A Mohorovičić-határfelület magyarországi kutatása – módszerek, mérések, eredmények / Research of the Mohorovičić discontinuity in Hungary (methods, measurements and results)

A Moho felszín vizsgálata, az 1909-es felfedezése óta folyamatos geofizikai kutatási tevékenység. A hazai Moho kutatás jelentős sikerrel kezdődött: Gálfi és Stegena (1955, 1957, 1960) fúrólyukakban nagy robbanó töltettel végzett rezgéskeltés eredményeként, a kéreg-köpeny határról regisztráltak reflexiókat, és az eredményeket elsőként tették közzé Európában. Később felső köpenybeli reflexiók és a litoszféra-asztenoszféra határ első kimutatása Posgay Károly nevéhez fűződött. Eredetileg a Moho kutatás legfőbb célja a földkéreg felépítésének megismerése volt, de később, a kapott eredményeknek köszönhetően már geotermikus és lemeztektonikai aspektusok miatt is fontossá vált. Az alpi orogén zónában elhelyezkedő Kárpátok (és benne a Kárpát-medence) kialakulása is jelentős kéregmozgásoknak köszönhető, olyan geodinamikai folyamatoknak, amelyek utólagos megértéséhez a Moho felület \ud pontos ismerete is hozzájárulhat. A Moho megismerésének magyarországi fázisait foglalja össze a cikk: az első Moho térkép megszületésétől egészen napjainkig; a publikált szeizmikus Moho térképektől a gravitációs Moho hatásokig (különböző feldolgozásokból kapott, a Moho szinttel korreláló térképekig, illetve a gravitációs Airy-Heiskanen izosztatikus modellből származtatott Moho mélységtérképig). Since its discovery in 1909 the investigation of the Mohorovičić (Moho) discontinuity is one of the primary objects of geophysical research..The Moho research in Hungary began with a considerable success: Gálfi and Stegena (1955, 1957, 1960), using large explosive sources in drill-holes have obtained reflections from the crust-mantle boundary. Their results were novelty when they published them in Europe. Later Hungarian geophysicists succeeded in observing seismic reflection arrivals from the upper mantle and in determining the depth of the lithosphere-asthenosphere boundary. The principal aim of Moho research was to become acquainted with the structure of earth crust. Later this research became important because of the aspects of geothermal and plate tectonics studies too. Carpathians (and the Carpathian Basin) located in the Alpine orogenic zone have developed due to considerable crust motions. Knowledge of Moho’s structure may contribute to understanding these geodynamical processes. This article summarizes the different phases of Moho studies in Hungary, from the birth of Moho’s first depth map up to the present days; from the several published seismic Moho maps up to the different gravity studies of Moho’s effects. We present maps got by different processing of gravity data and correlate them with the Moho depth maps based on seismic data. We show also a map of Moho’s depth calculated by using the Airy- Heiskanen isostatic model

A Battonya–Pusztaföldvári-hát térségének nagy entalpiájú geotermikus energia vagyona (II. rész): kútpárral történő hasznosítás UNFC-2009 kód szerinti osztályozása

