FELSZÍN ALATTI VIZEK KÉMIAI
ÖSSZETÉTELE BÜK TÉRSÉGÉBEN

BEVEZETÉS

A felszín alatti vizek kémiai összetételét elsősorban hasznosításuk szempontjából szokták vizsgálni. Az ivóvíz, az öntözésre vagy speciális ipari célokra használt vizek más-más elvárásokat támasztanak a víz kémiai összetételével szemben. A víz kémiai sajátságai alapján azonban annak eredetére, a felszín alatti áramlás során végbement folyamatokra is következtethetünk.

A felszín alatti vizek utánpótlását jelentő csapadék is tartalmaz az aeroszol részecskékből, illetve a légkörből kioldódott gázokat, alkotókat, így nem tekinthető teljesen tiszta víznek. A lehullott csapadék felszín alá beszivárgó hányada reakcióba lép a környező kőzetekkel. A víz kémiai jellegét és oldottanyag-tartalmát nagymértékben meghatározza a víz–kőzet kölcsönhatások rendelkezésére álló idő, illetve az érintkezésbe lépő kőzetek, ásványi fázisok összetétele. A felszín alatti áramlási pálya mentén végbemenő különböző oldódási, kiválási, és ioncsere folyamatok során a vízösszetétel fokozatosan változik, úgynevezett evolúciós folyamaton esik át.

Az üledékek keletkezésük idején, az üledékek lerakódásakor tartalmaznak a környezetükből, tengerből, folyóból, vagy csapadékból származó vizet. Az üledékekbe zárva ezek a vizek a medence feltöltődése során, a kőzetté válás és kompakció következtében nagyrészt eltávoznak, vagy a frissen beszivárgó vizek kiöblítik őket. Gyors üledékképződés, illetve korlátozott mértékű felszín alatti vízáramlás esetén azonban a vízadó rétegekben maradhat az eredeti lerakódási környezetből származó, úgynevezett fosszilis víz, melynek összetétele eltérhet a felszín alatti áramlási pályákhoz kapcsolódó vízösszetételtől.

A felszín alatti vizek kémiai összetételét gyakran a víz–kőzet kölcsönhatás, a rétegekbe zárt fosszilis vizek, valamint a vízadó rétegek közötti átszivárgásból és diffúzióból származó keveredés együttesen alakítja.

Bük térségének víz-geokémiai viszonyait a 2010–2013 közötti időszakban végrehajtott, a határokkal osztott geotermikus erőforrások komplex értékelését és fenntartható hasznosításra történő javaslat készítését célzó TRANSENERGY projekt (transenergy-eu.geologie.ac.at), majd a Magyar Földtani és Geofizikai Intézet kutatása keretében vizsgáltuk.

 

FÖLDTANI ADOTTSÁGOK

A felszín alatti áramlási rendszerekre jellemző lokális és regionális rendszerek különböző pontjaira eltérő vízkémiai összetétel jellemző, amelyet nagymértékben a terület földtani felépítése, illetve földtani folyamatok befolyásolnak.

Bük térségének földtani felépítését az alpi hegységképződési fázisok, illetve az egykori Thetys óceán különböző ágainak bezáródása határozta meg. A több fázisban végbe menő tektonikai folyamatok a mezozoikum végén a meglévő kőzetblokkok takarórendszerekbe (Pennini és Ausztroalpi takarórendszerek) rendeződéséhez vezettek. Ezek a képződmények ma vastag üledékekkel fedett helyzetben alkotják a medencealjzatot, és csak az aljzat utólagos kiemelkedései során létrejött tektonikai ablakokban (Kőszeg- Rechnitz tektonikai ablak, Soproni-hegység, illetve a Semmering-Wechsel) jelennek meg a felszínen (SCHMID et al. 2008, TARI et al 2010, HAAS et al. 2014).

A medencealjzat képződményeit az egymásra tolódott Penninikum és Ausztroalpi takarórendszereket felépítő változatos kőzetek alkotják. A szerkezeti mozgások, a mély szerkezeti helyzet az eltemetett kőzetek különböző mértékű metamorfózisát eredményezte. A legmélyebb helyzetű a Penninikum takaróegység. Az eredetileg jura- és alsókrétakorú óceáni kéregből és ezeket fedő nyíltvízi üledékekből (főleg márgás pélit), valamint a felnyíló Pennini-óceán aljzatából származó kőzetek a metamorfózis hatására átalakultak, és jelenleg szerpentinesedett metagabbró és zöldpala, illetve a metaüledékekből (mészfillit, kvarcfillit, márvány és metakonglomerátum) épülnek fel. A metamorfitokból álló képződmények becsült vastagsága meghaladja a 2000 m-t.

A Penninikumra tektonikusan települő, szintén metamorf kőzetekből (gneisz, csillámpala, fillit polimetamorf pelitekl, migmatit) felépülő Alsó-Ausztroalpi takarórendszer a vizsgált térségtől ÉNy-ra, a medencealjzatban, majd a felszínen a tektonikus ablakokban (Soproni-hegység, Semmering-Wechsel) található.

