A K É R E G - É S F E L S Ő K Ö P E N Y - S Z E R K E Z E T K U T A T Á S A S Z E I Z M I K U S M Ó D S Z E R R E L POSGAY KÁROLY A MŰSZAKI TUDOMÁNYOK KANDIDÁTUSA Több, mint egy évtizede, a Föld- és Bányászati Tudományok Osztálya támogatásával készítette el a Magyar Állami Eötvös Loránd Geofizikai Intézet a földkéreg és felsőköpeny kutatására tervezett digitális szeizmikus berendezését (POSGAY és társai 1970). A berendezéssel megkezdett kutatások során sikerült a teljes litoszférát harántoló szelvényt készíteni (POSGAY és társai 1981). A szelvény a fiatal üledékekben is jelentkező töréses zónát (ALBU, BODOKY, és társai 1978) harántol. A litoszféra kutató szelvénnyel azt vizsgáltuk, hogy a mozgásra utaló jelenségek a földkéreg mélyebb és a felsőköpeny felső részén jelentkeznek-e. A szelvényre (1. ábra) a harmadkori medence aljzatát az Országos Kőolaj- és Gázipari Tröszt megbízásából végzett szénhidrogénkutató ELGI mérések és a GKV eredményei alapján ábrázoltuk. A szelvényben 4,5 s táján, 9 km alól jelentkezik az első, kiemelkedő amplitúdókkal jellemezhető reflexiósor. Ezek egy csökkent intervallumsebességű összlet felső zónáját jelzik. A 2. ábra jobb oldala mutatja a Karcag és Biharkeresztes környékén meghatározott intervallumsebességeket. Az ábra bal oldalán O'IIARA (1977) vizsgálatai alapján összeállított nyomás-hőmérséklet-kőzetfácies-vázlaton ábrázoltam a Pannon-medencére CERMÁK (1979), illetve HOR- VÁTH és társai (1979) által meghatározott hőmérséklet-eloszlást. Az inverz zóna mélységében várható 30 C/km hőmérséklet gradiens következtében feltételezhető sebességcsökkenés jelentősen meghaladhatja a nyomásnövekedés befolyását. Hasonló következtetésre jutott HILL (1971) az ugyancsak nagy hőáramú Basin and Range provinciában meghatározott inverz zóna vizsgálatakor. Az inverz zóna alatt, 6 s-nál, 14 km-nél nagyobb mélységben a relatíve nagyobi) amplitúdók kőzetváltozással magyarázhazók. Ezekből a szintekből 12,4 km szelvénykaró táján a törések menti lezökkenésre is lehet következtetni. A medencealjzat lesüllyedése tehát megfigyelhető 6 7 s mélységtartományig. A szelvény legmarkánsabb reflexiói a MoHOROVlfiiÖ-diszkontinuitás mélységtartományához kapcsolódnak (8,4 9,2 s). Az ábrán látható 4,5 9,5 Hz közötti szűréssel kapott elsőrendű reflexiósor a 2. ábra 7,7 km/s sebességű 4 MTA X. Osztályának Közleményei 15/3 4, 1982
238 poscay károly J. ábra. Biharkeresztestől észak felé mért kéreg;- és felsőköpeny-kutató szelvény, I. szűrés
KUTATÁS SZEIZMIKUS MÓDSZERREL 239 2. ábra. Nyomás-hömérséklet-kőzetfáciesvázlat O'HARA, pannóniai geotermák CERMÁK, továbbá IÍORVÁTH és társai nyomán, a karcagi és biharkcrcsztcsi intervallumsebesség-eloszlással átmeneti zónájának felel meg (a sebességmeghatározás helyén 24 25,5 km mélységintervallumban). Ez alatt helyezkedik el a 8,1 km/s sebességgel, és mélyebben még valamivel nagyobb longitudinális sebességgel jellemezhető, felsőköpenybe eső litoszféra rész. Alacsonyabb frekvenciás szűrésnél (3. ábra) a MoiiOROVieiC-diszkontinuitás reflexiósora megbomlik egy törésrendszernél. Ez a törésrendszer a medencealjzat lesüllyedésével és a pannon rétegsorban is markánsan jelentkező mozgásokkal hozható kapcsolatba. Feltehető, hogy a törésrendszer táján a kéreg és a felsőköpeny közötti átmeneti zóna lényegesen kiszélesedik a kisebb mélységtartomány felé. Bár földtörténetileg jelentős különbség van a Rajna-árok és a vizsgált terület között, a jelenség szemléltetésére mégis célszerű bemutatni EDEL és társainak (1975) a Rajna-árok déli részét keresztező szelvényeit. A kéreg alján az árokba nyúló nagysebesség-gradiensű zónát állapítottak meg. A jelenséget a felsőköpeny anyagának benyomulásával, differenciációval vagy fázisátalakulással tartották inagyarázhatónak. Megjegyzem, bogy K. BRAM (1979) szerint jelentős (70 134 mw m 2 ) hőárainot határoztak meg a Rajna-árokban. A 2. ábra szerint a Pannon-medencében a kéreg-köpeny határ közelében a kőzetek olvadásával számolnunk kell. SZÁDECZKY-KARDOSS E. (1968. 311. o.) szerint a kőzetképződésnél nagy szerepet játszhat a litosztatikus nyomás és az illótartalom nyomásának viszonya. A kőzet felmelegedésekor a gáznyo- MTA X. Osztályának Közleményei 15/3 í, 19112
