Rekonstrukcija gornjomiocenske i donjopliocenske dijakrone ispune Murske i zapadnog dijela Dravske depresije
Autor: Tomislav Baketarić, mag.geol.
Razvoj kasno miocenskog i rano pliocenskog Panonskog jezera na prostoru Murske i Dravske depresije (jugozapadni dio Panonskoga bazenskog sustava) predstavljen je klinoformnim oblicima na seizmičkim profilima. Koristeći metode seizmičke stratigrafije u drugim dijelovima PBS-a Magyar et al. (2006, 2007), Sztano et al. (2013), Balasz et al. (2017) i Sebe et al. (2020) zaključili su da se jezerska ispuna gornjomiocenskih sedimenata sastoji od progradirajućih deltnih kompleksa karakteriziranih klinoformnim seizmičkim refleksima. Rekonstrukcija postupne progradacije, odnosno ispune bazena u ovom dijelu PBS-a u vremenu i prostoru napravljena je preko analize prostornih i vremenskih varijacija geometrije klinoformi te putanja padina. Prilikom kartiranja određenih klinoformi, određenih istaknutim seizmičkim refleksima koji se mogu pratiti kroz područje, određivane su granice gornjeg i donjeg ruba padine, odnosno točke infleksije (sensu Patruno et al., 2015; Paumard et al., 2018). Primjenom seizmo-stratigrafskih principa, analizom kretanja padine te točaka infleksije unutar klinoformi dobiven je uvid u prostorno dijakrono zatvaranje Panonskog jezera na području ovih depresija. Izdvojeno je i kartirano 15 (Pa-1 do Pa-15) regionalno prisutnih klinotema na istražnom prostoru. Temeljem stratigrafskih podataka povezanih s interpretacijom izgrađen je relativni kronostratigrafski okvir gornjomiocenskih i pliocenskih naslaga istraživanog područja (Slika 1). Kartirane klinoforme na području dvije depresije prostorno definiraju zatvaranje Panonskog jezera tijekom kasnog miocena i ranog pliocena kroz vrijeme. Iako u praksi nedostatak i kvaliteta podataka otežavaju detaljniju interpretaciju, takav je okvir znatno poboljšao rekonstrukciju paleogeografske evolucije ovog prostora i smjera donosa materijala.
Slika 1. Trajektorije čela delte ruba Panonskog jezera (gornje točke infleksije spojene linijom) na području Murske i Dravske depresije prikazane na današnjoj topografiji Panonskog bazenskog sustava. Gornje točke infleksije pojedinih kartiranih klinoformi unutar Murske i Dravske depresije temelje se na ovom radu te su povezane i korelirane s položajima gornjih točaka infleksije spojenih u liniju iz Magyar et al.(2013) i Magyar (2021). Dominantni smjerovi progradacije tijekom panona u Hrvatskom zagorju temelje se na Kovačić et al. (2004). Za referencu međunarodne granice označene su narančastom bojom dok su najveći gradovi označeni crvenim točkama.
Reference:
Patruno et al., 2015; Paumard et al., 2018
Balázs, A., Magyar, I., Matenco, L., Sztanó, O., Tokes, L., Horváth, F. (2017): Morphology of a large paleo-lake: Analysis of compaction in the Miocene-Quaternary Pannonian Basin. Global and Planetary Change. 171, 134-147, doi:10.1016/j.gloplacha.2017.10.012.
Kovačić, M., Zupanič, J., Babić, Lj, Vrsaljko, D., Miknić, M., Bakrač, K., Hećimović, I., Avanić,R., Brkić,M. (2004): Lacustrine basin todelta evolution in the Zagorje Basin, a Pannonian sub-basin (Late Miocene: Pontian, NW Croatia). Facies 50, 19–33.
Magyar, I., Fogarasi, A., Vakarcs, G., Bukó, L., Tari, G.C., (2006): The largest hydrocarbon field discovered to date in Hungary: Algyő. In: Golonka, J., Picha, F.J. (Eds.) The Carpathians and their foreland: geology and hydrocarbon resources. American Association of Petroleum Geologists, Memoir, 84, pp. 619–632, doi: 10.1306/985734M843142
Magyar, I., Lantos, M., Ujszászi, K., Kordos, L., (2007): Magnetostratigraphic, seismic and biostratigraphic correlations of the Upper Miocene sediments in the northwestern Pannonian Basin System. Geologica Carpathica, 58, 277–290.
Magyar, I., Radivojević, D., Sztanó, O., Synak, R., Ujszászi, K. Pócsik, M. (2013): Progradation of the paleo-Danube shelf margin across the Pannonian Basin during the Late Miocene and Early Pliocene. Global and Planetary Change, 103,168-173, doi:10.1016/j.gloplacha.2012.06.007.
Magyar I. (2021): Chronostratigraphy of clinothem-filled non-marine basins: Dating the Pannonian Stage. Global and Planetary Change, 205, 103609, doi:10.1016/j.gloplacha.2021.103609.
Patruno, S., Hampson, G. J., Jackson, C.A.L. (2015): Quantitative characterisation of deltaic and subaqueous clinoforms. Earth Science Reviews, 142, 79–119, doi:10.1016/j.earscirev.2015.01.004
Paumard, V., Bourget, J., Payenberg, T., Ainsworth, B., George, A.D., Lang, S., Posamentier, H.W., Peyrot, D. (2018): Controls on shelfmargin architecture and sediment partitioning during a syn-rift to post-rift transition: Insights from the Barrow Group (Northern Carnarvon Basin, North West Shelf, Australia). Earth-Science Reviews, 177, 643-677, doi:10.1016/j.earscirev.2017.11.026.
Sebe, K., Kovačić, M., Magyar, I., Krizmanić, K., Špelić, M., Bigunac, D., & Sütőné Szentai, M., Kovács, A., Korecz, A., Bakrač, K., Hajek Tadesse, V., Troskot-Čorbić, T., Sztanó, O. (2020): Correlation of upper Miocene-Pliocene Lake Pannon deposits across the Drava Basin, Croatia and Hungary. Geologia Croatica, 73, 177-195, doi:10.4154/gc.2020.12.
Sztanó O., Szafián P., Magyar I., Horányi A., Bada G., Hughes D.W., Hoyer D.L., Wallis R.J. (2013): Aggradation and progradation controlled clinothems and deep-water sand delivery model in the Neogene lake pannon, Makó Trough, Pannonian Basin, SE Hungary. Global Planet. Change, 103, 149-167, doi:10.1016/j.gloplacha.2012.05.026.
Tomislav Baketarić, mag.geol. je doktorand geologije na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Zaposlen je u INA-Industrija Nafte d.d. kao Glavni stručnjak za geologiju i geofiziku unutar Istraživanja.
Monitoring izdašnosti izvora Rakovac, Žumberačka Gora
Autor: Laura Bačani, mag.ing.geol.
Izvor Rakovac nalazi se na Žumberačkoj gori kraj mjesta Poklek, oko 1,5 km SZ od sela Koretići i oko 1 km SZ od Eko Sela Žumberak (Slika 1). Ovo istraživanje provedeno je s ciljem utvrđivanja mogućnosti korištenja vode iz izvora Rakovac kao dodatnog izvora pitke vode za potrebe javne vodoopskrbe Grada Samobora. Prvi korak bio je projektiranje i izgradnja pravokutnog oštrobridnog preljeva neposredno nizvodno od izvora (Slika 2). Kraj preljeva je postavljena metalna cijev s poklopcem i lokotom u koju su ugrađeni automatski mjerači (logeri). Logeri mjere razinu vode iznad krune preljeva (Slika 3). Razine vode se zatim izračunavaju u protoke pomoću protočne krivulje. Protočna kriva prikazuje odnos između vodostaja i protoka. Praćenje protoka, odnosno izdašnosti izvora započelo je 2019. godine i još uvijek traje. Hidrogram izvora Rakovac (graf protok – vrijeme) ukazuje na male protoke (< 10 l/s) u većini promatranog vremena, dok se protoci veći od 50 l/s pojavljuju u manje od 10 % promatranog vremena. U nekoliko navrata izmjereni su protoci veći od 300 l/s, ali takvi protoci traju vrlo kratko. Velike razlike između minimalnih i maksimalnih protoka i nagle promjene protoka od svega nekoliko l/s do nekoliko stotina l/s tipične su karakteristike krških izvora. Ovaj youtube link prikazuje izvor Rakovac pri izdašnostima od 30 l/s (https://www.youtube.com/watch?v=8T99jAE85Xg).
Slika 1 Geografski smještaj izvora Rakovac
Slika 2 Pravokutni oštrobridni preljev neposredno nizvodno od izvora Rakovac
Slika 3 Automatski mjerači podataka (logeri) instalirani u metalnoj cijevi kraj preljeva
Laura Bačani, mag.ing.geol. je asistent na Zavodu za geologiju i geološko inženjerstvo na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorski studij Primijenjenih geoznanosti, rudarskog i naftnog inženjerstva upisala je 23.10.2018. godine, sa temom pod naslovom Izrada numeričkog modela vode kroz nesaturiranu zonu zagrebačkog vodonosnika na području vodocrpilišta Velika Gorica.
Analiza 3D Seizmičkog Bloka na Sjevernom Jadranu (hrvatsko odobalje)
Autor: Ana Kamenski, mag. geol.
Područje istraživanja Aiza obuhvaća preko 650 km2 sjevernog jadranskog odobalja, koje je smješteno u zajedničkom jadranskom predgorju starijih Dinarida na sjeveroistoku i mlađih Apenina na jugozapadu. Glavni cilj ovog rada je rekonstrukcija evolucije karbonatne platforme i geometrije njezinog ruba (margine). Ujedno je cilj i definirati strukturno-tektonski okvir istraživanog područja, s posebnim naglaskom na istraživanje mogućeg nastavka pretpostavljenih poprečnih struktura (orijentiranih dijagonalno ili okomito na rub platforme i orogene pojaseve).
