A Bodai Aleurolit Formáció ciklussztratigráfiai vizsgálata

Átírás

1 PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM Természettudományi Kar Földtudományok Doktori Iskola A Bodai Aleurolit Formáció ciklussztratigráfiai vizsgálata Halász Amadé Doktori értekezés tézisei PÉCS, 2011

2 A doktori iskola címe: Földtudományok Doktori Iskola A doktori iskola vezetıje: Dr. Dövényi Zoltán DSc egyetemi tanár, a földrajztudományok doktora, intézetigazgató PTE TTK Földrajzi Intézet Magyarország Földrajza Tanszék A doktori témacsoport címe: Földtan Vezetıje: Dr. habil. Budai Tamás DSc geológus, az MTA doktora, tudományos tanácsadó PTE TTK Környezettudományi Intézet A disszertáció tudományága: Földtan Témavezetıje: Dr. Konrád Gyula CSc geológus, a földtudományok kandidátusa, tanszékvezetı, egyetemi docens PTE TTK Földrajzi Intézet Földtani Tanszék Dr. habil. Budai Tamás DSc geológus, az MTA doktora, tudományos tanácsadó PTE TTK Környezettudományi Intézet

3 Bevezetés, kutatási elızmények A nagy aktivitású radioaktív hulladékok egyik potenciális befogadó kızetének, a Bodai Aleurolitnak és földtani környezetének, a Nyugat- Mecseknek a kutatása több évtizedre nyúlik vissza. A tárolóhelynek alkalmas terület kiválasztásához szükséges a formáció részletes földtani ismerete. Az alkalmasság megítélésben fontos szempont a képzıdmény egyveretősége, homogenitása. Noha a szakirodalom a nagy vastagságú képzıdményt egyhangú, homogén felépítésőnek írja le, az valójában négy, makroszkóposan is elkülöníthetı kızettípusból épül fel, ami lehetıséget nyújt a ciklusvizsgálatra. Célkitőzések A célkitőzéseim a következık voltak: a képzıdmény ciklusosságának kis- és nagyléptékő vizsgálata, valamint a jellemzı ciklusok, csonkaciklusok, ritmusok definiálása, képzıdési környezetének leírása; a modális, tipikus és reális ciklusok meghatározása, jellemzése; a litológiai és szedimentológiai típusok meghatározása és azok ciklusokhoz köthetıségének vizsgálata; a színváltozás, a szövet, a szerkezet és a geofizikai tulajdonságok alapján meghatározott ciklusok összevetése-elemzése; 1

4 a ciklusok és ritmusok vastagságának statisztikai vizsgálata (a ciklusok és ritmusok vastagságainak változékonysága, eloszlása és ezek összefüggései); a homogénnek tekinthetı egységek vastagságának meghatározása kisés nagyléptékben. A fenti célok eléréséhez elvégeztem a 2005 után mélyült fúrások és a formációt jól reprezentáló feltárások szedimentológiai és ciklussztratigráfiai vizsgálatát; az archív fúrásdokumentációk átértékelését; valamint a rendelkezésre álló szedimentológiai adatok matematikai és statisztikai elemzését. Kutatási módszerek Kiindulási adatok A ciklussztratigráfiai elemzéshez azon fúrások adatait használtam fel, amelyek jelentıs vastagságban harántolták a Bodai Aleurolitot. Ilyen volt a BAT-4, BAT-5, XV. szerkezetkutató, Ib-4, Bo-5 és Bo-6 jelő fúrás. A fúrások feldolgozásához rendelkezésemre álltak: a Geo-Log Kft. által mért karotázsszelvények, a teljes földtani dokumentáció, a kutatási területen található feltárások korábbi leírása, dokumentációja, 2