240 POSGAY KÁROLY y y -, - '. I-t^ÄSOMWR-^. 3. ábra. Biharkeresztestől észak felé mért kéreg- és felsőköpeny-kutató szelvény, II. szűrés MTA X. Osztályának Közleményei 15/3 4, 1982
KUTATÁS SZEIZMIKUS MÓDSZERREL 241 RE-280 BA-010 SB-OD-WL 24-090 4. ábra. A Rajna-árok déli részét keresztező kéreg-szelvények (EDEL és társai szerint). Vastag vonal: felszíni kristályos kőzet, vékony vonalak: sebességfelületek 0,2 km/s értékközzel 5. ábra. Lamellás szerkezetű átmeneti zónák MEISSNER szerint. R = Rajna masszívum; M = Molasse; H = Ruchara; A = Alpok más meghaladhatja a litosztatikus nyomást és szelektív migrációt alakíthat ki. Feltételezhető, hogy a tektonikai hatások, azaz nyomásváltozás, törések, repedések ezt a folyamatot elősegíthetik. A kérdéses átmeneti zónában ezért olyan folyamatok játszódhatnak le, amelyek a kőzet összetételét és állapotát is, azaz fizikai jellemzőit, pl. rugalmasságát megváltoztatják. Feltételezhető tehát, hogy a MOIIOROVIÉIC által meghatározott sebességhatár tulajdonképen egy zóna, amely a fizikokémiai viszonyok megváltozásakor erre kőzetátalakulással reagál, és eközben változtatja mélységét is. A zóna kivastagodása jelzi a kőzetátalakulást, azaz a fizikokémiai viszonyok múltbeli megváltozását is. MEISSNER MTA X. Osztályának Közleményei 15/3 í, 19112
to to 3. I * 51
6. ábra. Dunántúli-középhegységet keresztező szélesszögű haránt szelvény
244 posgay károly 7. ábra. A Mecsektől délre mért Gö-5 szelvény MTA X. Osztályának Kiisleményei 15/3 1, 1982
KUTATÁS SZEIZMIKUS MÓDSZERREL 245 (1973) az átalakulási zónát lamellás szerkezetűnek tételezi fel (5. ábra). BEH- RENS és DENZAU (1977, 1980) vizsgálatai szerint réteges szerkezettel az összlet szűrőhatása is magyarázható. A közölt szelvényekből mélytörésekre lehet következtetni. A bejelölés szerint (amely egy lehetséges változat) az egyik törésvonal a MoiiOROVléltdiszkontinuitás alatt is követhető. Erre utal, hogy a MOHOROVICIC-Zóna alatt a szelvény bal oldali (D-i részén) görbült határfelületek vannak. A jobb oldali (É-i részén) a hullámkép kevésbé zavart. Feltehető, hogy az időszelvényen látható szerkezet horizontális feszültség hatására jött létre. Valószínű, hogy a feszültség hatására a kéreg merevebben, a felsőköpeny pedig képlékenyebben viselkedik. Így alakulhatott ki az időszelvény bal oldali részén a felsőköpeny hajlított alakulatai felett a kéreg sugaras-töréses szerkezete. A litoszféra alját 16 s felett, azaz 53 km körüli mélységben a reflexió- és a szerkezeti kép megváltozása és sebességcsökkenés jellemzi. A várható hőmérsékleteloszlásnál ebben a mélységben már az ultrabázikus felsőköpeny részleges olvadására következtethetünk. A leírtak kiegészítésére alkalmasak az alábbi példák. A Dunántúli Középhegységen áthaladó szelvényen (6. ábra) látható, hogy a MoHOROVlílÖ-zóna diszkordáns a környező rétegekkel és a hegység alatt kivastagszik. Ezt a jelenséget is a litoszférára ható fizikokémiai változásokkal magyarázzuk. A szelvény északnyugati végén, 19.s-tól jelentkező nagyenergiájú, szélesszögű reflexiókat 8. ábra. A MoilOROVlélé-diszkontinuitás mélységtérképe MTA X. Osztályának Közleményei 15 3 4, 1982
246 POSGAY KÁROLY kb. 60 km mélységben elhelyezkedő asztenoszféra-határral azonosítottuk. Feltehető, hogy a Dunántúli Középhegység tektonikai határa, az ún. Rába-vonal mutatható ki az asztenoszférálian is. A Mecsektől délre mért Gö-5 szelvény (RÁNER és társai 1979) D-i részén fiatal üledékek vannak, az E-i részén pedig a paleozóos kőzetek kiemelkedése látszik. A fiatal (pliocén-miocén) üledékek dőlésváltozásából felismerhető, hogy először erős emelkedés volt a szelvény D-i részén, később pedig az E-i rész emelkedett ki. Feltételezzük, hogy a D-i rész emelkedése a legrégibb üledékek kora előtt kezdődött, és a kéreg É felé dőlő határfelületeit a kéreg régebbi zónáiként lehet értelmezni. A közel vízszintes határfelületek feltételezésünk szerint fiatalabbak, amelyek a közelmúlt fizikokémiai körülményei között alakultak ki. A MoHOROVicic-diszkontinuitás mélységtérképének megszerkesztésénél felmerül a kérdés, hogy a zóna alját, vagy tetejét vegyük figyelembe. Az irodalomban a jellemző sebesség-határértékre eléggé eltérő adatokat találunk. Méréseinknél a zónát inhomogénnek találtuk. A zónában a felsőköpenyre jellemző határsebességű padokra következtettünk, pl. az NP-2 dunántúli szelvényben, és jelentős sebességcsökkenésre a Karcag-környéki sebességmeghatározásnál, vagy az alpi hosszelvény értelmezésénél. Legújabb MoHOROVicic-diszkontinuitás térképünk (8. ábra) megszerkesztésénél ezért a zóna alját vettük figyelembe, amely a sebességeloszlás szempontjából homogénebbnek látszik. Ezúton szeretnék ismételten köszönetet mondani azoknak a kollégáimnak, akik a mérések kivitelezésénél, feldolgozásánál és az előadással kapcsolatos munkákban részt vettek, segítségemre voltak. A mérések tervezésében, kiértékelésében ALBU ISTVÁN, a számítógépes feldolgozásban PETROVICS ILONA kollégáim munkáját szeretném kiemelni. [RODALOM ALBU [. BODOKY T. GYÖRGY L. PINTÉR A. SZEIDOVITZ GY.-né TÍMÁR Z.: Geofizikai kutatás az Alföldön. ELGI 1977. évi jelentése, 54 57, 1978. BEHRENS, J. DENZAU, H.: Model-seismic investigations of wave propagation in a medium with cyclic layers. Puhl. Inst. Geopliys. Pol. Acad. Sc. A 6, 59 172, 1977. BEHRENS, J. DENZAU, H.: Model investigations on wave propagation in a cyclic layered medium with respect to the influence of the overburden structure. Puhl. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc. A 9, 225-236, 1980. BRAM, K.: Heat flow measurements in the Federal Republic of Germany. Terrestrial heat flow in Europe, edited by CERMÁK, V. and RY BACH, L. Springer Yerlag Berlin Heidelberg New York, 191-196, 1979. CERMÁK, V.: Review of Heat Flow Measurements in Czechoslovakia. Terrestrial Heat Flow in Europe. Edited by CERMÁK V. and RY BACH, L. Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, 152-160, 1979. EDEL, I. B. FUCHS, K. GELBKE, C. PRODEHL, C.: Deep structure of the southern Rhinegraben area from seismic refraction investigations. Geophys, 41, 333 356, 1975. O'HARA, M. J.: Thermal history of excavation of Archean gneisses from the base of the continental crust. Jl. Geol. Soc. Lond., 134, 185 200, 1977. MTA X. Osztályának Közleményei 15/3 4, 1982
KUTATÁS SZEIZMIKUS MÓDSZERREL 247 HILL, D. P.: Velocity gradients and anclasticity from erustal body wave amplitudes. Journal of Geophys. Res. May 10. 76, 14, 3307 3325, 1971. HORVÁTH, F. BODRI, L. OTTLIK, P.: Geothermics of Hungary and the Tectonopbysics of the Pannonian Basin,,Iied Spot". Terrestrial Heat Flow in Europe. Edited by CERMÁK, V. and RYBACH, L. Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, 207 217, 1979. MEISSNER, R.: The Moho" as a transition zone. Geophysical Surveys, 1, 195 216, 1973. POSGAY, K. KORVIN, G. VINCZE, J.: Concepts of seismic digital instrumental and methodological development in the ELGI. Geofizikai Közlemények, XX, 1 2, 9 15, 1970. POSGAY, K.: Mit Reflcxionsmessungen bestimmte Horizonte und Geschwindigkeitsverteilung in der Erdkruste und im Erdinantel. Geofizikai Közlemények, 23, 13 18, 1975. POSGAY, K. ALBU, I. BODOKY, T. KORVIN, G. PETROVICS, I. POLCZ, I. RÁCZ, I.: Szeizmikus módszer- és műszerkutatás. ELGI 1979. évi jelentése, 45 51, 1980. POSGAY, K. ALBU, I. BODOKY, T. KASZÁS M. KOVÁCS B. RÁNER G.: Szeizmikus módszer- és műszerkutatás. Az ELGI 1980. évi jelentése, 61 72, 1981. RÁNER G. NEMESI L. CSÖRGEI J. HEGEDŰS E. KÓNYA A. KUMMER I. VARGA G.: Földtani alapszelvények geofizikai vizsgálata. ELGI 1978. évi jelentése, 31 35, 1979. SZÁDECZKY-KARDOSS E.: A Föld szerkezete és fejlődése. Akad. Kiadó, Bp., 1968. MTA X. Osztályának Közleményei 15/3 í, 19112