Geoelektromos szelvényezés

A geoelektromos módszer a kőzetek eltérő fajlagos ellenállásának mérésén alapul. Segítségével feltérképezhetők a mért terület alatt a különböző ellenállású kőzettestek, illetve ezek határai (földtani szerkezet), és az ellenállás értékekből az anyagi minőségre is tudunk következtetni. A mérés elvégezhető pontmérésként (vertikális elektromos szondázás), kétdimenziós szelvénymérésként, vagy háromdimenziós területmérésként. Nyilvánvaló, hogy a leghitelesebb képet a területmérés eredményezi, ennek megvalósítása azonban technikailag a legnehezebb. A Csévi-szirtek mostoha domborzati viszonyaira tekintettel első kísérletként a vonalmenti szelvényezést választottuk.

A módszer elve a négypontos ellenállásmérés. Két elektródán keresztül áramot vezetünk a földbe, és másik két elektródával mérjük a kialakult áramtér különböző pontjaiban a potenciálkülönbséget. E módszer előnye, hogy a mért ellenállásérték független az áram-elektródák és a talaj közötti átmeneti ellenállástól. Az áram- és a feszültségelektródák helyének variálásával feltérképezhető az adott terület ellenállásképe. Szelvénymérésnél az elektródák egy vonalban vannak, így a mérés végeredménye elvileg a kőzettestek e vonal alatti metszete. Ez az eredmény természetesen idealizált kép, mert nem veszi figyelembe a vonalra merőleges irányú változásokat, ezért a szelvénymérést alapvetően a csekély horizontális változásokkal tarkított rétegsorok vizsgálatára célszerű alkalmazni. A mi esetünkben ez messze nem igaz, de ezzel a méréssel nem is a pontos földtani kép megállapítása volt a cél, mint inkább a módszer tesztelése a helyszínen, és az ideális mérési paraméterek meghatározása a későbbi, átfogóbb mérések előkészítéséhez.

A méréshez a Vacska-barlang újonnan feltárt részei feletti területet választottuk, mert itt nagy levegős terek vannak a felszínhez közel, és a barlangi térkép alapján ezek pontos helye ismert. Így a geoelektromos szelvényezéssel várhatóan nagy ellenállás-kontrasztokat mérhetünk, és az eredmény ellenőrizhető. A helyszín kiválasztásánál nem volt elhanyagolható az a szempont sem, hogy ezen a területen kevés a szálkő kibúvás, és a köves törmelék, így az elektródák viszonylag könnyen leszúrhatók voltak, és bár jókora átmeneti ellenállás leküzdésével, de sikerült mindenhol beleerőltetni az áramot a földbe.

A szelvény hossza 291 m, az elektródaköz 3 m volt, így összesen 98 elektródát használtunk. Ezeket egy hosszú kábelre kellett csatlakoztatni, amelyre valamelyik ponton a mérőműszert is rádugtuk.

E műszer nagy előnye, hogy a címzéstől függően bármely elektróda lehet áram (A,B) vagy feszültség (M,N) elektróda, így a vonal kiterítése és a mérés indítása után további beavatkozásra nincs szükség. A mérési idő 100 elektródánál 2-4 óra.

Az áramtér nagysága az A és B elektródák távolságától függ, minél messzebb vannak, annál nagyobb a behatolás, kb. az A-B távolság egyötöde.

