Új utak a földtudományban 2012. április 18. A Bátaapáti Nemzeti Radioaktívhulladék-tároló tervezéséhez és létesítéséhez alkalmazott kutatási módszerek Szongoth Gábor, Geo-Log Kft. Mélyfúrás-geofizikai eredmények 1
A mélyfúrás-geofizika teljesítménye Időtartam: 1996.01.21. (Üh-1) 2012.03.23. (Btr-7) Felszíni fúrások száma: 62 db Összes mért hossz: 8200 fm Felszín alatti fúrások száma: 105 db (+134 db EDZ) Összes mért hossz: 5500 fm Mélyfúrás-geofizikai eredmények Magyarországon még nem volt ilyen komplex földtani kutatás és a mélyfúrásgeofizikának még soha nem nem volt ilyen jelentős szerepe és elismertsége egy kutatási projektben. A mélyfúrás-geofizika az 1996-ban mélyült Üh-1-es első felszíni fúrás vizsgálatától a Btr-7 felszín alatti kamrakutató fúrásig (2012. március) tevékeny résztvevője. A 16 év alatt a 62 db (30-500 m-es) felszíni, valamint a 239 db (3-160 m-es) felszín alatti fúrásban az előírt mérések több mint 95%-a jó minőségben teljesült, a néhány százalék elmaradás elsősorban földtani, illetve fúrási, néha műszaki okokra vezethető vissza. 2
Alkalmazott módszerek Sűrűség Neutron-porozitás Mágneses szuszceptibilitás Laterolog HPF (nagyérzékenységű áramlásmérés) Fajlagos ellenállás Természetes gamma Lyukátmérő Hőmérséklet, diff. Hőmérséklet Felszín Akusztikus hullámkép alatt Akusztikus lyuktelevízió Ferdeség OBI (optikai lyuktelevízió) CBL (cementpalást-vizsgálat) Felszínen Alkalmazott módszerek Az összeállításból látható, hogy valamennyi e területen hasznosnak vélt konvencionális módszert és néhány egészen új módszert is tartalmazott a mérési program. (A felszín alatti vizsgálatoknál a biztonság és a hatékonyság miatt elhagytunk néhány egyébként a felszíni vizsgálatoknál hasznosnak bizonyuló módszert: guard-laterolog, mágneses szuszceptibilitás, sűrűség, neutron porozitás, áramlásmérés.) Az új módszerek közül a legsikeresebb, illetve legsokoldalúbban hasznosított módszer az akusztikus lyuktelevíziós mérés volt. 3
Akusztikus lyuk(fal)televíziós mérés Akusztikus lyuktelevíziós mérés A mérés a rétegdőlés-, a ferdeség- és a sokirányú lyukátmérőmérést egyesíti. Vertikális felbontása néhány milliméter, a horizontális 1-2. Visszaverődési idő és amplitúdó image-t állít elő, ami alapján kijelölhetők a repedések, és meghatározhatók a repedések települése (dőlés, dőlésirány), valamint a repedések típusa (nyitott, zárt, teljes szinusz stb.) 4
Akusztikus lyuk(fal)televíziós mérés kiértékelése Akusztikus lyuktelevíziós mérés kiértékelés Az image-k és a repedésjelölések alapján folyamatos amplitúdó átlag és repedéssűrűség szelvények készíthetők, amelyek nagyon jól korrelálnak az ellenállás görbével. A repedések iránya és dőlése többféleképpen ábrázolható, ami alapján statisztikus értékelések, diagramok készíthetők [9]. A mérés alapja a tektonikai értelmezésnek, lehetővé teszi a szkennelt magok valós irányba forgatását és nélkülözhetetlen a pakkerkiültetésnél, ugyanis lehetővé teszi a fúrások repedés- és törésmentes, jó állapotú szakaszának kijelölését. A felszín alatti vízszinteshez közeli fúrásokban technikailag nehéz volt megoldani a szonda tökéletes centralizálását, de végül is az esetek nagy részében sikerült értékelhető felvételeket készíteni. 5
Optikai lyuk(fal)televíziós mérés Optikai lyuktelevíziós mérés Az optikai elven működő (OBI) lyuktelevíziót a felszín alatti pozitív (száraz) fúrásokban alkalmaztuk a repedések kimutatására és minősítésére. Az EDZ (Excavation Damaged Zones) fúrásokban a torkrét beton és az összetört zóna vastagságának meghatározására alkalmaztuk. 6