Tanulmányunk első részében (Kun et al. 2022) bemutattuk a Battonya–Pusztaföldvári-hát repedezett preneogén-prekainozoos aljzatának földtani, hidrogeológiai adottságait és a geotermikus energia hasznosítását célzó hidrodinamikai és hőtranszport modelljét. Jelen tanulmányban, az említett félszintetikus, ekviporózus modell segítségével, kiszámítottuk az egy kútpárral (doublet) kitermelhető hő mennyiségét több forgatókönyv szerint, a technológiai korlátokat szemelőt tartva. A számítások során az Egyesült Nemzetek Európai Gazdasági Tanácsa által kidolgozott UNFC-2009 kód nevű osztályozási keretrendszert alkalmaztuk (UNECE 2016a). Az adatokban rejlő bizonytalanságot Monte Carlo szimulációval vettük figyelembe, majd az így létrejött paraméter-tartományokból fuzzy számokat képezve alkottuk meg a modellek bemenő adatait. Ezt követően a FEFLOW® véges elemes modellező szoftverrel kapott kitermelhető geotermikus készlet adatokat összevetettük a statikus módon számolt értékekkel. A két számítás között fél nagyságrend eltérést kaptunk a modellezett értékek javára, mely véleményünk szerint jobban tükrözi a várható értékeket, mint a statikus készletszámítás eredménye. A Battonya–Pusztaföldvári-hát jelen tanulmányban feltételezett projektjének UNFC-2009 kód szerinti geotermikus készlet osztálya: E3.2, F3.3 és G4. A vizsgálatsorozat alapján megállapítottuk, hogy egy lehatárolt térfogatú, közel zártnak tekinthető rezervoár optimálisan elhelyezett termelő-visszasajtoló kútpárok esetén is hamar kimerülhet (akár 20–30 év alatt), ha nem tud rácsatlakozni egy nagyobb, folyamatos hőszállítást biztosító rendszerre, mint amilyenek a neotektonikai mozgásokkal felnyíló, mélységi vetőrendszerek. Vizsgálatunknak nem volt része a geotermikus fluidum összetételéből adódó kihívások számbavétele, valamint a szűrőberendezés és a kútkörnyezet időben változó folyamatainak elemzése (geokémiai, szerkezeti stb.), de tudatában vagyunk, hogy ezek mind kritikus tényezők lehetnek egy nagy entalpiájú geotermikus kútpár fenntartható üzemeltetésekor. Úgy véljük, tanulmányunk hasznosan járul hozzá a geotermikus kutatás és energiahasznosítás valós kockázatainak számszerű jellemzéséhez, segítve a projektek gazdasági szempontú tervezését is

MT mérési adatok nem hagyományos feldolgozása : „AniMax” – anizotrópiamaximum és analitikus fajlagos ellenállás = Non-conventional processing of MT measurements. „AniMax” - Anisotropy maximum and analytical resistivity section

A magnetotellurikus adatok feldolgozása során a földtani közeg fizikai paramétereinek hatását az alapképletek alapján ismertnek tekintjük. Az alapképletek azonban csak a homogén közeg esetében írják le pontosan a hatásokat. A különböző határfelületeken az elektromágneses térkomponensek egy része folytonos, a másik része viszont ugrásszerűen változik. Ezeket a változásokat írják le azok a határátmeneti törvényszerűségek, amelyekkel a mesterséges tereket használó elektromágneses módszerek esetében ugyan foglalkoztak, de a magnetotellurika esetében még sem idehaza, sem a nagyvilágban nem nagyon foglalkoztak. A dielektromos permittivitás, a mágneses permeabilitás és az elektromos vezetőképesség együttesen határozzák meg a normális és a tangenciális elektromágneses térkomponenseket, amelyeket a magnetotellurikában, a mérési elrendezésnek köszönhetően elvileg meg is mérünk. A földtani értelmezések pontosítása céljából ismertetjük ezeket a törvényszerűségeket, illetve néhány gyakorlati példán keresztül megnézzük, hogy az elméleti összefüggések megjelennek-e a terepi mérési adatok kiértékelése során. Példaként a CEL07 és CEL08 szelvények magnetotellurikus méréseit használjuk fel. The impact of the physical parameters of geological formations at the processing of measured magnetotelluric data is considered to be known based on the classic formulas. However, these formulas accurately describe the effects only in the case of a homogeneous medium. But in the case of different interfaces, some of the electromagnetic field components are continuous, while the other changes abruptly. These changes are described by the interface conditions (or regularities) are discussed in the theory of electromagnetic methods using artificial fields, presumably have not yet been studied in the case of magnetotellurics, neither in Hungary nor in the world. Dielectric permittivity, magnetic permeability, and electrical conductivity all together determine the normal and tangential electromagnetic field components, which in principle are measured in magnetotellurics due to the measuring array. In order to clarify the geological interpretations, we describe these regularities and, through some practical examples, we look at whether the theoretical correlations appear during the evaluation of the field measured data. Magnetotelluric measurements of profiles CEL07 and CEL08 are used for presentation