Slika 1 (a) Položaj, karta paleo-okoliša prema Grandiću i sur. (2010). i tektonska karta prema Korbaru (2009) istraživanog područja, uključujući i položaj Aize, lokacije dviju istražnih bušotina, Susak more-1 i Alessandra-1, smještenih u odobalju Kvarnera i južne Istre. Konture označavaju obalu kopna i kvarnerskih otoka. Točkasto-crtana linija označava položaj 2D regionalnog seizmičkog profila CROP-M16. (b) Okvir Aiza 3D bloka prikazuje položaj seizmičkih profila, uključujući inline, crossline, kompozitne profile i 2D seizmičke profile. Ovi presjeci odabrani su kako bi pružili jasan i reprezentativan prikaz podzemnih odnosa unutar istraživanog područja.
Visokokvalitetni 3D refleksijski seizmički podaci korišteni su za istraživanje mezozojsko-kenozojske tektono-stratigrafske evolucije područja. Prepoznata su četiri glavna seismo-stratigrafska horizonta: Podina Karbonatne Platforme (engl. Base of Carbonate Platform, BCP), Krovina Karbonatne Platforme (engl. Top of Carbonate Platform,TCP), Mesinijska Erozijska površina (engl. Messinian Erosional Surface, MES) i Plio-kvartarni horizont (engl. Plio-Quaternary horizon, PlQh), kao i dominantni rasjedi. Rezultati prikazuju geološki smještaj i tektonsku evoluciju područja.
Slika 2 Stratigrafska korelacija bušotina Alessandra-1 i Susak more-1 s glavnim regionalnim horizontima, (preuzeto iz Špelić i sur. (2021)). Navedeni horizonti uključuju BCP (Podinu Karbonatne Platforme), TCP (Krovinu Karbonatne Platforme), MES (Mesinijsku Erozijsku površinu) i PlQh (Plio-kvartarni horizont). Položaji bušotina prikazani su u odnosu na istraživani Aiza Blok i na područje obuhvaćeno dostupnom 3D seizmikom.
Slika 3 (a) Položaj seizmičkih profila. (b) Seizmički profil IL 9435 s interpretiranim horizontima koji su provizorno kalibrirani koristeći podatke s udaljene bušotine Susak more-1. Položaj ruba karbonatne platforme označen je crvenom punom linijom, a ekstrapoliran je crvenom isprekidanom linijom. (c) Seizmički presjek XL 2069 prikazuje strmi rub platforme na SZ i JI stranama. (d) Seizmički presjek IL 10330 otkriva JI padinu platforme, zajedno s prisutnim ekstenzijskim rasjedima (kratke crvene pune linije) i indikacijama (crvene isprekidane linije) strike-slip rasjedanja koji presijeca prikazani profil.
Slika 4 Kartiranje horizonta na seizmičkom presjeku XL 2844: (a) Položaj seizmičkog profila; (b) Neinterpretirani klasični seizmički prikaz s istaknutim položajem četiri glavna horizonata (žute strelice); (c) Seizmički atribut Cosine of phase s interpretiranim BCP horizontom; (d) Seizmički atribut 3D edge enhancement s interpretiranim PlQh i TCP horizontima.
Slika 5 Strukturno-stratigrafska interpretacija seizmičkih presjeka IL 9910 i XL 2844: (a) Na seizmičkom presjeku IL 9910, glavne strukturne značajke uključuju izražen rub (marginu) platforme označen sa strmim padinama (debelja crvena linija, lijevo) i relativno jednostavni intra-platformni bazen (omeđen s dvije deblje crvene linije, desno). Tanke crvene linije označavaju ekstenzijske rasjede. Korištene su sljedeće kratice Adratic Basin (AB), Adriatic Carbonate Platform (ACP), i Tethyan Mega Platform (TMP). (b) Seizmički presjek XL 2844 otkriva kompleksniji intra-platformni bazen unutar releasing zone (listrički rasjed, deblja crvena linija lijevo) i restraining zone (strike-slip rasjed, srednjedebela crvena linija). Neki rasjedi unutar hibridne cvjetne strukture pokazuju znakove reaktivacije (dvostruke strelice). Dodatno, očuvane antiklinalne strukture nastale kao rezultat reaktivacije rasjeda suprotnog karaktera označene su crnim strelicama. Višestruki refleksi označeni su s oznakom "m". (c) Položaj interpretiranih seizmičkih profila.
Slika 6 (a) Neinterpretirani i (b) Interpretirani seizmički profil XL 1544. Prikazane su kronostratigrafske pliocensko-kvartarne sekvence istraživanog područja. Sivi pravokutnici predstavljaju primjere prikazane u (c), a crne strelice ističu prisutnost plinskih dimnjaka. (c) Seizmičke sekvence, označene sa SEQ1 do SEQ7, opisane su zajedno s njihovim karakterističnim obilježjima. (d) Prikaz lokacija profila.
Slika 7 Dobivena tektonska konfiguracija temelji se na interpretaciji seizmičkih profila. Poligoni rasjeda prikazani su 3D prikazom u tri različite perspektive: (a) S juga; (b) Jugozapada; i (c) Odozgo. Karte horizontalnih presjeka odabrane su za šest različitih dubina: (d) -3000 ms, (e) -2500 ms, (f) -2000 ms, (g) -1500 ms, (h) -1000 ms, i (i) -500 ms. Oštri prijelazi s visokih u niske amplitude predstavljaju značajne varijacije u nadmorskoj visini. Crvene linije označavaju glavne rasjede unutar istraživanog područja, dok crne linije označavaju rub platforme, a bijele linije obuhvaćaju rubove intra-platformnog bazena.
Slika 8 Strukturne karte u vremenskom mjerilu za: (a) BCP; (b) TCP; (c) MES; i (d) PlQh horizonte. Izokroni intervali postavljeni su na 25 ms TWT-a za (a), (b) i (c), dok (d) ima izokroni interval od 10 ms TWT-a. Sive konture predstavljaju sve seizmičke profile opisane u ovom radu.
Slika 9 Trodimenzionalni model prikazuje konfiguraciju platformnih karbonata unutar Aiza istraživanog bloka. Gornja slika površine TCP-a prikazuje rub Jadranske karbonatne platforme i intra-platformni bazen, dok donja slika površine BCP-a prikazuje kupolastu geometriju podloge. Interval konture iznosi 25 ms TWT-a.
Slika 10 (a) Lokacija profila s istaknutom interpretacijom ruba karbonatne platforme (deblja crna linija) i glavnog Kvarnerskog rasjednog sustava označenog crvenom linijom; (b) Seizmički profil CROP-M16, crni pravokutnik označava područje Aize, a žuti prethodno prepoznatu prividnu strukturu prema Del Benu (2002); (c) Kompozitni profil CL-1; (d) Kompozitni profil CL-2. Oba profila uključuju interpretirane regionalne horizonte i Kvarnerski rasjedni sustav.
Slika 11 Shematski presjek Dinarskog predgorskog bazena od kasne krede do paleogena (modificiran prema Korbaru (2009) i DeCellesu & Gilesu (1996)), s predloženim položajem Aiza istraživanog područja (crveni pravokutnik). Nije u mjerilu.
Slika 12 Geološka karta Istre i Kvarnera (usvojena i modificirana prema Špeliću i sur. (2021) i referencama iz tog rada), integrirana s nalazima Grandića i sur. (2013). Karta obuhvaća značajne strukturne uvide dobivene ovim istraživanjem, poput utvrđenog ocrta ruba mezozojske Jadranske karbonatne platforme i interpretacije dominantnih rasjeda, uključujući njihovu ekstrapolaciju prema sustavu rasjeda identificiranom od strane Špelića i sur. (2021).
Stabilna platforma s dugotrajnim trajanjem (jura do kreda) i SZ-JI pružanjem vjerojatno se razvijala duž naslijeđenog trijaskog normalnog rasjeda. Marginalni pojas platforme bio je pogođen tijekom kasne krede do paleogena proširenjem i otvaranjem intra-platformnog bazena, vjerojatno na južnom dijelu tada razvijajućeg dinarskog forebulge-a. Transverzalni rasjedni sustav (Kvarnerski rasjed) vjerojatno je ponovno aktiviran kao strike-slip zona tijekom kasno miocenske tektonske reorganizacije. Područje je tijekom pliocena tiltano (naginjano) na jugozapad u distalnom predgorju sjevernih Apenina koji se tada postupno razvijaju (šire) prema sjeveru. Subhorizontalni kasnokvartarni pokrov dinarskih i apeninskih struktura mogao bi implicirati na aktivnu subsidenciju (slijeganje) predgorja između danas sub-vertikalno izdižućih susjednih orogenih pojaseva.
Del Ben, A. Interpretation of the CROP M-16 seismic section in the Central Adriatic Sea. Mem. Soc. Geol. Ital. 2002, 57, 327–333.
Grandić, S.; Kratković, I.; Rusan, I. Hydrocarbon potential assesment of the slope deposits along the SW Dinarides carbonate platform edge. Nafta 2010, 61, 325–338.
Kamenski, A.; Korbar, T. Platform-to-Basin Evolution of a Tectonically Indistinct Part of a Multiple Foreland—Analysis of a 3D Seismic Block in the Northern Adriatic Sea (Croatian Offshore). Geosciences 2023, 13, 323. https://doi.org/10.3390/geosciences13110323.
Korbar, T. Orogenic evolution of the External Dinarides in the NE Adriatic region: A model constrained by tectonostratigraphy of Upper Cretaceous to Paleogene carbonates. Earth-Sci. Rev. 2009, 96, 296–312.
Špelić, M.; del Ben, A.; Petrinjak, K. Structural setting and geodynamics of the Kvarner area (Northern Adriatic). Mar. Petrol. Geol. 2021, 125, 104857.
Ana Kamenski, mag. geol., doktorandica/stipendistica Rudarsko-geološko-naftnog fakuleta te viša stručna suradnica na Zavodu za geologiju Hrvatskoga geološkog instituta.
