XXII. Konferencia a felszín alatti vizekről 2015. április 8-9. Siófok 1 A Bükk-térség karsztrendszerének vizsgálata radionuklidokkal és többváltozós adatelemzési módszerekkel Csondor Katalin, Geológia MSc hallgató, ELTE TTK Erőss Anita, PhD, ELTE TTK Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, Borbás Edit, Tanársegéd, SZIE GÉK Matematikai és Informatikai Intézet Kovács József, PhD, ELTE TTK Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, Lénárt László, PhD, Miskolci Egyetem, Hidrogeológiai-Mérnökgeológiai Tanszék, Mádlné Szőnyi Judit, PhD, ELTE TTK Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék, Horváth Ákos, PhD, ELTE TTK Atomfizikai Tanszék,
Általánosságban a radionuklidokról A radionuklidok, mint a 238 U, 234 U, 226 Ra hosszú felezési idejű radioaktív anyagok, melyek jelen vannak a felszín alatti vizekben, így természetes nyomjelzőkként használhatók Rövid felezési idejű a 222 Rn, mely szintén a 238 U bomlási sorában található. (forrás: http://radonmd.com/sitebuildercontent/sitebuilderpictures/radonchart100diagram.gif után módosítva) 2
Radionuklidok a felszín alatti vizekben Az áramlási pálya mentén frakciónáció alakul ki a redox viszonyoktól függően, így: Regionális áramlási rendszereknél: magas T és TDS reduktív közeg 226 Ra tartalom van, 238 U+ 234 U és 222 Rn nincs (kivéve ha FEOOH van magas 222 Rn) (Gainon 2008 után módosította, Erőss 2013) Lokális áramlási rendszereknél: alacsony T és TDS oxidatív közeg 238 U+ 234 U és 222 Rn (Rn forrás: talajzóna) tartalom van, 226 Ra nincs 3
Mintavételi pontok, mérési és adatfeldolgozási módszerek 52 mintavételi helyszín (hideg, langyos, termál kutak/források) terepi paraméterek rögzítése (T, Vezetőképesség, ph, Oldott oxigén, Redox potenciál) vízminta: általános vízkémiára, CO 2 - ra és radionuklidokra (Rn, Ra, U) Általános kémiai mérések (ELTE, Általános és Alkalmazott Tanszék) Folyadék szcintillációs mérések (radon) (ELTE, Atomfizika Tanszék) α- spektrometriás mérések (rádium és urán) (ELTE, Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék) Általános vízkémiai adatfeldolgozás Piper-diagram, leíró statisztika Többváltozós adatelemző módszerek Klaszteranalízis, diszkriminancia analízis, Box-Whiskers -plot 4
Elektromos vezetőképesség [μs/cm] Eredmények TDS [μs/cm] Hőmérséklet [ C] Átlag 691 32 Szórás 407 20 Minimum 460 8 Maximum 3140 79 3500 3000 Mezőkövesd 2500 2000 1500 1000 500 0 Köröm 0 20 40 60 80 100 Hőmérséklet [C ] Általános statisztika: a hőmérséklet növekedésétől független elektromos vezetőképesség értékek Kivétel:Mezőkövesd és Köröm 5
6 Piper diagram Piper-diagram: Hasonló vízkémiai fácies a mintáknál: dominánsan HCO 3,Cl+SO 4 anionfácies és Ca+Mg,Na+K kationfácies
Klaszteranalízis a fő kémiai paraméterek + hőmérséklet + radionuklidok alapján 12 csoport kialakítása, melyek egyeznek a hidrogeológiai egységekkel 7
8 Diszkriminancia analízis Box-Whiskers plotok Elkülönül a többi csoporttól: Sály, Köröm, Mezőkövesd
Rádium/urán koncentráció [mbq/l] Radon koncentráció [Bq/l] Fajlagos elektromos vezetőképesség [μs/cm] Egri régió 1200 5 alegység (3 egység Egernél, Egerszalók/Demjén, Bogács) Növekvő oldott anyag tartalom a hőmérséklet függvényében Egernél magas radon és urán tartalom, Demjénnél és Egerszalóknál magas rádium tartalom Egyszerű áramlási viszonyok, keveredés nélkül 1000 800 600 400 200 0 700 600 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Eger Hőmérséklet [ C] 160 140 500 120 400 300 200 Demjén/ Egerszalók 100 80 60 40 Urán Rádium Radon 100 20 0 0 0 20 40 60 80 Hőmérséklet [ C] Egyszerűsített áramlási modell (módosítva Sárváry és Izápy 1991, Scheuer alapján) 9
