MAGYARORSZÁG-ROMÁNIA HATÁRON ÁTNYÚLÓ EGYÜTTMŰKÖDÉSI PROGRAM 2007-2013

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 III. RÉSZJELENTÉS: Vertikális Elektromos Szondázás Magyarország területén Készítette: Geogold Kárpátia Kft. 4183 Kaba, Mátyás király u. 59. 2012 június

TARTALOMJEGYZÉK 1. A VERTIKÁLISELEKTROMOS SZONDÁZÁS BEMUTATÁSA...3 1.1 Vertikális Elektromos Szondázás (VESZ) elméleti háttere... 3 1.1.1 Mérési eljárás... 3 1.1.2 VESZ mérések kiértékelése... 7 2. A MÉRÉSI EREDMÉNYEK BEMUTATÁSA... 10 3. IRODALOMJEGYZÉK... 16 4. MELLÉKLETEK... 17 ~ 2 ~

1. A VERTIKÁLISELEKTROMOS SZONDÁZÁS BEMUTATÁSA 1.1 Vertikális Elektromos Szondázás (VESZ) elméleti háttere A VESZ módszer elméleti alapjait ERDÉLYI ÉS GÁLFI (1988), illetve MUSSETT ÉS KHAN (2000) munkái alapján ismertetjük. A VESZ geoelektromos mérési módszer széles körben elterjedt, gyakran alkalmazott módszer, a kivitelezés és feldolgozás egyszerű, alkalmazása általánosan elterjedt. Szelvény menti mérések feldolgozására 1D inverziót, és a 1.5D inverziót alkalmaznak. 1.1.1 Mérési eljárás Két darab, néhány deciméteres tápáram elektródát (A, B) a földbe szúrnak, majd rajtuk keresztül egyenáramot, vagy alacsony frekvenciás (f<100 Hz-es) I erősségű áramot vezetnek a földbe. A felszín előbbiektől különböző másik két pontjára helyezett mérőelektródák (M, N) között megmérik a földben folyó áram által keltett ΔV potenciál különbséget. Hosszúságmérések alapján ismeretesek még az elektródák egymástól való távolságai is (r AM, r AN, r BM, r BN ). A leggyakrabban használt mérési elrendezések az úgynevezett Wenner-, Schlumberger-, és a dipól-dipól elrendezések (4. ábra). 1. ábra. A Schlumberger mérései elrendezések elvi vázlata. Az alábbiak közül részletesebben csak az általunk használt Schlumberger elrendezést ismertetjük. Az ellenállás szelvényezésekhez hasonlóan négy elektródás (A, B, M, N) mérési elrendezésekkel hajtjuk végre a ρ a a látszólagos fajlagos ellenállást szolgáló terepi méréseket. A szelvényezések és a szondázások között az az elvi különbség, hogy míg a szelvényezéseknél a mérési elrendezés fix, és a mérések referencia pontjának helyét a terepen továbblépegetve változtatják, addig a szondázásoknál a mérések referencia pontja ~ 3 ~

marad egy helyben, fixen, miközben a mérései elrendezés karakterisztikus méretét fokozatosan változtatják. A tápáram a bevezető elektródák és a potenciál mérő elektródák egymástól való távolságának növelése biztosítja azt, hogy az áramvonalkép kialakulásában a felszín alatt egyre mélyebben fekvő rétegek hatása mind erősebben érvényesüljön (2. ábra). Ekvipotenciál vonalak Elektromos áramtér 2. ábra. Vertikális elektromos szondázás áramvonalképének alakulása a felszín alatt. (FLATHE és LEIBOLD 1976 alapján) Az elektródák távolságának fokozatos növelésével a vertikális elektromos szondázás egyre mélyebbről szolgáltat az ottani fajlagos ellenállás eloszlásáról ismeretet. A 3. ábra egyés kétréteges modellek esetén mutatja a látszólagos fajlagos ellenállás alakulását és várható elvi alakját. A szondázási görbék viselkedése a referencia pont alatti rétegsor rétegeinek ρ fajlagos ellenállásaitól és d rétegvastagságtól függ. ~ 4 ~