Podrijetlo i svojstva sirovina u kontekstu tehnologije proizvodnje lončarije iz različitih razdoblja prošlosti na području Hrvatske
Autor: Natali Neral
Nakon završenog diplomskog studija geologije na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu zaposlena sam kao asistentica na Institutu za arheologiju, na uspostavnom istraživačkom projektu Hrvatske zaklade za znanost (prePOT, UIP-2020-02-3637, http://prepot.iarh.hr/index.php/hr/). Projekt predstavlja prvo sistematizirano istraživanje lončarije, lončarskih sirovina i tehnoloških izbora u Hrvatskoj temeljno na povezivanju različitih znanstvenih područja (arheologije i geologije). U sklopu toga, pod mentorstvom voditeljice projekta dr. sc. Andreje Kudelić (Institut za arheologiju) i izv. prof. dr. sc. Ane Maričić (Rudarsko-geološko-naftni fakultet) upisala sam poslijediplomski doktorski studij na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu, a tema doktorskog rada usmjerena je na istraživanje lončarskih sirovina i tehnologije proizvodnje lončarije kroz različita razdoblja prošlosti na području Hrvatske. Predmet istraživanja obuhvaća arheološku keramiku (lončariju) s višeperiodnih nalazišta (od neolitika do kasnog srednjeg vijeka, slika 1) te lončarske sirovine (glinoviti materijal i primjese koje lončar dodaje glini) koje prikupljam terenskim istraživanjima u blizini arheoloških nalazišta (slika 2). Područje istraživanja podijeljeno je na četiri regije, odnosno četiri studije slučaja (Istočna Hrvatska, Središnja Hrvatska, Istra i Sjeverni Jadran te Srednja Dalmacija) s različitim geografskim značajkama, dok se u kontekstu arheologije radi o područjima različitih kulturoloških utjecaja. Cilj istraživanja je primjenom različitih analitičkih metoda utvrditi vrstu, svojstva i podrijetlo lončarskih sirovina te karakteristike tehnoloških postupaka proizvodnje koji omogućuju razumijevanje promjena u izboru sirovina i tehnologiji proizvodnje lončarije u okviru zajednica koje su na prostoru Hrvatske egzistirale kroz različitih razdoblja prošlosti.
Slika 1. Ulomci keramike s višeperiodnog arheološkog nalazišta Jagodnjak-Krčevine u Baranji. Ulomci keramičkih posuda iz (a, b) neolitika, (c, d) brončanog doba, (e, f) kasnog željeznog doba, (g, h) rimskog perioda i (i, j) srednjeg vijeka (preuzeto iz Neral et al., 2023)
Slika 2. Glinoviti materijal pogodan za izradu keramičkih posuda s područja (a) Istre i (b) Baranje. (c) Kalcit i (d) različite vrste usitnjenih stijena koji lončari dodaju glini tijekom pripreme lončarske smjese
U arheološkoj znanosti, lončarija (keramičke posude) predstavlja najbrojniji skup nalaza zastupljen na nalazištima tijekom gotovo svih razdoblja ljudske prošlosti. Ona je glavni i nerijetko jedini ostatak materijalne kulture koji čini osnovni dokaz pomoću kojeg se tumači daleka ljudska prošlost. Proučavanje lončarije kroz znanost o materijalima stoga polazi od analize sirovina te razmatra i svaki segment proizvodnog procesa koji omogućuju mnogo znanstveno utemeljenih podataka koji se koriste za tumačenje tehnologije zajednica prošlosti. U takvim istraživanjima neophodno je primijeniti različite analitičke metode koje omogućuju određivanje mineraloško-petrografskog i geokemijskog sastava keramike i pretpostavljenih lončarskih sirovina te utvrđivanje karakteristika tehnoloških postupaka proizvodnje.
Osnovna analitička metoda koju primjenjujem u istraživanju je optička mikroskopija tankih izbrusaka keramike (petrografija keramike, slika 3) koja omogućuje prikupljanje podataka o mineraloško-petrografskom sastavu keramike, načinu pripreme lončarske smjese (lončarskoj recepturi) te procjeni temperature pečenja (Quinn 2013; Quinn 2022). Metoda rendgenske difrakcije na prahu (XRPD) osim mineraloškog sastava pruža informacije o temperaturi pečenja keramike putem mineralnih faza prisutnih u određenom temperaturnom rasponu. Različite geokemijske metode koriste se za istraživanje podrijetla lončarskih sirovina. Istraživanja se provode metodom komparacije arheološkog materijala (keramike) i potencijalnih sirovina iz okolice arheoloških nalazišta. Najčešće korištene geokemijske metode (ICP-ES, -MS, -OES) su destruktivne metode koje se provode na smrvljenim uzorcima keramike čime se gube podatci o pojedinim lončarskim sirovinama (glina i primjese). Iz tog razloga, dosad korištene ICP-ES i ICP-MS metode upotpunila sam primjenom ne-destruktivnih metoda (SEM-EDS i p-XRF) koje omogućuju precizno određivanje geokemijskog sastava pojedinih lončarskih sirovina. Primjenu SEM-EDS-a i p-XRFa provela sam na uzorcima keramike na Sveučilištu u Londonu (University College London) u sklopu natječaja Hrvatske zaklade za znanost „Program mobilnosti – odlazna mobilnost asistenata (MOBDOK-2023)“. Prvi dio znanstveno-istraživačkog usavršavanja bio je vezan uz primjenu p-XRFa na keramici dok je drugi dio bio posvećen radu na SEM-EDS-u (slika 4). Osim primjene spomenutih metoda, vrlo vrijedno iskustvo stekla sam i kroz ugodnu suradnju s mentorom-domaćinom i stručnjakom za analizu keramike dr. sc. Patrickom Quinn-om.
Slika 3. Mikrofotografije tankih izbrusaka keramike pod mikroskopom (A+). Ulomci keramike sastoje se od glinovite sirovine i namjerno dodanih primjesa (a) različith vrsta metamorfnih stijena, (b) kalcita, (c) školjaka i (d) smrvljene keramike ili groga (modificirano prema Neral et al., 2024, in press)
Slika 4. SEM-EDS uređaj u Wolfson Archaeological Science Laboratory na Sveučilištu u Londonu
Primjena spomenutih analitičkih metoda u istraživanju omogućuje rekonstrukciju tehnoloških postupaka proizvodnje lončarije te uvid u vrste i podrijetlo materijala koji su korišteni u prošlosti. Moje doktorsko istraživanje time doprinosi razumijevanju promjena u izboru sirovina i tehnologiji proizvodnje lončarije te razmatranju dinamike korištenja krajolika kroz širok prostorno-vremenski kontekst odnosno na različitim područjima i u okviru kulturnih grupa iz različitih razdoblja prošlosti na području Hrvatske.
Reference:
Neral, N., Kudelić, A., Maričić, A., Mileusnić, M. (2023). Pottery technology through time: Archaeometry of pottery and clayey raw material from the multi- period site in eastern Croatia. Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 38, 63, 1-21. DOI: 10.17794/rgn.2023.2.1
Neral., N., Kudelić, A., Maričić, A., Mileusnić, M. (2024). Tracing the origin of raw materials used for the production of ancient ceramics: Case study of multi-period archaeological sites (Continental Croatia). Geologia Croatica, in press
Quinn P. S. (2013). Ceramic Petrography: The Interpretation of Archaeological Pottery & Related Artefacts in Thin Section. Archaeopress. Oxford. 260 p.
Quinn, P. S. (2022). Thin Section Petrography, Geochemistry and Scanning Electron Microscopy of Archaeological Ceramics. Archeopress. 466 p.
Umjetno prihranjivanje krških otočkih vodonosnika
Autor: Matko Patekar, mag. geol.
Umjetno prihranjivanje vodonosnika (engl. managed aquifer recharge - MAR) obećavajući je koncept održivog upravljanja vodama, posebice u područjima gdje je dostupnost ili kakvoća vode ugrožena zbog prirodnih ili antropogenih čimbenika. MAR se temelji na prihranjivanju putem upojnih zdenaca ili infiltracijskih zona, a voda koja se za to koristi može biti različitog podrijetla: desalinizirana voda, pročišćena otpadna voda, poplavna voda ili kišnica. Iako se različite MAR metode primjenjuju u vodonosnicima s međuzrnskom poroznošću diljem svijeta, njihova primjena u kompleksnim krškim vodonosnicima, koje karakterizira hidraulička anizotropija i heterogenost, predstavlja značajan izazov (Daher et al., 2011). U svijetu postoji svega nekoliko primjera MAR-a u karbonatnim stijenama, te nema opsežnih studija koje predlažu prikladne metode istraživanja. Budući da postojeći klimatski modeli predviđaju stalno smanjenje količina oborina na jadranskim otocima, koje će prema kraju stoljeća biti sve izraženije, javlja se potreba za istraživanjem mogućnosti umjetnog prihranjivanja, kao i razvoja sustava ranog uzbunjivanja u slučajevima zaslanjenja vodonosnika.
Područje istraživanja je otok Vis, mali otok (89,7 km2) u središnjem dijelu Jadranskog mora, približno 50 km od kopna. Otok je dio dinaridskog krša i najvećim se dijelom sastoji od okršenih karbonatnih stijena. Zbog udaljene pozicije na pučini nije povezan s javnim vodoopskrbnim sustavom na kopnu i oslanja se isključivo na vlastite resurse podzemne vode. Vodoopskrbni sustav otoka Visa sastoji se od pet zdenaca (BO1 do BO5) izbušenih u zdenačkom polju Korita u središnjem dijelu otoka, dva zdenca (K1 i B1) u zaleđu Komiže i priobalnog izvora Pizdice. Maksimalni kapacitet crpljenja na Koritima je 42 l/s, a kakvoća podzemne vode je izvrsna zbog lokalnih hidrogeoloških barijera koje sprječavaju prodor morske vode. Kumulativni kapacitet zdenaca K1 i B1, te Pizdice je otprilike 5 l/s. Vodoopskrbni sustav za sad zadovoljava potrebe lokalnog stanovništva (otprilike 3600 žitelja), no peterostruko povećanje potražnje tijekom ljetne turističke sezone predstavlja značajan pritisak na otočke vodne resurse, što je uzrokovalo nekoliko redukcija za potrošače u posljednjem desetljeću.
