológiai mérések célja kétlépcsős: munkavédelmi és munkavédelmi célú fejlesztő munkafázisokból tevődik össze. A bányabeli radiológiát a komplex szemléletmódba illesztve, az adatgyűjtést valamennyi környezeti fázisra ki kell terjeszteni, és az eredmények értékelésekor is az 1. táblázatban szereplő fázisok kölcsönhatásaiban célszerű gondolkodni. 13

14 1.2. A FÖLDTANI IRODALOM ÁTTEKINTÉSE Témám szempontjából a vizsgált terület földtani viszonyainak alapos ismerete elengedhetetlenül fontos. A bánya által feltárt kőzetek ásványtani, kémiai, szerkezetföldtani jellemzése, keletkezési viszonyaik ismerete nélkül a földalatti üregekben fellépő természetes eredetű sugárzások okát nem lehet feltárni. Tekintettel arra, hogy a vizsgált föld alatti munkahelyek szilárd környezetét jelentős hányadban mangánérc alkotja, irodalmi megismerésével hangsúlyozottan kell foglalkozni A mangánérc nevezéktana Az érc megnevezés gazdasági vonatkozású fogalom. Mint ilyen, a mindenkori technikai színvonalon fémkinyerésre gazdaságosan alkalmas kőzetet jelent, de ez a definíció természettudományos értelemben szubjektív. Földtudományi szempontból a földkérgi átlagos gyakoriságot (klark-értéket) többszörösen meghaladó fémdúsulással jellemezhető kőzettesteket nevezzük röviden érceknek. A nemzetközi gyakorlatban Mn esetén a 20 m/m% feletti dúsulásokat tekintik potenciális, a 38 m/m% felettieket ipari értékű készleteknek (reserves, ill. resources) (Manly et Harwood 1981, Bolton, 2009). A mangánérc ipari méretű felhasználása a civilizációban még viszonylag rövid idő (kb. 150 év) óta tart, és az új készletek felfedezésének üteme meghaladja a globális Mn-igény növekedésének ütemét. Emiatt a fenti minőségi kritériumok évtizedek óta változatlanok. A nemzetközi rétegtani korreláció szabályai szerint a földtanban a terepi eszközökkel, kőzettani kritériumok alapján jól elkülöníthető és térképezhető kőzettestek egy kőzetrétegtani (litosztratigráfiai) egységet, formációt (formation) alkotnak, természetesen függetlenül az ipari hasznosításuk pillanatnyi lehetőségeitől. Így az Úrkúti Mangánérc Formáció (ÚMF) tartalmazza a műrevaló és nem műrevaló érctelepeket, a meddő radioláriás agyagmárga (feketepala) közbetelepüléseit, a fedő tűzkőpadot, tehát mindazon képződményeket, amelyek az érctelep, mint különálló földtani test képződése során keletkeztek. Ezért jelen munkában vagy az ÚMF-t említem, amikor a teljes képződményről beszélek, vagy megadom, hogy az 1. és 2. ábrákon látható rétegsor mely tagjáról van szó. Amikor általánosan mangánércet említek, az irodalom alapján ilyennek mondott képződményre történik utalás. Az irodalomban is elterjedt karbonátos mangánérc illetve agyagközös oxidos mangánérc kifejezések helyett a 14

15 rodokrolit és a Mn-lamellit kifejezéseket, mint gazdasági értéktől független kőzettani megnevezéseket használom Nemzetközi kitekintés A mangánérc képződése döntően az üledékes geofázishoz kötődik, többnyire óceáni, tengeri, alárendelten tavi üledékekben jelenik meg. Kevés kivételt találunk, amikor a magmás geofázisban, pl. szkarnércet alkot (Langban, Svédország), de ezek gyakorlati jelentősége kisebb, mivel ilyenkor a Mn elsősorban szilikátásványok formájában jelenik meg, amelyek felhasználása alárendelt (Kiss, 1982). A metamorf geofázis jelentősebb Mn-telepei (India, Ghana, Dél-Afrika) szintén eredetileg üledékes érctelepek későbbi átalakulásával jöttek létre (Beukes 2009, Gutzmer 2009, Bolton, 2009), így elsődleges genetikai értelemben kimondhatjuk, hogy a telepek többsége tengeri üledékes eredetű. A különböző korú Mn-érctelepekre egyaránt jellemző az oxidos és a karbonátos ásványtani formában történő megjelenés. A két típus gyakran azonos előforduláson belül, együtt van jelen, bonyolult horizontális és vertikális összefüggések mentén, ami a keletkezés folyamatának magyarázatát megnehezíti. Az üledékes telepek jól definiálható típusát a feketepala környezetű karbonátos telepek alkotják. Az ilyen, az úrkúti telephez hasonló kifejlődésű, méretükben akár gigantikus telepek nem ritkák: Postmasburg (Dél-Afrika), Wafangzi, Tiantaishan, Gaoyan, Minle, Taojiang (Kína), Moanda (Gabon), Molango (Mexikó) telepek a szárazföldi mangánérc-készletek jelentős hányadát tartalmazzák (Okita, 1987, Polgári et al 2000, Polgári 2005, Polgári et al, 2009, Bolton, 2009). Az ilyen telepek esetén mindig jelen van a jellegzetes feketepala (black shale) képződmény, amely finoman laminált, benthoszmentes, nagy szervesanyagtartalmú, pirites, sötét színű, főleg agyagásványokból álló tengeri üledék. A feketepalák rétegtani környezetükhöz képest általában anomális helyzetben fordulnak elő (pl. karbonátos fekü- és fedőrétegek közé települve), lokális kiterjedésűek, de globálisan izokronológiai helyzetben elterjedtek (Wignall, 1994). Egyes feketepala típusú üledékek a fent felsorolt jellegzetességeket megtartva, jól meghatározott rétegcsoportokon belül nagy MnCO 3 (rodokrozit)-tartalommal egészülnek ki, ezeket nevezzük gazdaságföldtani kifejezéssel karbonátos mangánérceknek, kőzettanilag rodokrolitoknak. A rodokrolitok makroszkóposan is elkülönülnek a feketepaláktól, a rodokrozit-tartalomtól ill. az agyagásványok arányaitól 15

16 függően az egységes sötétszürke szín heterogén, összetett színvilággá módosul (Polgári et al 2000, Huckriede et Meischner, 1996) Az Úrkúti Mangánérc Formáció (ÚMF) képződése Az úrkúti, toarci korú üledékes mangánérctelepek keletkezésének korai magyarázata során a kutatók exogén forrásban gondolkodtak. A különböző elképzelések szerint a kristályos alaphegység vagy karbonátos üledékes kőzetek mállásából származtatták a Mn-t, ami a szárazföldről a folyók közvetítésével, oldatként kerül a tengerbe, míg más elméletek szerint a mállás eleve a tengerben történik. A felhalmozódás helyén részben geokémiai, részben tengerdinamikai-üledékdinamikai folyamatokkal igyekeztek megoldani a telepképződés problematikáját. Minden szempontból elfogadható megoldás azonban nem született. (Földvári 1932, Vigh et Noszky Jr 1938, Vendel et Kisházi 1968, Cseh-Németh 1965, Vámos 1968, Lantos et al 2003) A lemeztektonikai elmélet elfogadásakor kerülhetett előtérbe a Mn származtatásához a közvetlen endogén forrás lehetősége. Endogén Mn-forrásként többnyire hidrotermális, vulkáni, ill. exhalációs folyamatokat, illetve ezek kombinációit tételeztek fel (Szabóné Drubina 1957, 1961, Szabó 1977, Kaeding et al 1983, Varentsov et al 1988). A mélyből történő oldatfeláramlás helyszíneként az adott földtani korban aktív törésvonalakat kellett kimutatni (Szabó et al 1981). Az oldatok feláramlásából eredő összetett geokémiai folyamatok jelenlétét és