SZLOVÉNIA-MAGYARORSZÁG OPERATÍV PROGRAM GEOTERMIKUS KONCEPCIONÁLIS MODELL

Átírás

1 SZLOVÉNIA-MAGYARORSZÁG OPERATÍV PROGRAM GEOTERMIKUS KONCEPCIONÁLIS MODELL a Geotermikus hasznosítások számbavétele, a hévízadók értékeklése és a közös hévízgazdálkodási terv előkészítése a Mura-Zala medencében projekt keretében T-JAM

2 A jelentést együttesen készítő partnerek: Geološki zavod Slovenije (GeoZS) Magyar Állami Földtani Intézet (MÁFI) Készítették: Tóth György (MÁFI) Muráti Judit (MÁFI) Dusan Rajver (GeoZS) Közreműködtek: Andrej Lapanje (GeoZS) Nádor Annamária (MÁFI) GeoZS igazgatója: Doc. Marko Komac, Ph.D. MÁFI igazgatója: Fancsik Tamás, Ph.D. Budapest, Ljubljana

3 Tartalomjegyzék 1. Bevezetés A geotermikus modellek adatháttere A hőáramot és a hőmérséklet eloszlást befolyásoló tényezők Hővezető-képesség Radioaktív hőtermelés Geotermikus gradiens Felszín alatti vízáramlás Üledékképződés/erózió Tektonikai szerkezetek Vulkánizmus és utótevékenységei A numerikus modell várható eredményei A T-JAM projekt terület geotermikus sajátosságai A közvetlen hő-hasznosítás jelenlegi helyzete A terület mélységi hőáram képe Magyarország Szlovénia Kezdeti hőmérséklet-eloszlás Hőkivétel a rendszerből Természetes megcsapolások A felszín hőleadása Összefoglalás Irodalomjegyzék... 37

4

5 Ábrajegyzék 1. ábra ÉK Szlovénia fúrásaiból származó kőzetek hővezető-képessége a főbb litológia szerint csoportosítva (a T-JAM projekt területén) ábra Porózus üledékek esetében a telített zóna (kék sáv) vízvezető képessége nagyban függ az üledék szerkezetétől (szemcseméret, pórustérfogat), míg a hővezető képesség (barna sáv) az üledék szerkezetétől gyakorlatilag független. A kék, ill. barna sávok szélessége a paraméterek tartományszélességére is utal. (CONSTANTZ & STONESTORM 2003) ábra A geotermikus gradiens szemléltetése ábra A mért hővezető képesség értékek terjedelme és középértéke a litológiai egységek kőzetei szerint, valamint a számított geotermikus gradiensek intervalluma és középértéke ÉK Szlovéniában ábra A vízáramlási rendszereket befolyásoló főbb tényezők ábra A vizsgált terület és környezete földi hőáram sűrűsége (Horváth et al. 2005) ábra A Szombathely II-es fúrás rétegsora, a fúrásban korábban mért hővezető képességek, a fúrásban mért hőmérséklet eloszlás és hőmérsékleti gradiens görbék ábra A projekt keretében mért kutak elhelyezkedése Magyarországon ábra A Be-2-es benedikti fúrásban mért hőmérséklet értékek az egyszerűsített rétegsorral (KRALJIC ET AL., 2005 nyomán) ábra A Ljtuj-1-es kút egyszerűsített geológiai szelvénye a mért hőmérséklet-profillal, a számolt geotermikus gradiens, hővezető-képesség, radioaktív hőtermelési értékek, és szakaszokra számolt hőáram-sűrűség értékek bemutatásával (GeoZS adatbázis) ábra A Ljut-1/88-as kútban mért hőmérséklet értékek, egyszerűsített rétegsorral ábra Az Mt-2/61-es, Rimska čardai kút egyszerűsített geológiai szelvénye a mért hőmérsékletprofillal, a számolt geotermikus gradiens, hővezető-képesség, radioaktív hőtermelési értékek, és szakaszokra számolt hőáram-sűrűség értékek bemutatásával ábra A Pg-7/88-as Petišovci-i kút egyszerűsített geológiai szelvénye az utolsó mért hőmérsékletprofillal, a számolt geotermikus gradiens, hővezető-képesség, radioaktív hőtermelési értékek, és szakaszokra számolt hőáram-sűrűség értékek bemutatásával ábra A Peč-1/91-es Petišovci-i kút egyszerűsített geológiai szelvénye az utolsó mért hőmérsékletprofillal, a számolt geotermikus gradiens, hővezető-képesség, radioaktív hőtermelési értékek, és szakaszokra számolt hőáram-sűrűség értékek bemutatásával ábra Az Mg-6 os, Murski gozd-i kút egyszerűsített geológiai szelvénye az utolsó mért hőmérsékletprofillal, a számolt geotermikus gradiens, hővezető-képesség, radioaktív hőtermelési értékek, és szakaszokra számolt hőáram-sűrűség értékek bemutatásával ábra A Be-1-es kútban mért hőmérséklet értékek, az egyszerűsített rétegoszloppal ábra Az MB-1/90-es, maribori kút egyszerűsített geológiai szelvénye az utolsó mért hőmérsékletprofillal, a számolt geotermikus gradiens, hővezető-képesség, radioaktív hőtermelési értékek, és szakaszokra számolt hőáram-sűrűség értékek bemutatásával ábra A SOB-2/88-as, muraszombati kút egyszerűsített geológiai szelvénye az utolsó mért hőmérsékletprofillal, a számolt geotermikus gradiens, hővezető-képesség, radioaktív hőtermelési értékek, és szakaszokra számolt hőáram-sűrűség értékek bemutatásával

6 19. ábra Hőmérséklet-eloszlás 500 méter mélységben a felszín alatt ábra Hőmérséklet-eloszlás 1000 méter mélységben a felszín alatt ábra Hőmérséklet-eloszlás 2000 méter mélységben a felszín alatt ábra Hőmérséklet-eloszlás 4000 méter mélységben a felszín alatt Táblázatjegyzék 1. Táblázat Jellemző hővezető-képesség értékek a magyarországi neogén üledékes kőzetek homokos és agyagos csoportjaiban (DÖVÉNYI & HORVÁTH, 1988 nyomán) Táblázat A Szombathely II-es fúrásban korábban mért hőmérséklet értékek és hőtani paraméterek Táblázat A T-JAM projekt keretében mért kutak alapadatai Táblázat Korábbi mérésből származó hőmérséklet értékek és hőtani paraméterek a benedikti BS-2-es fúrásban