Urán/rádium koncentráció [mbq/l] Radon koncentráció [Bq/l] Fajlagos elektromos vezetőképesség [μs/cm] Miskolci régió 1800 1600 4 alegység (Miskolc, Bélapátfalva, Mályi, Köröm) Hőmérséklettől függetlenül, hasonló oldott anyag tartalom, kivétel a mályi és körömi kút Alacsony rádium, urán, radon tartalom Egyszerű áramlási viszonyok, keveredés nélkül 300 250 200 150 100 50 0 1400 1200 1000 800 600 400 0 20 40 60 80 100 Hőmérséklet [ C] 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 Hőmérséklet [ C] Urán Rádium Radon Miskolc koncepcionális modellje (módosítva Lénárt 2011, Szlabóczky 1974 alapján) 10
11 Kács-Sályi régió 3 alegység (Kács, Sály, Mezőkövesd) Egyszerű áramlási rendszer keveredés nélkül Magnéziumos kation fácies a dolomitos tároló kőzeteknek köszönhetően Kis területen belül sok forrás, melyek hőmérséklete a hegytől távolodva nő, így jól tükrözi a gravitációsan vezérelt, különböző rendű áramlási rendszerek megcsapolódását A mezőkövesdi kút extrémen kiugró értékei a szénhidrogén rezervoár fluidumok hatását feltételezi
12 Konklúzió A radionuklidok alkalmazása eredményes, új módszert képviselnek a termálvizes karsztrezervoárok kutatásában Általános vízkémiai módszerekkel az általunk vizsgált skálán megtörtént a terület hidrogeológiai feltérképezése (általános statisztika, Piper-diagram) Többváltozós adatelemző módszerek eredményei a területen új megközelítést tettek lehetővé, és segítették a áramlási rendszerek megértését (klaszteranalízis, diszkriminancia analízis, Box-Whiskers plotok) Eredményeink összhangban állnak a korábban megállapított hidrogeológiai egységekkel és koncepcionális modellekkel, de Egerszalók, Demjén: szénhidrogén rezervoár fluidumok hatása (erősen reduktív környezet miatt magas rádium tartalom) Mezőkövesd teljes mértékben elkülönül, nem tartozik a Kács-Sály-i egységhez, rezervoár fluidumok hatása (magas TDS, magas rádium) Köröm elkülönülése a miskolci régiótól (szűrőzött rétegeknél vulkanikus kőzet is található) További célok: részletesebb hidraulikai és adatelemzési feldolgozás (pl.: PCA) és vízszint idősorok sztochasztikus vizsgálata
Köszönetnyilvánítás Heinz Surbeck (Svájc) Deák József, Rehák András, Sűrű Péter, Szabó Pál PannErgy NyRt. (Pelczéder Ágnes) Miskolci Vízmű Kft. (Tóth Bence) Északmagyarországi Regionális Vízművek Rt. Gyógyforrást Üzemeltető és Szolgáltató Kft. (Egerszalók) Heves Megyei Vízmű Zrt. Eger Termál Kft. (Lőrincz József) Demjén Termál Fürdő Kft. (Tóth Péter) Egri Korona Borház Bogácsi Thermálfürdő Kft. (Csiri Ferenc) Bénó Kertészet (Bénó Gábor) Zsóry Gyógy- és Strandfürdő (Vámos Zoltán) Borbás Edit, Mádlné Szőnyi Judit, Horváth Ákos (ELTE) A bükki kutatás Erőss Anita Magyary Zoltán posztdoktori ösztöndíja keretében, a TÁMOP-4.2.4.A/2-11/1-2012- 0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. Továbbá, a bükki kutatás a KÚTFŐ - a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának felszín alatti vizekhez kapcsolódó nemzetközi kutatási potenciáljának fejlesztése célzott alapkutatási feladatok támogatása által című, TÁMOP- 4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0049 számú projekthez, annak 2. moduljához (Hideg és meleg karsztvíztestek kapcsolatrendszerének jobb megismerését és védelmét célzó kutatások (felelős: Lénárt László)) is szervesen kapcsolódik. 13
Köszönöm a figyelmet! 14