azt a lehetőséget, hogy az ilyen oldatok Mn-forrásként szolgáljanak, az egyre modernizálódó ásványtani vizsgálatok eredményei és a geokémiai elemarány- illetve izotóparány-vizsgálatok igazolták. Ettől függetlenül meg kellett oldani a feláramlások által potenciálisan szállított Mn mennyisége és a telepek Mn-tömege közti aránytalanságból, valamint a Mn és Fe tengeri oldatban végbemenő transzportfolyamataiból következő, de a valóságos telepek esetén ettől eltérő Mn/Fe tömegarányból származó problémákat, röviden dúsító hatást kellett azonosítani. Nagy jelentőségű a tengeri üledékes folyamatok kutatástörténetében a toarci óceáni anoxikus esemény (TOAE) kimutatása, s ezzel együtt az a felismerés, hogy a jelenség komplex globális változásokat (geodinamikai, éghajlati, stb.) jelez. Ez a felismerés a feketepala képződmények globális, izokronológiai helyzetben történő elterjedésén alapszik. A feketepala fentebb ismertetett makroszkópos jellegzetességei alapján már a múlt század hatvanas éveiben feltételezték, hogy anoxikus tengeri környezetben keletkeztek. A vizsgálati módszerek fejlődése és az eredmények szintetizáló értékelésének igénye hívta életre a kemosztratigráfiai 16

17 megközelítésű képződményleíró rendszert, amely ezt be is bizonyította (Jenkyns munkássága, esetünkben Jenkyns 1988, Jenkyns et al 1991) a kémiai összetétel, nyomelem összetétel, TOC, izotóparányok ( 18/16 O, 13/12 C, 87/86 Sr), karbonát/agyag fázisok aránya, viszonya stb. alapján. A kormeghatározás pontosságának növekedésével ( 206 Pb/ 238 U, 40/39 Ar) pedig világossá vált, hogy földtörténeti szempontból relatív rövid, néhány százezer évig tartó időtartamban jöttek létre (Hesselbo et al. 2000; Kemp et al. 2005). Létrejöttüknek nem lehet lokális, kizárólag tengeri mechanizmusokra visszavezethető oka (Hesselbo et al., 2000), okként globális őskörnyezeti változások láncolatát kell keresni. Ez jelenleg is széles körben kutatás tárgyát képezi (Hesselbo munkássága, hazánkban Pálfy 2006, Raucsik et Varga 2008 etc.), de a TOAE lefolyásának legszemléletesebb folyamatmodelljét röviden megemlítem (Pálfy 2006 nyomán), az egyes bekezdések egymásból következnek: 1. A Karroo-Ferrar nagy magmás provincia (Large Igneous Province) kialakulása az anoxikus eseményt megelőzően. 2. A fokozott magmás tevékenység nagy mennyiségű CO 2 -ot bocsát ki, továbbá kontaktusba léphetett a kéregbeli idősebb kőszéntelepekkel, rövid idő alatt termikus metánképződés útján eltüzelve azokat 3. A légkörbe jutó CO 2 és CH 4 üvegházhatást, globális felmelegedést okoz 4. A poláris jég megolvad, a világtenger szintje megemelkedik 5. Az óceáni selfterületek üledékeiben tárolt metán-hidrát a hőmérséklet- és nyomásviszonyok eltolódása miatt destabilizálódik és a metán a légkörbe jut 6. A légkörbe kerülő nagy mennyiségű metán tovább gerjeszti az üvegházhatást, 7. a felszíni tengervíz hőmérsékletének ~6 7 C-os emelkedése (McArthur et al. 2000), a globális átlaghőmérséklet emelkedése következik be (Bailey et al. 2003), 8. a szárazföldi kémiai mállási ráta ~ %-os növekedése (Kemp et al. 2005), 9. a felső, megvilágított vízrétegekben alga-boom kialakulása, a mélyebb vízrétegekben anoxia, vízben és szárazföldön tömeges kihalás, 10. az alkalmas pozíciójú anoxikus aljzaton (medencék) a felhalmozódó szerves anyag és a mállási eredetű agyagok közreműködésével reduktív környezetben feketepala jön létre. A kiinduló helyzetet, a magmás provincia létrejöttét speciális lemeztektonikai konstelláció, kiterjedt köpenyfeláramlás, illetve akár nagyméretű kozmikus test becsapódása iniciálhatta. A földtörténet során anoxikus esemény kialakulása legalább kilenc alkalommal jól 17