3. ábra. Egymástól eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkező rétegek áramvonalképének elvi alakjai. (Mussett és Khan, 2000 alapján). Az előzőekben megadott elektróda távolságok a ΔV potenciálkülönbség és az I áramerősség alapján ezekből számolják ki az úgynevezett fajlagos ellenállás mennyiséget a következő képlet szerint: Homogén ρ s fajlagos ellenállású féltér felszínén mérve és a kapott adatokat a fenti definíciós képletbe helyettesítve éppen a ρ s féltér fajlagos ellenállása adódna. Az elektróda konfigurációk geometriai középpontja mindig egy helyben marad, ez a pont az adott szondázás referencia pontja. Ezen a ponton rendszerint 20-30 fokozatosan növekedő méretű elektróda konfigurációban megmérik a ρ a/k látszólagos fajlagos ellenállás értékeket. A k mérési koordináta az elrendezésre jellemző R k távolság. Ez az R k a k-adik A és B tápelektróda-pár AB távolságának a fele Schlumberger-féle elrendezésnél. Az AB tápelektróda távolságának ¼ része az a mélységtartomány, amelyről még a gyakorlati céloknak megfelelő pontosságú ismeret várható. Ez a mélységtartomány függ a rétegsor rétegeinek ellenállás kontrasztjaitól és a rétegvastagság viszonyaitól, valamint a mérési és a modellezési eredetű zajok szórásaitól. ~ 5 ~

A módszer kiválóan alkalmas az alaphegység mélységének felbecslésére, sekély üledékes medencék rétegsorainak felderítésére, elfedett hulladék lerakók mélység és vastagság viszonyainak tisztázására, talajszelvények felmérésére. A méréseket Diapír 200R típusú geoelektromos műszerrel végeztük. A VESZ készülék a 4. ábra látható míg a mérési elrendezést az 5. ábra mutatjuk be. 4. ábra. Az VESZ mérése kivitelezése és a mérőműszer Diapír 10R A M 0 B N 5. ábra. A VESZ készülék, és a Schlumberger-féle elrendezés. ~ 6 ~

1.1.2 VESZ mérések kiértékelése A mérési eredmények kiértékelését a VESZ nevű programmal (6. ábra) segítségével végeztük. A szondázási görbék kiértékelése során egy ellenállás rétegekre bontott modellt kapunk, amelyet mért adatokra illeszkedik. a kiértékelés egy egyszerű inverziós eljárással hajtható végre. A kapott modellben lévő rétegek ellenállással és vastagsággal jellemezhetőek (ZOHDY, 1989; SANDBERG, 1993). A kiértékelés során végrehajtott ekvivalencia analízis során keletkező paraméter megbízhatósági mátrix (parameter resolution matrix) segítségével megállapítható, hogy a végzett elemzés során számított vastagság és ellenállásértékek mennyire megbízhatóak. Az elemzés során ezek a paramétereke nem függetleníthetőek egymástól. Az eredmény mátrixban pedig a várható modell paramétereit kapjuk meg (INTERPEX LTD. (2008): IX1D V3 INTRUCTION MANUAL. A számított modell megbízhatóságát eredmény mátrix RMS (Root Mean Square) faktor (négyzetes átlag) értéke jelzi (%-ban). Az RMS faktor megadja a görbe illesztés pontosságát, hibáját a mért és a számított adatok között. A legjobb módszer arra, hogy egy realisztikus interpretációt kapjuk, az ha a kapott eredményeket fúrási rétegsorokkal hasonlítjuk össze. Rendszerint a kiértékelésnél kapott eredmények egymástól nagyban függenek, úgy ahogy egy szondázás során az egymással szomszédos szondázási pontok. A kvantitatív interpretáció végső eredménye egy geológiai modell (általában keresztszelvény), amely a szondázási adatok alapján számított adatok inverziós eljárással kiértékelt rétegmodelljéből áll. Az eredmények alapján egyes kiemelten fontos rétegek vastagsági viszonyait, vagy mélységbeli helyzetét szemléltető kontúr térképek is szerkeszthetőek, kellő számú szondázási adatból. Fontos megemlíteni, hogy a módszer segítségével előállított rétegeknek nem feleltethetőek meg valódi litológiai határoknak, ezek a rétegek szignifikáns elektromos tulajdonságokat reprezentálnak. Az elektromos tulajdonság megváltozását számos tényező alakíthatja, pl.: kőzettani (litológiai) határ, vagy eltérő mineralizációs fok stb. ~ 7 ~