5 a fúrómagok ImaGeo magszkennerrel készült nagyfelbontású képei, valamint a fúrómagok és minták LIPS mérései. Módszerek A fúrások és feltárások szöveges földtani dokumentációjából olyan adatbázist építettem, amely alkalmas szoftveres feldolgozásra. Ehhez elvégeztem az értelmezésre alkalmas hat fúrásban (Ib-4, BAT-4, BAT-5, XV. szerkezetkutató, Bo-5, Bo-6) dokumentált kızettípusok statisztikai elemzését, amely a ciklussztratigráfia vizsgálathoz elengedhetetlen volt. A hat fúrásban és a három felszíni feltárásban kilenc fı kızettípust különítettem el. Ehhez feldolgoztam több mint 400 méter fúrási maganyagot és szkennelt képet, valamint további majdnem 2000 méter fúrásról szóló elektronikus és nyomtatott dokumentációt. A szöveges földtani dokumentáció alapján meghatároztam azokat a tulajdonságokat, amelyek alkalmasak lehetnek ciklusok (esetleg ritmusok) kimutatására. A meglévı táblázatokat kiegészítettem néhány, a formáció jellemzése szempontjából fontos tulajdonsággal (dolomit/márga/ típusa, vastagsága, jellege stb.). A fúrási rétegsorokat a Strater szoftverrel jelenítettem meg, a szöveges földtani dokumentációjukból elıállított adatbázis alapján. Ezt az adatbázist és a geofizikai méréseket elemeztem még a Grapher és a Past nevő programmal is. A ciklusok leírásánál a következı fogalmakat használtam: 1. Valóságos (reális) ciklus: megfigyelés során rögzített, minden réteget (elemet) tartalmazó ciklus. 3

6 2. Tipikus vagy modális ciklus: a rétegsor leggyakoribb, de nem feltétlenül minden elemet tartalmazó ciklusa. 3. Ideális vagy modell-ciklus: a rétegsor ciklusainak elemzése alapján felállított elméleti ciklus, amely a ciklusos folyamat egészét leírja. 4. Csonkaciklus: az elıbbi ciklus-típusok (1-3) azon változata, amelynek egy vagy több ciklustagja hiányzik (pl. erózió következtében), de minimum 2-3 tagból áll. 5. Ritmus: 2 rétegtag váltakozásából épül fel, és rétegtani helyzetébıl adódóan nem egészülhet ki több taggal. A ciklusok vizsgálata során kis- és nagyléptékő elemzést is végeztem. A nagyléptékő elemzés során a teljes rétegsort több ciklust vagy cikluscsoportot magába foglaló nagyobb szakaszokra igyekeztem bontani. A felosztás szempontja volt például egy-egy, az adott szakaszra jellemzı réteg (dolomitos-, homokköves-betelepülések) megjelenése vagy eltőnése. A ciklicitás statisztikai vizsgálatához Markov-analízist és idısor-analízist használtam fel. Eredmények Dolgozatomban elsısorban a képzıdmény általános ciklussztratigráfiai elemzését adom, emellett definiálom és jellemzem a rétegsort felépítı ciklusokat. Mindezek alapján pontosítom a képzıdmény homogenitásáról kialakult képet. A nagyobb léptékben történı vizsgálat a fúrások közötti korrelációt (horizontális elterjedés, homogenitás) segíti elı, mivel az ideális rétegsorban a hasonló litosztratigráfiai szakaszokra azonos ciklikus felépítés jellemzı. A kisléptékő elemzés az üledékképzıdési folyamatokra, azok ciklikus változásaira ad magyarázatot. 1. Kidolgoztam a Bodai Aleurolit Formáció ciklussztratigráfiai elemzéséhez szükséges módszeregyüttest, amelynek fı elemei a nagy- 4

