MAGYARORSZÁG ROMÁNIA HATÁRON ÁTNYÚLÓ EGYÜTTMŰKÖDÉSI PROGRAM 2007 2013 KUTATÁSI PROGRAM A HAJDÚ BIHAR BIHOR EURORÉGIÓ TERÜLETÉN ÁTNYÚLÓ TERMÁLVÍZTESTEK HIDROGEOLÓGIAI VISZONYAINAK ÉS ÁLLAPOTÁNAK MEGISMERÉSÉRE REGISZTRÁCIÓS SZÁM: HURO/0901/044/2.2.2 2013.02.05 06. JÁKFALVI SÁNDOR GEOGOLD KÁRPÁTIA KFT. HIDROGEOKÉMIAI VIZSGÁLATOK
Kútvizsgálatok 65 vizsgált kút (24 db romániai és 40 db magyarországi kút) 27 vizsgált komonens: Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Cl, HCO 3, CO 3, SO 4 2, ph, Vezetőképesség, TDS, p lúgosság, m lúgosság, Összes keménység, Karbonát keménység, Állandó keménység, KOIps, NH4+, Fe 2+, Mn 2+, Nitrát, Nitrit, PO 4 3, B, As, δd, δ 18 O 2 helyszínen 14 C Vízmintavétel 10. sz. ábra: WTW ph/oxi 340i digitális műszer
A romániai termálrendszer jellemezői: A projekt során az alsó és felső pannon termál vízadót, az alsó kréta és a triász termál vízadót vizsgáltuk A Pannon medence legfontosabb vízadó rendszere a felső pannon regionális vízadó rendszer, amelyet a romániai Nyugati Síkságon (Câmpia de Vest) és Magyarországon mélyített számos geotermális kút is igazol. A Băile 1 Mai Felix térségében a felső krétában, Oradea Bors (Bihari Egység/Unitatea de Bihor), valamint Beiuş (a Codru i vízadó réteg területe/domeniul Pânzelor de Codru) térségében a triászban kialakult mészkő formációk geotermális vízadó rendszerei jelentősek a vízhozam és a vízminőség szempontjából A Nyugati Síkság déli részén az alsó pannon, a miocén és a kristályos medencealjzat képződményeiben kisebb kiterjedésű és jelentőségű geotermális akvifereket tártak fel Vizsgált kutak: 9 db a Bihar Margita, illetve Madaras felső pannon vízadó területén, 1 db Csegődön, az alsó pannon vízadó területén, 6 db az alsó kréta vízadó területén Félix Püspökfürdőnél és 7 db a triász vízadó területén Nagyvárad és Mácsapuszta térségében
Bihar Székelyhíd Margita (Biharia Săcuieni Marghita) terület jellemzői: A többemeletes tárolókőzet két komplexumból áll: Elsődleges termál komplexum, amely 5 20 jó vízvezető képességű homokpadból tevődik össze; Másodlagos felső termál komplexum, amely mérsékeltebb porozitású, sokkal vékonyabb homokrétegekbőlépül fel. A lelőhely (tároló) energiáját figyelembe véve három területet lehet megkülönböztetni: a délkeleti szélső zóna, vagyis a Biharia Chişlaz Tăuteu monoklin, artézi kitermelési mechanizmussal, amelyet elsősorban a gravitációs hidrosztatikus energia biztosít. a Tămăşeu Hodos platform, a gázok által erősen befolyásolt telepenergiával. a középső zóna, a Buduslău Cherechiu süllyedék, amelyre a nagy mélységek és magas hőmérsékletek jellemzőek, ahol a telep mechanizmusát az elasztikus tágulás, a gáz és termolift hatás határozza meg. A zónából 8 db hévízkutat vizsgáltunk és mintáztunk
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) a) 605 Mihai Bravu, b) 4045 Csokaly (Ciocaia), c), d) 4691, 1704 Székelyhíd (Săcuieni), e) 4028 Hegyközszentmiklós (Sânnicolau de Munte), f) az 1705 margitai kútból táplált strand, g) 4094 Berettyókirály (Chiraleu), h) 4014 Vámosláz (Chişlaz)
Cséffa Madarász (Cefa Mădăras) területének bemutatása: A felső pannon alsó része 600 900 m mélységközben található, a vízáteresztő rétegeket finomszemcsés homok alkotja. A vízadó rendszer artézi jellegű, amelyet a jelentős hidrosztatikai nyomás mellett, a gáztartalom és a magas hőmérséklet határoz meg A területen a Mădăras i strandon található 4777.sz kutat vizsgáltuk