Bük közvetlen környezetében a medencealjzat felső szintjét a legmagasabb szerkezeti helyzetben lévő Felső-Ausztroalpi takarórendszer gyengén metamorf képződményei (homokkő, metavulkanit, fillit, dolomit) képviselik. E sorozat záró tagja a Büki Dolomit Formáció azonban csak több, kisebb tektonikus pikkelyben figyelhető meg.

A neogén időszakban lezajló további szerkezeti mozgások eredményeként kialakult mélymedencékben a többszöri tengerelöntés nyomán és az óceánok irányába történő elzáródásokat követően a Pannon-tó több ezer m vastag üledéksorozatot hozott létre a medencealjzatot felépítő takarórendszerek felett. Az egyenetlen süllyedés során a miocén időszakban egyidőben különböző üledéklerakódási környezetek alakultak ki, amelyek egymás mellett megjelenő, eltérő kifejlődésű képződményeket eredményeztek. A miocén üledékképződés a kárpáti emeletben kezdődött a túlnyomórészt folyóvízi eredetű képződmény (rosszul osztályozott kavics, konglomerátum, homok és márga) lerakódásával. A tengeri üledékképződés egyenlőtlen süllyedés hatására kezdődött meg, alapbreccsa, alapkonglomerátum lerakódásával. Az üledékképződés során a kiemelt területeken és a partközeli sekélytengeri környezetben durvatörmelékes (homokkő, márga, mészmárga) és biogén mészköves (biogén mészkő, oolitos mészkő) üledékek, míg a mélyvízi környezetben finomszemcsés (homokos iszap, iszapos agyag, agyagmárga) üledékek rakódtak le. A nyílttengeri üledékek az alaphegységi kiemelkedések kivételével nagy területen elterjedtek, vastagságuk eléri a néhány száz m-t. A medenceperemekre és a kiemelkedések térségére (Pinnyei kiemelkedés, Mihályi-hátság, Ikervár környezetében) jellemző, sekélytengeri karbonátos kőzetek vastagsága ritkán haladja meg a néhányszor 10 m-t.

A miocén végén kialakult egységes Pannon-medencét ÉNy–DK irányú, folyamatosan fejlődő folyódelta rendszer töltötte fel. A delta lejtőre jellemző, döntően finomszemcsés, agyagos-márgás üledékek (Endrődi Formáció) helyenként lejtőcsúszás eredetű homok testeket zártak magukba (Szolnoki Formáció). A delta előrehaladásával a delta front képződményei a finomszemcsés üledékekben egyre gyakoribbá váló homoktesteket tartalmaznak (Újfalui Formáció), amelyek nagy távolságokban is nyomon követhetők. A delta további előrehaladásával és a medence fokozatos feltöltődésével a delta síkságon, folyóvízi és tavi környezetben keletkezett homok, iszap, agyag és agyagmárga sűrű váltakozásából álló sorozat alakult ki (HÁMOR et al. 2001, UHRIN 2011, MAROS et al. 2012). A pannóniai delta üledék sorozat elterjedése a területen általános. A nyugati irányban fokozatosan elvékonyodó, majd a felszínen kiékelődő képződmény maximális vastagsága a mélyárkokban meghaladja a 2000 m-t.

A negyedidőszak során az Alpok kiemelkedett térszínéről a feltöltött medencére kifutó folyók néhányszor tíz m vastagságú kavics teraszokat, illetve felfele finomodó szemcseméretű, homok, homokos agyag, agyag sorozatból álló alluviális üledékeket raktak le.

A terület elvi rétegoszlopát az 1. ábra mutatja be.

 

1. ábra. Bük térségének elvi földtani rétegsora

 

VÍZMINŐSÉGET BEFOLYÁSOLÓ HIDROGEOLÓGIAI FOLYAMATOK

A felszín alatti vizek kémiai összetételének alakulása nagymértékben függ az áramlási pályák helyzetétől. A felszín alatti vizek áramlási pályáinak kezdetét, egyben az utánpótlását a csapadék kiemelt térszíneken, túlnyomórészt Ausztria területén történő beszivárgása jelenti. A beszivárgás szempontjából szintén fontos, hogy a termálvízadó miocén és felső-pannon rétegek rétegfejei a hegységperemi területeken felszínre bukkannak. A rétegek dőlése kedvezővé teszi a közvetlen beszivárgással bejutott víz rétegen belüli tovább áramlását a mélyebb zónák felé.

Az áramlási pályák mentén a víz kölcsönhatásba lép az általa érintett kőzetekkel, így kémiai összetétele folyamatosan változik. Ezen belül egy-egy földtani és vízföldtani szempontból azonos tulajdonságokkal jellemezhető kőzettest, úgynevezett hidrosztratigráfiai egység víz-geokémiai sajátosságai is hasonlóan alakulnak. Mivel Bük térsége a felszín alatti vizek áramlási rendszerében főleg a beszivárgási területhez közel eső, köztes áramlás területére esik, a nagyobb hidrosztratigráfiai egységek a nagyobb, azonos környezetben keletkezett földtani egységekkel azonosnak tekinthetők.