18 dokumentáltan igazolható, s ezek bizonyítékai a globális feketepala képződési epochok. A feketepala képződése azonban nem feltétlenül járt együtt a rodokrolit képződésével is. Továbbá a másodlagos (diagenetikus) folyamatok az elsődleges jelleget gyakran elfedik (Polgári et al 2005), ezért összetett megközelítésre van szükség. Reálisan elfogadható modellt úgy kell létrehozni, hogy egységes szintézist képezzen az ásványtani, geokémiai, üledékföldtani, őslénytani bizonyítékokkal és az elfogadott ősföldrajzi képbe (kontinensvándorlás) illeszthető korabeli folyamatot tükrözzön. Ehhez az elsődleges teleptani jelleget és a később rárakódott másodlagos hatásokat el kell egymástól választani. A megoldás a korábbi bizonyítékok újraértékelése, a homályos részletek kutatása után olyan komplex modell létrehozása, amely a fent vázolt korábbi elképzelések egyes elemeit új értelmezésben, egy bonyolult rendszer elemeiként mutatja be, kiegészítve újszerű gondolatokkal. Ezt a munkát az ÚMF vonatkozásában Polgári végezte el (Polgári et al 2009). Megfogalmazása szerint az úrkúti karbonátos mangánérctelep tengeri üledékes, feketepala környezetű, lokális hidrotermás eredetű biogén-bakteriális, tufa hozzájárulással képződött mangánérc (aerob mikrobiális pulzációs érctípus). Az oxidos teleprészek egyrészt primer kiválások, másrészt pedig a karbonátos mangánérc későbbi (szárazföldi felszín közelében végbemenő) oxidációjával jöttek létre. Részletezve a fenti, egy mondatba sűrített modellt, a formáció képződésének a folyamata az alábbi, melyet elsősorban Polgári MTA doktori értekezése (2009) alapján, egyszerűsítésekkel foglaltam össze: 1, A mai Dunántúli középhegységet (DKH) alkotó karbonátos aljzat a felső-liász idején a Thetys ősóceán és a felnyíló Atlanti-óceán között helyezkedett el. A két óceán egymásra közel merőleges felnyíló zónája (óceánközépi hátsága) és ezek transzform vetői által felszabdalt területen a DKH jelentős szerkezeti hatásoknak kitett, az átlagos óceánfenéknél sekélyebb (tehát kiemelt helyzetű), tenger alatti hegyekkel (seamounts) és köztes mélyebb medencékkel tagolt, kivékonyodott kontinentális kérgű területként működött. 2, Az aktív óceánközépi hátságok környezetében nagy léptékű vulkanizmus és hidrotermális tevékenység folyt, ami hatással volt a kiemelt helyzetű DKH-re is. Ez részben az óceáni vízfelszín fölé nyúló vulkáni működés (recens pl. Izland, Hawaii) szél által továbbított anyagának (tufa) beülepedésében, részben a törés-rendszereken keresztül hidrotermális hatás megjelenésében nyilvánult meg (local geofluid system). 3, A geofluid-rendszerek a tengervízzel való keveredés során a magukkal hozott nagy elemkoncentrációk miatt a kiáramlás helyszínén illetve közelében részben vegyi, részben bakteriális katalizáció következtében fémoxidok, oxihidroxidok, (MnOOH, FeOOH), FeS, és 18