7 és kisléptékő elemzés, a színvizsgálat, a spektrum- és a Markovanalízis. 2. A fúrások és feltárások alapján definiáltam a képzıdményre jellemzı ciklusokat és ritmusokat. Az Ib-4 számú fúrásnál az összes, a többi fúrás és feltárás esetében pedig a fı kızettípusok úgymint homokkı (A), aleurolit (B), agyagkı (C) és dolomit (D) váltakozása alapján végeztem az elemzést. Megállapítottam, hogy a leggyakoribb és várható ciklusok gyakorisági sorrendben a következık: AB, CD, AC, ABD, BDB, BD, ABC, ACD, BC. 3. A teljes képzıdményre jellemzı kilenc ciklustípust kiegészítettem az Ib-4 számú fúrás kilenc kızettípusából felépülı ciklusokkal, ahol a szemcseméret-tartományok finomabb beosztásával részletesebben tagoltam a képzıdményt. Ez alapján kimutattam a kızetlisztes agyagkı kızetlisztes homokkı agyagos aleurolit, homokkı agyagos aleurolit, agyagos dolomit kızetlisztes agyagkı és az agyagos dolomit agyagos aleurolit kızetlisztes homokkı tagokból felépülı ciklusokat. 4. Definiáltam a formációra jellemzı valóságos, tipikus és ideális ciklusokat. A képzıdmény valóságos ciklusát az Ib-4 számú fúrás rétegsora alapján határoztam meg, amely a durvaszemő homokkıtıl az agyagkıig terjedı szemcseméret-tartományt foglalja magába, dolomitos rétegtaggal záródva. Megállapítottam, hogy a tipikus- vagy modális ciklusok az AB, ABC, CD és BD kifejlıdések. Az İrházi- Tagozatban kimutattam a homokkı szemcseméretén alapuló ciklicitást. 5. Az elvégzett nagyléptékő elemzés alapján a képzıdményt új szempontok szerint osztottam rétegcsoportokra. Ezeket egy-egy markáns, üledékképzıdési szempontból jelentıs kızettípus megjelenése vagy eltőnése alapján jelöltem ki. A homokkı- és a dolomitos betelepülések adták ezeknek a rétegcsoportoknak a határát. 5

8 Ennek alapján a képzıdményt méteres egységekre különítettem el. 6. A kisléptékő elemzés során meghatároztam az egyes rétegcsoportokra jellemzı tipikus, vagy modális ciklusokat. Ezek szerint a dolomitos betelepüléseket nem tartalmazó egységek jellemzı ciklusai az AB, ABC, AC, BC. Az összes litológiai típust tartalmazó összletekben az elıbbieken kívül megjelenhet a BD, BCD, CD, BDB. A rétegsor homokkımentes részein pedig a CD, CDC ciklusok dominálnak, néhol kiegészülve egy-egy BD(B) és BCD ciklussal. 7. A képzıdmény színváltozásai alapján ciklicitást nem sikerült kimutatni. A térinformatikai módszerek azonban jól használhatóak az egymáshoz hasonló színek mint például az igen jellemzı barnásvörös és vörösesbarna közötti átmenetek megkülönböztetésére. A kidolgozott színelemzési eljárás a ciklussztratigráfiában alkalmazható lesz, ha a szkennelés során a továbbiakban az általam megadott kritériumokat is figyelembe veszik, mivel a program tanítható és a kızetkategóriák felismerésére részben már alkalmas. 8. Elvégeztem a ciklusvastagság és -eloszlás statisztikai elemzését. A rétegsor túlnyomó részét alkotó AB ciklusok átlagos vastagsága 0,5 m, az ABC ciklusoké 1,0 m, a BD ciklusoké 1,2 m, a CD ciklusoké pedig 2,0 m. Ez utóbbi típusnál leírtam egy milliméteres nagyságrendő váltakozást is. 9. A lyukgeofizikai vizsgálatokkal sikerült igazolni a többi módszerrel kimutatott, jellemzı ciklusos egységek létét és az azokat felépítı ciklusok vastagságát. A képzıdmény agyagtartalmában is sikerült kimutatnom ciklicitást. A természetes gamma- és elektromos ellenállásértékek alapján meghatároztam eddig nem ismert olyan ciklusokat, amelyek jellemzı vastagsága 7 m és 12 m. Ezt a homogénnek tekintett egységekre tudtam alkalmazni, tehát a 6