A terület elsődleges víztartó képződményei a negyedidőszaki folyóvízi képződmények, a Pannon-tóban lerakódott deltafront üledékei, a deltasíkság üledékes sorozat homokos rétegei, a neogén tengeri környezetben (miocén korban) lerakódott partközeli törmelékes üledékek (amennyiben a homoktartalom részaránya jelentősebb), illetve a miocén partközeli, nagy porozitással rendelkező karbonátos képződmények. A felsorolt képződmények porózus víztartók, ahol a vízrészecskék a szemcsék közötti térben helyezkednek el, illetve a pórusok biztosítják a lehetőséget a víz mozgására. A nagy vastagságban megjelenő alsó-pannóniai deltalejtő üledékek és a miocén nyíltvízi képződmények rossz vízvezető agyagos, agyagmárgás rétegei regionális vízzáró rétegeknek tekinthetők. Az alaphegységet alkotó metamorf komplexum kis porozitása révén vízzáró sajátossággal rendelkezik, a tektonikai vonalak mentén azonban jó vízvezető zónák helyezkedhetnek el. Ennek főleg akkor van jelentősége, ha közvetlenül az alaphegységi metamorf kőzetek felett különböző térbeli kiterjedésű, egymástól elkülönülő víztároló összletek (miocén kezdeti időszakában lerakódott kavics, konglomerátum, miocén zátony mészkövek) találhatók, amelyeket a vízvezető zónák összekapcsolhatnak. A metamorf komplexum részét képező, egyben a térség jelentős termálvíztartójaként számon tartott devon korú dolomit szintén a törések, repedések révén rendelkezik jó vízvezető adottsággal.

Az áramlási pályák végpontjait, azaz a felszíni vízkilépések (megcsapolások) helyeit vízfolyások, valamint a párolgó, magas talajvízállású területek jelentik. A folyóvölgyek allúviuma, illetve a magas talajvizű területeken a felszín alatti vizekből a növényzet párologtató hatása révén is jelentős mennyiségű vízkilépés történik. A területet sűrűn behálózó vízelvezető csatornák kiépítése azonban megszüntette a magas talajvízállású területeket. Ma már csak a távol elhelyezkedő Hanság alacsony térszínén találhatunk nagyobb kiterjedésű vizenyős, párolgó felszíneket, amely egyben a felszín alatti vizek mély áramlási pályáinak regionális megcsapoló területe.

A felszín alatti vizek közvetlenül a vízfolyások medrébe is kilépnek. Feltételezhetően a területen található vízfolyásokat természetes körülmények között gyarapodó hozam jellemezte. Napjainkban az árvízi tározók és a mesterséges csatornákon keresztül történő vízátvezetések miatt ez nem igazolható, de a vízfolyások állandó jellege folyamatos utánpótlódásra utal a száraz időszakban is.

 

HIDROSZTRATIGRÁFIAI EGYSÉGEK VÍZ-GEOKÉMIAI JELLEGE

Felszín alatti vizek kémiai összetételét a leggyakoribb oldott anionok (HCO₃^–, SO₄^2–, Cl^–) és kationok (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺), az úgynevezett főkomponensek határozzák meg. A víz eredetére, illetve a fejlődése során végbemenő folyamatokra a fő ionok mellett fontos információt tartalmaznak a közepes (Fe²⁺, Sr²⁺, CO₃^2–, NO₃^–, F^–, B^–) és egyéb mikro komponensek, amelyek különböző földtani, vízföldtani környezetekben dúsulnak. A nagyobb hidrosztratigráfiai egységekben tárolt vizek kémiai összetételét a főkomponensek (legfontosabb anionok és kationok) mennyisége és egymáshoz viszonyított arányuk alapján meghatározott úgynevezett vízkémiai fáciesek megadásával jellemezhetjük (BACK 1966). A vízkémiai fáciesek a vizes oldatban lévő fő ion-egyenértékeket és arányaikat mutatják százalékban kifejezve, amelyek egy adott régió felszín alatti vízáramlási képéből és kőzettani összetételéből következnek. A vízkémiai fáciesek jól reprezentálják a felszín alatti áramlási rendszeren belüli helyzetet és a víz eredetét.

A Bük térségében előforduló vízkémiai fácieseket a 2. ábrán látható diagram (Piper diagram) mutatja be.

 

2. ábra. Felszín alatti vizek kémiai jellege Bük térségében

 

Elsőként Chebotarev írta le (CHEBOTAREV 1955) a regionális áramlási pálya mentén a felszín alatti vizek kémiai jellegének fokozatos változását a HCO₃-tól a SO₄-os jellegen keresztül a Cl-os jelleg felé. E változás Bük térségének felszín alatti vizeiben szintén nyomon követhető, amelyet a 2. ábra is jól reprezentál. A következő fejezetekben az azonos vízkémiai jellemzőkkel rendelkező földtani, vízföldtani egységek (hidrosztratigráfiai egységek) sajátosságait, illetve a felszín alatti vizekben végbemenő folyamatokat és ezek egymásba kapcsolódása révén a vizek kémiai összetételének fejlődését mutatom be.