Evaluation of the trends of secondary and tertiary hydrocarbon migration processes based on oil density–reservoir depths relationship in Hungary

Depth of reservoirs of Hungarian oil fields and related oil density data were collected from the database of the Hungarian Mineral Resource Inventory. The purpose of the investigation was to point out the correlation between oil density and reservoir depth in some of the Hungarian hydrocarbon productive regions. Oil density related to reservoir depth in a particular area is generally linked to the migration mechanism. Zala Basin trends show a different migration process regionally and locally; tertiary migration by overflow mechanism can be supposed for the latter case. In the case of the Szeged–Kiskunság region, locally and regionally, migration along carrier beds through semipermeable sediments is present, with faults playing a significant role. In the Nagykunság region, the migration processes are similar to those in Zala, but the presence of faults seems more important. At depths below 2,000 m, the Bihar region trends are similar to those of the Szeged–Kiskunság region. In the shallower zone, hydrodynamic effects are recognizable. In two studied regions, the Battonya–Pusztaföldvár High and the Hungarian Paleogene Basin, the density of crude oil data does not show any significant variability and trend. Biodegradation and water washing were recognizable in the depth sections shallower than 2,000 m below surface. In karstic reservoirs of the Zala Basin (Nagylengyel, Sávoly), alteration is presumed at greater depths due to the karst water flow. The presented results show several trends of oil migration in the explored areas, which can be used for future estimation of the hydrocarbon potential in the Hungarian part of the Pannonian Basin

A mágnesség jelensége és a Hopkinson-effektus | The phenomenon of magnetism and the Hopkinson effect