Alsó pannon termál vízadó rendszer: Ciumeghiu területén, az alsó pannon vízadó rendszer 2400 2600 m mélyen helyezkedik el. Vastagsága 240 475 m között változik. A geotermális vízadót törmelékes képződmények alkotják, amelyben homokkövek és konglomerátumok dominálnak A termelési próbák során az ártézi hozamok 13 14 l/s között változtak, a kifolyó víz hőmérséklete pedig 97 C volt A víz gázokat (CH4, CO2 és egyéb szénhidrogéneket) tartalmaz A területen a Varsándtól 4 km re, a Cighid i Gyermekotthon kertjében található 4699.sz. termálkutat vizsgáltuk (a) (b) 4699 Cighid i termálkút (a), gáztalanító (b)
Az alsó kréta termál vízadó rendszer: Félix Fürdő és Püspökfürdő (Băile 1 Mai) térségében a termálvizeket barrémi apti repedezett mészkövek tárolják A perm és triász kőzet rátolódása a Bihari Egység kréta mészköveire a kőzetek előrehaladott töredezését okozta, ezzel a víz számára jelentős közlekedési tereket hozva létre A terület tektonikája különösen összetett, ami a takarók a lapos nyírási felszínek mentén való gravitációs lecsúszásának eredménye Több tektonikai mikrotömb különíthető el, ezek a következők: A Félix és Püspökfürdő blokkok, amelyek sekély mélységben találhatóak a neogén képződmények alatt; Rontău Szentmárton blokkok, ezek valamivel mélyebben találhatóak a nyugati területrészeken a pannon és miocén formációk alatt; Cordăutömb, amely déli irányba lezökken, fedőjében pannon képződmények találhatóak, amelyekben az egység déli részén egy miocén korú lencsét harántoltak a fúrások.
Az alsó kréta termál vízadó rendszer (folyt.): A barrémi mészkövekben három egymást fedő vízadó rendszer található, amelyek közül a felsőnek kiemelkedő jelentőséget tulajdonítanak. Az I. termál vízadó rendszer a mészkövek felső részén található, a mikroszerkezeti egységek pozíciója által meghatározott különböző izobatikus helyzetekben. Az éppen vízzáró vagy vízáteresztő jellegű fedőüledékek szenon márgás mészkövek, miocén képződmények, pannon agyagok, illetve a negyedidőszaki takaró. A kutak hozama a helyi nyomásfeltételek függvényében 1 200 l/s között változik, míg a kifolyó víz hőmérséklete 38 40 0C a) Püspökfürdő F1 (a) (d) (b) (e) (c) (f) kútjának kifolyási helye, b) Püspökfürdő F2 kút aknaudvara, c) Püspökfürdő, Ochiul Mare forrás, d) Felix Cordău F2 kút, e) Szentmártoni Villa medencéje, amelyet az FH1 kút vize táplál, f) A Félix Fürdő 4003 kút (az előtérben) és a Bálint kút (háttér)
A triász vízadó rendszer, Nagyvárad Livada : A termélvíz tároló kőzetei triász korú hasadékos dolomitok, mészkövek, 2000 3000 m mélységben A triász kialakulásának fontos területei Nagyvárad, Bors térsége a Bihari Egység keretén belül és a Belényesi medence a Pânza de Codru keretén belül A nagyváradi termál rendszer részét képező produktív triász formációk szintjén a geotermikus gradiens progresszív növekedést mutat a lelőhely keleti felétől 2,70 C/100 m nyugat fele haladva 4,10 C/100 m Így a termálvizek hőmérséklete a terület keleti felétől nyugat felé haladva 74 780 C ról 105 110 C ra emelkedik Nagyvárad térségében a víztartó kőzetek átlagos vastagsága 900 m Az oldott gázok csökkentett mennyiségben vannak jelen. A gázok aránya az oldatban 0,02 0,05 Nm 3 / m 3 víz A rendszer hipertermális vizeinek hőmérséklete a kútfejnél 70 és 102 C között változik, a kutak hozama pedig 200 3400 m 3 /nap között, szabad kifolyás esetében Az 1964 től kezdődő kémiai vizsgálatok a termálvíz kémiai összetételének stabilitását mutatják, rámutatva az alacsony, 850 1350 mg/l közötti ásványosodásra, ami szulfátosbikarbonátos kalcium magnéziumos jellegű. Ez a jelleg nem jellemző az ilyen mélyen található vízadókra. A jelenség a felszín alá jutó (vadózus) vízzel történő folyamatos frissüléssel magyarázható.