Slika 1. a) Hidrogeološka karta i b) shematski hidrogeološki profil otoka Visa (modificirano prema Terziću i sur., 2022)
Kako bi se istražilo je li umjetno prihranjivanje izvedivo i održivo rješenje, provedena su detaljna i sistematična geološka, hidrogeološka, hidrološka, strukturno-geološka i geofizička istraživanja.
Temeljna geološka istraživanja novije generacije rezultirala su izradom litofacijesne karte otoka Visa (Korbar i sur., 2012). Nadalje, litološki članovi i formacije grupirani su u hidrogeološke članove na temelju svojstva vodopropusnosti, što je poslužilo kao temelj za izradu hidrogeološke karte i shematskog hidrogeološkog profila (Slika 1). Od hidrogeoloških istraživanja svakako valja izdvojiti trasiranje tokova podzemne vode putem umjetnih trasera, na temelju kojih su razdvojena dva najznačajnija sliva na otoku: sliv zdenačkog polja Korita i sliv izvora Pizdice. Nadalje, od 2019. godine vrši se periodičko opažanje fizikalno-kemijskih svojstva i ionskog sastava podzemne vode.
Slika 2. Piperov dijagram uzoraka podzemne vode s otoka Visa (Patekar i sur., 2023)
Rezultati petogodišnjeg opažanja uzakuju na nekoliko dominantnih procesa koji imaju utjecaj na ionski sastav podzemne vode, a to su otapanje karbonatnih stijena (vapnenca i dolomita), uz otapanje gipsa iz vulkanogeno-sedimentno-evaporitnog kompleksa komiškog zaljeva, prodor mora i difuzno miješanje slatke i slane vode, te ionska izmjena (Slika 2). Unatoč ispodprosječnim oborinama tijekom posljednjih pet godina, fizikalno-kemijski pokazatelji (npr. pH, elektrolitička vodljivost, koncentracija klorida) ukazuju na dobro uskladištenje krškog vodonosnika te relativnu otpornost na intenzivno ljetno crpljenje i dugotrajne sušne periode.
Hidrološka istraživanja bazirana su na izračunu vodne bilance i potencijalne evapotranspiracije na otoku Visu. Kako se otočke podzemne vode prihranjuju isključivo kišom, zanimljiv je rezultat da 99% infiltrirane kišnice difuzno istječe u more kroz okršeno i raspucalo podzemlje, dok manje od 1% obnavlja podzemne vode koje se crpe za vodoopskrbu. Također, prosječna godišnja evapotranspiracija iznosi 65%, što ukazuje da se samo 35% ukupne godišnje oborine procijedi do podzemne vode. Nadalje, na temelju regionalnih klimatskih modela Aladin, RegCM i Promes, uz dinamičku prilagodbu za otok Vis, projicirane su promjene u prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka (Slika 3). Porast temperature zraka uzrokovati će i povećanje evapotranspiracije, a samim time i smanjenje efektivne infiltracije i ukupnog protoka unutar sliva, što može dovesti do značajnog gubitka vodnih resursa.
Slika 3. Projicirane srednje godišnje temperature zraka prema modelima Aladin, RegCM i Promes
Pukotine i krški kanali imaju značajan utjecaj na tok fluida unutar karbonatnih stijena, stoga je nepohodno izvršiti detaljnu strukturno-geološku analizu. Na slici 4 prikazani su rezultati strukturno-geoloških mjerenja, s izmjerenim položajima i orijentacijama slojnih ploha, pukotinskih i rasjednih sustava te stilolita na nekoliko lokacija na otoku Visu. Rezultati detaljnih strukturno-geoloških mjerenja daju podatke o građ krških sustava i glavnim smjerovima tečenja, nakupljanja i pražnjenja podzemne vode te predstavljaju ulazne parametre za izradu 3D numeričkih modela.
Slika 4. Pojednostavljena geološka karta otoka Visa (prema Korbaru i sur., 2012) s lokacijama strukturno-geoloških mjerenja. Orijentacije deformacijskih struktura i diskontinuiteta prikazani su u stereografskim projekcijama.
Na temelju rezultata geoelektrične tomografije, površinske geofizičke metode koja daje podatke o distribuciji otpornosti u podzemlju, moguće je odrediti specifičnosti u geološkoj građi te brojne diskontinuitete, krške kaverne, saturiranu zonu i sl. Na slici 5 prikazan je 320 metarski geoelektrični profil u neposrednoj blizini zdenačakog polja Korita, na kojemu je jasno vidljiv porast otpornosti s dubinom od zone niže otpornosti (tlo crvenica), gornja i donja zona trošenja karbonata te kompaktnih karbonata visoke otpornosti. Pad otpornosti u srednjem dijelu profila na otprilike 0-20 m.n.v. ukazuje na prisustvo podzemne vode.
Slika 5. Profil geoelektrične tomografije u zdenačkom polju Korita
Na temelju rezultata provedenih istraživanja konstruiran je konceptualni model prihranjivanja krškog vodnonosnika na otoku Visu. Kao najprikladnija metoda umjetnog prihranjivanja odabrana je metoda infiltracijskog jezera (Slika 6). Metoda se bazira na prikupljanju oborinske, poplavne i bujične vode te njenom pasivnom procjeđivanju iz akumulacijskog jezera kroz propusno podzemlje do saturirane zone. Kao najprikladnija lokacija odabrano je zdenačko polje Korita. Naime, na lokaciji već postoje stara i zapuštena korita koja evakuiraju poplavne i bujične vode iz brdovitog područja Huma prema moru (Slika 7a), a njihovom bi se revitalizacijom i modifikacijom (izgradnja brane) omogućilo nakupljanje vode za infiltraciju u podzemlje. Za prvu fazu istraživanja odabran je jedan od postojećih poligona unutar zdenačkog polja Korita (Slika 7b). Najvažniji rezultati i zaključci u kontekstu istraživanja potencijala umjetnog prihranjivanja vodonosnika i održivog upravljanja otočkim krškim vodonosnikom, proizašli iz dugogodišnjih interdisciplinarnih istraživanja su:
transmisivnost krškog vodonosnika na lokaciji Korita je 9×10-4 – 2,3×10-3 m2/s, dok rezultati pokusnog crpljenja ukazuju na homogeni tok podzemne vode kroz gusto raspucalu stijensku masu, a ne kroz krške kanale i kaverne, što se smatra povoljnim za umjetno prihranjivanje (infiltrirana voda neće rapidno istjecati)
krški vodonosnik na lokaciji Korita je zaštićen od značajnijeg prodora mora s južne i zapadne strane, dok je najveća opasnost u kontekstu prodora mora prisutna uzduž glavnih rasjeda iz smjera istoka, te je nužno uspostaviti sustav ranog upozorenja
podzemna voda je izvrsne kvalitete, čak i tijekom sušnih ljetnih mjeseci, što ukazuje na značajno uskladištenje i dostatne rezerve podzemne vode
umjetno prihranjivanje vodonosnika metodom infiltracijskog jezera je ekonomski i socijalno prihvatljivo rješenje, uz minimalnu tehničku zahtjevnost i minimalne operacijske rizike. Najveća nesigurnost vezana je uz veliku varijabilnost količine oborine na otoku Visu, što može dovesti do nedostatka vode za infiltraciju.
Slika 6. Shematski prikaz koncepta infiltracijskog jezera unutar zdenačkog polja Korita. P je ukupna godišnja količina oborine (mm), PET je potencijalna evapotranspiracija, a V je volumen infiltracijskog jezera.
Slika 7. a) prikaz povremenog bujičnog toka, b) razmatrani poligon za prenamjenu u infiltracijsko jezero i c) situacija na terenu
Reference:
Daher W., Pistre S., Kneppers A., Bakalowicz M., Najem W. (2011): Karst and artificial recharge: Theoretical and practical problems; a preliminary approach to artificial recharge assessment. Journal of Hydrology, 408(3-4): 189-202.
Korbar T., Belak M., Fuček L., Husinec A., Oštrić N., Palenik D., Vlahović I. (2012): Osnovna geološka karta Hrvatske (1:50 000). List Vis 3 i Biševo 1 s dijelom lista Vis 4 i otocima Sv. Andrija, Brusnik, Jabuka i Palagruža. Hrvatski geološki institut: Zagreb, Hrvatska.
Terzić J., Frangen T., Borović S., Reberski J.L., Patekar M. (2022): Hydrogeological Assessment and Modified Conceptual Model of a Dinaric Karst Island Aquifer. Water, 14(3):404.
Patekar M., Soža M., Pola M., Nakić Z., Bašić M., Terzić J., Borović S. (2023): Feasibility Study of Managed Aquifer Recharge Deployment on the Island of Vis (Croatia). Sustainability, 15(13):9934.
Matko Patekar, mag. geol. je stručni suradnik na Zavodu za hidrogeologiju i inženjersku geologiju na Hrvatskom geološkom institutu. Znanstveni fokusi su mu krška hidrogeologija i hidrokemija, hidrologija i klimatologija. Trenutno je student poslijediplomskog doktorskog studija na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu.
Facijesi i mineraloško-kemijske karakteristike naslaga eocenskog fliša okolice Splita (središnja Dalmacija) kao sirovine u cementnoj industriji
Autor: Nikolina Bralić, mag. ing. geol.
Fliš je sinonim za učestalu izmjenu slojeva lapora i pješčenjaka ritmično proslojenih s konglomeratima i krupnozrnatim pješčenjacima, a naslage fliša taložene su u dubokomorskom području gravitacijskim, uglavnom turbiditnim tokovima (Bates & Jackson, 1987) u kolizijskim uvjetima u vrijeme orogeneze (Stow et. al, 1996).
Kolizijski pokreti Jadranske karbonatne platforme (AdCP) i Euroazijske ploče tijekom Alpske orogeneze rezultirali su emerzijom AdCP u nepravilnim intervalima (Vlahović et al., 2005). U području neposredno uz zonu kolizije u kompresijskim uvjetima započelo je formiranje Dinaridskog Predgorskog Bazena – DPB (eng. Dinaric Foreland Basin prema Ćosović et al., 2018; Balling et al. 2021). Dubokomorsko predgorsko korito (eng. foredeep basin prema Mutti et al., 2003) u kojem je taložen fliš karakterizira reversno rasijedanje i formiranje navlaka što je obilježilo formiranje DPB tijekom čitavog paleogena do danas (Korbar, 2009).