A kőzetek mágnesezhetőségét az azokban található mágneses ásványok, elsősorban a ferromágnesesek okozzák. Az átmeneti fémek esetében – mint például a Fe, Co és Ni (potenciális ferromágnesek) – a betöltetlen 3d vagy 4f elektronhéjak spinnel kapcsolatos mágneses momentumainak értéke nem nulla. Ezeknél a ferromágneseknél megfigyelhető spontán mágneses rendezettség oka a szomszédos atomok elektronjainak spinnel kapcsolatos, nem kompenzált mágneses momentumai között kialakuló kicserélődési kölcsönhatás, amelynek erőssége a megfelelő pályák hullámfüggvényei átfedésének mértékével jellemezhető. Ferromágnesség emiatt csak a kristályrács meghatározott paraméterei mellett akkor jön létre, ha az atom átmérője legalább másfélszerese a be nem töltött 3d vagy 4f elektronhéjnak. Ez az átmérőarány függ a rácsállandóktól, vagyis attól, hogy milyen kémiai környezetben van a mágnesezhető átmeneti fématom. Mivel a rácsállandók függenek a hőmérséklettől, a nyomástól és a kristályrács-szimmetriától, a mágnesezhetőség is függ mindezektől. A szulfidok esetében például a maximális mágnesezhetőség nem az FeS összetételnél van, hanem Fe1–xS összetételnél (azaz látszólag a kéntöbblet az, amely növeli a mágnesezhetőséget), valójában azonban a kötéstávolságoknak van döntő szerepe. Ugyanezen okból csökken a mágnesezhetőség az oxidációs fok növekedésével a vas-oxidok esetében. Ha az atom átmérője kisebb, mint a nem betöltött 3d vagy 4f elektronhéj átmérője, akkor a spinek közti kicserélődési integrál negatív, így azok rendezett helyzetükben ellentétes irányítottságúak, vagyis a kristály antiferromágneses. Az antiferromágnességnek ebben az esetében a mágneses szerkezet összetett, formálisan két, egymással ellentétesen mágnesezett alrácsból áll. Eredő mágnesség ebben az esetben akkor jön létre, ha a kristályban rácshibák vannak, mivel akkor felborul a szimmetria. Az ilyen módon létrejövő mágnesség jellemző például a hematitra, ezért annak mágnesezhetősége nagymértékben függ az ásvány szennyeződései mellett a lehetséges rácshibasűrűségtől, amely makroszkópos szinten kapcsolatot jelent az ásvány megjelenési formája és a mágnesezhetősége között is. Ez magyarázatot adhat arra, miért nagyobb a lemezes megjelenési formák mágnesezhetősége. Ezzel kapcsolatban fontos körülmény, hogy a legnagyobb felületi rácshibasűrűség a kolloidoknál várható, aminek bizonyára nagy jelentősége van a kőzetek mágnesezhetőségében. Lényeges ugyanis az, hogy a kőzetek nem egész tömegükben mágnesezhetőek, mint ahogyan az a fémötvözetek esetében fennáll, hanem a mágnesezhető elemek a legtöbb esetben diszperz módon oszlanak el egy nem mágnesezhető közegben. Várható az is, hogy ezek a részek többnyire kolloid méretűek még a nagykristályos kőzetek esetében is, azaz diszperz eloszlású szennyeződések jelentik a tényleges hatót. Ebből következik a kőzetek további várható tulajdonsága, hogy a mágneses domének egyenként vagy csak nagyon kis csoportokban léteznek, ezért a már egyszer felvett mágneses orientáció megváltozása a doménhatárok megváltozása révén erősen gátolva van, mivel a domének határa egyben az egész mágnesezhető térrész határa is. Ugyancsak ezzel kapcsolatos az egydoménű szuperparamágneses részecskék kiemelt szerepe a kőzetmágnességben. The ability of rocks to be magnetized is caused primarily by the magnetic minerals found within them. In the case of transitional metals, such as Fe, Co, and Ni (potential ferromagnets), the magnetic momentums related to the spin of the empty 3d or 4f electron shell have a value other than zero. The reason for the observable spontaneous magnetic orderliness in these ferromagnets is the mutual effect of exchange between the uncompensated magnetic momentums, related to the electron spin of the neighbouring atoms, the magnitude of which can be characterized by the size of the overlapping of the wave functions of the appropriate orbits. Thus, ferromagnetism arises only alongside certain parameters of the crystal structure: when the atom diameter is at least 1.5 times that of the empty 3d or 4f electron shells. This ratio of diameters depends on the constants of the lattice that is on the chemical environment of the magnetizable transitional metal atom. Because the lattice constants depend upon temperature, pressure, and lattice symmetry, so does the ability to be magnetized. In the case of sulphides for example, the maximum magnetization is not with the FeS composition, rather with the Fe1–xS composition. In other words, it is apparently the excess sulphur which increases magnetizability, but it is the bond lengths which have a decisive role. For the same reason, the magnetizability of iron oxides decreases with the increase in the degree of oxidization. If the atomic diameter is less than that of the empty 3d or 4f electron shells, then the exchange integral between spins is negative. Thus, they have opposing directions in their orderly position, i.e. the crystal is anti-ferromagnetic. In this case of anti-ferromagnetizability, the magnetic structure is complex, formally consisting of two opposing magnetized sub-lattice. Resultant magnetism arises in this case when there are imperfections in the crystal lattice, because those disrupt the symmetry. Hematite is an example of magnetism arising in this way, thus its magnetizability depends to a large degree on the density of imperfections in the lattice besides mineral contamination, which means a relationship between the formal appearance and the magnetizability of the mineral on the macroscopic level. This might explain why larger sheet forms have higher magnetizability. An important circumstance is that the greatest surface density of lattice imperfections can be expected with colloids, which certainly has great signifi cance on the magnetizability of rocks. It is signifi cant that rocks are not magnetizable in their entire mass, such as in the case of metal alloys. Rather, the magnetizable elements are usually dispersed within a non-magnetizable medium. It can also be expected that these parts are of the size of colloids, even in the case of large-crystal rocks. In other words, the dispersed impurities cause the actual effect. This leads to the further expected characteristics of rocks, that the magnetic domains exist individually or only in very small groups. Thus, changing the established magnetic orientation by changing the domain boundaries is severely restricted, because the domain boundaries are also the boundaries of the entire magnetizable fi eld. Also related to this is the accentuated role of single-domain super-paramagnetized particles in rock magnetization