A terület vízkémiai sajátosságait a Bük közvetlen térségében létesített 81 sekély és mélyfúrású kút, illetve a tágabb térségben termálvíztermelés céljából létesített mélyfúrású kutak és szénhidrogén-kutató fúrások vízelemzése alapján ismertetem.

 

NEGYEDIDŐSZAKI KÉPZŐDMÉNYEKBEN TÁROLT VIZEK

A talajvíztükör a területen a negyedidőszaki folyóvízi képződményekben helyezkedik el 2–10 m közötti mélységben. A lehullott csapadék a talajrétegeken keresztül a felszín alá szivárogva éri el a felszín alatti víztükröt. A lefele történő szivárgás során a víz az oldékony ásványi fázisokat kioldja a kőzetből. A víz oldó hatását a talajban nagy mennyiségben jelenlévő CO₂ tovább erősíti. A talaj nagy oldhatóságú ásványai a karbonátok, szulfátok, míg a szintén nagy mennyiségben jelenlévő szilikátok oldékonysága kicsi. A felszín közeli vizek, így – más területekhez hasonlóan – Ca–Mg–HCO₃-os kémiai jellegűek (2. ábra). A vízben oldott állapotban jelen lévő főkomponensek közül a Ca²⁺, a Mg²⁺, illetve a HCO₃^–; dominál, de a SO₄^2– részaránya is említésre méltó. Az összes oldottanyag-tartalom értéke 500–800 mg/l között változik (3. ábra).

 

3. ábra. A Pannon-tó képződményeiben tárolt vizek oldottanyag-tartalmának alakulása Bük térségében
fkv: felszín közeli vizek; Pa 20–50: deltafront rétegvizei 20–50 m mélységben; Pa50–100: deltafront rétegvizek
50–100 m mélységben; Pa 100–200: deltafront rétegvizek 100–200 m mélységben; Pa 200–300: deltafront rétegvizek 200–300 m
mélységben; Pa 600: deltafront termálvizek 600 m alatti mélységben; Pa1: deltalejtő képződmények termálvizei

 

A felszín közeli vizekben általános a NO₃^– jelenléte, amelynek értéke szélesebb határok között változik, de a vizsgált esetek 75%-ában nem haladja meg a 40 mg/l értéket (az ivóvízszabvány megengedett határértéke 50 mg/l). A NO₃^– mennyisége a mélység növekedésével párhuzamosan csökken, a NO₃^– redukció révén.

A PANNON-TÓ ÜLEDÉKEIBEN TÁROLT VÍZ

A Pannon-tó üledékei delta környezetben, majd fokozatos átmenettel folyóvízi és tavi környezetben rakódtak le, a víz sótartalmának folyamatos csökkenése mellett. A sorozatból a deltafront és a delta síkság üledékei tekinthetők víztartó rétegeknek. A 300 m-nél sekélyebb rétegek hideg vizeket, míg a 600 m-nél mélyebbek termálvizet tárolnak. A homokos és agyagos rétegekből álló sorozat egységes hidraulikai egységet alkot, azaz a vízadó rétegek között nincs számottevő, nagy kiterjedésű vízzáró szint. Ennek megfelelően a teljes üledékes sorozat a különböző vízvezető rétegek gyakori változékonysága ellenére összességében egységes, jó vízadó képződménynek tekinthető.

Az eltérő kémiai jelleg ellenére a delta front és delta síksági képződmények vízgeokémiai szempontból is egységesen kezelhetők, mivel eredetük és az összetételt meghatározó kémiai folyamatok megegyeznek. A felső 300 m-ben nem jelentkezik szignifikáns változás a víz kémiai összetételében. Az összes oldottanyag-tartalom értéke 300 m-ig azonos tartományban, 400–800 mg/l között mozog, és megegyezik a felszín közeli vizekben megfigyelt értékkel (3. ábra).

 

4. ábra. Az összes oldottanyag-tartalom mélység szerinti növekedése

 

A 300 m-nél nagyobb mélységben azonban az oldottanyag-tartalom, illetve a főkomponensek közül a Na⁺, Cl^–, HCO₃^–, SO₄²⁺ mennyisége egyaránt a mélységgel párhuzamosan növekvő tendenciát mutat (4. ábra).

Bár Bük közvetlen körzetében nem létesült mélyfúrású kút 300–600 m közötti mélységtartományban, de a tágabb térségben mélyített kutak alapján ebben a mélységközben is fokozatos a változás. A komponensek mennyiségének változása együtt jár a kémiai jelleg megváltozásával. Mivel a Na⁺ mennyisége fokozatosan nő, a Ca²⁺ pedig nem változik jelentősen, a mélyebb rétegvizek már Na-HCO₃-os jellegűvé válnak (2. ábra).