7 1. Bevezetés A geotermikus modellezés célja az, hogy szilárd földtudományi alapot biztosítson a fenntartható geotermikus energiahasznosítás, legyen az elektromos áram termelése, avagy hőhasznosítási célú, valamennyi aspektusa számára, valamint a balneológiai célú hasznosítások esetében is. A Föld belsejében hatalmas hőkészlet található, amely főként a kéregben lévő radioaktív elemek bomlásából származik, és részben a különféle kőzetek szilárd vázában, részben a bennük lévő pórusokat és repedéseket kitöltő fluidumokban tározódik. Mindebből következik az is, hogy a geotermikus modellekben mind a hővezetésből származó, (az egymással fizikai kapcsolatban lévő kőzetrészecskék közötti) hőszállítást, mind a konvekciót, (vagyis a fluidumok, és esetünkben a felszín alatti vizek áramlásából származó hőszállítást) vizsgáljuk. A geotermikus modellek szoros kapcsolatban vannak a földtani modellekkel és a hidrogeológiai modellekkel. A földtani modellek a különféle geotermikus szempontból lényeges paraméterekkel (mint amilyen a porozitás, fajlagos hőkapacitás, hővezető-képesség, sűrűség) rendelkező kőzettestek térbeli meghatározására irányulnak. A hidrogeológiai modell ebben az esetben egyrészt azokra a felszín alatti vízáramásokra vonatkozik, melyek módosítják a felszínalatti hőeloszlásokat, másrészt azokra, melyek az inhomogén hőmérsékleti tér következtében a víz sűrűség-különbségeiből adódnak. Vagyis ez utóbbi esetben, a felhajtóerő önmagában is képes vízáramlásokat beindítani vagy a meglévőket módosítani. A permanens geotermikus modellek a kezdeti, vagy aktuális, kvázi állandónak tekinthető hőmérsékleti teret adják meg, így a hidrogeológiai modellek ellenőrzésére is alkalmasak. Mindezek mellett, ha a későbbi termálvíz-termelésekről és a hasznosítás típusától függően a hideg vizek visszasajtolásáról is szó van akkor nempermanens/tranziens modellezéssel lehet előre jelezni a geotermikus rezervoárok hőtartalmának időbeli alakulásait. Ez segítheti a rezervoár mérnököket és a geotermikus energiagazdálkodókat abban, hogy optimalizálják az adott rezervoárból kitermelt hőkészletet. A geotermikus modell kialakítása két lépésben történik. Először a koncepcionális modell kerül kialakításra, (mely tárgya jelen tanulmányunknak), amikor a numerikus modell számára szükséges adatok és peremfeltételek körét határozzuk meg, (úgymint a hőáram-sűrűség térképet, a különböző mélységekhez tartozó hőmérséklet-eloszlásokat, a litosztratigráfiai egységekre vonatkoztatott hővezető-képesség értékeket, illetve néhány jellemző kútra a hőmérséklet/mélység profilt). A koncepcionális modellben jellemezzük a projekt-terület geotermikus viszonyait is. A második lépésben kialakításra kerülő, összekapcsolt numerikus áramlási és hőtranszport modell segítségével lehatárolásra kerülnek a konvektív rendszerek, majd finomításra kerülnek a hőmérsékleti teret bemutató mélységtérképek és a földtani szelvények hőmérséklet szelvényekké történő konvertálása történik meg. Általánosságban véve a T-JAM projekt a természetes körülmények között felfűtött, 20 C-nál melegebb vizek hasznosításával foglalkozik. Bár a T-JAM projekt másik fő célja a hőszivattyús rendszerek terjesztésének elősegítése, a geotermikus modellben nem foglalkozunk a sekély rendszerekkel, és ugyancsak nem tárgya modellezésünknek a nagymélységű, forró, száraz kőzetek (HDR, vagy EGS rendszerek) értékelése sem. A hidrogeotermikus hasznosítások esetében két fő változat, koncepció létezik: (a) egykutas, pontosabban visszatáplálás nélküli hévíz-kivétel, ilyen a balneológiai hasznosítás például, amikor a felszín alatti tér szennyeződésének elkerülése miatt a visszatáplálás nem engedélyezett; és (b) a visszatáplálásos, vagy geotermikus kútpáros rendszer, amikor az 1

8 energetikai célú hasznosítás után a felhasznált termálvizet az eredeti tároló közegbe sajtolják vissza. Nem nevezhetjük fenntartható hasznosításnak azon kitermeléses eseteket, amikor a használt vizet a felszíni vizekbe vezetik, és a termelt víz mennyisége meghaladja a rendszer természetes utánpótlódását, mert ez a rétegnyomás és végső soron a vízhozam csökkenéséhez vezet. A visszatáplálásos esetben elvileg a vízmennyiség és nyomás egyensúlya a tározóban biztosított. Ez esetben is lehet azonban a hőmérséklet időbeli csökkenésével számolni, amennyiben a visszasajtolt hidegvíz a termelőkút irányában áramolva lehűti a kőzetkörnyezet. Általánosságban véve 5 különböző műszaki hasznosítási séma adható meg, különböző kitermeléshez (θ out ) és visszatápláláshoz (θ in ) tartozó hőmérsékleti értékekkel, és termeltetési időtartamokkal. 1. Általános (viszonyítási) séma: θ out > 30 C; θ in = 25 C; egész évben folyamatos üzemeléssel [egy-kutas, kút-páros, és több-kutas változatokkal]. 2. Tiszta elektromos energiatermelés, az ORC séma alapján: θ out > 90 C; θ in = 70 C; meghatározott üzemidőkkel [kútpáros és több-kutas változatokban]. 3. Kombinált elektromos energiatermelés és helyi fűtési rendszer: θ out > 90 C; θ in = 30 C; az elektromos energiatermelésre és a fűtésre meghatározott üzemidőkkel [kútpáros és több-kutas változatokban]. 4. Kombinált fűtési és balneológiai rendszer: θ out > 50 C; θ in = 20 C; a fűtést meghatározott időszakokban, a balneológiai hasznosításokat egész évben folyamatosan működtetve. [Kútpáros hasznosítás, de a visszatáplálás a balneológiai használattal csökkentett, ezért részben egy-kutas változatnak is nevezhetjük ezt az esetet.] 5. Tisztán balneológiai hasznosítás: θ out > 30 C; θ in = 20 C (felszíni befogadóba juttatva a kitermelt és lehűlt vizet), egész évi üzemelést feltételezve, [egy-kutas változat]. A T-JAM projekt területén a jelenlegi hasznosítások, (a geológiai, hidrogeológiai és geotermikus viszonyok alapján) a balneológiai (5) és a kombinált fűtési balneológiai (4) eseteket ölelik fel. Vizsgálataink is elsősorban ezekre irányulnak, mivel az olyan magas (> 90 C) hőmérsékletű rezervoárok, amelyekből gazdaságosan tiszta vagy kombinált elektromos energiahasznosítás (2) és (3) megvalósítható lenne nem, illetve jelen tudásunk szerint még nem ismertek a területen. A T-JAM projekt területén a hasznosításokra vonatkozó felmérés (LAPANJE ET AL., 2010) szerint a hévizek hasznosításának döntő része balneológiai célú, különösen Magyarországon. Habár az egyedi fűtési rendszerek gyakoriak ÉK-Szlovéniában, azonban szorosan kapcsolódnak meglévő termálfürdőkhöz. A három távfűtéses rendszer (Muraszombat és Lendava Szlovéniában és Vasvár Magyarországon) esetében pedig nem üzemeltetnek visszasajtoló kutakat. Mindezekből következően a T-JAM projekt főként az egy-kutas sémát vizsgálva határozza meg a jelenlegi víztermelések által okozott, határokon átnyúló hatásokat, valamint a természetesen utánpótlódó és a kitermelhető víz- és hőmennyiségeket. Mindezen vizsgálatok alapján a projekt végén javaslat készül a közös határ menti hasznosításra és megfigyelő-rendszer kialakítására. 2

9 A geotermikus modell által szolgáltatott hőmérsékleti kép a 3D geológiai viszonyok és a felszín alatti vízáramlási rendszerek ismeretén alapul, egyúttal hozzájárul a numerikus hidrogeológiai modell verifikációjához. A modell permanens viszonyok között megadható természetes hőáram-sűrűség és hőmérséklet-eloszlás meghatározásra irányul. Megfelelő termelési idősorok hiányában, sem a nem-permanens viszonyok vizsgálatára, sem ilyen típusú jövőbeni szcenáriók elemzésére nem kerül sor. A geotermikus modellezés másik fontos célja az, hogy hozzájáruljon a határokon áthaladó felszín alatti termálvíz-áramlási pályák meghatározásához. Az eredmények hozzájárulhatnak továbbá a közös határral osztott felszín alatti termálvíztest kijelöléséhez (mindez idáig Szlovéniában nem, csak Magyarországon jelöltek ki hivatalosan termálvíztestet). 3