HPF mérés alapján megadott beáramlási helyek és mennyiségek HPF HPF (Heat Pulse Flowmeter nagyérzékenységű áramlásmérés) egy teljesen új módszer Magyarországon, a gránit repedéseiből szivárgó víz kimutatására (beáramlás helye, mértéke) szolgál. Az egy vagy két méter sűrűséggel végzett mérésekből még a néhány tized liter/perces vízbeáramlások is kimutathatók. A mérések fontos eredménye volt az a megállapítás, hogy általában nem az erősen töréses zónákból (ezek legtöbbször elagyagosodtak, pl. 40 m-nél), hanem az egyedi, vékony repedésekből áramlik a víz a fúrásokba. Ezt az ábra jól érzékelteti: a 35 m-nél levő repedés vízadó, míg a hasonló, sőt még szélesebb repedésből nincs vízbeáramlás. A felszín alatt bár a mérés a pakkerezési nehézségek miatt vízszinteshez közeli fúrásban speciális centírozást igényel szintén elvégezhető a mérés, de időhiány miatt a beáramlási helyeket a hőmérsékletmérésből állapítottuk meg. 7
A mélyfúrás-geofizika információszolgáltatása Hidrogeológia szivárgási tényező beáramlási hely/mérték kúthidraulika vízföldtani modellezés Felszíni geofizika mérnök-geofizika szeizmika geoelektromos módszerek gravitáció mágneses módszerek radiometria Fúrás irányítás mélység átmérő fúrásirány cementminőség csövezés omló szakaszok Geológia kőzettan tektonika sztratigráfia (korreláció) geotechnika 3D modellépítés Geotechnika (vágathajtás) repedezett zónák repedés település RMR beáramlási helyek kőzetfizikai paraméterek Az információszolgáltatás minden rokonszakma részére megtörtént, legtöbbjük számára a mélyfúrás-geofizika nélkülözhetetlen támpontot jelentett. Az ábra csak a főbb kapcsolódási pontokat mutatja, a részletesebb kapcsolatokat a 2003- as MÁFI évkönyvben megjelent cikkből [5] lehet megismerni. 8
A mélyfúrás-geofizika főbb eredményei a Bátaapáti projektben Lösz paleotalaj korreláció A mélyfúrás-geofizika főbb eredményei a Bátaapáti projektben Fedőösszlet korreláció: Az ellenállás, a természetes gamma és leginkább a mágneses szuszceptibilitás mérések alapján rendkívül jól sikerült korrelálni a lösz és paleotalaj rétegeket, sőt még ezen belül is az egyes szinteket [1,2]. A karotázs szelvények alapján sikerült a sokszor hiányos vagy felsőbb rétegekből bekerült anyaggal szennyezett magokat helyesen leírni. 9
A mélyfúrás-geofizika főbb eredményei a Bátaapáti projektben Gránit mállási kéreg korreláció A mélyfúrás-geofizika főbb eredményei a Bátaapáti projektben A gránit mállási kérget az üde gránit felett a fizikai és kémiai mállást szenvedett 10-60 méter vastag mélyfúrás-geofizikai szelvények alapján lehetett felosztani és korrelálni [3,4]. A kiértékelés a mállásra legérzékenyebb módszerek (elektromos, akusztikus) alapján történt. 10
RMR becslés mélyfúrás-geofizikából A fajlagos ellenállásmérésre alapozva a felszíni mérések alapján meghatározott regressziós összefüggés segítségével minden felszín alatti fúrásban elkészítettük az RMR- és Q-típusú kőzetállapot-előrejelzést [7,8]. Az automatikusan kijelölt értékelési intervallumokat manuálisan összevontuk, a vágathajtási szempontok figyelembevételével (ne legyenek 3-5 méternél rövidebb intervallumok, lehetőleg ne legyenek két kőzetosztályt áthidaló ugrások). Az így kapott kőzettest-osztályozást összevetettük a magleíráson alapuló, hagyományos kőzetminősítéssel, amivel a legtöbb esetben jó egyezést kaptunk. A módszer előnye: gyors, objektív, mélységhelyes, az értékelési határokat a kiértékelés alapján lehet kijelölni, nem előre. 11
Kőzetmechanikai paraméterek meghatározása Kőzetfizikai paraméterek Az akusztikus hullámkép szelvények alapján meghatároztuk a beérkezési időket, majd kiszámítottuk a longitudinális (Vp) és transzverzális (Vs) sebességet. A kétféle sebességből, valamint a felszín alatt sűrűségmérés hiányában, a fajlagos ellenállásból tapasztalati összefüggés alapján meghatározott sűrűségszelvényből, az ismert összefüggések felhasználásával kiszámítottuk a kőzetmechanikai paramétereket (nyírási modulus, strength-index, Bulk-modulus, stb.) [10], amik a biztonsági kockázatelemzés fontos paraméterei. 12
Köszönjük figyelmüket Mentsük meg Földünket Hivatkozások: 1.Zilahi-Sebess László, Szongoth Gábor: A mélyfúrásgeofizikai szelvények alapján történő korreláció módszertani alapjai a negyedidőszaki összletben és a granitoid összlet felszíni hatásra átalakult szakaszán. Jelentés a Magyar Állami Földtani Intézet megbízásából a "Telephelykutatás Üveghuta körzetében" cimű téma keretében 1997.(ELGI mélyfúrás-geofizikai jelentéstár, MÁFI adattár 10 pa10 p 2.Zilahi-Sebess László, Lendvay Pál, Szongoth Gábor: A negyedidőszaki képződmények tagolása és jellemzése fizikai tulajdonságok alapján az üveghutai telephelyen. A Magyar állami Földtani Intézet évi jelentése 1999-ről, 185p 3.Zilahi-Sebess László, Rigler György, Szongoth Gábor: Az üveghutai gránit mállási kérgének tagolása mélyfúrás-geofizikai adatok alapján. A Magyar állami Földtani Intézet évi jelentése 1999-ről, 225p 4.Zilahi-Sebess László, Mészáros Ferenc, Szongoth Gábor: A gránit töréses öveinek jellemzése mélyfúrás-geofizikai adatok alapján az üveghutai telephelyen. A Magyar állami Földtani Intézet évi jelentése 1999-ről, 267p 5. SZONGOTH G., ZILAHI-SEBESS L., SZÜCSI P. 2004: Mélyfúrás-geofizikai mérések a Bátaapáti (Üveghutai)-telphelyen MÁFI évkönyv 2003, Budapest. 6.dr. Balla Zoltán, Albert G., Chikán Géza, Dudko Antonyina, Fodor László, Fórián-Szabó Márton, Gyalog László, Havas G., Horváth István, Jámbor Áron, Kaiser Miklós., Koloszár László, Koroknai Balázs, Kovács Pálffy Péter, Maros Gyula, Marsi István, Palotás Klára, Peregi Zsolt, Rálisch Lászlóné, Rotárné Szalkai Ágnes., Szőcs Teodóra, Tóth György, Turczi Gábor,(MÁFI), Prónay Zsolt., Vértessy László., Zilahi-Sebess László (ELGI), Galsa Attila, Szongoth Gábor, (Geo-Log), Mező Gyula, Molnár Péter (Golder), Székely Ferenc (Hygecon), Hámos Gábor, Szűcs István, Turger Zoltán (Mecsekérc), Balog J., Jakab G., Szalai Z., (MTA FKI), Kis és közepes aktivitású radioaktív hulladékok végleges elhelyezése, Felszíni földtani kutatás Zárójelentés 1.kötet, p109 2003 7.SZONGOTH G., ZILAHI-SEBESS L., SZÜCSI P. 2004: Geotechnikai jellemző (RMR) meghatározása mélyfúrás-geofizikai mérésekből Kézirat, Jelentés, Geo-Log Kft., Budapest, Bátatom Kft. Adattár BA 04 02. 8.SZONGOTH G., SZÜCSI P. 2007: Kőzettest osztályozás mélyfúrás-geofizikai mérésekből Mérnökgeológia Kőzetmechanika 2007, Műegyetemi Kiadó, Budapest, Mérnökgeológia-Kőzetmechanika Kiskönyvtár 4. 175-183. (Szerkesztette: Török Á. & Vásárhelyi B.) 9.ZILAHI-SEBESS L., SZONGOTH G. 2008: Az akusztikus lyukfaltelevíziós mérésekből nyerhető geotechnikai információk Mérnökgeológia- Kőzetmechanika 2008, Műegyetemi Kiadó, Budapest, Mérnökgeológia-Kőzetmechanika Kiskönyvtár 7. 243-252. (Szerkesztette: Török Á. & Vásárhelyi B.) 10.SZONGOTH G., HEGEDŰS S. 2010: Kőzetmechanikai paraméterek meghatározása a felszín alatti mélyfúrás-geofizikai mérésekből Kézirat, Jelentés, Geo-Log Kft., Budapest, Radioaktív Hulladékokat Kezelő Kft., Paks RHK-K-056/10. 13