9 természetes gamma értékek alkalmasak a formáció ciklussztratigráfiai elemzésére. Megállapítottam, hogy a számított albittartalom alapján ciklusvizsgálatot nem érdemes folytatni a további kutatások során, mivel az a többi módszerhez képest nem ad többlet információt. 10. A ciklussztratigráfiai vizsgálatok segítségével bıvítettem az ismereteket a képzıdmény homogenitásáról. Megállapítottam, hogy a Bodai Aleurolit az izolációs tulajdonságokat tekintve homogén m vastag szakaszokból épül fel. Az eredmények hasznosításának lehetıségei és a további kutatási irányok A potenciális radioaktív hulladéktároló kiválasztása során elsıdleges szempont a befogadó képzıdmény vertikális és horizontális homogenitása. A Bodai Aleurolit nem tekinthetı teljesen homogénnek, három, egymástól jól elkülöníthetı egységre tagolható: az İrházi Tagozatra és két, egyenként méter vastag összletre. Az İrházi Tagozat kızettani felépítése miatt nem alkalmas a tároló befogadására, e célra csak a két felsı összlet érdemes kutatásra. A homogenitás laterális változásának meghatározásához a vizsgált fúrások túl messze helyezkednek el egymástól (a gyakori laterális fáciesváltozékonyság miatt), ezért a kutatás jelen állásában csak a vertikális változási tendenciák jellemezhetık. A belsı inhomogenitások ellenére földtani léptékben (vagy a tároló létesítése szempontjából) a formáció három szakasza külön-külön vertikálisan homogénnek tekinthetı, a horizontális homogenitás megítéléséhez azonban további kutatások szükségesek. 7

10 A kutatás a homogenitás vizsgálatán kívül igen sok résztémát foglal magában, ezért annak további irányai is meglehetısen szerteágazók. Ezek közül fontosnak tartom: a korábban dolomitosnak leírt betelepülések részletes vizsgálatát, mivel azok több esetben kızetlisztes alapanyagú rétegeknek bizonyultak. Ehhez ásvány-, kızettani vizsgálatok, valamint LIPS mérések szükségesek. A LIPS mérések elınye a terepi alkalmazhatóság, mert ott nehéz megkülönböztetni a betelepülések anyagát. Ezen ismeretek alapján pontosabb képet kaphatnánk a képzıdmény litológiai felépítésérıl, és ennek nyomán az üledékképzıdési környezetrıl is; a lyukgeofizikai szelvények további fúrásokon történı elemzését. Ha sikerül több sekélyebb fúrást is bevonni a vizsgálatba, akkor pontosabb képet kaphatunk a képzıdmény ciklicitásának jellegérıl, ami megbízható korrelációs eszközt jelentene; az albit mennyiségi kimutatásának pontosítását a lyukgeofizikai módszerek alkalmazásával. Ez új ciklussztratigráfiai ismereteket adhat és a kızettest homogenitását is jobban megismerhetjük általa; a formáció horizontális homogenitásának vizsgálatát. Ehhez több, egymáshoz közeli fúrás ciklussztratigráfiai korrelációja szükséges; a Bodai Aleurolit rétegsorának korrelációja a Goricai-blokk és az antiklinális területe között, amihez a ciklussztratiráfiai vizsgálat teremti meg a lehetıséget. Ehhez azonban az antiklinális területérıl is szükséges legalább egy, az Ib-4 sz. fúráshoz hasonló részletességgel feldolgozott rétegsor; A paleotalajok felismerése-meghatározása és modern szemlélető szedimentológiai feldolgozása szükséges a szárazulati események kijelölésében. 8

11 Publikációk jegyzéke Az értekezés témakörében megjelent publikációk Könyv, könyvrészlet, cikk 1. HALÁSZ A. 2008: A Jakabhegyi Homokkı Formáció korrelációs lehetıségei a mecseki uránérc bánya III. és IV. üzemi fúrások szemcseeloszlási adatai alapján. In. Modern Geográfia, 2008/3. szám, 2. HALÁSZ, A. KONRÁD, GY. SEBE, K. SZEDERKÉNYI, T. 2008: Geological environment of a possible waste repository site in SE Transdanubia (Hungary). In. LÓCZY, D. TÓTH, J. TRÓCSÁNYI, A. (ed.): Progress in Geography in the European Capital of Culture Geographia Pannonica Nova 3, Imedias Publisher, Kozármisleny, 2008, pp HALÁSZ A. 2009: A Cycles and rhythms within the Boda Claystone in the borehole Ib-4. In. Central European Geology Vol. 52, Number 3-4, pp KONRÁD, GY. SEBE, K. HALÁSZ, A. BABINSZKI, E. 2010: Sedimentology of a Permian Playa Lake: Boda Claystone Formation, Hungary. In. Geologos Vol. 16, No. 1, Poland, pp KONRÁD GY. SEBE K. HALÁSZ A. HALMAI Á. 2010: A Délkelet-Dunántúl földtani fejlıdéstörténete recens analógiák. In. Földrajzi Közlemények pp Konferencia kiadvány 1. HALÁSZ A. 2006: Mecseki alsó-triász törmelékes képzıdmények ciklussztratigráfiai vizsgálata. Elıadás kivonat. In. VIII. Székelyföldi Geológus Találkozó. pp HALÁSZ A. 2007: Cyclostratigraphy in the permo-triassic of the Western Mecsek Mountain. In. 25 th IAS meeting of sedimentology. (Greece). Conference Book. p HALÁSZ A. 2007: Elızetes eredmények az Ib-4-es fúrás ciklussztratigráfiai vizsgálataiból. In. MFT-MGE VI. Földtudományi Ankét november 27. (Nagykanizsa). 4. p. 4. KONRÁD GY. S. KRISZTINA A. HALÁSZ E. BABINSZKI 2008: Sedimentology of a Permian Playa Lake: Boda Siltstone Formation, Hungary. In. 25 th IAS meeting of sedimentology. (Bochum). Abstract Book, p BERTA, ZS. CSICSÁK, J. HALÁSZ, A. HÁMOS, G. KONRÁD, GY. KOVÁCS, L. MAJOROS, G. MÁTHÉ, Z. VARGA, GY. 2008: Possibility of a geological repository for nuclear wastes in a thick, extensive claystone body: research results from Hungary. In. 33rd. IGC International Geological Congress - 33igc (Oslo) Conference CD. 2. p. 9

12 Egyéb publikációk Könyv, könyvrészlet, cikk 1. BAYANKHUU B. HALÁSZ A. 2005: International Investment opportunities in the Mongolian Mining industry. In. Fejlesztés (Development) és (and) Finanszírozás (Finance) 2005 évf. X. szám, pp HALÁSZ A. 2006: A Watt-tenger, mint a Jakabhegyi Homokkı Formáció recens fáciesanalógiája. In. BARANYAI G. TÓTH J. (szerk.): Földrajzi Tanulmányok a Pécsi Doktoriskolából V., PTE Pécs, 2006, pp KONRÁD GY. HALÁSZ A. 2009: Földtani szempontok a környezetvédelemben, Baranyai esettanulmányok. In. SZABÓ-KOVÁCS B. TÓTH J. WILHELM Z. (szerk): Környezetünk Természeti-Társadalmi dimenziói. Publikon Kiadó, Pécs, 2009, pp KONRÁD GY. SZEDERKÉNYI T. KOVÁCS J. - VARGA GY. HALÁSZ A. 2009: Gondolatok a környezetföldrajz és a környezetföldtan szerepérıl és viszonyáról. In. FÁBIÁN SZ. Á. KOVÁCS I. P. (szerk): Az édesvízi mészkövektıl a sivatag kérgekig. Publikon Kiadó, Pécs, 2009, pp LÓCZY D. HALÁSZ A. ÁGÓ F. HÁRSAS P. 2009: Kína fejlıdésének természeti korlátja: a víz. In. TÓTH J. WILHELM Z. (szerk): Keleti Horizontunk, Publikon Kiadó, Pécs, 2009, pp KONRÁD GY. KOVÁCS J. HALÁSZ A. SEBE K. PÁLFFY H. 2010: Late Quaternary woolly mammoth (Mammuthus primigenius Blum.) remains from southern Transdanubia, Hungary. In. Comptes rendus Palevol 9: (1-2) pp KOVÁCS J. HALÁSZ A. KONRÁD GY. POZSÁR V. 2010: A mecseki és villányihegységi díszítıkı-elıfordulások földtani helyzete és állékonysági tulajdonságai. In. KOVÁCS I. P. TRÓCSÁNYI A. (szerk): Tér Tálentum Tanítványok, Publikon Kiadó, Pécs, 2010, pp