6. ábra. Az ekvivalencia modell grafikus megjelenítése (RMS faktor: 5,89%) a D1_r mérőpontban. ρ (Ωm) Vastagság (m) Mélység (m) Eleváció 899.64 2.3722 2.3722-2.3722 11.539 10.476 12.848-12.848 35.834 187 199.85-199.85 15.369 1. táblázat. A D1_r mérőpont ekvivalencia modell felépítése. A VESZ mérési eredményeinek kiértékelésekor figyelembe kell vennünk a területre jellemző földtani rezsimet, hogy a kapott ellenállásokat a megfelelő közeggel azonosíthassuk. A mérések célja a geológiai értelmezés, így a mért ellenállások egyeztetése a rendelkezésre álló kőzetinformációkkal elengedhetetlen. Figyelembe kell venni a kőzetellenállás víztartalomtól való függését is (2. táblázat és a 3. táblázat). ~ 8 ~

Kőzet Fajlagos ellenállás [Ωm] Kőzet Fajlagos ellenállás [Ωm] Gránit 200-10000 Bazalt, andezit 200-10000 Diorit 500-1000 Harmadkorú mészkő 100-1000 Gabbró 500-10000 Homokkő 100-2000 Diabáz 500-10000 Konglomerátum 100-2000 Mészkő 100-5000 Tiszta agyag 2-20 Dolomit 100-5000 Agyagmárga, agyag 5-50 Gneisz 200-10000 Bentonit, kaolinit 1-10 2. táblázat. Néhány kőzet fajlagos ellenállása (ERKEL, A., SALÁT, P. ÉS SZABADVÁRY, L., 1970 alapján) Kőzet Kavics - Kiszáradt állapotban 100-10000 - Vízzel telítve 50-1000 Homok (murva) - Kiszáradt állapotban 50-1000 - Vízzel telítve 15-100 Fajlagos ellenállás [Ωm] 3. táblázat. Száraz és nedves porózus kőzetek fajlagos ellenállása (ERKEL, A., SALÁT, P. ÉS SZABADVÁRY, L., 1970 alapján) ~ 9 ~

2. A MÉRÉSI EREDMÉNYEK BEMUTATÁSA A vizsgált területen Hajdúszoboszlótól Ny-i irányba a Keleti-főcsatornával párhuzamosan 15 db AB 4000 m terítési távolságú VESZ mérést végeztünk, ahol a mérésközéppontok távolsága egymástól 2 km-re helyezkedett el. (7. ábra). A mérések behatolóképessége jóval meghaladja a területen jellemző negyedidőszaki képződmények átlagos vastagságát (8. ábra). A kainozoikumi és a paleozoós képződmények vastagsági és litológiai változékonyságát a szelvény mentén a 9. és a 10. ábrán szemléltetjük. A munka során végzett VESZ mérések maximális behatolóképessége nem vagy alig érte el a felső pannon képződményeket. A méréseket alapján 1 db geoelektromos szelvényt szerkesztettünk (11. ábra). A geoelektromos szelvény mentén az látszólagos fajlagos elektromos ellenállás kb. 2 és 40 Ωm között ingadozott. A Schlumberger elrendezés elvéből adódóan a mérés során egyre mélyebb földtani közegről kapunk információt, de a terítési távolság növekedésével a felbontóképesség fokozatosan csökken. A VES-HUN-I-es szelvény mentén jól látható, hogy a H-5-ös és a H-12-es mérőpont között egy markáns homokos képződmény helyezkedi el. A feltárt homok vastagsága 750 és 900 m között változik, látszólagos ellenállása >15-20 Ωm. A szelvény É-i felében a homokos jellegű képződményeket egy rendkívül alacsony ellenállású agyag váltja fel, ezzel ellentétben a szelvény D-i oldalán a homok fokozatosan megy át az egyre alacsonyabb ellenállású (agyagos jellegű) képződmények irányába. A mérési eredmények analitikus kiértékelése megtalálható a 4. Mellékletek című fejezetben. ~ 10 ~