A kémiai összetétel változását több folyamat is előidézi. Egyik legjelentősebb ezek közül az oldódás. A regionális áramlási rendszerben a mélyebb szintekben áramló vizek hosszabb áramlási pályákhoz tartoznak. Az eltelt idő hosszával így arányosan nő az áramlási pálya mentén érintett kőzetekből a víz által kioldott összetevők mennyisége. Tovább emeli az oldott anyagok, ezen belül a Na⁺ mennyiségét a vízadó rétegekben nagy mennyiségben jelen levő szilikátok (főleg a plagioklász) hidrolízise, amely elsősorban az oldott Na⁺ mennyiségének növelését eredményezi, egyben a legfontosabb Na⁺ forrás. A folyamatot az üledékek szerves anyagának bakteriális bomlása során keletkező CO₂ elősegíti. A CO₂ egyidejűleg hozzájárul a vizek HCO₃^– tartalmának emelkedéséhez is. A szerves anyagok bomlása pedig a NH₄⁺ mennyiségét is növeli.

 

5. ábra. Na⁺ és Ca²⁺ arányának mélység szerinti változása a pannóniai rétegek vizeiben

 

Üledékes mélymedencékben gyakori jelenség az ioncsere. A folyamat során az agyagásványok felületén megkötődő, elsősorban Na⁺ ionok meteorikus eredetű, (csapadékból beszivárgó) vízzel történő érintkezés hatására Ca²⁺, és Mg²⁺ ionokra cserélődnek. A folyamat során a felszabaduló Na⁺ a vizes oldatban feldúsul a Ca²⁺ és Mg²⁺ részarányának egyidejű csökkenésével. Különösen kedvező a lehetőség az ion-cserére a pannóniai képződményekre is jellemző, agyagos és homokos rétegek váltakozásával felépülő üledékekben. Bük tágabb térségében a szilikátok hidrolízise, illetve az ioncsere hatására a pannon vizekben bekövetkező víztípusváltozást a Ca-Mg-HCO₃-os jellegtől a NaHCO₃-os jellegen keresztül a Na-Cl-os jellegig a 2. ábra szemlélteti. A fő kationok arányának mélység szerinti változását pedig az 5. ábra mutatja be.

A mélységgel növekvő Cl^– tartalom a csökkent sósvízi Pannon-tó üledékbe zárt vizéből származik. A membránfiltráció folyamata tovább növeli a Cl^– tartalmat. A kompakció (rétegterhelés hatására bekövetkező üledéktömörödés) hatására ugyanis az agyagrétegek féligáteresztő membránként működnek, a nyomás hatására a víz egy része kipréselődik a rétegből, míg az oldatban lévő egyéb ionok, különösen a nagy ion méret esetében, mint amilyen a Cl^–, hátramaradnak. A nagy agyag tartalmú képződmények rétegvizeiben ezért, az eredeti lerakódási környezetre jellemző csökkent sósvízi érték többszörösére emelkedhet a Cl^– mennyisége. Ez a folyamat okozza a Pannon-tó korai szakaszában, a delta lejtőn, illetve a lejtő nyílt vízi, mélytengeri előterében keletkezett üledékek vizeinek magas Cl^– tartalmát (2. ábra) és a magas oldott anyag koncentrációt (3. ábra). Ezek a többnyire agyag és márga rétegekből álló képződmények (Algyői Formáció, Endrődi Formáció) jellegzetesen vízzáró tulajdonsággal rendelkeznek. A szintén deltalejtő környezetben lerakódó Szolnoki Formáció képződményei azonban a lejtőn végbemenő tömegmozgások által kialakított homoktesteket (turbiditek) is tartalmaznak. Ezeknek a többi víztartó szinttől többnyire elszigetelt rétegeknek a vizei jellegzetes képviselői a membrán filtráció által eredményezett magas oldott anyag és Cl^– tartalmú vizeknek. Elszigeteltségükből adódóan főleg diffúzió útján keveredhetnek más rétegek termálvizeivel.

NEOGÉN TENGERI ÜLEDÉKEKBEN TÁROLT VIZEK

A neogén üledékek Bük közvetlen és tágabb térségében is kizárólag termálvizeket tárolnak. Vízkémiai jellemzőik megértését a Bük tágabb térségében előforduló termálvizekkel együtt történő áttekintésük teszi lehetővé.

A neogén időszak tengeri üledékeinek keletkezése idején (miocén korban) az alpi hegységképződéshez kapcsolódó, intenzív szerkezeti mozgások hatására tagolt tengerfenék alakult ki, ahol kis távolságon belül is igen változatos üledékképződés folyt. A nyíltvízi környezetben keletkezett agyagos és márgás üledékek ma nagy területi elterjedésük és jelentős (néhány száz m) vastagságukból adódóan regionális vízzáró réteget alkotnak. A víztartó tulajdonsággal rendelkező, partközeli, illetve egykori tengerfenék kiemelkedéseken lerakódott sekélytengeri meszes homokkő és mészkő zátony képződmények viszont általában vékonyabb kifejlődésben (néhányszor tíz m) jelennek meg. Ezek a képződmények mély helyzetükből adódóan potenciális termálvíztárolók, amelyekben a víz kémiai jellege meglehetősen eltérő sajátságokat mutat (2. ábra).