Az alkalmazott Wenner-Schlumberger módszernél az A,B elektródák között mérjük a feszültséget az M,N elektródákon. Először a legkisebb A-B távolsággal (itt: 9m) végiglépkedünk a vonalon, és közöttük mérjük a feszültséget (itt 3m-es M-N távolsággal), tehát elindulunk az A:0, M:3, N:6, B:9 kiosztással, majd továbblépünk A:3, M:6, N:9, B:12-re és így tovább a vonal végéig. Ezzel, mivel az áramtér behatolása kicsi, a legfelső részről kapunk információt, a mélyebb rétegek zavaró hatása nélkül. Ezután növeljük az A-B távolságot, és ismét végiglépkedünk a vonalon, majd ezt folytatjuk a legnagyobb lehetséges A-B távolságig, ami jelen esetben 291m. Ekkor a behatolás a legnagyobb, kb. 50m. Ilyenkor természetesen nem csak a mély zóna ellenállását mérjük, hanem a teljes áramtérét, de az előző mérések miatt a felsőbb részek hatása már levonható. Végül kialakul az ellenállás-térkép a teljes áramtér alakját közelítő trapéz alakú metszetben.

A kiértékelésnél a fő nehézséget az jelenti, hogy egy felszíni vonal mentén mért adatokból szeretnénk egy síkmetszet mentén egy területi ellenállás-eloszlást kapni, tehát egy egydimenziós mérési elrendezésből egy kétdimenziós képet kívánunk előállítani. Ez a feladat egyértelműen nem oldható meg, de szerencsére van eszköz a kezünkben, a geofizikai inverzió. A módszer a következő: a mérési eredmények erőteljes leegyszerűsítésével felállítjuk az elsődleges modellteret. Ennek a modellnek, jelen esetben egy feltételezett ellenállás-térnek a felszíni hatása már egyértelműen számítható (direkt-feladat). Az így számított értékeket összehasonlítjuk a valóságban mért értékekkel, és ahol jelentős az eltérés, ott igazítunk a modellen. Ismét kiszámítjuk a direkt-feladatot, összehasonlítunk, igazítunk, és így tovább addig, amíg a modellből számolt eredmények és a valós mérések közötti különbség valamely előre meghatározott értéknél kisebb nem lesz. Ez a különbség a modellhiba. A gyakorlatban soha nem tudjuk tetszőlegesen kicsivé tenni, főként, hogy a méréseinket még valamennyi mérési hiba is terheli.

A végeredménytől elvárjuk, hogy hűen tükrözze a valóságot, de természetesen nem várható el, hogy minden apró részletet visszaadjon. A legkisebb reálisan felbontható részlet a felszín közelében a mérési pontok nagyságrendjébe esik (itt 2-4 méter), majd a mélységgel a felbontás romlik. Ennek oka, hogy az inverziós modell felbontásában keresendő, mert túl részletes felbontással az inverzió instabillá válik.

Méréskor az elektródák elhelyezésén kívül fontos feladat az elektródák pozíciójának, magasságának meghatározása is. A szelvény mentén több helyen végeztünk differenciálisan

korrigált GPS mérést, és a teljes vonalat szintezővel és mérőléccel beszinteztük. Ez utóbbi tevékenységünkkel igen alaposan sikerült kiszúrni magunkkal, mivel a meredek hegyoldalban 36 álláspontból lehetett csak végigszintezni a vonalat, ráadásul ezen álláspontok túlnyomó részén önmagában is művészet volt felállni a háromlábbal, és akkor még nem is beszéltünk a mérőlécet folyton eltakaró faágakról. Utólag nyilvánvaló, hogy ilyen terepen a szintezést mérőállomással vagy Leica Disto-val kellett volna végezni. Az előzetes kitűzést sem szabad megspórolni, mert nem mindig sikerül a mérőszalagot 300 méteren át egyenesen húzni. Szerencsére az eltérés nem volt olyan jelentős, hogy érdemben befolyásolná az értelmezést.

Ahogy az alábbi, magassági torzítás nélküli ábrán is látható, a szelvény meredek, de közelítőleg egyenletes lejtéső hegyoldalon volt.

A dőlésadatokból látszik, hogy néhány helyen kisebb letörések is tarkították a nyomvonalat. A 200m feletti szelvényszakaszon néhány elektróda magasságát interpolálni kellett.