A nagyváradi triászi termál rendszer 12 db működő kútjából jelen tanulmányban 7 db kutat vizsgáltunk, illetve a mácsapusztai kutat (a) (b) (c) a) b) 4797. sz. Nagyvárad, Nufărul kutak aknája és hőközpontja, c) 507. sz. termálkút vizével melegített mácsapusztai melegház (a) (c) (d) (b) a) 4795.sz. kút Óvoda, b) 4767. sz. kút Ioşia strand, c) 1717.sz. kút Ioşia negyed, vasútállomás, d) 1709. sz. kút Oancea negyed
Hidrogeokémiai vizsgálatok
δ 18 O [ ] 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 5,0 10,0 60,0 40,0 20,0 R=0.773, gyenge korreláció Oka: eltérő földtani környezet? külső hatótényezők? holocen pleistocen 0,0 δd [ ] 20,0 40,0 perioda glaciăra y RO = 3.0867x 42.596 R² = 0.7731 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 K1 P1 T δ 18 O [ ] 15,0 13,0 11,0 9,0 7,0 5,0 3,0 1,0 1,0 20,0 30,0 Felső pannon: R=0.946, jó korreláció holocen pleistocen P 40,0 50,0 δd [ ] 60,0 70,0 perioda glaciăra y = 5,5488x 21,833 R² = 0,9469 80,0 90,0 100,0
Vízadó ΣδD Σδ 18 O Átlagos 14 C vízkor P 1-64,6-67,0-8,8-8,9 35 700 K 1-64,1-70,9-9,7-10,0 20 300 T -70,5-74,8-10,6-11,1 26 500 Țenu, 1981, alapján LMWL RO GMWL P1 Țenu K1 Țenu T Țenu δ18o [ ] 13 12 11 10 9 8 7 6 5 holocen pleistocen 50 55 60 65 70 75 80 δd [ ] Vízkorokban ellentmondás felső pannon: >40 000 év! (4691 es kút) triász: 15 600 ±1200 év! (4796 es kút) A 14 C es kormeghatározás eredményét leginkább a vízkeveredés befolyásolja perioda glaciăra CO 2 nem mért (nem volt mérhető) komponens, de archív adatok alapján a felső pannon, Székelyhíd 4058 as kút 2122 mg/l 85 90 95 100 T = 8267 ln (A t /(q A 0 ) CO 2 gáz öblíti át a víztestet, 14 C mentes karbonát oldódik be, az oldott karbonát egy rész kicsapódik. A víz hozzávetőleges kora kb. 20 000 évesnek adódna a felső pannon vízadóban!