19 kovaanyag csapódtak ki, viszonylag rövid idő alatt nagy tömegben. A forráskürtőkben illetve közvetlen közelükben a nagy anyagáram miatt a kémiai folyamatok domináltak (autokatalitikus oxidáció), de mikrobiális oxidációval együtt. A gyors képződés és a kovagél jelleg a további reakciókat gátolta. (Csárdahegyi típusú kovás-vasas oxidos mangánérc). 4, Nagy Mn-fluxus esetén a forrás környezetében keletkező nagy mennyiségű csapadék ellenére további anyagáram jut a forrástól távolabbi területekre, adott esetben több km sugarú körben, de csökkent koncentrációban. A kisebb koncentráció folytán a kémiai reakciók sebessége csökken, nagyobb teret kap a biomineralizáció. A keletkező MnOOH-gél (előérc) az erőteljes mikrobiális tevékenységből, és az arra épülő plankton produktivitásból eredő szervesanyag-tartalommal (C org ) reakcióba lépve hozta létre a rodokrolitot a kőzetté válás kezdeti fázisában (korai diagenezis), szintén bakteriálisan befolyásolt módon. 5, A rodokrolit már a későbbi földtörténeti korokban a szárazföldi felszín közelébe került. O 2 jelenlétében (levegő, csapadékvíz) a képződményben jelen levő pirit (FeS 2 ) bomlásával kénsav keletkezett. Ennek hatására a MnCO 3 oxidálódott, létrehozva a másodlagos Mn-oxid ásványokat. Ezek a Mn-ásványok fizikailag elkülönültek az agyagos összetevőktől, létrehozva az agyagközös oxidos mangánércnek nevezett kőzetet. 6, További mangánoxidos jelenségekként kell számbavenni az alábbiakat: 6.1. a rodokrolit oxidációval nem érintett, üde szövetű, másodlagos hatástól mentes részeiben is lehet oxidos Mn-érc gumókkal és padokkal találkozni, melyek az oxidos előérc reliktumaiként értelmezhetők ( nem jutott mindenhova C org ) a karbonátos telep feküjét alkotó mészkőben és a telepképződést közvetlenül megelőző (0-1 m vastag) feketepalában gyakran találkozunk 1-10 cm vastagságú, tömött szövetű, kékesfekete fényű, limonitos kérgű oxidos mangánérc-konkréciókkal (határfelületi konkréció), melyek a rodokrolittal többnyire nem mutatnak közvetlen kapcsolatot, a fekümészkő irányába viszont foggyökérszerűen (neptuni telérként) folytatódnak. Ezek a jelenségek, szerkezeti és szöveti megjelenésük alapján a geofluid-rendszer lokális megjelenési formáiként értelmezhetők (micro-chimney system). 7, A feketepala-rodokrolit-feketepala ciklusok összesen kettő ismétlődés után (főtelep, II. telep) megszűntek, mivel egy jelentős vulkánkitörés hatására nagyobb vastagságú tufa fedte le, fojtotta el a rendszert. A tufa kompakciója és halmirolitikus mállása következtében jött létre az a vasas tűzkőpad, amelyet ma a sorozat legfiatalabb rétegeként tartunk számon (Polgári et al 2010). További vizsgálatra érdemes, hogy mikro- és makroléptékű kőzetszöveti, ásványtani, geokémiai jellegek analízise alapján a fenti megközelítés a Föld más feketepala környezetű, 19

20 hasonló kifejlődésű telepeire is kiterjeszthető-e, vagy sem. Ez a vizsgálat azonban meghaladja jelen munka kereteit. A fentiekből következik, hogy a Csárdahegyi típusú oxidos valamint a karbonátos érc korábban nehezen értelmezett kapcsolata a hidrotermális-biogén modell szerint szükségszerű. Továbbá, a rodokrolit képződéséhez és fennmaradásához szerencsés globális konstelláció szükséges: térben és időben egyszerre kell teljesülnie a feketepala- és a rodokrolit-képződés feltételrendszerének. A további kémiai vagy biogén átalakulást elkerülendő, szükséges egy záróréteg, ami esetünkben a tufaszórásból