Flišne naslage, uglavnom definirane kao turbiditni talozi (turbiditi), razvijaju se kao odgovor na poremećaje u ravnoteži između šelfne i bazenske sedimentacije pod kontrolom su dugoročnih globalnih varijacija razine mora, lokalne tektonike i volumena gravitacijskih tokova, unutar okvira kojeg diktira regionalna tektonika. S razvojem seizmike, istraživanja turbiditnih taloga kao recentnih lepeza na divergentnim granicama mijenjala su koncept u odnosu na prvobitna terenska istraživanja koja su se odnosila uglavnom na izdanke tzv. drevnih turbidita (prema Mutti i Ricci Luci, 1972) na konvergentnim granicama (Mutti et al. 2009). Shanmugam et al. (1988) utvrđuju razliku u karakteristikama taloženja turbiditnih taloga spomenuta dva tektonska sklopa.
Flišne naslage u Hrvatskoj prisutne su u različitim regionalnim područjima duž čitavog područja Vanjskih Dinarida s pružanjem uglavnom sukladnim pružanju Jadranske obale (Slika 1). Formiranje spomenutog predgorskog taložnog prostora započelo je u Istri u ranom, a prema jugu Hrvatske nastavilo se do kasnog eocena (Tari, 2002), a u području Jadranskog odobalja navodi se oligocensko-miocensku starost fliša. Mnogo je autora dalo podatake o različitim eocenskim starostima fliša što je sumirao Marjanac (1987) i pritom ukazao na kompleksnost utvrđivanja starosti na temelju foraminifera jer su iste pretaložene ili otopljene, čemu su podložni i nanofosili (Persico et. al, 2019).
Slika 1 Dinaridski predgorski bazen (modificirano prema Ćosović et. al., 2018)
Područje koje je u fokusu ovog istraživanja su flišne naslage na prostoru središnje Dalmacije, konkretno u okolici Splita s naglaskom na eksploatacijsko polje mineralne sirovine za proizvodnju cementa „Sv. Juraj – Sv. Kajo“ na granici gradova Solina i Kaštel Sućurca. Iako su do danas mnogi autori pisali o flišu istraživanog područja, od kojih je veliki obol dao prof.dr.sc. T. Marjanac, postoje specifičnosti fliša u spomenutom području. Pritom shvaćanje specifičnosti fliša, odnosno interpretacija uvjeta i okoliša taloženja mora pružiti osnov, odnosno geološki kontekst kojim će se objasniti i unaprijediti dosadašnja shvaćanja o mehanizmu taloženja flišnih naslaga u ovom području. Također, specifičnost eocenskog fliša u području središnje Dalmacije je stoljetna tradicija njihove eksploatacije kao glavne ulazne mineralne sirovine u proizvodnji cementa (Matijaca & Vujec, 1990). Dostupnost terenskom istraživanju i dinamika otkrivanja novih izdanaka, proizašla iz spomenute izuzetne ekonomske važnosti flišnih naslaga, omogućila je detaljne istraživanje sljedova sedimenata fliša na najvećem eksploatacijskom polju u Hrvatskoj.
Karakteristike fliša opisane u slijedovima sedimenata na eksploatacijskom polju „Sv. Juraj – Sv. Kajo“ predstavljaju prijelaz od dubokomorskog predgorskog korita (foredeep basin) do naslaga plićeg dijela marinskog prostora vezanog za deltne sustave (wedge-top basin) (Slika 2).
Slika 2 Sintetski slijed sedimenata sintetiziran iz podataka na eksploatacijskom polju„Cemex“-a
Donos materijala u taložni bazen tumači se katastrofalnim urušavanjem SI ruba dubokomorskog prostora uslijed tektonske aktivnosti. Slično tumačenje daje i Marjanac (1986) u interpretaciji megasloja Kamen-Sutikva i Gobo et al. (2020) u interpretaciji jedinice Korlat. Taloženje iz detritnih tokova koji se formiraju uslijed urušavanja dijela bazena ili klizanja materijala poznato je iz literature (npr. Ogata et al., 2014; Festa et al., 2016) i karakterizira period niske razine mora, što se može zaključiti iz činjenice da dio blokova uočenih na terenu predstavlja blokove litificiranih foraminiferskih vapnenaca.
Gravitacijski tokovi se kreću najprije poprečno na pružanje osi korita predgorskog bazena (SZ-JI), a zatim mogu promijeniti smjer npr. paralelno osi pružanja korita ili čak prelaziti u suprotni smjer u malim bazenima (Mutti et al., 2003).
Turbiditne sekvencije najčešće započinju formiranjem gravitacijskih detritnih tokova. Od mjesta svog pokretanja sedimenti se prenose u bazen najprije kohezivnim slabo erozivnim (detritnim) tokovima koji imaju svojstva plastičnog toka (Slika 3). Početni plastični tok prodorom vode transformira se u tok bipartitnog ili tripartitnog karaktera pri čemu je gornji dio toka, obagaćen vodom, ima karakter turbiditne struje velike gustoće (eng. High Density Turbidity Current - HDTC). Bipartitni ili tripartitni karakter toka uočili su i Marjanac (1986) i Gobo et al. (2020). Dodatnim prodorom vode HDTC transformira se u turbiditniI tok male gustoće (eng. Low Density Turbidity Current - LDTC). Nakon niza transformacija, turbiditni tokovi postaju krajnje razrijeđeni turbulentni tokovi (LDTC) koji se sastoje jedino od suspendiranih najsitnijih (pelitnih) čestica. U distalnim dijelovima predgorskog bazena ovakvi se tokovi „ujezeruju“, kako tu pojavu naziva Marjanac (1986).
Slika 3 Faze transformacije početnog gravitacijskog toka kohezivnog (detritnog) karaktera u turbiditni tok (Mutti, 1992)
Ovisno o transformaciji početnog toka kohezivnog (detritnog) karaktera Muttti (1992) je objasnio pojavu devet facijesa (Slika 4), od kojih su neki poistovjećeni s facijesima definiranim na istraživanom eksploatacijskom polju (Slika 5).
Slika 4 Facijesi fliša interpretirani kao produkt transformacije gravitacijskoga toka (prema Mutti 1992)
Slika 5 A) Slojevi pješčenjaka debljine nekoliko centimetara do 20-tak centimetara u izmjeni s centimetarskim proslojcima lapora u jedinici izmjene lapora i pješčenjaka, s rjeđim proslojcima konglomerata u južnom dijelu kopa; B) Tragovi prerade organizmima na slojnim plohama ; C) Transformacija početnog kohezivnog toka (Mutti, 1992); D) Turbiditni facijesi prema Mutti (1992)
Litološki bitno različit sastav fliša u odnosu na fliš na eksploatacijskom polju, uočen je na nekoliko drugih lokaliteta u užoj okolici Splita, konkretno na čitavoj južnoj obali grada. Na ovaj način interpretacija šireg područja poslužit će kako bi se rekonstruirao što cjelovitiji slijed fliša, interpretirala geneza pojedinih dijelova slijeda te objasnio njihov položaj u taložnom okolišu.
Na osnovi dobivenih podataka predložit će se taložni model istraživanog područja središnje Dalmacije prema analitičkom konceptu koje predlaže Mutti (1992). Formiranje DPB može se poistovjetiti s taložnim modelom Mutti et. al (2003) gdje su formirana korita u DPB izdužena, orijentirana dužom osi pružanja paralelno pružanju navlačnog fronta Dinarida, odnosno smjerom SZ-JI (Slika 6).
Slika 6 Strukturni i taložni elementi predgorskog bazena (modificirano prema Mutti el al., 2003)
U okviru sedimentološke interpretacije taložnog bazena svakako nije praksa određivanje mineralnog sastava litološki različitih naslaga. S obzirom na izrazito heterogeni litološki sastav prisutnih facijesa, a kojima se interpretira širok raspon okolišnih uvjeta na relativno ograničenom području kao što je eksploatacijsko polje „Sv. Juraj – Sv. Kajo“, prisustvo odnosno nedostatak pojedinih mineralnih faza ukazuje na razlike u položaju u taložnom bazenu.
Kao što je ranije spomenuto specifičnost fliša na eksploatacijskom polju „Sv. Juraj – Sv. Kajo“ je u njihovoj primjeni u cementnoj industriji. Kao odgovor za sve strože zahtjeve u procesu proizvodnje cementa uz dosadašnju kontrolu kvalitete mineralne sirovine preko kemijskog sastava, poznavanje mineralnog sastava i mogućnost koreliranja mineralnog sastava s kemijskim sastavom (što je praksa u cementoj industriji) unaprijedit će se dosadašnje razumijevanje kvalitete mineralne sirovine.
Reference:
Balling, P., Tomljenović, B., Schmid, S. M. & Ustaszewski, K. (2021): Contrasting along-strike deformation styles in the central External Dinarides assessed by balanced cross-sections: Implications for the tectonic evolution of its Paleogene flexural foreland basin system. Global and Planetary Change, 205(4), 1-24.
Bates, R.L. & Jackson, J.A. (1987): Glossary of Geology. Alexandria, American Geological Institute.
Ćosović, V., Mrinjek, E., Nemec, W., Španiček, J. & Terzić, K. (2018): Development of Transient Carbonate Ramps in an Evolving Foreland Basin. Basin Research, 30, 746–765.
Festa, A., Ogata, K., Pini, G.A., Dilek, Y. & Alonso, J.L. (2016): Origin and significance of olistostromes in the evolution of orogenic belts: a global synthesis. Gondwana Research, 39, 180-203.
Gobo, K., Mrinjek, E. & Ćosović, V. (2020): Mass-transport deposits and the onset of wedge-top basin development: an example from the Dinaric Foreland Basin, Croatia. Journal of Sedimentary Research, 90, 1527-1548.