10 2. A geotermikus modellek adatháttere A geotermikus modell létrehozáshoz szükséges legfontosabb információk a következők: A rezervoár hőmérséklete A rezervoárokban, (vagy hévízadókban) lévő nyomás A rezervoárok termikus és hidraulikus jellemzői A rezervoárok geometriája, (térbeli helyzete és kiterjedése), típusa (porózus, repedezett), különös tekintettel a pórustér geometriájára, amely meghatározza a szilárd mátrix és a pórusokban mozgó fluidumok közötti hőcserét A pórusokban lévő folyadékok jellemzői: a gáz-tartalom és a vízminőségi viszonyok A geotermikus modell harmonizált adatokat tartalmazó adatbázison alapul. A leglényegesebb adatok a terület fúrásaiból és kútjaiból származnak. Ezeket a projekt első fázisában összegyűjtöttük és egy több-nyelvű adatbázisba töltöttük, (és amelynek egy része a WP 2 munkacsomag eredményeként nyilvános formában a projekt honlapján is hozzáférhető: Mindezek mellett meg kell említeni, hogy a modellezéshez szükséges rezervoár paraméterek túlnyomó többsége korábban készült geológiai és hidrogeológiai modellezésekből származik. A Szlovéniai Pomurje és Podravje közigazgatási területe megfelelően jellemezhető mind a kutak előfordulása, mind a belőlük származó geotermikus és hidrogeológai adatok tekintetében. Ezek a kutak a nyugati részeken Maribor és a Ptujska gora körzetében vannak, míg délen Ptuj, Bukovci és Ormož vidékén. A délkeleti részeken a Lendava és Petišovci térségében lévő kutak közel vannak a magyar és a horvát határokhoz, és a keleti részek fúrásai is a magyar határ mellett helyezkednek el. Az északon lévő kutak Goričko körzetében, de nem túl közel az osztrák határhoz találhatók, kivéve a Strukovci és Nuskova környékieket. A T-JAM Zala és Vas megyei tercier medenceterületein számos olyan működő hévízkút található, melyből megfelelő információk adhatók a geotermikus és hidrodinamikai értékelések részére. A szlovén-magyar határ mentén, vagy közel ahhoz találhatók ezek közül a Lenti, Szécsisziget, Bázakerettye és Letenye térségi kutak. Az alaphegység nagy (3-4-5 kmes) mélysége miatt az itteni vízadókra nincs működő termelő vagy monitoring-kút kiképezve. Részletes geotermikus adatokat (azaz hőmérsékleti karotázst és magokon mért hővezetőképesség adatokat együttesen) csak a Bárszentmihályfa-I (Bm-I) fúrásból ismerünk. Ebben a fúrásban a pretercier, (premiocén) aljzat 3070 méteres mélységben található, ez alatt a fúrás mezozoós kőzeteket harántolt az 5075 méteres talpmélységig, ( m: triász képződmények, főként dolomit, ez alatt, m: jura, főként mészkő). A geotermikus értékelésekhez szükséges adatok forrását a különféle archívumokban, katszterekben találjuk. Ezek a mélyfúrású (termál és hidegvizes) kutakra, a szénhidrogén kutató fúrásokra és néhány földtani alapfúrásra vonatkoznak. A geotermikus modellezések számára leghasznosabb adatokat a hévízkút kataszter tartalmazza. 4

11 A következő input paraméterek szükségesek a célul kitűzött permanens geotermikus modell kialakításához: Hőtani viszonyok: Kút hőmérsékletek Hővezető képesség adatok és fajlagos hőkapacitás értékek, mind a szilárd, mind a folyadék fázisra (anizotrópia) Sokéves átlagos középhőmérséklet a felszínen (mért és interpolált értékek) Hőáram sűrűség a felszínen (modellezett vagy átlagolt) Ezen adatok legtöbbje elérhető vagy az adatbázisból, vagy korábbi értékelésekből és modellezési munkákból. Mért hőmérsékleti adattal rendelkezik 154 szlovéniai fúrás, míg Magyarországon 284 fúrás 369 mért hőmérséleti adata áll rendelkezésünkre a projekt területére. A fúrások különböző céllal mélyültek, túlnyomó részük szénhidrogén kutatásból származik, ezt követik a geotermikus célú, vagy hévíz-kutak, végül kisebb számban a szerkezetkutató, vízkutató és egyéb fúrások vannak. Mindkét országban öt különböző módon mértek a hőmérsékleteket, melyekből az adott rezervoár hőmérsékletek megadhatók voltak. Ezek a mérési módok a következők, egyúttal említve az északkelet Szlovéniára vonatkozó információkat. Talphőmérséklet mérés A fúrások (és különösen a szénhidrogén kutató fúrások) mélyítése közben, vagy a fúrások befejezését követően közvetlenül, 83 kútban készült talphőmérséklet-mérés. Miután a mérések abban az időben történtek, amikor a fúrások okozta zavarok miatt a hőegyensúly még nem állt be, ezért ezen adatok korrekcióra szorulnak. Bizonyos esetekben, mikor a korrekcióhoz szükséges egyéb információk hiányoztak a korrekciókat nem tudták elvégezni. Szerencsére az elmúlt évtizedben már számos, (de nem valamennyi) szénhidrogén-kutató fúrásban elvégezték az állandósult állapotra vonatkozó hőmérséklet és nyomás-méréseket. Folyamatos hőmérsékleti karotázs-mérések 28 szlovéniai fúrásban végeztek folyamatos hőmérsékleti méréseket a karotázs-vizsgálatok során. Szintén vannak mérések a geotermikus termelő kutakból, de ezek csak a fúrások néhány pontjára vonatkoznak. Végül meg kell említeni, hogy a legjobb minőségű adatok azokból a kutakból származnak, melyek hosszabb ideig, gyakran több mint öt évig álltak. A fúrások bizonyos vizsgálati szakaszain mért hőmérséklet adatok (A DST - drill stem test) során mért adatok A potenciális olaj és gáztároló megismerésére irányuló rétegvizsgálatok során 10 fúrásban végeztek hőmérséklet-méréseket. Az ilyen DST mérések az extrapolált talphőmérsékleti adatoknál jobb minőségűek. 5