7. ábra. A VES-HUN I. sz. szelvény elhelyezkedése. ~ 11 ~

[m] 8. ábra. A quarter képződmények vastagsági viszonyainak alakulása a VES-HUN I. szelvény vmentén. ~ 12 ~

9. ábra. A kainozoós képződmények a VES-HUN I. szelvény mentén. ~ 13 ~

10. ábra. Az aljzat alakulása VES-HUN I. szelvény mentén. ~ 14 ~

11. ábra. A VES-HUN I-es szelvény látszólagos fajlagos ellenállás képe. ~ 15 ~

3. IRODALOMJEGYZÉK ERDÉLYI. M., GÁLFI. J. (1988) SUBSURFACE AND SURFACE MAPPING IN HYDROGEOLOGY. JOHN WILEY AND SONS, AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST, 89-116. ERKEL, A., SALÁT, P. ÉS SZABADVÁRY, L. (1970): GEOELEKTROMOS MÓDSZEREK. GEOFIZIKAI KUTATÁSI MÓDSZEREK III, FELSZÍNI GEOFIZIKA, 154-283. FLATHE, H. ÉS LEIBOLD, W. (1976): A MANUAL FOR FIELD WORK IN DIRECT CURRENT RESISTIVITY SOUNDING. FEDERAL INSTITUTE FOR GEOSCIENCE AND NATURAL RESOURCES, HANNOVER/GERMANY, 54. INTERPEX LTD. (2008): IX1D V3 INTRUCTION MANUAL. GOLDEN COLORADO. MUSSETT, A. E. ÉS KHAN, M. A. (2000): LOOKING INTO THE EARTH. AN INTRODUCTION TO GEOLOGICAL GEOPHYSICS. CAMBRIDGE (CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS). PP. 181-201. SANDBERG, S. K. (1993): EXAMPLES OF RESOLUTION IMPROVEMENT IN GEOELECTRICAL SOUNDINGS APPLIED TO GROUNDWATER INVESTIGATIONS. GEOPHYS. PROSP., 41, 207-227. ZOHDY, A. A. R. (1989): A NEW METHOD FOR THE AUTOMATIC INTERPRETATION OF SCHLUMBERGER AND WENNER SOUNDING CURVES. GEOPHYSICS, 54, 245-253. ~ 16 ~

