Hidrológiai Közlöny 2012 (92. évfolyam)

2. szám - Marton Lajos: Nem-gravitációs felszín alatti vízmozgások a Pannon-medence példáján

8 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2012. 92. ÉVF. 2. SZ. A Pannon-medence feltöltődése A Keleti-Alpok, a Kárpátok és a Dinaridák által körülölelt Pannon-medence a korai miocéntől kezdődően, mintegy 20 millió éve jött létre a földkéreg megnyúlása és süllyedése során. Ugyanekkor jött létre a Kárpátok gyűrt hegységének jellegzetes íve is. A Pannon-medence aljzatára két oldalról ellentétes jellegű erők hatottak. A miocén kor folyamán a keletről ható húzóerők uralkodtak, az emiatt rendkívül kivékonyodott és lesüllyedt kéregre nagy vastagságban változatos üledékek települtek. Ezt követően a nyugati irányból ható nyomóerők váltak dominánssá. A Pannon-medencében és a környező hegységekben napjainkban is aktív tektonikai folyamatok zajlanak. A Pannon-medence több részmedencéje, pl. a Kisalföld és az Alföld a neogén időszakot követően a negyedkorban is tovább süllyedt. A medence belső területein szigetszerűen kiemelkedő dombvidékeink és hegységeink jelenleg is emelkednek. A régió jelenleg főképp kompressziós, illetve eltolódásos feszültségtér hatása alatt áll, a medence születése és fejlődése idején jellemző tágulást az utóbbi néhány millió évben térrövidülés váltotta fel (Bada és Horváth 1998). A Pannon-medence központi, Magyarországhoz tartozó részét, a Magyar Alföldet, félig vagy gyengén konszolidált tengeri, tavi és folyóvízi neogén-kori medence-üledék tölti ki, melynek vastagsága 100 m-től több mint 7000 m-ig terjed. Ez az üledékösszlet egy erősen tektonizált pre-neogén alapon nyugszik, ahol a sasbércek és árkok szintkülönbségei 5000 m-t is elérnek. Az alaphegység nagy változatosságú merev, ezáltal törékeny kőzetekből áll, úgymint flis (homokkő, agyag, márga üledékes kőzet), karbonátos és metamorf kőzetekből. A relatíve folytonos Endrődi aquitard kisebb mint 1 md (10 1