képződött tűzkőpad (Haas 2009) Az ÚMF kőzettani felépítése és ásványos összetétele Az 1. ábrán tüntettem fel a magasfedő képződményekkel együtt a mangánérctelep tágabb földtani környezetét, a 2. ábrán pedig az ÚMF elvi rétegsorát. A képződmények leírását Polgári et al 2000, Szabó 2006 és Bíró et al 2009 alapján adom meg. Az ÚMF (a csárdahegyi kifejlődés kivételével, ahol a Hierlatzi Mészkő Formáció jelenik meg) közvetlenül az Isztiméri Mészkő Formációra települ, amely jura (sinemuri-pliensbachi) tűzköves, Rhynchonellás mészkő. Helyenként a pliensbachi vörös, gumós, ammonitesz tartalmú, ammonitico rosso típusú mészkő (Tűzkövesárki Mészkő Formáció) is előfordul. Az Isztiméri Mészkőnek az ÚMF felé képződött átmeneti kifejlődése a zöldesszürke mészmárga (Isztiméri Mészkő Formáció Bocskorhegyi Tagozata). Érdemes megemlíteni, hogy feküképződményként kilúgozott tűzköves mészkő, valamint kovaliszt (Isztiméri Mészkő Formáció Káváshegyi Mészkő Tagozat) is megjelenhet utalva az utólagos kilúgozódás mértékére. Ez után kezdődik maga az ÚMF, amelynek megkülönböztetjük a karbonátos és az oxidált kifejlődését, valamint a vele összefüggésben, egyidőben keletkezett, de térben elkülönülő csárdahegyi kifejlődését. 20

21 Rövidítések magyarázata: F.: Formáció IMF: Isztiméri Mészkő F. ÚMF: Úrkúti Mangánérc F. EMF: Eplényi Mészkő F. KGF: Kisgerecsei Márga F. TAF: Tési Agyagmárga F. ZMF: Zirci Mészkő F. ABF: Ajkai Kőszén F. DF: Darvastói F. SzMF: Szőci Mészkő F. Jelmagyarázat az ÚMF képződményeihez: Feketepala Rodokrolit Oxidált feketepala Oxidos érctípusok Határfelületi Mn-oxidos konkréció 1. ábra. A vizsgált terület jellemző rétegsora a felszín és a mangánérc-telep feküje között. (Szabó 2006 nyomán, átszerkesztve) A karbonátos sorozat az alábbi jól elkülöníthető képződményekből áll, az idősebbtől a fiatalabb felé haladva: 21

22 Feketepala (0,5-1 m vastagságban), I. telep, vagy főtelep (rodokrolit m vastagságban), feketepala (5-8 m vastagságban), II. telep (rodokrolit 3-5 m vastagságban), újra feketepala (2-5 m vastagságban), majd a telepet 0,1-0,3 m vastagságban az igen kemény, vörösbarna vasas tűzkőpad zárja le, a telep kiterjedésénél nagyobb területen. A tűzkőpad felett visszatér az ammoniteszes mészkő képződése, de már nem a klasszikus vörös, hanem barna, zöldfoltos változatban (Kisgerecsei Márga Formáció, KGF). A magasabb fedőben ez a képződmény középső-jura korú, agyagrétegekkel váltakozó zöldesszürke kovás mészmárgába megy át (Eplényi Mészkő Formáció, EMF), amely elérheti a 40 m vastagságot is. A kréta kort a Tési Agyagmárga Formáció (TAF), egy sekélytengeri mészkőtípus (Zirci Mészkő Formáció, ZMF) és az ajkai kőszéntelep (Ajkai Kőszén Formáció, ABF) elvékonyodó kifejlődése (0,5-5 m) képviseli. Erre egy eocén folyóvízi összlet (Darvastói Formáció, DF), eocén nummuliteszes mészkő (Szőci Mészkő Formáció, SzMF) és az utolsó jégkorszak löszös üledékei települnek. A rodokrolitok és feketepalák alkotta rétegekkel (karbonátos sorozat) korrelálható módon települ az oxidált kifejlődés, ami a karbonátos sorozat vegyi átalakulást szenvedett megfelelője (Szabó 2006). A feketepala teleprészek sárga radioláriás agyaggá, a rodokrolitok változatosan vastagpados, kemény oxidos mangánérccé, fekete, agyagos, finoman rétegzett oxidos mangánérccé, illetve vörösbarna agyagközös