A Battonya–Pusztaföldvári-hát térségének nagy entalpiájú geotermikus energia vagyona (II. rész): kútpárral történő hasznosítás UNFC-2009 kód szerinti osztályozása

Tanulmányunk első részében (Kun et al. 2022) bemutattuk a Battonya–Pusztaföldvári-hát repedezett preneogén-prekainozoos aljzatának földtani, hidrogeológiai adottságait és a geotermikus energia hasznosítását célzó hidrodinamikai és hőtranszport modelljét. Jelen tanulmányban, az említett félszintetikus, ekviporózus modell segítségével, kiszámítottuk az egy kútpárral (doublet) kitermelhető hő mennyiségét több forgatókönyv szerint, a technológiai korlátokat szemelőt tartva. A számítások során az Egyesült Nemzetek Európai Gazdasági Tanácsa által kidolgozott UNFC-2009 kód nevű osztályozási keretrendszert alkalmaztuk (UNECE 2016a). Az adatokban rejlő bizonytalanságot Monte Carlo szimulációval vettük figyelembe, majd az így létrejött paraméter-tartományokból fuzzy számokat képezve alkottuk meg a modellek bemenő adatait. Ezt követően a FEFLOW® véges elemes modellező szoftverrel kapott kitermelhető geotermikus készlet adatokat összevetettük a statikus módon számolt értékekkel. A két számítás között fél nagyságrend eltérést kaptunk a modellezett értékek javára, mely véleményünk szerint jobban tükrözi a várható értékeket, mint a statikus készletszámítás eredménye. A Battonya–Pusztaföldvári-hát jelen tanulmányban feltételezett projektjének UNFC-2009 kód szerinti geotermikus készlet osztálya: E3.2, F3.3 és G4. A vizsgálatsorozat alapján megállapítottuk, hogy egy lehatárolt térfogatú, közel zártnak tekinthető rezervoár optimálisan elhelyezett termelő-visszasajtoló kútpárok esetén is hamar kimerülhet (akár 20–30 év alatt), ha nem tud rácsatlakozni egy nagyobb, folyamatos hőszállítást biztosító rendszerre, mint amilyenek a neotektonikai mozgásokkal felnyíló, mélységi vetőrendszerek. Vizsgálatunknak nem volt része a geotermikus fluidum összetételéből adódó kihívások számbavétele, valamint a szűrőberendezés és a kútkörnyezet időben változó folyamatainak elemzése (geokémiai, szerkezeti stb.), de tudatában vagyunk, hogy ezek mind kritikus tényezők lehetnek egy nagy entalpiájú geotermikus kútpár fenntartható üzemeltetésekor. Úgy véljük, tanulmányunk hasznosan járul hozzá a geotermikus kutatás és energiahasznosítás valós kockázatainak számszerű jellemzéséhez, segítve a projektek gazdasági szempontú tervezését is

Battonya–Pusztaföldvári-hát térségének nagy entalpiájú geotermikusenergia-vagyona (I. rész): hidrodinamikai és hőtranszportmodell = The high enthalpy geothermal energy resource of the Battonya–Pusztaföldvár High (Part I): hydrodynamic and heat transport model