 

6. ábra. A neogén tengeri eredetű (miocén korú) üledékekben tárolt termálvizek összes oldottanyag-tartalma
A: medenceperemi törmelékes üledékek; B: medencebeli partközeli törmelékes üledékek;
C: medencebeli zátony képződmények; D: medencebeli zátony üledékek és devon dolomit együttesen;
E: medencebeli zátony üledékek és metamorf alaphegységi képződmények együttesen

 

A miocén vizek kémiai jellegét alapvetően felszín alatti áramlási rendszerben elfoglalt helyzete, illetve más vízvezető rétegekkel való kapcsolata határozza meg. A neogén üledékekkel kitöltött medence peremén elhelyezkedő lutzmannsdorfi (locsmándi) és zsirai fúrások által feltárt termálvizek alacsony (1000–1200 mg/l) összes oldottanyag-tartalommal rendelkeznek. Az alacsony értékek folyamatos csapadékvíz eredetű utánpótlásra utalnak. Ezzel szemben a medence belső részén (Bük, Sárvár, Ölbő, Ikervár, Pecöl) elhelyezkedő, gyakran nyíltvízi eredetű, agyagos üledékek által közrezárt sekélytengeri, illetve zátony képződmények vizeire magas összes oldottanyag-tartalom jellemző (6. ábra). Az ölbői és ikervári térségben jelentkező alacsonyabb oldottanyag-tartalom értékek feltehetően szénhidrogén-kutató fúrások létesítésekor végzett rétegpróbákból származó, régi adatok hibás vizsgálati mélységmegjelöléséből, vagy hibás kútkialakítás miatt magasabb rétegekből leszivárgó híg vizek hatásából egyaránt származhatnak. Amennyiben ezeket az anomálisan alacsony (10 000 mg/l alatti) értékeket figyelmen kívül hagyjuk, a medence belsejében elhelyezkedő miocén rétegek vizei jellegzetesen magas, 20 000 mg/l feletti összes oldottanyag-tartalommal rendelkeznek. A magasabb értékek korlátozott utánpótlást, illetve zárt tárolókat jeleznek.

A vízkémiai jelleg változékonyságát növeli, hogy a miocén termálvíztartó rétegek gyakran közvetlenül az alaphegységi képződményekre települnek, így azokkal egységes termálvíztárolót alkotnak. Ilyenkor általában az alaphegységi képződmény vizének kémiai jellege válik uralkodóvá. Ilyen kiemelkedően magas összes oldottanyag-tartalom (40 000 mg/l felett) jellemző a sárvári Rás-1 és Rás-2 fúrásokban is, ahol a miocén zátony mészkő közvetlen a szerkezeti zónákkal elszigetelt devon dolomit rögre települ.

A felszín alatti vizek Cl^– tartalma a lerakódás során az üledékekbe zárt vizekből származik. A Cl oldatokban konzervatív ionként viselkedik, mivel sói nagy oldhatósággal rendelkeznek, nem adszorbeálódik könnyen agyagásványok vagy más ásványok felületén, nem vesz részt redox folyamatokban, illetve nincsenek említésre méltó komplexei. Az eredeti lerakódási környezethez képest felszín alatti vizekben így csak más rétegvizekkel történő keveredés vagy evaporitok oldódása révén változik a mennyisége. Ez alapján a magas Cl tartalmú miocén termálvizek fosszilis tengervizeknek tekinthetők. Ezt igazolja a tengervizekhez hasonló Cl/Br arány is, amelyből általában a magas Cl tartalmú vizek eredetére lehet következtetni.

METAMORF KÉPZŐDMÉNYEKBEN TÁROLT VÍZ

A metamorf alaphegységi képződmények a repedéshálózatában tárolt víz önálló vizsgálatára csak kevés helyen (Ölbő, Ikervár, Szombathely, Mihályi), elsősorban szénhidrogén-kutató fúrásokban került sor. Gyakran a metamorf aljzat vizeit más rátelepülő képződményekkel együtt vizsgálták. Minden esetben magas összes oldottanyag-tartalom (általában 30 000 mg/l feletti érték) és uralkodóan Na-Cl-os vízkémiai jelleg figyelhető meg (2. ábra).

A magas Cl tartalom részben fosszilis tengervizekből, részben a már lepusztult evaporitos képződmények oldódásából származhat. Magas sótartalmú, bepárlódott tengervizes lagunák a miocén során is kialakulhattak. Az ország más területein fúrási adatok alapján a miocénből is ismerünk evaporitos képződményeket (Zsámbéki-medence, Ráckeve). A Dunántúl nyugati részén a nagylózsi fúrásból írtak le anhidrites kőzetkitöltéseket miocén rétegekből.