Korbar, T. (2009): Orogenic evolution of the External Dinarides in the NE Adriatic region: a model constrained by tectonostratigraphy of Upper Cretaceous to Paleogene carbonates. Earth-Science Reviews, 96(4), 296-312.
Marjanac, T. (1986): Sedimentologija dubokovodnih klastita paleogena sjevernog i istočnog zaleđa Solina; Doktorska disertacija, Prirodoslovno-matematički fakultet, Zagreb.
Matijaca, M. & Vujec, S. (1990): Statistička interpretacija sirovina za cementnu industriju u Splitu. Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 2(1), 75-81.
Mutti, E. (1992): Turbidite Sandstones. Milano: Agip S.p.A., Università di Parma.
Mutti, E., Tinterri, R., Benevelli, G., Biase, D.D. & Cavanna, G. (2003): Deltaic, Mixed and Turbidite Sedimentation of Ancient Foreland Basins. Marine and Petroleum Geology, 20, 733–755.
Mutti, E., Bernouilli, D., Ricci-Lucchi, F. & Tinerri, R. (2009): Turbidites and turbidity currents from Alpine “Flysch” to the exploration of continental. Sedimentology, 56, 267-318.
Ogata, K., Pogačnik, Ž., Pini, G.A., Tunis, G., Festa, A., Camerlenghi, A. & Rebesco, M. (2014): The carbonate mass transport deposits of the Paleogene Friuli Basin (Italy/Slovenia): Internal anatomy and inferred genetic Processes. Marine Geology, 356, 88-110.
Persico, D., Succo, A., Mittempergher, S., Storti, F., Piccinini, E. & Villa, G. (2019): Calcareous nannofossil biostratigraphy of the External Dinarides flysch (Vrčić-Staravasa Pag Island, Croatia): A key to an Eocene tectono-stratigraphic and paleoenvironmental interpretation. Geological Journal, 55(24), 4656–4669.
Shanmugam, G., Moiola, R.J., Mcpherson, J.G. & O’connell, S. (1988): Comparison of turbidite facies associations in modern passive-margin Mississippi Fan with ancient active-margin fans. Sedimentary Geology, 58, 63-77.
Stow, D.A.W., Reading, H.G., Collinson, J.D. (1996): Deep seas. U: Reading, H.G. (ed.) Sedimentary Environments and Facies, str. 395-451. Blackwell Science Ltd., Oxford.
Španiček, J., Ćosović, V., Mrinjek, E. & Vlahović, I. (2017): Early Eocene evolution of carbonate depositional environments recorded in the Čikola Canyon (North Dalmatian Foreland Basin, Croatia). Geologia Croatica, 70(1), 11-25.
Tari, V. (2002): Evolution of the Northern and Western Dinarides: A Tectonostratigraphic Approach. Stephan Mueller Spec. Publ. Ser., 1, 223–236.
Vlahović, I., Tišljar, J., Velić, I. & Matičec, D. (2005): Evolution of the Adriatic Carbonate Platform: paleogeography, main events and depositional dynamics. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 220, 333–360.
Nikolina Bralić, mag. ing. geol. je od 2015. godine zaposlena u tvrtki Cemex Hrvatska d.d. u odjelu kontrole kvalitete. Također, doktorandica je na doktorskom studiju Primijenjene geoznanosti, rudarsko i naftno inženjerstvo, a doktorsko istraživanje provodi na Zavodu za mineralogiju, petrologiju i mineralne sirovine RGN fakulteta.
Autor: dr. sc. Domagoj Vukadin, mag. ing. geol., INA – Industrija nafte d.d.
Metodologija interpretacije seizmičkih podataka ovisi o primjeni samog istraživanja, tj. radi li se o regionalnim istraživanjima ili analizi eksploatacijskog polja . U nekim slučajevima dovoljna je strukturno tektonska analiza interpretacijom seizmičkih amplituda no u nekim slučajevima je potrebno provesti detaljno istraživanje radi identifikacije seizmičkog odraza ili jednostavnije je li seizmička amplituda odraz promjene litološkog sastava ili zasićenja. Karakterizacija ležišta ugljikovodika odnosi se na kvantitativne analize seizmičkih, bušotinskih i proizvodnih podataka koje doprinose boljem razumijevanju prostorne raspodjele značajki ležišta kao što su poroznost, litološki sastav i strukturne značajke.
Laboratorijsko mjerenje ultrazvučnih brzina na jezgrama
Panonski bazenski sustav (PBS) ima dugu povijest naftnogeoloških istraživanja, a to znači da se danas raspolaže s podacima prikupljenim brojnim istražnim bušotinama. No, postoji mali broj bušotina sa snimljenim smičnim brzinama, posebno u hrvatskom dijelu Panonskog bazena. Poznavanje brzina smičnih valova (Vs) od temeljnog je značaja za detaljnu seizmičku karakterizaciju ležišta. Stoga je predviđanje brzina Vs u bušotinama koje nemaju iste snimljene velik izazov i zahtijeva veliki napor kako bi se dobio pouzdan ulazni podatak za seizmičko modeliranje i seizmičku inverziju. Brzina širenja seizmičkih valova može se laboratorijski izmjeriti na uzorcima jezgre uz jednoosno naprezanje koje oponaša uvjete u podzemlju.
Ultrazvučno mjerenje brzina provedeno je za vapnenačko ležište s plinskoga polja Grubišno polje. Uzorkovano je 8 valjčića iz bušotinske jezgre, na kojima su napravljene laboratorijske analize poroznosti, propusnosti i mjerenja brzina pod različitim tlakom opterećenja. Cilj laboratorijskih mjerenja je definiranje elastičnih parametara stijena koji se mogu koristiti u izradi detaljnih seizmičkih modela u procesu inverzije.
Metoda mjerenja ultrazvučnih brzina temelji se na mjerenju vremena putovanja ultrazvučnog vala koji prolazi kroz uzorak. Na jednom kraju uzorka stvaraju se visokofrekventni ultrazvučni valovi te se generirani val širi kroz uzorak, koji se detektira prijamnikom na drugoj strani uzorka (Slika 1). Val se pomoću transformatora pretvara u električni signal na suprotnom kraju uzorka i snima se digitalnim osciloskopom. Brzine P- i S-vala vapnenaca mjerene su kao funkcija efektivnog tlaka pod uvjetima suhog i zasićenog stanja. Na temelju raspoloživih podataka napravljena je analiza rezultata brzina u odnosu na zasićeno stanje, poroznost, efektivno naprezanja.
Slika 1 Skica uređaja za ultrazvučno mjerenje brzina (Vukadin et al., 2021)
Laboratorijski rezultati također su interpretirani i provjereni pomoću dva teorijska modela: Kuster i Toksöz modela (Kuster i Toksöz, 1974a & 1974b) i modela Xu-Payne (Xu i Payne, 2009).
Slika 2 Dijagram brzina P-vala i poroznosti s definiranim modelom Xu Payne. Podaci su obojani vrijednostima efektivnih naprezanja. Ulazni elastični parametri: K = 76.8 GPa, μ = 32 GPa; slojna voda K = 2.1 GPa (Vukadin et al., 2021)
Laboratorijskim mjerenjima je utvrđen trend smanjenja brzina P- i S-valova s porastom poroznosti bez obzira na efektivno naprezanje i to u suhom i zasićenom stanju. Iako se brzine ravnomjerno smanjuju s povećanjem poroznosti, neki uzorci su pokazali raspršenje brzine s povećanjem efektivnog naprezanja. Razlog za takve oscilacije je naglo smanjenje poroznosti tijekom primjene najmanjeg efektivnog naprezanja i aktiviranje postojećeg sustava pukotina s daljnjim povećanjem efektivnog naprezanja.
Slika 3 Ovisnost brzine o promjeni poroznosti suhih i zasićenih uzoraka (Vukadin et al., 2021)
Rezultati ultrazvučnih laboratorijskih mjerenja na uzorcima vapnenca pod različitim efektivnim naprezanjima i stanjima zasićenja omogućili su analizu elastičnih svojstava vapnenaca i definiranje pornog prostora.
Ovakve analize omogućile su definiranje empirijskog odnosa brzina smičnih valova (Vs) i brzina kompresijskih valova (Vp) za suho (1) i zasićeno stanje (2) te empirijski odnos poroznosti i brzina koji ujedno predstavljaju prvi empirijski odnos za vapnence u jugozapadnom dijelu Panonskog bazenskog sustava.
Seizmičko modeliranje dubine slojne vode
U plinskom ležištu Grubišnog Polja kontakt slojne vode i plina određen je uvjetno na dubini od -737 m. Zbog nedovoljnog broja hidrodinamičkih mjerenja kojima se može točno definirati kontakt, određen grafičkom ekstrapolacijom dostupnih točaka mjerenja gradijenta tlaka plina i gradijenta tlaka slojne vode u bušotini. Na temelju definiranih elastičnih parametara vapnenaca, bušotinskih i seizmičkih podataka kontakt slojne vode i plina može se definirati seizmičkim modeliranjem.
Promjena dubine slojne vode mijenja elastična svojstva stijena i brzine širenja elastičnih valova, a time i seizmički odraz. Budući da snimljeni seizmički podaci odražavaju elastična svojstva ležišnih stijena, oni neposredno sadrže i informaciju o zasićenju fluidima i dubini slojne vode u trenutku seizmičkih mjerenja. Ovdje je prikazan novi pristup definiranju kontakta slojne vode, koji može dati vrijedne podatke u slučaju nedostatka hidrodinamičkih mjerenja.
Uzimajući u obzir rezultate laboratorijskih mjerenja elastičnih svojstava i rezultate seizmičke inverzije, konstruiran je seizmički model. Seizmički model omogućuje modeliranje seizmičkog profila koji se uspoređuje sa snimljenim seizmičkim podacima. Promjenom dubine slojne vode u modelu mijenja se i seizmički odziv, a uspoređuje se amplitudni odraz po krovini vapnenaca i metamorfita s amplitudnim tragom snimljenih seizmičkih podataka. Amplitude modeliranih seizmičkih tragova ne mogu biti identične tragovima snimljenih seizmičkih podataka jer je nemoguće modelirati identične geološke uvjete kao u podzemlju.