Magyarország jórészt kiaknázatlan nagy entalpiájú geotermikus energia készlete lehetővé teszi áramtermelő geotermikus rendszerek létesítését. A mélységi geotermikus potenciál meghatározása, hasznosíthatóságának mértéke jelentős bizonytalansággal terhelt, melynek mértékét archív kutatási eredmények alapján készülő numerikus modellvizsgálatokkal csökkenthetjük. A nagy entalpiájú geotermikus energiahasznosítás, a hazai szerkezet- és szénhidrogén kutatások során feltárt aljzati kiemelkedésekre fókuszál. Vizsgálatunk célterülete, a Battonya–Pusztaföldvári-hát is mély árkokkal szegélyezett aljzati magaslat. Jelentőségét az elmúlt időszak geotermikus hasznosítást célzó kutatásai adják. Tanulmányunkban ismertetjük a Battonya–Pusztaföldvári-hát határon átnyúló 3D-s hidrodinamikai és hőtranszport modelljét, melyet szubregionális léptékben ekviporózus megközelítéssel készítettünk el. Alapvető célunk volt, hogy modellünkkel egyaránt leképezzük a hátság okozta hőanomáliát és az áramlási tér komplexitását. A szimuláció során az aljzati hátság mérésekkel detektált felfűtöttebb állapotát az árok és hátság közötti kőzetminőségi eltérése, illetve az alaphegység mállott, fellazult zónájának intenzívebb fluidumáramlása eredőjeként állítottuk elő. Az általunk készített regionális numerikus szimuláció jó támpontot nyújt a különböző célú pórustérhasznosítások egymásra gyakorolt hatásainak előrejelzéséhez, védendő termelési hozamok meghatározásához, valamint hasznos eszköz lehet a geotermikus védőidom kijelöléséhez is

Geotermikus koncessziós területek értékelésének hazai gyakorlata és a nyilvántartási rendszerekhez való viszonya.

A tanulmányban röviden ismertetjük a hazai geotermikusenergia-nyilvántartási rendszert és a jelenleg a geotermikus koncesszióra javasolt területek értékelési rendszerét. Gyakorlati példán keresztül mutatjuk be, milyen jellegű módszertani háttér kidolgozása szükséges a nemzetközi geotermikus értékelési rendszerekhez való csatlakozáshoz, amelyre vonatkozóan javaslatot tettünk. A geotermikus kutatás szempontjából perspektivikus területek érték sor rendjének megállapításához a földtani, hidrogeológiai viszonyok mellett figyelembe kell venni a geotermikus energia kinyerésének megvalósíthatóságát és a gazdasági-társadalmi életképességet is, mely messze túlmutat a hazánkban elterjedt földtudományokon alapuló készletbecslésen. Geotermikus vagyon- és készletnyilvántartásra jelenleg nincs hivatalosan elfogadott nemzetközi szabvány, de általánosan elfogadott és használt az „Ausztrál/Kanadai Szabvány a kutatási eredmények, geotermikus vagyonok és geotermikus készletek jelentéséhez”. Bár célként megjelölhető a kanadai–ausztrál szemléletű vagyon- és készletnyilvántartáshoz közelítő hazai nyilvántartási rendszer kialakítása, a rend szerek közti harmonizáció nem oldható meg egyszerűen a meglevő nyilvántartási adatok átszámításával. A hazai gyakorlatban összemosódik a geotermikus vagyonszámítás és a geotermikus vagyonosztályozás. Megállapítottuk, hogy a jelenlegi hazai osztályozás nem feleltethető meg egyik nemzetközi rendszernek sem. A hazai geotermikus prognó zisokban általában volumetrikus készletbecslési módszert használnak, ezekben nem jelenik meg a kitermelhetőség fogalma. Tanulmányunkban a koncesszióra javasolt területek geotermikus ásványvagyon értékelésében a vízzel kiter melhető hőmennyiség és teljes hőmennyiség hányadosaként jelenítettük meg a kitermelhető készlet arányát, amivel a hagyományosan kitermelhető séget jellemezhetjük. Geotermikus készleteket csak ott lehet megállapítani, ahol geo termikus védőidom kijelölésre került, és abból megkezdődött a geotermikus energiatermelés. Jelenleg a készletszámítási adatok az elfogadott kutatási zárójelentés vagyonadatai alapján számszerűsíthetők, mivel geotermikus védőidom nem került még kijelölésre. Ahogy a védőidom területének nagysága a kívánt termelési mennyiségtől függ, hasonlóképpen a feltártság mértéke befolyással van egy terület értékére