A magas oldottanyag-tartalom az alaphegységi képződményekben utánpótlódás szempontjából lassú vízáramlásra, illetve zárt rendszerre utal.

DEVON DOLOMITBAN TÁROLT VÍZ

A devon dolomit három, elkülönülő tektonikai pikkelyekben, azaz szerkezeti mozgások hatására egymástól különálló egységekben jelenik meg. Az egyes pikkelyekben a vízöszszetétel is eltérő.

 

7. ábra. A devon dolomit összetételének változása

 

A büki kiemelt helyzetű alaphegységi röghöz tartozó devon pikkelyben természetes állapotban 4000 mg/l körüli összes oldottanyag-tartalmú, Na-Ca-HCO₃-os vízösszetétel volt jellemző (2. ábra). A több évtizedes termelés során azonban a víz kémiai összetétele jelentősen megváltozott (7. ábra). Egyidejűleg több fő alkotó ion koncentrációja folyamatosan nőtt. Az ion-koncentrációk növekedésének mértéke azonban különböző. A Na⁺ tartalom majdnem tízszeresére emelkedett, az összes oldottanyag-tartalom pedig ma már meghaladja a 15 000 mg/l értéket, amely több, mint az eredeti négyszerese. Jelentősen növekedett a HCO₃^– és Cl^–, és a SO₄^2– tartalom is (8. ábra).

 

8. ábra. A fő ionok koncentrációinak változása a Bük K-4 mélyfúrású kútban

 

A változások kiváltó oka, hogy a folyamatos víztermelés hatására megváltozott a felszín alatti áramlási pályák iránya, és ennek következményeként más vízadó rétegekből is megindult a vízkivételt biztosító kutak felé az áramlás. A kitermelt termálvíz így már olyan rétegeket is megcsapol, amelyek eredetileg, a termeléstől zavartalan helyzetben, nem álltak kapcsolatban a devon dolomit vizével, és eltérő kémiai összetétel jellemezte őket. Az újonnan termelésbe állított rétegeket nehéz azonosítani, de az biztos, hogy nagy oldottanyag-tartalmú, és magasabb Na⁺,Cl^–, HCO₃^– és SO₄^2– koncentrációval rendelkezik, mint a dolomit természetes állapotban.

FELSZÍN ALATTI VIZEK GÁZTARTALMA

Bük térségében a felszín alatti vizek kémiai összetételének jellemzése során meg kell említeni a vizek gáztartalmát. A felszín alatti vizek metán tartalma az üledékekben jelen lévő szerves anyagok bakteriális lebomlása során, illetve körülbelül 60 ºC fölött termikusan keletkezik. A metán tartalom a felszín alatti vizekben oldott, illetve szabad gáz fázis formájában van jelen. Víztermelés során a vízzel együtt a felszín alatt jelen lévő gázok is felszínre jutnak, illetve a megváltozott nyomás viszonyokból adódóan a vízben oldott gázok is szabad gázként szeparálódhatnak.

Felszín alatti vizek leggyakrabban CH₄-t és CO₂-t tartalmaznak jelentősebb mennyiségben, helyenként N₂ és H₂S is nyomokban megjelenik. Bük tágabb térségében is jelentős a felszín alatti vizek gáztartalma, amelynek döntő többségét (95–98%-át) CO₂ alkotja. Palcsu L. és munkatársai vizsgálatai szerint (PALCSU et al. 2014) a CO₂ egy része a földköpenyből származik, és szerkezeti zónákon keresztül szivárog felfelé. A CO₂ a szénhidrogénekhez hasonlóan a geológiai csapdákban koncentráltan összegyűlik. Ilyen telepek alakultak ki Mihályi–Répcelak és Ölbő térségében. Amennyiben a CO₂ kijut a csapdákból (pl. szerkezeti zónák mentén, vagy víztermelés hatására), a felszín alatti vizekkel együtt mozog.

A CO₂ gáz jelenléte befolyásolja a felszín alatti vizekben végbemenő kémiai folyamatokat. Katalizálja, azaz nagy mértékben elősegíti a szilikátok hidrolízisét, amely a vizek Na⁺ tartalmát növeli. A CO₂ hozzájárul továbbá a vizek HCO₃^– tartalmának emelkedéséhez is.

Víztermelés során a CO₂ oldott és önálló gázfázisként egyaránt megjelenik a térség termálvizeiben. A jelentős gáztartalom miatt a mesterségesen megindított termelés során a felszínre törő gázbuborékok jelenléte miatt a víz sűrűsége csökken, ezáltal ideiglenesen, a termelés időtartamára, megnő a kútban jelentkező nyomás, és a termálvizek szabadon (mesterséges szivattyúzás nélkül), a felszín felé kifolynak. Ha a kutat lezárják, hoszszabb idő (néhány nap, vagy hónap) elteltével visszaáll az eredeti rétegnyomásnak megfelelő, nyugalmi állapotot tükröző, felszín alatti vízszint.