Slika 4 Analiza amplituda snimljenih i modeliranih seizmičkih tragova, za četiri različite dubine kontakta plin-voda na Grubišnom Polju
Kvalitativna analiza pokazuje da amplitudni odrazi za modelirane dubine kontakta plin-voda -710 i -737 m ne odgovaraju amplitudama snimljenih seizmičkih tragova (Slika 4). Amplitudni odraz za modeliranu dubinu kontakta plin-voda od -800 m ima približan odraz tragu snimljenih seizmičkih podataka u zoni oko bušotine A-1Z, dok se u ostalim dijelovima modela odrazi razlikuju. Jedino se amplitudni odraz za modeliranu dubinu slojne vode od -752 m podudara duž cijelog profila.
Slika 5 Dijagram odnosa brzina Vp i P-impedancija Ip seizmičkog modela za dubinu kontakta plin-voda od -752 m i bušotinskih podataka u bušotinama A-1Z i A-2Z.
Reference
Kuster, G.T. and Toksöz, M.N. 1974a. Velocity and attenuation of seismic waves in two-phase media: Part 1. Theoretical formulations. Geophysics, 39, 587–606, https://doi.org/10.1190/1.1440450
Kuster, G.T. and Toksöz, M.N. 1974b. Velocity and attenuation of seismic waves in two-phase media: Part 2. Experimental results. Geophysics, 39, 607–618, https://doi.org/10.1190/1.1440451
Vukadin, D.; Orešković, J.; Kutasi, C. Elastic Properties of Pannonian Basin Limestone under Different Saturation Conditions. Energies, 14, 7291. https://doi.org/10.3390/en14217291
Xu, S. and Payne, M.A. 2009. Modeling elastic properties in carbonate rocks. The Leading Edge, 28, 98–108, https://doi.org/10.1190/1.3064148
dr. sc. Domagoj Vukadin, mag. ing. geol. je stručnjak za geofizika u sektoru Istraživanja u INA – Industrija nafte d.d. Doktorirao je 23. svibnja 2022. godine s doktorskim radom pod nazivom Razvoj postupka seizmičke interpretacije ležišta ugljikovodika Bjelovarske depresije na temelju inverzije seizmičkih brzina.
Utjecaj kore mandarine na svojstva isplake na bazi vode i stabilnost kanala bušotine
Autor: dr. sc. dr. sc. Igor Medved
U novije doba započelo se s provođenjem laboratorijskih istraživanja kako bi se utvrdilo mogu li se različite vrste biorazgradivog otpada koristiti kao aditivi u isplaci na bazi vode. Ispravno dizajnirana isplaka izuzetno je važna za uspješnu izradu kanala bušotine, budući da se radi o složenom fluidu čiji sastav i svojstva izravno utječu na učinkovitost procesa bušenja (Gaurina-Međimurec et al., 2000). Stoga se svaka nova vrsta aditiva mora detaljno istražiti na sva potrebna svojstva koja se moraju održavati tijekom bušaćih operacija. Otpadna bušaća isplaka i ostali pripadajući otpad nastao tijekom bušenja predstavlja drugu najveću količinu otpada koji nastaje tijekom istraživanja i proizvodnje u naftnoj industriji, tako da ovakva istraživanja mogu imati izrazito pozitivne rezultate za ekologiju (Haut et al., 2007; Gaurina-Međimurec et al., 2020). Uz pitanje zaštite okoliša, zbrinjavanje nastalog otpada predstavlja i značajan trošak, što dovodi do logičnog zaključka da smanjenje količine opasnog otpada na najmanju moguću vrijednost mora biti prioritet. Budući da mnogi komercijalno dostupni aditivi za isplaku na bazi vode spadaju u kategoriju nerazgradivih i ekološki opasnih materijala (Zheng et al., 2020.), postoji potreba za pronalaženjem i stvaranjem novih ekološki prihvatljivih aditiva koji osiguravaju postizanje svih potrebnih svojstava isplake na razini sadašnjih komercijalnih aditiva, ali uz minimalan utjecaj na okoliš. Zbog ranije navedenih razloga, aktivno se provode mnoga istraživanja vezana za korištenje otpada od hrane (Haider et al., 2019) i drugih vrsta biorazgradivog otpada kao aditiva koji bi se mogli koristiti u tu svrhu. Među analiziranim vrstama biorazgradivog otpada postoje podaci o korištenju kore mandarine za ove svrhe, a zbog značajne godišnje proizvodnje ove vrste voća u Hrvatskoj te proturječnih rezultata prethodno objavljenih rezultata, odlučeno je da se provedu detaljnija laboratorijska istraživanja.
Dodatkom osušene, samljevene i prosijane kore mandarine u isplaku na bazi vode ispitano je kako ovaj materijal utječe na filtracijska i reološka svojstva isplake te stabilnost kanala bušotine. Isplake na bazi vode koje u svom sastavu imaju određenu koncentraciju praha kore mandarine (slika 1) uspoređene su s osnovnom isplakom koja se sastoji od vode, bentonita i natrijevog hidroksida (NaOH). Osim proučavanja utjecaja koncentracije praha kore mandarine, istražen je i utjecaj različitih veličina čestica podijeljenih u dvije skupine, na čestice manje od 0,1 mm i čestice veličine između 0,10 mm i 0,16 mm. Odabrane koncentracije u uzorcima isplaka varirale su od 0,5% do 2% na volumen vode, jer je tijekom preliminarne faze laboratorijskih ispitivanja zaključeno da koncentracija veća od 2% dovodi do značajnog povećanja plastične viskoznosti ispitivanih isplaka.
Slika 1 Isplaka na bazi vode koja u svojem sastavu sadrži prah kore mandarine
Na temelju provedenih laboratorijskih ispitivanja i analize rezultata, došlo se do korisnih spoznaja o utjecaju kore mandarine na promatrana svojstva isplake. Rezultati pokazuju da kora mandarine ima pozitivan učinak na filtracijska svojstva isplake, budući da je svaki uzorak isplake s dodanim prahom kore mandarine pokazao smanjenje volumena filtrata u sobnim uvjetima. U uvjetima povišene temperature i diferencijalnog tlaka na PPT uređaju (slika 2), zabilježen su još bolji rezultati u odnosu na sobne uvjete.
Slika 2 PPT uređaj
Izuzetno pozitivan utjecaj praha kore mandarine uočen je i u rezultatima dobivenim nakon bubrenja peleta koji u svom sastavu imaju glinovitu komponentu (slika 3), kada je u kontaktu s isplakom u koji je dodan prah kore mandarine. Laboratorijska ispitivanja pokazala su značajno smanjenje bubrenja, što korelira s rezultatima istraživanja filtracijskih svojstava, i dokazuje poboljšanje stabilnosti kanala bušotine.
Slika 3 Umjetno stvoreni uzorci stijene (peleti) prije i nakon testa bubrenja
Reološka svojstva uzoraka isplaka koje sadrže prah kore mandarine nisu smanjena, ali ni značajno povećana u odnosu na osnovnu isplaku. Reološki parametri pokazuju porast i ostaju u prihvatljivim granicama do koncentracije 1,5% praha kore mandarine na volumen vode. Zbog ovog seta podataka, preporučenu koncentraciju ovog materijala treba držati u rasponu od 1,0% do 1,5%, a pri tim promatranim koncentracijama kora mandarine ima značajan pozitivan učinak na svojstva filtracije i stabilnost kanala bušotine, kao i na istovremeno održavanje stabilnih reoloških parametara. Obzirom na veličinu čestica korištenu za laboratorijska istraživanja navedenih svojstava isplake, može se zaključiti da su nešto bolji rezultati dobiveni s većim česticama između 0,10 mm i 0,16 mm, ali obje korištene skupine veličina ostvaruju pozitivne rezultate. Također, provođenjem laboratorijskih ispitivanja temperaturne stabilnosti može se zaključiti da je isplaka na bazi vode s dodatkom praha kore mandarine stabilna i nakon izlaganja isplake temperaturama do 133 °C.
Mjerenja ekotoksičnosti pokazala su da je toksičnost isplake na bazi vode koja u svom sastavu ima prah kore mandarine smanjena u usporedbi s komercijalnim aditivima. Ovim testom potvrđena je ekološka komponenta korištenja ove vrste materijala, a cjelokupno istraživanje potvrdilo je primjenjivost koncepta kružnog gospodarstva u bušaćim operacijama.
Reference:
Gaurina-Međimurec N., Simon K., Matanović D. (2000): Drill-In Fluids Design Criteria. Nafta (Spec. Issue), 27–32.
Gaurina-Međimurec N., Pašić B., Mijić P., Medved I. (2020): Deep underground injection of waste from drilling activities—An overview. Minerals, 10, 303.
Haider S., Messaoud-Boureghda M.Z., Aknouche H., Akkouche A., Hammadi L., Safi, B. (2019): An ecological water-based drilling mud (WBM) with low cost: Substitution of polymers by wood wastes. J. Pet. Explor. Prod. Technol., 9, 307–313.
Haut R.C., Rogers J.D., McDole B.W., Burnett D., Olatubi O. (2007): Minimizing Waste during Drilling Operations. In Proceedings of the AADE National Technical Conference and Exhibition, Houston, TX, USA, 10–12.
Zheng Y., Amiri A., Polycarpou, A.A. (2020): Enhancements in the tribological performance of environmentally friendly water-based drilling fluids using additives. Applied Surface Science, 527, 146822.
Dr. sc. Igor Medved, mag. ing. petrol. je viši asistent na Zavodu za naftno-plinsko inženjerstvo i energetiku, na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorirao je 11.04.2023. godine s doktorskim radom pod nazivom Utjecaj kore mandarine na svojstva isplake na bazi vode i stabilnost kanala bušotine.