12 Pontról-pontra történő hőmérséklet mérések 28 szlovéniai kútban használták azt a módszert, amikor is 5 vagy 10 méterenként mértek hőmérsékletet. Amennyiben ezek a mérések hosszabb ideje álló kútban történtek, a legjobb minőségű adatok közé sorolhatók. Hőmérséklet-mérések egyedi pontokban. 89 szlovéniai fúrásban végeztek ilyen típusú méréseket. Gyakran több hőmérsékletmérés is történt egy-egy fúrásban, de nem olyan sűrűn, mint a pontról-pontra mérések során. (Pl. 25, 50 vagy 100 méterenként, de nem a teljes fúrás hosszában). Az ilyen típusú mérések is minőségi szempontból a jobbak közé sorolhatók. A már említett, nem korrigált talphőmérséklet mérések gyenge minőségű adatok. A legtöbb esetben a fúrás közben mért talphőmérsékletek egyszeriek és megismételhetetlenek, ami miatt lehetetlen extrapolálni ezekből a tényleges rezervoár hőmérsékleteket. A DST mérések jobb minőségűek. A folyamatosan mért karotázs hőmérsékletmérések jó minőségűek néhány fúrásban, különösen az utóbbi években használt karotázs technikák esetében. A korábban mért szlovéniai adatok, melyek interpretációját RAVNIK (1991) végezte, bekerültek az adatbázisba, melyet később RAJVER & RAVNIK (2002) tovább bővített. A Nafta Geoterm Co. (Lendava) 12 évvel ezelőtt megkezdte a szénhidrogén-kutató fúrások rendszeres karbantartását. Állandósult, permanens állapotban végzett hőmérsékletméréseik az utóbbi 11 évben jobb hőmérséklet gradiens értékeket szolgáltattak a kiválasztott fúrásokban és kutakban. Mindazonáltal még sok fúrás nem rendelkezik korszerű, utóbbi években mért hőmérséklet adattal. Néhány ezek közül, pedig olyan helyen van, ahol más fúrás a környezetben nincs. Az összegyűjtött geotermikus adatok azt jelzik, hogy megbízható adatokkal rendelkezünk ÉK Szlovénia számos olaj-kútjából, és úgyszintén néhány sekély fúrásból É-Szlovéniából (Maribor környékéről). Mindezekből az is következik, hogy hőáram sűrűség adatok azon sekély kutak esetében várhatók, ahol a geotermikus mérések megbízhatóak, vagyis ahol a hőmérsékletmérések a kút leállítását követő hosszabb idő eltelte után történtek. Magyarországon 3 fontosabb adatbázis képezi az alapot a geotermikus értékelések számára. Itt is a fentiekben felsorolt 5 fajta mérési mód az, amit figyelembe kellett venni. Az első, és mind mostanáig a legjelentősebb adatgyűjtemény 1983-ban került publikálásra, (DÖVÉNYI ET AL. 1983). Ez a katalógus a T-JAM területére 288 fúrást tartalmaz. A katalógus az OKGT a VITUKI és a MÁFI adatain alapul. A hőmérséklet adatok (1) állandósult állapotok melletti méréseken, (2) vízkutak vagy olajkutak rétegpróbái (DST tesztek) alkalmával végzett méréseken alapszanak, vagy (3) empirikus módszer segítségével a kifolyó vízhőmérséklet és vízhozam alapján számított értékeket tartalmazzák. A második adatbázis 149 mélyfúrású vízkút mélységi és kifolyó vízhőmérséklet adatát tartalmazza. A harmadik adatbázis 15 kút pontról-pontra végzett részletes hőmérséklet-méréseit tartalmazza, amelyet a GEOLOG Kft végzett. Ezek közül 5, régebb óta nem termelő figyelőkút igen részletes hőmérséklet-szelvényezésére a T-JAM projekt keretében került sor. 6

13 3. A hőáramot és a hőmérséklet eloszlást befolyásoló tényezők 3.1 Hővezető-képesség Adott felszín alatti test hővezető-képessége, adott hőáram-sűrűség mellett, meghatározza a hőmérséklet térbeli eloszlását, feltételezve, hogy tisztán csak hővezetési folyamattal kell számolnunk. A kőzetek hővezető-képességét részben meghatározhatjuk közvetlenül a termikus karotázsból, vagy közvetetten más lyukgeofizikai mérésekből, vagy a formációk kőzettani összetételéből irodalmi adatok felhasználásával. ÉK-Szlovéniában 24 fúrásból vett 129 kőzetmintán készültek laboratóriumi hővezető-képesség mérések. A 24 fúrás részben szénhidrogén-kutatás, részben hévízkutatás, részben földtani kutatás során mélyült. A közvetlen méréseket a Szlovéniában kifejlesztett tranziens forró-drót műszerrel mérték (Faculty of Physics and Mathematics of Ljubljana University; ld. RAVNIK, 1991; RAVNIK ET AL., 1995), mindössze egy fúrás egy mintája mérésénél használták az új, nem kontakt, optikai szkenning módszert. A magyarországi hővezető-képességi értékek az Eötvös Loránd Tudományegyetem Geofizikai Tanszékén végzett több száz laboratóriumi mérésen alapulnak (LENKEY, 1999). A vizsgált magminták eredeti víztartalmát viaszborítással őrizték meg a mérés pillanatáig, vagy vákuum segítségével telítették a mérés elvégzéséhez. Ezeket a méréseket háromszor ismételték meg a mérési hibák csökkentése érdekében. LAND & PAULL (2001) szerint a kőzetek hővezető-képessége (K T ) 0,7 és 3,0 W/m/ C között változik. STONESTROM & BLASCH (2003) szerint telített porózus közegre vonatkoztatva a hővezető-képesség a következőképpen alakul: 2,2 W/m/ C homokok esetében, 1,4 W/m/ C agyagok esetében, és 2.9 W/m/ C talajok és agyagok esetében. A projekt terület szlovéniai oldalán a legfontosabb kőzetek hővezető-képességét a következő adatok mutatják (W/(m K) egységben): a) Homok, laza homokkő: 1,4 és 2,96 között, (átlag: 1,93) b) Kompakt homokkő, homokos, meszes kőzetliszt, breccsás homokkő és márga: 1,49 és 4,44 között, (átlag: 2,78) c) Agyag, márga, agyagkő, márgás és agyagos kőzetliszt: 0,92 és 3,21 között, (átlag: 2,09) d) Metamorfitok: zöldpala, csillámpala, gneisz, filonit, eklogit: 2,09 és 4,6 között (átlag: 3,21) e) Karbonátos kőzetek, (dolomit, mészkő): 2,01 és 3,66 között, (átlag: 2,88) Magyarországon a neogén üledékes kőzeteken mért hővezető-képesség értékeket homokkő és agyag típusokba csoportosították. Az elsőbe a homokokat, homokköveket, az utóbbiba az agyagokat, kőzetliszteket és ezek enyhén konszolidált változatait sorolták, majd a csoportokra vonatkozó értékeket a mélység függvényében ábrázolták (DÖVÉNYI & HORVÁTH, 1988). A vizsgálatok alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a neogén üledékes kőzetek hővezetőképesség értékei főként a porozitásuk függvényei, a fő litológiai csoportjukon ( homokkő 7