4. MELLÉKLETEK A VESZ mérések adatai AB/2 MN Rho_H1 Rho_H2 Rho_H3 Rho_H4 Rho_H5 Rho_H6 Rho_H7 Rho_H8 Rho_H9 Rho_H10 Rho_H11 Rho_H12 Rho_H13 Rho_H14 Rho_H15 3.2 2 24.2 26.2 17.8 7.5 19.7 12.7 26.6 21.3 21.9 23.5 25.9 22 16.6 13.9 16.1 4 2 22.1 25.5 16.8 7.5 20.5 11.3 24.6 21.6 23.1 21.4 22.5 19.4 15 13.2 18.3 5 2 20.7 23.3 18.4 8.3 21.2 11.5 24.2 22.4 22.2 20.8 21.8 18.7 14.5 13.3 19.5 6.3 2 18.8 20.4 18.7 9.1 21.3 12.3 23.4 22.9 21.6 22.1 20.2 19.6 14.7 13.5 20.3 8 2 17.5 18.7 18.3 9.5 21.2 14 22.8 22.3 20.4 18.5 17.4 19.5 16.5 14.4 21.8 10 2 18 18.5 18.2 10 21.3 15.5 23 22.3 20.3 18.4 17.7 18.7 16.8 15.9 22.3 12.5 2 17.6 18.4 18.7 12.3 20.7 16.6 22.4 22.6 19.9 18.5 20.9 18.6 16.3 18.4 24.7 16 2 17.1 17.8 18.2 12.4 20.1 17.5 23.1 22.6 19.6 18.8 20.2 17.7 15.9 20.1 26.7 20 2 16.7 17.3 19 12.7 18.9 18 23 22.5 18.9 19.6 19.6 18.8 15.9 20.4 26.9 25 2 15.9 15.7 18.6 11.9 19.1 18 21.4 21.1 18 19.8 19 21.2 14.9 20.1 26.1 32 10 15.9 15.2 16.4 12.6 17.2 17.5 19.2 21.3 17.6 20.4 19.6 21.6 16 20.75 25.9 40 10 14.6 14 14.8 12.4 18.3 16.6 19.5 20 16.6 20.2 19.2 20.5 14.9 19.4 23.9 50 10 14.1 14 13.4 12.4 17.2 15.2 16.7 19.4 16.4 20.8 19.4 20 15.7 18.1 21.4 62.5 10 13.1 13.1 12.2 12.9 15.8 14.5 16.4 17.4 15.4 20.4 18.8 19 14.7 16.1 19.1 80 10 12 12.6 10 14.2 16.1 13 16.3 16.3 14.8 19.9 22.5 18.2 13.8 14.6 17 100 10 11.2 12.8 11.3 14.2 16.4 15.1 17.2 16 14.8 20.1 24.2 18.2 13.2 13.8 15.9 125 10 11.3 12.6 11.7 14.3 15.3 15 17.7 16.5 14.9 20.4 19.2 18.1 13 13.2 14.6 160 10 10.8 12.5 11.6 14.7 13.2 15.4 18 17.5 15.3 20.8 19.3 18 12.7 13.5 13.9 200 10 10.4 12.3 10 14.5 12.5 15.9 17.8 17.8 15.7 21.3 19.2 17.8 12.5 13.4 13.3 250 10 10 12.2 7.4 13.6 12.6 16.9 17.5 18 16.2 21.6 18.8 17.6 12.5 13.4 12.6 320 50 10.1 11.8 6.1 13 12.8 18.2 16.9 17.1 16.6 22.1 18.6 17.4 13.8 13.6 12.8 400 50 9.2 10.9 2 13.1 12.3 16.3 15.8 16 16.5 20.7 19.3 18.3 13.4 14 12 500 50 8.4 10.3 2.5 12.4 11.8 17.2 14 15.2 15.1 21 20.2 19.4 14 14.4 13.1 625 50 7.7 9.2 6 11.2 12.3 25.2 12.8 13.6 13 20 18.6 18.2 14.6 13.9 13.7 800 50 6.7 8.6 4.5 11.2 11.2 26.8 11.5 11.5 12.1 17.8 17.5 17.9 14.9 15.1 13.8 1000 50 6.2 8.2 6.5 13 9 30.8 10.1 11 11.3 16.1 17.8 15.9 14.7 14.8 14.6 1250 50 7.5 9.6 7.5 13.6 9.5 20.5 9.6 10.1 11.4 16.5 16.6 15.8 12.9 16.4 14.2 1600 50 2.5 10.6 5 15.1 9.5 15.5 12.2 12.5 13.4 15.5 15 15.5 15.9 15.3 15.5 2000 50 2 15.5 5 16 9.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14 13.5 15 16 17.5 17 RMS 10.33 3.25 23.45 3.21 4.59 9.64 3.05 2.15 1.81 5.57 6.19 5.09 7.06 3.02 2.92 ~ 17 ~

A görbék analitikus kiértékelésének eredményei H-1 H-2 ~ 18 ~

H-3 H-4 ~ 19 ~

H-5 H-6 ~ 20 ~

H-7 H-8 ~ 21 ~

H-9 H-10 ~ 22 ~

H-11 H-12 ~ 23 ~

H-13 H-14 ~ 24 ~

H-15 ~ 25 ~