 

ÖSSZEFOGLALÁS

A földtani felépítés, illetve a vízföldtani adottságok alapvetően meghatározzák a felszín alatti vizek kémiai összetételét. A lehullott csapadék a felszín alá szivárogva reakcióba lép a befogadó kőzettel, és a végbemenő fizikai, kémiai folyamatok révén a víz összes oldottanyag- tartalma megnő. A felszín közeli vizekben az oldódás folyamata kap nagy szerepet. Ennek megfelelően Bük térségében is a felszín közeli vizek Ca-Mg-HCO₃-os jelleget mutatnak, helyenként magas SO₄^2– tartalommal.

A hideg rétegvizek kémiai összetétele 300 m mélységig nem változik jelentősen. A mélység felé tovább szivárgó víz az áramlási pályája mentén további kölcsönhatásba lép a körülzáró kőzetekkel. A mélységgel párhuzamosan tovább emelkedik a víz oldottanyagtartalma. A lejátszódó kémiai folyamatok között fontos szerepet kap az ioncsere, illetve a kőzetalkotó szilikát ásványok hidrolízise. A regionális vízzáró rétegek feletti rétegvizekben a folyamatos, de a mélységgel lassuló vízáramlás hatására a víz kémiai összetételében egyre nagyobb részarányban jelenik meg az üledék lerakódásakor bezáródott vizek hozzákeveredése, amely a víz Cl^– tartalmának emelkedését eredményezi, azonban az uralkodó anion a HCO₃^– marad. A 600 m alatti mélységben a víz hőmérséklete 30 ºC fölé emelkedik, ezért az itt előforduló rétegvizeket már termálvizeknek tekintjük.

A regionális vízzáró rétegek alatti termálvíztartó képződményekben a lassú vízáramlás miatt hangsúlyosabbá válik az üledékekbe zárt víz részaránya. Ezekben a vizekben már a Cl^– a domináns anion, a víz összetétele és összes oldottanyag-tartalma pedig a tengervíz összetételéhez közelít.

A felszín alatti vizek fejlődését Bük térségi vizek példáján a 2. ábra szemlélteti.

   

IRODALOMJEGYZÉK

BACK, W. 1966. Hydrochemical facies and ground-water flow patterns in northern part of Atlantic Coastal Plain. USGS., Professional Paper 498A. Reston, Virginia: USGS.

CHEBOTAREV, I. I. 1955. Metamorphism of natural waters in the crust of weathering. Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 8, 22–48, 137–170, 198–212.

HAAS J., BUDAI T. (szerk.), CSONTOS L., FODOR L., KONRÁD GY., KOROKNAI B. 2014: Magyarország prekainozoos medencealjzatának földtana. Magyarázó "Magyarország pre-kainozoos földtani térképéhez" (1:500 000). Magyar Földtani és Geofizikai Intézet, Budapest.

HÁMOR, G. 2001: Evolution of the Pannonian Basin during the Late Miocene. – In: Haas, J. (szerk.): Geology of Hungary. Eötvös University Press, Budapest, pp. 242–265.

MAROS GY., BARCZIKAYNÉ SZEILER R., FODOR L., GYALOG L., JOCHA-EDELÉNYI E., KERCSMÁR Zs., MAGYARI Á., MAIGUT V., OROSZ L., PALOTÁS K., SELMECZI I., UHRIN A., VIKOR Zs., ATZENHOFER B., BERKA R., BOTTIG M., BRÜSTLE A., HÖRFARTER C., SCHUBERT G., WEILBOLD J., BARÁTH I., FORDINÁL K., KRONOME B., MAGLAY J., NAGY A., JELEN B., LAPANJE A., RIFELJ H., RIŽNAR I., TRAJANOVA M. 2012: Summary report of Geological models of TRANSENERGY project. transenergy-eu.geologie.ac.at

PALCSU, L., VETŐ, I., FUTÓ, I., VODILA, G., PAPP, L., MAJOR, Z., In-reservoir mixing of mantle-derived CO2 and metasedimentary CH4-N2 fluids – noble gas and stable isotope study of two multistacked fields (Pannonian Basin System, W-Hungary), Marine and Petroleum Geology (2014)

SCHMID, S.M., BERNOULLI, D., FÜGENSCHUH, B., MATENCO, L., SCHEFER, S., SCHUSTER, R., TISCHLER, M., USTASZEWSKI, K. 2008: The Alpine–Carpathian–Dinaridic orogenic system: correlation and evolution of tectonic units – Swiss Journal of Geosciensis, Birkhauser Verlag, Basel, DOI 10.1007/s00015-008-1247-3.

TARI G., HORVÁTH F. 2010: A Dunántúli-középhegység helyzete és eoalpi fejlődéstörténete a Keleti-Alpok takarós rendszerében. Földtani Közlöny, 140/4, 483–510. old.

UHRIN András 2011: Vízszintváltozási ciklusok és kialakulásuk okai a késő-miocén Pannon-tó egyes részmedencéiben. Doktori (PhD) Értekezés, ELTE