oxidos mangánérccé alakultak át. A feketepala szöveti megjelenése megfelel az fejezetben általánosan ismertetett jellegeknek. Feltűnő a pirittartalom, ami esetenként dm 2 kiterjedésű, 1-2 cm vastag konkréciók formájában jelentkezik, esetenként nagy As-tartalommal (Polgári et al, 2003). A rodokrolit az ásványos összetétel függvényében változatos színvilágban jelenik meg, de általánosan jellemző a finom (mm-es) rétegzettség, és az egyes rétegek (laminák) eltérő színe, amelyet egyes szerzők évszakos változásnak tulajdonítanak és ebből telepképződési időtartamra következtettek (Cseh-Németh, 1965). A főtelepben a fekütől a fedő felé haladva a domináns színvilág zöld-barna-fekete-barna-zöld-szürke sorrendben változik. 22

23 2. ábra. Az ÚMF rodokrolitos sorozat részletes elvi szelvényrajza Szabó (2006) nyomán A rodokrolitok úrkúti felismerését (Noszky et Sikabonyi 1953) követően ásványos összetételét többen vizsgálták (Noszky et Sikabonyi 1953, Szabó-Drubina 1957, 1961, Nagy K 1955). Nemecz 1960-ban állapította meg, hogy a rodokrozit 1-5 μm-es szemnagysága miatt az érctípus nem alkalmas fizikai dúsításra. Vendel et Kisházi 1968-ban valószínűsítették a kutnohorit jelenlétét. A szeladonitot Kaeding et al (1983) mutatta ki először. Grasselly által vezetett kutatócsoport komplex anyagvizsgálati jelentéseket készített az érctípusról (Grasselly et al 1985, 1990), amelyben a korabeli, Magyarországon elérhető valamennyi anyagvizsgálati 23

24 módszert alkalmazták, valamint külföldön C és O izotóp-vizsgálatokat végeztettek. Grasselly eredményeit továbbfejlesztve és kiegészítve monografikus feldolgozásban publikálták (Polgári et al, 2000). Az anyagvizsgálati módszerek fejlődésével, a kemosztratigráfiai szemléletű képződményleíró iskola térhódításával a mai napig újabb és újabb mintasorozatok kerülnek egyre részletesebb feldolgozásra (legújabban Cora et al, 2007, Weiszburg et Cora, 2009, Vigh et al, 2009), ami az archív és a keletkező adatbázisok kezelésében, összehasonlításában geostatisztikai módszerek alkalmazását követeli meg (Bíró et al, 2009). Összefoglalva az ásványos összetétel kutatásának eredményeit, a mangán-karbonát (rodokrozit, kutnohorit) túlsúlya mellett a színváltozatok jól korrelálnak ásványos összetevőkben mutatkozó arányeltolódásokkal, amit egyszerűsítve a zöld-szeladonit, feketeghoetit, barna-szmektit, szürke-rodokrozit ill. kutnohorit párokkal lehet jellemezni. (Utóbbi példa mutatja, hogy nem feltétlenül a sötétebb változatok Mn-tartalma a legnagyobb.) A feketepalában a kvarc- és pirit-tartalom növekedése szignifikáns. A képződményekben nem szignifikáns elterjedésben illitet, kaolinitet, rutilt, anatázt, dolomitot, gipszet, kloritot, zeolitot is kimutattak. Meg kell még említeni, hogy a szürke rétegek apatit-tartalma jellemzően magasabb, mint az egyéb színváltozatoké. Elektron mikroszondás vizsgálatok alapján (Polgári et al 2000) autigén ásványszemcsék azonosítását is elvégezték valamennyi bányamező rodokrolit-mintáin (kb. 250 minta). Ennek során kifejezetten U- vagy Th-hordozó ásványt (uraninit, autunit, thorianit, thorbernit, stb.) nem mutattak ki. A ritka akcesszorikus ásványok közül monacitot 6 mintában mutattak ki, 1-30 μm-es szemnagyságban. A monacit Th-tartalma kivételes esetekben nagy lehet (Watt, 1995), azonban az alacsony