A karbonátos vízadókban a CO 2 tartalom pl. Nagyvárad 4796 os kútban 208 mg/l, továbbá a beszivárgó víz kémiai összetétele sem ismert, bár a beszivárgási terület feltételezhetően a Király erdő karsztterületére tehető. Karsztos területen a tapasztalati hígulási arány (q) kb. 0,65 0,75. Az oxigén és hidrogén izotópokra a csapadékvíz vonaltól való eltolódását az alábbi tényezők befolyásolhatják: 0,00 10,00 20,00 δd [ ] 30,00 40,00 50,00 CO 2 csere H 2 S csere Kőzet víz kölcsönhatás 60,00 70,00 80,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 δ 18 O [ ] Pozitív irányú eltolódás Kőzet víz kölcsönhatásra utal Izotópcsere
a) Mijlocul intervalului filtrat 500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 A mélység növekedésével nő a HCO 3 mennyisége, viszont nagy szórás Ennek okai többfélék lehetnek: csapadék okozta hígulás szerves anyag tartalom eltérő geotermikus gradiens eltérő üledékes környezet b) 3500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 HCO 3 [mg/l] P1 K1 T Mijlocul intervalului filtrat 500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 HCO 3 [mg/l] Vízadók típusa alapján: Alacsony és magas HCO3 tartalom 500 2500 mg/l szélső tagok Kréta vizek: sekélyek, közel felszíni víz összetétel Közeli forrásterület, Király erdő Triász vizek mélyek, de közel felszín víz összetétel Rendkívül gyors áramlás, aktív vetők
FH1 es, a 4003 as, illetve a Bálint kút: Magas HCO 3 tartalom A Cl tartalom >600 mg/l ellentétben a csoport többi tagjaival ahol kb. 10 mg/l Pozitív eltolódás Kőzet víz kölcsönhatás Eltérő területei elhelyezkedés Eltérő áramlási pálya! F 1 es kút és a Peca forrás kimutatható vastartalom! Forrásterülete a Király erdő (bauxit)
HCO 3 [mg/l] 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 P1 T K1 0 20 40 60 80 100 120 T [ C] A vízadók szerinti csoportosítás ennél jóval áttekinthetőbb, és korrelálhatóbb eredményt ad. A pannon vízadókban magas hőmérséklet, illetve a magas hidrogén karbonát tartalom érett szerves anyag jelenlétére utal. A CO 2 által termelt szerves anyag bomlás növeli a karbonát beoldódását az üledékből (Fekete et al., 2009). P1 K1 T P3 120 100 40 20 0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 δ 18 O [ ] 80 60 T [ C] A vizsgált minták a hőmérséklet szerinti eloszlás alapján rendkívül széles skálán helyezkednek el, a diagramon a kréta vízadóból származó mintákra általában az alacsonyabb, a triász korú minták pedig a magasabb hőmérséklet jellemző. A kréta és a triász vízadó között valahol 60 C körül lehet egy termikus határt meghúzni. A pannon korú vízadóban jól látható, hogy a hőmérséklet növekedésével, hogyan jut egyre nagyobb szerephez a izotópcsere.
Amennyiben feltételezzük, hogy a 4699 es kút összetétele a kőzet víz kölcsönhatással érintett vízösszetétel szélső tagja (a minta hőmérséklete 89 C, a mért δ 18 O értéke pedig 0.04 ), és a csapadékvíz a 4796 os kút vizében mért időszakban szivárgott be (15.600 ± 1.200 év, amikor a csapadékvíz δ 18 O összetétele megközelítőleg 13 lehetett) keveredési arány számítható az alábbi egyenlet alapján: k = x A + (1 x) B ahol k a keverék víz δ 18 O összetétele, A acsapadékvíz δ 18 O összetétele, még B a kőzet víz kölcsönhatással érintett víz szélső tagja. A karbonátos vizekben nagyságrendileg hasonló mértékű csapadék komponens részaránya a kőzetvíz kölcsönhatáséhoz képest 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Kőzet víz kölcsönhatás Kőzet víz kölcsönhatás Csapadék Csapadék A d többlettel (<7 ) rendelkező, feltételezhetően csapadékvíz eredetű vizeknek más más hőmérsékleten lezajlott kőzet víz kölcsönhatás módosította a stabil izotóp összetételüket. Ebben az esetben nem keverékvizekről, hanem más más időszakban beszivárgott csapadékvizekről beszélünk. Ahhoz, hogy el lehessen dönteni, hogy a fent vázolt két eredet közül melyik az elképzelhető, 14 C vizsgálatra lenne szükség a többi kút esetén is! 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 4795 4797 4796 1709 1717 507 4767