5 m

2) permeábilitással, 500 és 5000 m között változó mélységgel, a medence kőzeteit egy felső és egy alsó nagyon permeábilis sorozatra osztja ketté, amelyek permeabilitása néhány tíz és néhány ezer millidarcy között változik (Tóth és Almási 2001). Mintegy 12 millió évvel ezelőtt a Pannon-medence az alpi-kárpáti hegységkeret kiemelkedése miatt elzáródott, és tengerből beltengerré, ill. tóvá változott. A bővizű folyók kiédesítették a mély, tagolt aljzatú medence vizét, hatalmas törmelékanyagot szállítottak be, deltákat építettek. A hordalékszállítás elsősorban ÉNy-i és EK-K-i irányból érkezett (Haas et al. 1998). A medencét kitöltő több ezer méter vastag üledéksorban alulról felfelé haladva folyamatos vízmélység-csökkenést észlelünk. Mélyvízi márgák, homokos zagyárak, agyagos lejtő-üledékek, sekélyvízi, ill. partmenti környezetben lerakódott homokos-iszapos rétegsorok jelennek meg. A folyamatos feltöltődés következtében a partvonal a fokozatosan beszűkülő medence belseje felé tolódott el. A rétegsort vastag folyóvízi, ártéri környezetben leülepedett képződmények zárják (Juhász Gy, 1994). Kompakció, diagenezis és metamorfózis A szárazföldek felszínének 75%-át üledékes kőzetek borítják. Az átlagosan 36 km vastagnak tekintett földkéreg anyagának mindössze 5 %-a üledékes kőzet. Jelentőségük azonban messze meghaladja mennyiségi arányukat. Az üledékes kőzetek alapvető jellemzője a rétegzettség. A lerakódott üledék kőzetté válásának folyamata a diagenezis. Pontosabb fogalmazásban azoknak a fizikai és kémiai folyamatoknak az összessége, amelyek az üledékekben játszódnak le a lerakódás és a kőzetté válás között. Az üledékek többsége olyan ásványok együttesét tartalmazza, amelyek nincsenek kémiai egyensúlyban egymással. A diagenezis viszonylag alacsony hőmérsékleten és kis nyomáson lejátszódó átalakulási folyamat, ellentétben a metamorfózisnak nevezett kőzetátalakulással, amely viszonylag magas hőmérsékleten és nagy nyomáson megy végbe. A diagenezis egyik példája a földpát kémiai átalakulása agyagásványnyá. A frissen lerakott üledék a medence fenekén rendszerint egy folyékony massza, amely nagyon nedves, mikroorganizmusokban gazdag, nagyon heterogén, részben szilárd, részben folyékony állapotú kémiai és ásványi részecskékből álló anyag. Ezeket az üledékeket magas víztartalom jellemzi, pl. a friss beltengeri üledékekben a mérések szerint eléri az 50-70 %-ot (Pinneker 1983). Ahogy az üledék-felhalmozódás és az eltemetődés mélysége nő, az üledék víztartalma a felette lévő rétegek nyomása következtében csökkenni kezd, és a kompakció hatására megindul a kőzetté válás folyamata, az iszapból agyag képződik, később pala. Közben a porozitás csökken, és víz préselődik ki az üledékből. Ez az agyag rétegek képződésének jellemző folyamata. Idővel ezek a rétegek több száz méter mélységbe sülylyednek, az agyag hézagtérfogata nagymértékben lecsökken, és elveszti szabad vize jelentős részét. Ahogy a süllyedés folytatódik, az agyag kompakciójának mértéke tovább nő, vízleadása csökken. A tömörödés mértéke régiók szerint jelentősen különbözik, de a porozitás a mélységgel mindig csökken. Beszámoltak róla, hogy 400-500 m mélységben az agyag hézagtérfogata még 35-40%-ot tesz ki, 2000 m mélységben már 20 %-ot, és ha a betemetődés mélysége eléri a 3000 m-t vagy többet, a porozitás a 10 % alá esik (Pinneker 1983, p. 53). A homokkő és karbonátos kőzetek hézagtérfogata a mélység növekedésével természetszerűleg kisebb mértékben csökken, mint az agyagoké. Az üledékek progresszív betemetődése a lerakodási környezetben azok fizikai és kémiai megváltozását vonja maga után. A normál kompakciónak nevezett folyamatban a folyadék kiszorítás többé-kevésbé egyidejűleg történik a deformációval, ezért nincs lényeges nyomásnövekedés a folyadékban. Az egyensúlyhiányos kompakció abban különbözik az előbbitől, hogy időbeli eltérés van az üledék geológiai terhelése és pórus vizének kinyomódása között, ami azt jelenti, hogy a terhelés egy részét a víz viseli, ezáltal a pórusvíz-nyomás nagyobb lesz, mint a hidrosztatikus nyomás (Domenico és Schwartz 1998). A pórusvíz kinyomódás annál lassúbb, minél finomabb szemcséjű az összenyomódó közeg, továbbá minél finomabb szemcséjű az üledék, annál nagyobb a kezdeti porozitása, és annál nagyobb a potenciális porozitás-csökkenés. Ezért az agyagok jóval nagyobb kompakciót szenvednek el, mint a homokok. Értelemszerűen az agyagok és palák nagyobb mértékben vannak az egyensúlyhiányos kompakció állapotában, mint a homokok. A homok üledékekben a keletkezés óta jelenlévő víz kora azonos az üledék korával, de fokozatosan fogad agyagokból kipréselődő epigenetikus vizeket, mivel a geosztatikus nyomás az összenyomódó agyag rétegekben kétszer olyan nagy, vagy még nagyobb lehet, mint a kevésbé összenyomódó homok aquifer hidrosztatikus nyomása. A geosztatikus nyomás az agyagokban átadódik a bennük tárolt víznek, amely körülmény vízmozgást indukál az agyagból a homokba (Pinneker 1983). Ahogy az üledék süllyed, a szabad víz zöme az első néhány száz méteren kipréselődik az agyagból. De a kipréselődés nem áll meg, mert a folyamatban a fizikailag és kémiailag kötött víz is részt vesz. A kutatók figyelme elsősorban a montmorillonit ásvány rétegközi vizére irányul, amely, mint tudvalevő, 20 %-nál több vizet tartalmaz kötött forrná-