jelenléti arány (6 minta a 251-ből) nem utal szignifikáns jelenlétre. Az újabb, a teljes rodokrolitos szelvényre kiterjedő részletes ásványtani vizsgálatok sem említik a monacit jelenlétét, sem más U vagy Th hordozó ásványt (Cora et al 2007, Weiszburg et Cora 2009, Cora, 2009). Említést érdemel, hogy az apatit Ce-tartalma is anomálisnak mutatkozott 3 mintában, ami a fosszilis halcsont fragmentumok nyomelemhordozó szerepére hívja fel a figyelmet (részletesebben ld pontban) Radioizotópok üledékes környezetben, az ÚMF geokémiai és radiológiai jellemzése Számottevő (az élővilágra hatást gyakorló) sugárforrásként a földkérgi radioizotópok közül az U és Th izotópjait valamint a K relatív magas földkérgi gyakorisága folytán a 40 K-et 24

25 szokás figyelembe venni, mint gamma sugárforrást. Ezeken kívül a természetes bomlási sorok tagjainak koncentrációit részben a nehezebben mérhető izotópok koncentrációjára való következtetések levonása érdekében, részben nyersanyag-kutatási vagy sugárvédelmi célból vizsgálják. Továbbá többnyire már tisztán földtudományi célból (kormeghatározás, geokémiai, környezeti indikátor, stb.) találkozhatunk az irodalomban egyéb izotópok illetve izotóparányok koncentrációjának vizsgálatával is, de ezek részben radioaktív, részben stabil izotópokra vonatkoznak. Közismert, hogy az egyes geofázisokban a K, U, Th koncentrációja jellegzetes eloszlást mutat. Így a magmás kőzeteken belül a savanyútól az ultrabázisos felé haladva csökkenő tendenciával találkozunk (Kiss, 1982, Steiner et Várhegyi 1991). Üledékes környezetben a lepusztuló felszín elsődleges (pl. gránitos) jellegén kívül, sok egyéb más tényező mellett a kialakuló üledék reliefviszonyai (torlatok esetén), fizikai szerkezete, vízvezető képessége, Eh-pH viszonyai (geokémiai gáthoz kötött telepek esetén), adszorpciós kapacitása (szervesanyag-dús kőzetek esetén) illetve utóbbin belül az ásványos összetétel molekulaszerkezete és a résztvevő nuklidok rádiuszai határozzák meg az U, Th-dúsulás lehetőségeit. Globális, általánosnak tekinthető tapasztalat (Cuney et Kyser 2008), hogy: - az üledék szerves eredetű széntartalmának növekedésével az U, Th-koncentráció általában nő, a K-tartalom csökken, - a foszfortartalmú ill. foszfátos üledékekben az U-, Th-tartalom általában anomálisan magas, - az agyagos üledékek gamma aktivitása jellemzően magasabb, mint a karbonátos vagy kovás üledékeké. A fenti megfigyeléseket széles körben alkalmazzák hasadóanyag-kutatás során, a potenciális hordozókőzetek elsődleges (teoretikus) lehatárolásakor is. Szerves üledékekben (kausztobiolitokban) feldúsult U-, Th-tartalomra számos példát ismerünk, ilyennek tekinthető Magyarországon az ajkai kőszénmedence is. A feketepalák szintén szignifikáns U-tározókőzetek. Az OECD 2007-es, a globális U-piacot elemző Vörös könyve a lignitet és a feketepalákat nem-konvencionális U-forrásként határozza meg (unconventional resources) (OECD/NEA-IAEA, 2008). A feketepalák U-tartalma egyértelműen a szerves anyaghoz kötött formában jelenik meg, a koncentráció a szerves anyag tartalom függvényében változik és elérheti a 400 ppm-et is (Ranstad, Svédország). Több országban (USA, Németország) zajlanak kutatások a feketepalákhoz kötött U-készletek felmérésére és a gazdaságos kinyerés megvalósítására. (Cuney et Kyser 2008) 25