14 illetve agyag ) belül. Az 1. Táblázatban közöljük a porzitás-mélység trendeket és ezek kombinációját a mért hővezető-képesség értékekkel: 1. Táblázat Jellemző hővezető-képesség értékek a magyarországi neogén üledékes kőzetek homokos és agyagos csoportjaiban (DÖVÉNYI & HORVÁTH, 1988 nyomán) A magminta származási mélysége *Mélység (m terep alatt) Porozitás (%), a magminták litológiáját figyelembe véve Hővezető-képesség érték, magmintákon mért adatok alapján (W/(m K) A vertikálisan váltakozó homok/agyagrétegek átlagos hővezetőképesség értéke(w/(m K) 4 homokréteg arány (% ) esetében *Mélység (m terep Agyagok Homokkövek Agyagok alatt) *Mélység (m Agyagok Homokkövek Agyagok terep alatt) , , , , , , , , ,0 14 2, ,0 14 2, ,1 8 2, ,1 8 2, ,9 6 2, ,9 6 2, ,8 4 2, ,8 4 2, ,7 3 2, ,7 3 2, ,6 2 2, ,6 2 2, *Mélység alatt a medence folytonos üledékképződése során elért legnagyobb érték értendő, későbbi denudáció, erózió feltételezése nélkül. A T-JAM területen feltételezhető eróziós értékek méter közöttiek. Ez azt is jelenti, hogy a szeizmikus szelvényekből leolvasható időhorizontok felhasználásával a hővezetőképességi értékeket korrigálni szükséges a geotermikus modellezés megkezdése előtt. A magyarországi laboratóriumi mérések alapján néhány konszolidált kőzetfajtára az alábbi hővezető-képességi értékek adhatók meg: mezozoós mészkövek: 2,7-3,1 W/(m K), dolomitok: 4,4 W/(m K); palák: 2,8 W/(m K); paleozoós homokkövek: 2,7 W/(m K); metamorf kőzetek: 3,1 W/(m K). Ha a karbonátos formációként megadott egységben a dolomit uralkodó mennyiségű, akkor a hővezető-képessége is kissé magasabb. ÉK-Szlovénia fúrásaiban megismert hővezető-képesség adatokat a litológia figyelembevételével az 1. ábra mutatja be. Itt érdemes megemlíteni, hogy míg a porózus kőzetek permeabilitása több nagyságrend tartományában változik, addig a hővezető-képesség értékek csaknem konstansok. Ennek az az oka, hogy míg a hő a teljes közegben, tehát a szilárd szemcsékben és a közöttük lévő fluidumban közvetlenül terjed, addig a fluid-áramlás csak az egymással kapcsolatban lévő pórusokon keresztül történik. A folyadék áramlását a transzmisszivitás és a hidraulikus potenciál gradiens (Darcy törvénye) szabályozza, a konduktív hőáramot pedig analóg módon a hővezető-képesség és a hőmérséklet gradiens (Fourier törvénye) (2. ábra). A hőt nyomjelzőként is lehet használni a különböző áramlási modellek kalibrációjánál Radioaktív hőtermelés A diffúz hőtermelés a földkéregben lévő radioaktív elemek bomlásából származik. A radiogén hőtermelést ÉK-Szlovénia 14 fúrásának 53 kőzetmintáján határozták meg. A minták U, Th és K 40 tartalmát a ljubljanai Jožef Stefan Intézetben határozták meg, a kőzetek sűrűségét pedig a

15 GeoZS geomechanikai laboratóriumában (RAVNIK, 1991; RAVNIK ET AL., 1995). A hőtermelési paraméter bizonyosan kisebb hatással lehet a hőmérséklet-alakulásokra nagyobb (> 3-5 km) mélységek esetében, ahol a radioaktív elemek magasabb koncentrációjára számítani lehet. Fontos adat lehet viszont olyan területeken, ahol a hőmérséklet modellezéshez nincs egyéb megfelelő adat. Radiogén hőtermelésre vonatkozó mérés Magyarországról nem ismert. 1. ábra ÉK Szlovénia fúrásaiból származó kőzetek hővezető-képessége a főbb litológia szerint csoportosítva (a T-JAM projekt területén) 9

16 2. ábra Porózus üledékek esetében a telített zóna (kék sáv) vízvezető képessége nagyban függ az üledék szerkezetétől (szemcseméret, pórustérfogat), míg a hővezető képesség (barna sáv) az üledék szerkezetétől gyakorlatilag független. A kék, ill. barna sávok szélessége a paraméterek tartományszélességére is utal. (CONSTANTZ & STONESTORM 2003). 3.3 Geotermikus gradiens Vízáramlás nélküli és homogén közegben a hőmérséklet mélység szerinti eloszlása a geotermikus gradienssel jellemezhető (3. ábra). 3. ábra A geotermikus gradiens szemléltetése Regionális léptékű modellek esetében T 0 az adott területre jellemző éves felszíni átlaghőmérséklet, T 1 adott mélységbeli állandó hőmérséklet, λ a hővezető képesség, q a hőáram, z a mélység. A hővezető-képesség és a geotermikus gradiens közötti korrelációt világosan jelzi, hogy minél kisebb a gradiens, annál jobb a hővezető képesség és fordítva. Az alacsonyabb hővezető-képesség az agyagos és márgás kőzeteknél jelentkezik. A dolomitos kőzetekben a 10

17 geotermikus gradiens a legalacsonyabb és jellemzően itt a legmagasabb a mért hővezetőképesség is a terület kőzetei tekintetében. A szlovéniai oldal geotermikus adatait, azaz a mért hővezető-képességeket és a hőmérséklet méréseket összekapcsolták és mint jellemző értékeket az egyes litosztratigráfiai, vagy litológiai egységek szerint mutatták be. A 4. ábrán minden egyes rétegtani egységen belüli litológiai leíráshoz egy jellemző mért hővezetőképesség-tartomány tartozik, az átlag-értékkel együtt. Ugyancsak feltüntették az ábrán a geotermikus gradiens értékeket és azok intervallumát. Nagyobb geotermikus gradiens értékek jellemzik a fiatal laza és alig konszolidálódott üledékeket, míg szűkebb tartományban mozognak a Špilje és Haloze formációk keményebb kőzetei és a pretercier kőzetek is. A 4. ábrából leolvashatók a geotermikus gradiens eloszlások a formációk kora szerint is: pliocén: 39-77, miocén: , mezozoikum: 22-34, és paleozoikum: C/km. 4. ábra A mért hővezető képesség értékek terjedelme és középértéke a litológiai egységek kőzetei szerint, valamint a számított geotermikus gradiensek intervalluma és középértéke ÉK Szlovéniában. A geotermikus gradiens értékek hasonlóan részletes feldolgozása ez ideig nem készült a magyarországi területrészekre. Mindazonáltal a geotermikus gradiensek középértékei hasonlóképpen alakulnak a szlovéniai részekhez, a T-JAM projekt területén a mélység függvényében: 11

18 Magyarországi területrészeken a geotermikus gradiens értékei: 500 m: 49,8 C/km; 1000 m: 47,4 C/km; 2000 m: 45,6 C/km; 4000 m: 42,4 C/km. Szlovéniai területrészeken a geotermikus gradiens értékei: 500 m: 50,1 C/km; 1000 m: 46,8 C/km; 2000 m: 42,8 C/km; 4000 m: 38,1 C/km. 3.4 Felszín alatti vízáramlás A kondukció mellett mind a függőleges, mind a vízszintes felszín alatti vízáramlások is befolyásolják a hőáramlást. A repedezett, de leginkább a karsztosodott karbonátos kőzetek nagy permeabilitással rendelkeznek, amely a csapadékvíz nagy százalékénak beszivárgását teszi lehetővé és így a lefelé áramló hideg víz hűti a környezetét. 3-4 km mélységben a víz felmelegszik és utána felfelé áramlik, majd a hévízforrásokban a felszínre lép. A feláramlás kis területekre koncentrálódik, míg a leszivárgás nagy területen megy végbe, ezért a fűtött területek nagysága jóval kisebb, mint a hűtött területeké. Ennél fogva a felszíni karsztos területek alacsony felszín alatti hőmérsékletekkel és hőárammal jellemezhetők. A medence-területek alatt található, közel vízszintesen rétegzett porózus üledékekben a függőleges irányú vízáramlási sebesség nagyságrendekkel kisebb, mint a vízszintes irányú, ezért ez a karsztos területekkel ellentétben ez nem befolyásolja jelentősen a hőmérsékleteloszlást. A felszíni és felszín alatti vizek rendszerének összetevőit és paramétereit az 5. ábra összegzi, ebben piros színnel emeltük ki a hőáramlást befolyásoló tényezőket. A rendszer belső működését meghatározó összetevők Vízföldtanilag egységesen kezelhető összletek térbeli helyzete Vízföldtanilag egységesen kezelhető összletek vízföldtani tulaldonságai Háromfázisú (telítetlen) zóna térbeli helyzete Kétfázisú (telített) zóna térbeli helyzete Háromfázisú (telítetlen) zóna vízföldtani jellemzői Kétfázisú (telített) zóna vízföldtani jellemzői Vízföldtani jelleg Vízföldtani paraméterek modellekhez Vízföldtani jelleg Vízföldtani paraméterek modellekhez domborzat és vízhálózat talajvíztükör tszf magassága és felszín alatti mélysége horizontális lehatárolás talajvízadó feküje egymás alatt következő vízadó rétegcsoportok vastagsága ill. feküje horizontális lehatárolás porózus kettős porozítású vagy repedezett homogén vagy inhomogén izotróp vagy anizotróp rétegzett vagy rétegzetlen járatos áramlási: pf, K(w) transzport: diszperziós tényező víz kőzet kölcsönhatási: ásványos összetétel, adszorbciós tulajdonságok porózus kettős porozitású vagy repedezett homogén vagy inhomogén izotróp vagy anizotróp rétegzett vagy rétegzetlen járatos áramlási: k, n, S, anizotrópia tényező (λ) transzport: diszperzivitások 12