Eredmények

Az inverzió eredményét a 77. oldalon található ábra mutatja. A három szelvényből a legfelső a nyers mérési adatok láthatóak, az alsón az inverziós modell, míg a középső szelvény a modellből számolt virtuális mérési adatokat ábrázolja. A modell akkor tökéletes, ha a felső és a középső kép megegyezik. Az egyezés mértékét mutatja az alsó szelvény feletti sorban az „Iteration 3 RMS error” érték. Ez az érték minél kisebb kell, hogy legyen.

Látható, hogy a két felső szelvényen jó az egyezés, bár az iteráció hibája még elég nagy. Az szelvények alatt található az ellenállásértékek színskálája. A területen előforduló kőzetekhez az alábbi ellenállásértékek társíthatók (Ohm×m egységekben):

agyag: 20-60

törmelékes agyag: 40-100

agyagos kőtörmelék: 80-200

erősen repedezett szálkő: 100-500

kevéssé repedezett szálkő: 400-4000

tömör szálkő: 2000-10000

levegős járat: (>10000)

A 78. oldalon látható a topográfiával korrigált szelvény.

A szelvényen gyönyörűen látszanak a markánsan eltérő ellenállású blokkok. A felszín közelében látszanak az erősen törmelékes nagy ellenállású zónák, és a kis ellenállású agyagos-humuszos részek. Nagyobb mélységben is jól elkülöníthetőek az agyagos-törmelékes részek az üde mészkőtől, és látszanak egyértelműen levegős járatra utaló részek is.

A 80. szelvényméter körül egy markáns agyagos zóna van, feltehetőleg egy vető, amely elválasztja a hegyperemi kőzettestet a fő kőzettömegtől. Ez a vető a Pilis-hegy kiemelkedésével párhuzamosan jöhetett létre, ahogy a szélső kőzetrészek leszakadnak a gyorsan emelkedő belső részről. Elképzelhető, hogy az összes eddig ismert barlangjárat egy ilyen leszakadó tömbben van, és a fő tömegtől elválasztó, elagyagosodott vető miatt nem tudunk sehol a hegy belsejébe jutni.

A szelvény alsó harmadában vannak a Vacska-barlang már ismert járatai. A 180. méter körüli, 15-20 méter mélységben lévő nagy ellenállású folt egyértelműen megfeleltethető a Mérföldkőháti- és a Fennkőháti-terem hatalmas járatainak (lásd: poligonmenetek a 79-80. oldalon). 230-240 méter körül vannak a Végtelen-hasadék járatai. Ezek nem nagyméretű járatok, inkább sok kusza hasadék. Ez is szépen látszik a szelvényen: levegős járatokra utaló nagy ellenállású zóna, de nem olyan nagy kiterjedéssel, mint az előbbi helyen.

Ami viszont újdonság, az a szelvény közepén, 30 méter alatt látszódó kiterjedt nagy ellenállású zóna. Idáig már nem érnek el az ismert járatok, de joggal feltételezhetjük, hogy ezen a részen járható, valószínűleg nagyméretű terek vannak. A nagy ellenállású rész kiterjedése nem feltétlenül utal az üreg valódi kiterjedésére, mert a mérési módszerből adódóan egy keskeny függőleges hasadék ellenállásképe is széles folt lesz, de a már ismert járatok és a mért ellenállások összevetése után joggal bízunk benne, hogy errefelé ismét egy csodálatos feltárás vár ránk. Sajnos, egyelőre nem sikerült olyan bontási helyet találni, ahol meg tudnánk indulni eme zóna felé, de elképzelhető, hogy az Ajándék-barlang irányában lévő huzatos hasadékból lesz egy járható kiágazás erre is.

Köszönetet mondunk az ELTE Geofizikai Tanszékének és a Geomega Kft-nek az elektromos műszerek rendelkezésünkre bocsátásáért, valamint Dombrádi Endrének és Kovács Dénesnek a mérésben és a kiértékelésben nyújtott segítségéért!

Comments powered by CComment

Kategória: