Süllyedő medencéken belül és azok környezetében keletkezett sekélyfészkű rengések

A Kárpát-medencében keletkezett rengések egy része sem a regionális törésvonalakhoz, sem a blokkperemekhez nem kapcsolható. Szeidovitz et al. [2002] elképzelései szerint ezek a rengé-sek rengé-sekélyfészkűek, és a süllyedő medencéken belül az üledékben keletkeztek. Ez szokatlan feltételezésnek tűnhet, de napjainkra már sok bizonyítékot lehet szolgáltatni ennek alátámasz-tására [Szeidovitz et al. 2004]. Az ilyen típusú rengések oka valószínűleg az, hogy a medencék szárnyain az üledék lerakódási sebessége kisebb, mint a medence mélyebb részein. A süllyedő medence mélyebb területén nyomó jellegű, a szélein húzó erőhatások jönnek létre [Szeidovitz személyes közlés]. A kőzetek a húzóerővel szemben kevésbé ellenállók, ilyenkor szétszakad-nak, ezáltal akár nagyobb méretű földrengéseket hoznak létre. Az üledékes kőzetek megszaka-dásának helyén anyaghiány lép fel, amely további rengések forrása lehet, hiszen a fellazult ré-tegekre nehezedő kőzetek a medence szárnyain hirtelen megcsúszhatnak. Ismeretes, hogy a megcsúszás már viszonylag kis dőlésű aljzaton is a gravitációs erő hatására könnyen végbeme-het, ha elegendően nagy a pórusfolyadék nyomása a csúszó rétegekben [Hubbert & Rubey 1959]. A folyamatos feszültség-felhalmozásról a hatalmas mennyiségű anyag átrendeződése gondoskodik (a Kárpát-medencében csak a pannon folyamán 50–100 ezer km³) [Rónai 1963].

Nem meglepő tehát, hogy a lepusztult részek emelkednek, a medencék pedig tovább süllyed-nek [Rónai 1973, Urbancsek 1979].

A tömegátrendeződések mechanizmusának kérdésével Hubbert & Rubey [1959] részlete-sen foglalkozott. A szerzők a földtani rétegek áttolódását vizsgálták, de nem foglalkoztak a földrengések kialakulásához vezető folyamatokkal. Scholz [1990] mint egy földrengést generá-ló lehetőséget említette a tömegátrendeződések mechanizmusát. A szerzők az elvi alapokat a következőképpen foglalták össze.

Tételezzük fel, hogy a porózus kőzetben a folyadék nyomása p, és egy adott síkon a tel-jes feszültség normál és nyíró összetevője S és T, akkor Gupta & Rastogi [1976] szerint

σ = S-p, (II.1)

τ = T, (II.2)

ahol σ és τ a szilárd testben az effektív feszültség megfelelő összetevői.

Ezek szerint a nyírófeszültség változatlan marad, míg a normális feszültség a pórusnyomás (p) értékével csökken.

A Mohr-Coulomb törvény szerint, a csúszás egy, a kőzeten belüli tetszőleges belső sí-kon akkor következik be, ha a nyíró feszültség az adott sík mentén elér egy kritikus értéket:

τ crit = τ0 + σ tan Φ, (II.3)

ahol σ a normál feszültség a csúszó felületen, τ0 a kőzet kezdeti nyírószilárdsága, ami-kor a normális irányú feszültség (σ) nulla, és Φ a belső súrlódás szöge. Amikor azonban a tö-rés elkezdődik, τ0 megszűnik és további csúszás történik, ha

τ crit = σ tan Φ = (S-p) tan Φ. (II.4) Ezt az egyenletet tovább lehet egyszerűsíteni, ha p-t kifejezzük S segítségével a következő

kép-lettel:

p = λS, (II.5)

amelyet ha a (4)-be írjuk a következőt kapjuk:

τ crit = σ tan Φ = (1- λ) S tan Φ. (II.6)

A (II.4) és (II.6) egyenletekből következik, hogy anélkül, hogy a tanΦ csúszási koefficiens vál-tozna, a p folyadéknyomás növekedésével a nyírási feszültség kritikus értéke tetszőlegesen ki-csi lehet. Egy horizontális blokkban az Szz egységnyi felületre eső teljes súlyt együttesen adja a p folyadéknyomás és σzz. A pórusnyomás növekedésével σzz eltűnik, ahogy p közelit Szz-hez, (azaz λ tart 1-hez).

Egy θ lejtőszög mentén történő gravitációs csúszás esetén

T= S tan θ, (II.7)

ahol T a teljes nyírófeszültség és S a teljes normál feszültség egy dőlt síkon.

Azonban (II.2) és (II.6) egyenletekből

T= τ crit = (1- λ) S tan Φ (II.8)

összefüggés adódik. Azután a (II.7) és (II.8) egyenletek jobb oldali részéből kapjuk

tan θ = (1- λ) tan Φ, (II.9)

egyenletet, ami jelzi, hogy a θ kritikus dőlési szög (amely szög esetén megindulhat a blokk csúszása) 0-hoz tart, miközben a p folyadéknyomás az S teljes normál feszültséghez kö-zelít (azaz λ tart 1-hez).

II.2. ábra. A pórusnyomás-növekedés hatása a Mohr-kör elhelyezkedésére.

A szövegben nem szereplő változók jelentése: µ_i a belső súrlódási együttha-tó, σ_H a horizontális, σ_V a vertikális feszültséget jelöli, a folytonos vonallal rajzolt kör az eredeti, a szaggatott vonallal rajzolt a behatás következtében módosult Mohr-kört ábrázolja.

Ebből következik, hogy elegendően magas folyadéknyomás esetén egy igen hosszú törésekkel határolt blokk közel horizontális felületen saját súlya alatt csúszhat lefelé. A tanulmány írói ku-tatásaik folyamán ilyen magasnyomású rétegekkel gyakran találkoztak.

A szerzők elképzeléseit a II.2. ábra mutatja be. A pórusnyomás növekedése a Mohr-kört minden esetben a Coulomb-egyenes felé tolja el, növelve ezáltal a kőzettörés kialakulásá-nak esélyét.

Tehát a vázolt modell alapján medencén belül előfordulhatnak rengések. Becslések szerint a ha-zánkban keletkezett rengések 20-30 %-a tartozik ebbe a kategóriába [Szeidovitz et al. 2004].

A leírtakból következik, hogy az aktív vetők hiányát nem kell kizáró tényezőnek tekin-teni a földrengés-veszélyeztetettség megítélésében, hiszen tisztán gravitációs erő hatására je-lentős tömegátrendeződések mehetnek végbe, amelyek nagyobb földrengéseket is generálhat-nak. A blokkmozgások és csúszások kombinációja is kialakulhat, amikor az emelkedő blokk és a süllyedő medence között a dőlésviszonyok megváltoznak (dunaharaszti rengések Szeidovitz [1986]).

Nemcsak a medencén belül, hanem annak környezetében mélyebben (5–10 km) is ke-letkezhetnek rengések, amelyeket ugyan tektonikus mozgások gerjesztenek, de a törésvonal ak-tivitását a medencefeltöltődés hozta létre. Az ilyen rengések létére meggyőző bizonyítékok egyelőre nincsenek, de ahogy a víztározók vízzel való feltöltésekor földrengések keletkezhet-nek — pl. Asszuán, Kalabsha-törés [Badawy & Mónus 1995]—, ugyanúgy a medencék folya-matos feltöltődése során is megváltoznak a feszültségviszonyok és bizonyos törések aktivizá-lódnak.

Gupta & Rastogi [1976] részletesen foglalkozott a rezervoárok feltöltésekor keletkező földrengésekkel. A rengések okaként a törésvonalak aktivizálódását jelölték meg, ami a pórus-víznyomás növekedésével függ össze. A rezervoárok feltöltése ugyan gyors folyamat, az üledéklerakódás pedig lassú, de ennek a törésfelület aktivizálódásában valószínűleg nincs dön-tő jelendön-tősége.

Ismert jelenség, hogy rengések keletkezhetnek a kőolaj-kitermeléssel kapcsolatban is, mind a folyadékkivétel, mind a folyadékbesajtolás során. Ezek a rengések az előbb felsorolt medencén belüli, vagy medence környezetében keletkezett rengésekhez sorolhatók, a különb-ség csak az, hogy a rengések létrejöttét mesterkülönb-ségesen idézik elő. A földrengésfészkek a fúrá-sok közelében vannak, és ezért könnyebb megkülönböztetni azokat a tektonikus eredetű föld-rengésektől. Szeidovitz et al. [2004] az 1996-ban Füzesgyarmaton keletkezett rengéseket ebbe a csoportba sorolják.

A földrengések egy szűkebb csoportja a feltételezett blokkokon belül, kis mélységben keletkezik. A kismélységű rengéseket a korai szeizmológusok ún. beszakadásos földrengések-nek tekintették. Példaként a kis mélységben (kb. 700 m) keletkezett várpalotai rengéseket em-líthetők [Simon 1931]. A XIX. század végétől (1879) napjainkig megfigyelt budai rengések közül néhányat erősen éreztek egy kis területen, de távolabb már egyáltalán nem (pl. a Sváb-hegyen 1879-ben és 1880-ban) [Réthly 1952].

Jámbor & Szeidovitz fent ismertetett eredményeiből következően a potenciális földrengésfészkek feltárása az eredeti elgondolásnál bonyolultabb problémához vezetett, ezért a hagyományos elem-zési módszerek már nem kecsegtettek eredménnyel. Vizsgálatuk végső konklúziójaként megálla-pítható, hogy a földrengések kipattanási körülményeivel kapcsolatba hozható nagymennyiségű, különböző típusú térképi adathalmaz együttes kezeléséhez számítógépes, térinformatikai [Detrekői

& Szabó 2000] feldolgozásra van szükség.

A II. fejezet következő részeiben a földrengés-epicentrumok geofizikai és geológiai környe-zetének tanulmányozására létrehozott térinformatikai rendszert és a rendszer elkészítésének lépéseit mutatom be. A GIS tartalmazza Magyarország teljes területére a földrengésekkel kapcsolatba hoz-ható lényeges információkat térképi és leíró formában. Továbbá ismertetem a potenciálisan aktív területek felkutatására vonatkozóan végzett GIS elemzéseket. Az elemzések során az összes megál-lapított földrengés-epicentrumot együttesen kezelve próbáltam kapcsolatot megállapítani:

⎯ az epicentrumok és a jelenkorban aktívnak tekintett törésvonalak helyeit ábrázoló tér-képek elemei között;

⎯ az epicentrumok és a különböző geológiai korok feküszintjeihez tartozó felületmodel-lek között.

A GIS rendszer létrehozásához kapcsolódóan megemlítem, hogy a földrengés-epicentrumok geo-környezetének tanulmányozása céljából csatlakoztunk a Veszprémi Egyetem Műszaki Informatikai Karán folyó IKTA-00142/2002 számú projekthez, amelyben adatbányászati módszerekkel vizsgál-juk a földrengés-epicentrumok és azok geo-környezete közötti kapcsolatokat.

II.2 Térinformatikai alkalmazások a környezeti kockázatok elemzésében és a