19 A rendszer vízés anyagforgalmát szabályozó külső hatások (természetes folyamatok és beavatkozások) A rendszer környezeti állapotát jellemző adatok (modellek ellenőrzéséhez és igazolásához) Utánpótlódási viszonyok Megcsapolás Transzportfolyamatok anyagutánpótlása Természetes beszivárgás Mesterséges utánpótlódás víz kőzet kölcsönhatási: ásványos összetétel, adszorbciós tulajdonságok áttekintő nagytérségi modell vízháztartás vízhozam (base-flow mérések, archív adatok) vízszintidősorok (lefolyás, párolgás szimulációja) vízminőség települési szikkadások, elszivárgások, öntözések Eddigi és előrejelezhető változás (legvalószínűbb, legrosszabb, mértékadó): pl. időjárási, fedettségi, emberi tevékenységi helyzetek előrejelzése források (hozam, szint) forrásvízfolyások (hozam, Természetes megcsapolás Mesterséges megcsapolás szint) párolgó állóvizek: mocsarak, lápok (szintek) párolgó talajvizek (értékelés) kutak, vízművek lecsapolások, melioráció, csatornázások Eddigi és az előre-jelezhető változások és hatások (legvalószínűbb, legrosszabb, mértékadó): pl. a talajvízpárolgás lecsökkenése éghajlati okból csapadék-minőség természetes és mesterséges alkotók, nyomjelzők: Cl, NO 3, K, freon, nehézfémek, izotópok szennyezőforrásokból származó oldott anyagok talajnedvességi potenciál viszonyai Potenciálviszonok talajvízszint réteg- és repedésvízszint talajnedvesség zónája Vízminőségi, hidrogeokémiai, talajvíz zónája izotóphidrológiai adatok, idősorok réteg- és egyéb mélyebb vizek zónája Geotermikus jellemzők Talajokban és kőzetekben a vízáramlási, transzport- és víz-kőzet kölcsönhatási folyamatok során észlelhető változások felszíni vizek Mélységi hőmérsékleti, adatok, forráshőmérsékleti idősorok kilúgozás felhalmozódási jelenségek kicsapódási jelenségek megkötődési jelenségek 5. ábra A vízáramlási rendszereket befolyásoló főbb tényezők 3.5 Üledékképződés/erózió Az üledék-felhalmozódás hőtani hatásaira szintén figyelemmel kell lenni különösen olyan területeken (amilyen a Pannon medence is), ahol több ezer méter vastag, különböző hőtani paraméterekkel rendelkező üledék halmozódott fel. A terület DK-i határán csatlakozó Dráva medencében a neogén és kvarter üledékek vastagsága meghaladja a 4000 métert, az üledékfelhalmozódás okozta hőáram-deficit itt eléri a 20 mw/m 2 -t (LENKEY, 1999), a Zalai medence 13

20 esetében ez kevésbé számottevő tényező. A T-JAM területén azonban a medencebeli feltöltést követő kiemelkedés során számottevő, több-száz méteres erózió is bekövetkezett, melynek hőáram-növelő hatását a geotermikus modellezés során értékelni fogjuk. 3.6 Tektonikai szerkezetek A tektonikai szerkezetek vízáramlásra gyakorolt hatásuk miatt jelentősek a hőáramlás szempontjából (kényszerpályák). Ezek közül is kiemelkedő fontosságúak azok a vertikálisan több-száz méter hosszúságú jó vízvezető szerkezetek, csatornák, melyeken a magas hőmérsékletű víz kis hűlési gradiens mellett jut felszín közelébe. Az ilyen jelenséget hőliftnek nevezzük, melynek döntő szerepe van a regionális szabad, vagy részben gravitációsan vezérelt konvekciós áramlások létrejöttében. A Szlovénia ÉK-i részén található Benedikt és környéke ebbe a kategóriába sorolható. A metamorf kőzetekben zajló konvekcióra 2004-ben derült fény, amikor a Be-2-es kutató temelő kutat lemélyítették (KRALJIĆ ET AL., 2005). Egy másik fúrásban (BS-2) a harmadidőszaki rétegekben mért magas geotermikus gradiens (82 mk/m) már korábban sejteni engedte egy ilyen zóna létét. Ezen a területen nyilvánvaló a termálvíz nagy mélységű, akár 2 km mély áramlása, amely elegendő ahhoz, hogy a termálvíz elérje a C hőmérsékletet. Ebben a szituációban Szükségtelen feltételezni egy mélybeli fiatal magmás test, mint hőforrás létezését. Magyarországon, Zalaegerszeg, Nagylengyel és Zalakaros térségében számos geotermikus anomália köthető függőleges vagy közel függőleges, nagy permeabilitású csatornákhoz, feltolódási zónákhoz. A vizek alacsony sótartalma szerkezetek menti konvekciót (pl. Zalaegerszeg), a nagy sótartalom szabad konvektív áramlási cellát (pl. Zalaegerszeg) mutat. 3.7 Vulkánizmus és utótevékenységei A vulkáni aktivitás általában magas hőáramot eredményez, azonban a területen található az elmúlt 10 millió évben inaktív vulkánok mérete nem okoz megnövekedett hőáramot, mivel a magmakamrák ennyi idő alatt kihűltek (LENKEY, 1999). Ennek a tényezőnek ezért területünkön nincsen jelentősége. 14

21 4. A numerikus modell várható eredményei A geotermikus modell végső eredményeit az egyesített, vagy összekapcsolt numerikus áramlási és hőtranszport modell-futtatásokból kapjuk meg. Egyrészt a ModFlow (folyadék áramlás modellezés), másrészt a FeFlow szoftverek (folyadék áramlás és csatolt hőtranszport modellezés) eredményei alapján készített térképek a következők lesznek: Felszíni hőáram sűrűség térkép Hő-anomália térkép (pl. HOCHSTEIN, 1988 nyomán), mely a kiemelkedő pozitív és negatív konduktív hőárammal rendelkező területeket mutatja, kombinálva a hidrogeotermikus rezervoárok típusaival. Hőmérséklet és mélység térképek o Szintvonalas térképsorozatok néhány kiválasztott hőmérsékleti érték felszínét mutatva (pl. a 30 C, 50 C, 70 C és 90 C izotermák felszínei) A numerikus modellek kiértékelése során táblázatok és grafikonok segítik az eredmények bemutatását. Fő eredményként várhajuk, hogy a numerikus modellek hozzájárulnak majd a regionális folyadék és hőáramlás megértéséhez. Mindezen eredmények alapján pontosabban tudjuk meghatározni az egyes geotermikus hasznosítások (a víztermelések, geotermikus termelővisszasajtoló kút párok, vagy ezek kombinációi - többszörös kutak) rendszerre gyakorolt lehetséges hatásait. 15