100,0 A pannon vízadóból származó minták a globális és a lokális csapadék víz vonalak között helyezkednek el, keverék vizek jelenlétére utal, azaz ezek a vizek (nagyon idős) csapadékvizek, illetve a kőzet víz kölcsönhatásból származó módosított összetételű vizek keverékei! P1 RO P1 HU δ18o [ ] 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 2,0 40,0 20,0 0,0 δd [ ] holocen pleistocen 20,0 40,0 perioda glaciăra 60,0 80,0
Kőzet víz kölcsönhatás Csapadék Mind a romániai mind pedig a magyarországi minták esetében a csapadéké és a kőzet víz kölcsönhatása rendkívül széles skálán mozoghat. Ebből adódóan nem csak a keveredés a fő kontroll folyamat 100% 80% 60% 40% 20% 0% 4014 47774094 1705 4028 605 1704 4691 4045 4699 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Csapadék Kőzet víz kölcsönhatás 10% 0%
A Pannon tó fejlődése: A középső miocénben kezdetén: normál sós tengeri környezet (Nagymarosy és Müller, 1988) A középső miocén végén: folyamatos brakkosodás, félig édes félig sós víz (Horváth és Pogácsás, 1988) Majd a kiemelkedés és süllyedések miatt lagúnák alakultak ki, itt evaporáció volt a jellemző (end member), Továbbá a kiemelt területeken (Bérczi et al., 1988) csapadék szivároghatott be és keveredhetett a tömény sós vízzel A késő miocénben megszűnt a tengeri kapcsolat: kiédesedés következett A kora pannonra: a brakk víz édesvízivé vált A felfelé törekvő mély (Tóth és Almási, 2001) sós víz keveredik a kora illetve késő pannon üledékekben csapdázódott édesvízzel Magyar et al., 2012 Sztanó et al., 2012 Varsány és Kovács, 2009
a) Concentrația ionilor de Cl : <100 mg/l 100 1000 mg/l >1000 mg/l 7000 HCO 3 [mg/l] 6000 HCO 3 [mg/l] 5000 4000 3000 2000 1000 0 b) Concentrația ionilor de Cl : 7000 6000 5000 4000 3000 0 1000 2000 3000 4000 5000 Na + [mg/l] K1 P1 T A pannon korú vízadó jellemzője: Na + többletre, amely a nátrium fő forrásának számító plagioklász CO 2 általi hidrolízise által keletkezhet A pannon vízadóra továbbá igaz, hogy a kloridban dúsabb víz Na tartalma nagyobb, mint az azonos mennyiségű hidrogén karbonátot tartalmazó, kloridban szegény vízé; a különbség nyilván a kloridhoz kötődő Na A kloridban dúsabb víz a miocén tengerből vagy a csökkent sótartalmú Pannon tóból záródott az üledékbe (Vető, 2004) 2000 1000 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 Na + [mg/l]
Na + [mg/l] 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Hu RO Cl [mg/l] A vizsgált minták nátrium és klorid ion arányaikban két három nagyságrenddel nagyobbak mint a tengervízé. Az 100 mg/l t meghaladó klorid tartalmú vizek feltehetően a brakk Pannon tóból származnak (Vető, 2004). A magyarországi vizekben leginkább a Cl (forrása: NaCl) a domináns ion még a romániai oldalon a Na + (forrása: plagioklász termolízis) a jellemző ion. 0 2000 4000 6000 8000 10000 A jelenlegi tengervíz klorid tartalma kb.19,400 mg/l (35.0 ppt. szalinitás mellett) Hu RO Szűrőközép mélység [mbf] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 2000 4000 6000 8000 10000 Cl [mg/l] Cl [mg/l] 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 Vezetőképesség [µs/cm]
A mély medencék területén jól érzékelhetően a késő pannon édesvizek elterjedése a domináns, tehát a víz összetétel függ a kút medencén belüli helyzetétől. Ahol a medence sekélyebb ott a vizek általában a kora pannonra jellemző brakkvizeknek megfelelő összetételűeknek mutatkoznak
Összefoglalás, következtetések A karsztos vízadóknál fontos, hogy megismerjük az utónpótlódási területet,a főbb vetőket, így a jövőben biztosíthatjuk az állandó utánpótlódást. Ehhez szükséges lenne, folyamatos vízkémiai vizsgálatokra, a háttérben beszivárgó víz mennyiségének, minőségének ismeretére. A pannon korú vízadókban pontos vízföldtani ismeretek szükségesek a képződmények (formációk) kiterjedését, hidraulikai tulajdonságait felmérve.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!