PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM Természettudományi Kar Földtudományok Doktori Iskola A Bodai Aleurolit Formáció ciklussztratigráfiai vizsgálata Halász Amadé Doktori értekezés tézisei PÉCS, 2011
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
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
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
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
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
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
Ennek alapján a képzıdményt 80-150 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
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 80-150 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 350-450 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
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
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, http://www.moderngeografia.hu/tanulmanyok/foldtan/halasz_amade_2008_3.pdf 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 2010. Geographia Pannonica Nova 3, Imedias Publisher, Kozármisleny, 2008, pp. 271-282. 3. 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. 325-342. 4. 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. 24-41. 5. KONRÁD GY. SEBE K. HALÁSZ A. HALMAI Á. 2010: A Délkelet-Dunántúl földtani fejlıdéstörténete recens analógiák. In. Földrajzi Közlemények 134. 3. pp. 251-265. Konferencia kiadvány 1. HALÁSZ A. 2006: Mecseki alsó-triász törmelékes képzıdmények ciklussztratigráfiai vizsgálata. Elıadás kivonat. In. VIII. Székelyföldi Geológus Találkozó. pp. 34-35. 2. HALÁSZ A. 2007: Cyclostratigraphy in the permo-triassic of the Western Mecsek Mountain. In. 25 th IAS meeting of sedimentology. (Greece). Conference Book. p. 241. 3. HALÁSZ A. 2007: Elızetes eredmények az Ib-4-es fúrás ciklussztratigráfiai vizsgálataiból. In. MFT-MGE VI. Földtudományi Ankét. 2007. 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. 121. 5. 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
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. 68-75. 2. 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. 9-25. 3. 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. 61-78. 4. 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. 81-90 5. 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. 46-60. 6. 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. 47-54. 7. 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. 215-227. 10