22 5. A T-JAM projekt terület geotermikus sajátosságai Magyarország területe ezen belül vizsgált területünk a Mura-Zala medence a Pannonmedence alatti különlegesen vékony, km-es litoszféra miatt sorolható geotermikus adottságait tekintve Európa élvonalába. A földkéreg is vékonyabb a világátlagnál: mindössze km vastag, vagyis mintegy 10 km-rel vékonyabb a szomszéd területekhez képest. A litoszféra kivékonyodása az alsó- és középső-miocénben lejátszódott geodinamikai események (a Pannon medence kialakulásának) következménye, amelynek során a forró asztenoszféra a felszínhez közelebb helyezkedik el (ROYDEN ET AL., 1983). A projektterület regionális geotermikus viszonyaival már a 90-es években foglalkoztak, például az Európa Geotermikus Atlasza keretei között (HURTIG ET AL., 1992). 5.1 A közvetlen hő-hasznosítás jelenlegi helyzete A T-JAM projekt által vizsgált területen a hőhasznosítás főként termálkutak segítségével történik, amelyet a hasznosítási felmérésünkben (LAPANJE ET AL. 2010) foglaltunk össze. A projekt magyarországi részterületén mindössze kétféle módja van a közvetlen hőhasznosításnak, míg Szlovéniában ötféle és a közeljövőben kiegészül még legalább két kategóriával (hó-olvasztás és haltenyésztés). Délnyugat Magyarországon feltehetően hasonló tervek vannak a direkt hőhasznosítás kiterjesztésére néhány további kategóriában. Északkelet Szlovéniában 13 felhasználó 25 termelőkútjának adata állt rendelkezésünkre (Benedikt kivételével). Délnyugat Magyarországon ez 29 hasznosítási helyet, (felhasználót) jelent 42 termálkúttal és egy jelentős termál forrással Hévízen. A földhős hőszivattyúk ÉK Szlovéniában jelenleg szélesebb körben elterjedtek, mint DNy Magyarországon. ÉK Szlovéniában az öt hasznosítási kategória (egyéni fűtés, távfűtés, légkondicionálás, üvegházak fűtése, fürdő-, uszodai és balneológiai hasznosításs) közvetlen hő-fogyasztása 38,83 MW, a hőszivattyúkat is beleszámolva 48,83 MW. DNy Magyarországon a két hasznosítási kategóriában (távfűtés, valamint fürdő és uszodai-balneológiai hasznosítás) felhasznált kapacitása 71,17 MW, a hőszivattyúkra nem rendelkezünk adatokkal. ÉK Szlovéniában az éves hő felhasználás az öt kategóriában 382 TJ/év, a hőszivattyúkkal együtt mintegy 432 TJ/év, míg ugyanezek Magyarországra a két kategóriában kb. 660 TJ/év, a hőszivattyúkkal együtt 678 TJ/év. Míg ÉK Szlovéniában a 600 hőszivattyús hasznosítás többsége nyitott rendszer, addig DNy Magyarországon főleg zárt rendszerű, függőleges kialakítású a 98 hőszivattyús felhasználás többsége. 5.2 A terület mélységi hőáram képe A vizsgált terület és környezetének földi hőáram sűrűségét a 6. ábra szemlélteti. A térkép Magyarországon 27 db hőáram-meghatározáson és mintegy 1500 hőáram becslésen alapszik, míg a határon kívüli részek a Atlas of Geothermal Resources of Europe (HURTER & SCHELLSCHMIDT, 2003) térképsorozatából származnak. A szintvonalakkal ábrázolt értékek pontossága ± 15 %. A térkép elkészítése óta (2005) Magyarországon nem történt újabb hőáram-meghatározás, és az újabb fúrásokban mért hőmérsékletek is összhangban vannak a korábbi mérésekkel, így a hőáram-térkép nem változott. 16

23 Szlovéniában a terület DNy-i részén (Ptuj) a hőáram-sűrűség mw/m 2 körül van, mely fokozatosan növekszik a magyar határ felé. A legmagasabb értékek 120 mw/m 2 felett a muraszombati magaslaton Lénárttól Moravske Toplicéig és a Pečarovci-Dankovci telületen találhatók, mely az alacsony mélységben található pretercier aljzattal és a pretercier kőzetekben levő konvekciós zónákkal magyarázhatóak. Benediktnél ez már bizonyítást nyert, és Muraszombat és Moravske Toplice alatt is feltételezhető. Kisebb anomália 110 mw/m 2 feletti található Lendaván, amelynek területe DNy Magyarországra is átnyúlik. A magyarországi oldalon szélesebb skálán mozognak az értékek ( mw/m 2 ). Legalacsonyabb értékei a Keszthelyi-hegység területén találhatóak, KÉK-en, ahol a lefelé áramló hideg karsztvíz hűti a környezetét. Az értékek fokozatosan nőnek DNy felé, ahol elérik a mw/m 2 értéket a szlovén határ közelében. 6. ábra A vizsgált terület és környezete földi hőáram sűrűsége (Horváth et al. 2005) Magyarország A terület konvektív hőáramát a mélyfúrásokban korábban mért hőmérséklet-eloszlásból, (2. táblázat és 7. ábra.) és a terület földtani-vízföldtani ismeretessége alapján becsülhetjük őszén további 5 szelvényezést végzett a Geo-Log Kft., mint a projekt alvállalkozója (3. táblázat, 8. ábra és I-V. mellékletek). A hőmérséklet-eloszlás vizsgálatára folytonos szelvényezést végeztek 5 kútban. A kútszerkezet ellenőrzésére kútátmérő és természetes gamma mérés történt. Ezen értékeket a numerikus hőtranszport modellbe illesztve tudjuk majd pontosítani, illetve meghatározni a konvektív hőáramlások irányát. 17

24 2. Táblázat A Szombathely II-es fúrásban korábban mért hőmérséklet értékek és hőtani paraméterek Mélység (m) Hővezetőképesség (W/mK) Korrigált hővezetőképesség (W/mK) Vastagság (m) Hőmérséklet T ( C) Hőáram (mw/m 2 ) k sh = 1,83 k st = 2,6 " " ,7 71, k = 2,54 " k sh = 1,99 k st = 3,28 " 2, k = 2,66 2, k = 3,61 3, ,7 108, k = 2,84 2, k = 3,42 2,97 65 sh agyag st homokkő ,2 3. Táblázat A T-JAM projekt keretében mért kutak alapadatai A kút neve Fürdő-1 NG-1 MÁFI megfigyelőkút Nádasd N-2 Kd-3 ZG-1 Település Szombathely Nagygörbő Hegyháthodász Kehidakustány Zalaegerszeg EOV_Y EOV_X z 211,6 168,46 209,7 124,3? Létesítés éve Talpmélység (m) 1498, ,6 3213,3 940 Szűrőzött szakasz teteje (m) Szűrőzött szakasz alja (m) , Szűrők száma Talphőmérséklet ( C) 83,5? 73,9? 44,8 Kifolyó víz hőmérséklete ( C) 37? Statikus vízszint (m) -47, ,9-9,0-35,8 Maximális hozam (l/min) 600?? 42? 18

25 7. ábra A Szombathely II-es fúrás rétegsora, a fúrásban korábban mért hővezető képességek, a fúrásban mért hőmérséklet eloszlás és hőmérsékleti gradiens görbék. 19

26 8. ábra A projekt keretében mért kutak elhelyezkedése Magyarországon A Szombathely Fürdő-1-es kútban (1A-B mellékletek) a hőmérséklet és természetes gamma szelvényezés 3,3 és 758,8 méter között történt, felső pannon homokos, aleuritos-agyagos rétegeket (Tihanyi Formáció) harántolva. A közelben található Szombathely Fürdő-3-as kútban hasonló földtani környezetben a hőmérséklet-szelvényezés 2,7 és 664,4 méter között, míg a természetes gamma szelvényezés 2,7 és 662,9 méter között történt. A kút teljes mélysége 1498,6 méter, ahol a korábbi talphőmérséklet mérés 83,5 C-os értéket adott. A nyugalmi helyzetben mért hőmérséklet-mélység (T z) profil 59 méteres mélységig 14,2 C-os értéket mutat, majd többnyire állandó mértékű a hőmérséklet növekedése egészen a mért szakasz aljáig (758,8 m), ahol 42,89 C a hőmérséklet. Kivétel ez alól a 770 méteres mélység, ahol a hőmérséklet adatok alapján meleg víz beáramlásra következtetünk a mélyebb rétegekből, mely felfelé áramlik a kútban és a 600 és 625 méter közötti szűrőzött szakaszban jelenik meg. Az átlagos geotermikus gradiens 59 métertől a mért szakasz aljáig 41 C/km. Figyelembe véve, hogy 20 méteres mélységben 10,5 C a hőmérséklet, mely az éves felszíni középhőmérséklet, az átlagos gradiens értéke 43,8 C/km-nek adódik, melyet zöld vonallal jelöltünk a szelvényen. Mindez azt mutatja, hogy a T z profil a legfelső szakaszon nem állandó. A kútban a litológiától való hőmérséklet függésre utaló jel nem látható. A Nagygörbő NG-1-es kút (2A-B mellékletek) a felső pannóniai rétegeket (Újfalui és Hansági Formációk) harántolta, majd alatta a felső miocén Tinnyei és Szilágyi Agyagmárga és a Rákosi Mészkő Formációkat. Ez alatt a középső miocén (Bádeni Agyag, Tari Dácittufa, Tekeri Slír) és alsó miocén (Budafai, Szászvári, Gyulakeszi Riolittufa) formációk települnek. A fúrás legalsó részén oligocén Csatkai Formációt tárt fel. A hőmérséklet 1,6 1106,9 méter, míg a természetes gamma szelvényezés 1,6-1105,4 méteres mélységekben történt, a kút eddig a mélységig volt szelvényezhető. 20

27 A fúrás teljes mélysége 1517 méter. Ebben a fúrásban nem mértek talphőmérsékletet. A nyugalmi körülmények között mért T-z profil 42 méterig állandó hőmérsékletet mutat, majd egy átlagosan 17,6 C/km gradienssel emelkedik a mért szakasz végéig. A legmagasabb mért hőmérséklet 30,17 C 1106,8 m-es mélységben. A profil némi változékonyságot mutat a gradiensben, amely valószínűleg a kőzettani változékonysággal hozható összefüggésbe. 380 méteres mélységig hidegebb, meteorikus vizek beszivárgása nyilvánvaló a T-z görbéről egy kisebb gradienssel, míg az ez alatti kevésbé permeábilis rétegekben magasabb gradienssel emelkedik a hőmérséklet. A számított átlagos gradiens érteke 18,1 C/km. A Hegyháthodász Nádasd N-2-es (3A-B mellékletek) fúrás a felső pannon homokos agyagos aleuritos üledékeket (Tihanyi F.) harántolja 1146 méterig. Ez alatt az Algyői Formáció homokos, márgás, aleuritos rétegei következnek 1322 méterig. A Szolnoki Formáció agyagos márga, homokos márga, homok és agyagos homok rétegei az méteres mélységek között találhatók. A szelvényezés 1832,3 méterig történt. A fúrás teljes mélysége 2395 méter, létesítésekor 1536 méteres mélységben 73,9 C-os talphőmérsékletet mértek. A szelvényezés során a maximális hőmérséklet 91,8 C-nak adódott 1832,2 méterben. A T-z profil nem mutat különösebb jellegzetességet, kivéve a főként litológiával és vízmozgással összefüggésbe hozható kis mértékű változatosságot. A ,2 méteres mélységekre számolt átlagos gradiens 44,1 C/km. A Kehidakustány Kd-3-as kút (4A-B mellékletek) egy vékony kvarter fedő után a felső pannóniai Somlói Formáció homokos, aleuritos agyag rétegeit harántolta. A hőmérséklet 3 209,3 méter, míg a természetes gamma szelvényezés 3 207,8 méteres mélységekben történt. A fúrás teljes mélysége 3212,3 méter, létesítésekor 1498,6 méteres mélység elérésekor a kifolyó víz hőmérsékletét 44 C-nak mérték. A T-z profil csekély litológiai változásokat mutat és/vagy valószínűleg a laterális vízmozgást a méteres és a kb. 155 méteres mélységekben. A legmagasabb hőmérsékletet (53,83 C) mindössze 209,2 m-ben mérték. Ebből adódóan a hőmérsékleti gradiens a ,2 méteres mélységekre igen magas értéket ér el: 190 C/km. Az interpolált hőmérséklet trendvonal 229 C/km gradienst mutat. Ebből arra következtethetünk, hogy a T-z profil nem érte el a nyugalmi állapotát, legalábbis nem a felső 120 méterben. Egy ilyen magas hőmérsékleti gradiens arra utal, hogy a kút hőmérsékletét a felső 210 méterben a valószínűleg nagyobb mélységből (esetleg 1500 méterből vagy még mélyebbről) felfelé áramló termálvíz befolyásolja. A Zalaegerszeg ZG-1-es kút (5A-B mellékletek) egy vékony kvarter fedő alatt felső pannóniai homokos, aleuritos rétegeket harántolt. A hőmérséklet 3 937,6 méter, míg a természetes gamma szelvényezés 3 936,1 méteres mélységekben történt. A fúrás teljes mélysége 940 méter. A talphőmérséklet 46 C-nak adódott. A szelvényezés során a maximális hőmérséklet 44,8 C-nak adódott 937,6 méterben. A T-z görbe nagy változékonyságot mutat a felső 200 méterben, mely a litológiával hozható összefüggésbe. A homokosabb rétegekben a mért hőmérsékletet a hűvösebb rétegvíz áramlása befolyásolja. Mindemellett a T-z görbe mérés nem teljesen nyugalmi körülmények között történt. Ez egyértelműen látszik az interpolált hőmérséklet trendvonalból, melynek értéke 37,4 C/km, míg a ,6 méteres mélységek között a mért T-z görbéből számolt gradiens csupán 30,4 C/km. A méteres mélységek között 150 l/perc hozamú szivattyúzási teszt alatt mért T-z profil méterben szűrőzött szakaszt tárt fel, ahol a víz belép a kútba. 21