KORIŠTENJE GEOTERMALNIH DIZALICA TOPLINE S CILJEM DEKARBONIZACIJE TOPLINSKOG SUSTAVA U URBANIM SREDINAMA
Amalia Lekić Brettschneider, mag.ing.petrol. i izv. prof. dr. sc. Luka Perković
Dekarbonizacija sustava grijanja i hlađenja predstavlja poseban izazov u gusto naseljenim područjima zbog povećane koncentracije potrošnje toplinske i rashladne energije. Jedna od mogućnosti je i korištenje plitkih geotermalnih sustava pri čijem dimenzioniranju treba predvidjeti i maksimalno izbjeći neželjeni efekt pothlađivanja i pregrijavanja ležišta s ciljem dugoročno energetski učinkovitog zadovoljavanja potreba za grijanjem i hlađenjem. Intenzitet neželjenih efekata ovisi o brojnim fizikalnim parametrima ležišta i strujanju podzemnih voda, kao i dinamikom potražnje za grijanjem i hlađenjem objekata na površini.
Izravno korištenje geotermalne energije najčešće se odnosi se na geotermalne toplinske pumpe, pri čemu se sustav koristi za grijanje i hlađenje prostora različitih namjena (Lebbihiat et al., 2021.). Mogućnosti korištenja dizalica topline ovise o svojstvima tla (toplinska provodnost, termički gradijent, hidraulička provodnost, nagib), dimenzijama i svojstvima bušotinskih izmjenjivača topline (eng. Borehole Heat exchangers – BHE) kao i vanjskim čimbenicima poput vanjske temperature i količine padalina. Svojstva BHE su: duljina, promjer, debljina stijenke i svojstva cementne obloge. Vertikalni sustavi su učinkovitiji i za njihovu ugradnju je potrebna manja prostorna površina (Chen et al., 2022.). Vertikalni zatvoreni sustavi su se pokazali učinkovitiji od otvorenih na primjeru zagrijavanja staklenika (Benli, 2013.). Na vrijednosti toplinske provodnosti tla utječu litološka i fizikalna svojstva, poput poroznosti, teksture, zasićenosti vodom, hidrauličkom i toplinskom vodljivosti i dr. (Luo et al., 2016.).
Računalna simulacija jednog takvog sustava provedena je na području grada Zagreba. Simulacija je provedena na modelu kvadratnog oblika veličine 100x100 m i dubine 120 m. Bušotinski izmjenjivači topline nalaze se na dubini od 100 m. Razmatrana su 3 slučaja različite litologije: slučaj A (glina, šljunak, pijesak), slučaj B (glina i šljunak) i slučaj C (glina i pijesak), prikazani na slici 1.
Slika 1. Litologija 3 razmatrana slučaja
Svaki pojedini slučaj testiran je s 4 vrste konfiguracije bušotinskih izmjenjivača topline (16 BHE, 10 BHE, 6 BHE i 3 BHE) poredanih u pravokutnu mrežu prikazanu na slici 2. Time je dobiveno 12 razmatranih scenarija.
Slika 2. Konfiguracije bušotinskih izmjenjivača topline
Model ležišta (slika 3) sadrži početne i rubne uvjete. Rubni uvjeti su hidraulička visina tlaka na sjevernoj i južnoj strani, fiksni temperaturni profil na sjevernoj strani, fiksna temperatura na gornjoj i donjoj strani i granični uvjet nultog gradijenta na bočnoj istočnoj i zapadnoj strani za protok fluida i transport topline. Početni uvjeti postavljeni su za temperaturu i hidraulički gradijent. Za početne uvjete i sjevernu stranu granice primjenjuje se linearni porast temperature po dubini.
Slika 3. Shematski prikaz rubnih i početnih uvjeta (a) i mreže oko BHE (b)
Simulacija svakog od 12 scenarija se provodi na godišnjoj razini sa satnim vrijednostima te će, s obzirom na količinu podataka, biti prikazani rezultati scenarija C-03-BHE (slika 4). Prikazana je bilanca za cijelu godinu i dva odabrana tjedna, 1. i 26. tjedan u godini, koji predstavljaju potrebu za grijanjem zimi i potrebu za hlađenjem ljeti.
Slika 4. Bilanca električne i toplinske energije za scenarij C-03-BHE za cijelu godinu i dva odabrana tjedna: tjedan #01 (zima) i tjedan #26 (ljeto)
Distribucija temperature pokazuje da scenarij s visokom propusnošću, B-16-BHE rezultira manjim promjenama temperature u ležištu, dok scenarij C-03-BHE značajno utječe na temperaturno polje, posebno u blizini bušotinskih izmjenjivača topline (slika 5). Pregrijavanje i pothlađivanje ležišta je zanemarivo za B-16-BHE zbog konvektivnog prijenosa topline, ali je značajno za C-03-BHE. Točnije, za C-03-BHE, u blizini BHE temperatura ležišta može ići do 40 °C tijekom hlađenja i pasti na 4 °C tijekom sezone grijanja. Pregrijavanje i pothlađivanje ležišta smanjuje koeficijent djelovanja dizalice topline.
Slika 5. Raspodjela temperature između B-16-BHE (visoka hidraulička propusnost) i C-03-BHE (niska hidraulička propusnost)
Tijekom radnog vijeka dizalice topline, ležište prolazi kroz faze pothlađivanja i pregrijavanja. Pothlađivanje se događa zimi, kada se toplina akumulirana u ležištu koristi za zagrijavanje prostora, a temperatura ležišta se smanjuje. Pregrijavanje se događa ljeti. Hlađenjem prostora akumulirana toplina se vraća natrag u ležište. Na taj se način spremnik djelomično regenerira, čime se produžuje radni vijek dizalice topline.
Slika 6. Prosječna temperatura ležišta tijekom jednogodišnjeg razdoblja za svih 12 scenarija
Slika 6 prikazuje prosječne temperature ležišta unutar jedne godine za svih 12 scenarija. Litološka svojstva slučaja C pokazuju najveće oscilacije temperature ležišta, dok su litološka svojstva slučaja B najkonstantnija.
Tijekom sezone grijanja glavni pokazatelj učinkovitosti dizalice topline je koeficijent učinkovitosti (engl. Coefficient of performance - COP). COP je mjera koja se koristi za procjenu učinkovitosti sustava dizalice topline. Predstavlja omjer željenog učinka (hlađenje ili grijanje) prema potrebnom unosu (obično u obliku električne energije). Što je veći COP, to je bolja učinkovitost dizalice topline. Na slici 7 prikazani su odnosi između COP-a i funkcije gustoće vjerojatnosti (engl. Probability Density Function - PDF) za svih 12 scenarija tijekom sezone grijanja. Za sva tri litološka slučaja, COP je orijentiran udesno, a pomiče se ulijevo (smanjuje se) smanjenjem broja BHE zbog potrebe za više energije za dobivanje željene količine topline iz manjeg broja BHE. Litološka svojstva slučaja B pokazala su se najboljima.
Slika 7. COP histogram tijekom sezone grijanja za svih 12 scenarija
Rezultati pokazuju da litološki uvjeti imaju značajan utjecaj na rad dizalice topline i mogu biti odlučujući čimbenik u određivanju strukture površinske opreme, uglavnom broja BHE i potrebnog kapaciteta dizalice topline i uređaja za pomoćno grijanje. Prijenos topline između ležišta i BHE pod znatnim je utjecajem konvekcije podzemne vode, a ta konvekcija ovisi o hidrauličkoj vodljivosti slojeva. Kretanje prosječne temperature ležišta ovisi o litologiji i broju bušotinskih izmjenjivača topline. COP se smanjuje sa smanjenjem broja BHE.
NOMENKLATURA
e energija kWh
P snaga kW
ϕ toplinski tok kW
INDEKSI
B baterija
BHE bušotinski izmjenjivač topline
curt ograničenje
dem potražnja
exp izvoz
HE grijač
HP toplinska pumpa
imp uvoz
PV solari
REFERENCE
Lebbihiat, N., Atia, A., Arıcı, M., Meneceur, N., Geothermal energy use in Algeria: A review on the current status compared to the worldwide, utilization opportunities and countermeasures, Journal of Cleaner Production, 302, 126950, 2021.
Chen, K., Zheng, J., Li, J., Shao, J., Zhang, Q., 2022. Numerical study on the heat performance of enhanced coaxial borehole heat exchanger and double U borehole heat exchanger, Applied Thermal Engineering, 203, 117916.
Benli, H., 2013. A performance comparison between a horizontal source and a vertical source heat pump systems for a greenhouse heating in the mild climate Elaziğ, Turkey, Applied Thermal Engineering, 50, 197-206.
Luo, J., Rohn, J., Xiang, W., Bertermann, D., Blum, P., 2016. A review of ground investigations for ground source heat pump (GSHP) systems, Energy & Buildings, 117, 160-175.
Amalia Lekić Brettschneider, mag. ing. petrol. je asistentica na Zavodu za naftno-plinsko inženjerstvo i energetiku na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu.
dr. sc. Luka Perković je izvanredni profesor na Zavodu za naftno-plinsko inženjerstvo i energetiku na Rudarsko-geološko-naftni fakultet Sveučilišta u Zagrebu.
Istraživanje podzemlja – distribucija geoloških karakteristika
Autor: Ana Kamenski, mag. geol.
Pravilna procjena raspodjele litološkog sastava u podzemlju jedan je od ključnih elemenata pri evaluaciji potencijala ugljikovodika nekog područja, kao i geotermalnog potencijala i mogućnosti geološkog skladištenja CO2. Prostorno definiranje distribucije litološkog sastava samo je jedan od koraka u karakterizaciji podzemlja.
Podaci dobiveni istraživanjem površinskih izdanaka i karakterizacijom podzemlja uvjetno su kompatibilni. Litološki sastav u međubušotinskom prostoru uobičajeno se procjenjuje na temelju podataka dobivenih iz okolnih bušotina primjenom ili konvencionalnog pristupa kartiranja litofacijesa [1], gdje interpretacija ovisi isključivo o iskustvu interpretatora, ili korištenjem matematičkih algoritama [2]. Takvi postupci imaju visoku dozu nesigurnosti u regionalnim istraživanjima gdje su bušotine međusobno vrlo udaljene i nepravilno raspoređene, te razmjerno manju nesigurnost u područjima s ležištima ugljikovodika gdje se nalazi veliki broj relativno blisko raspoređenih bušotina. Slijedeći trend tehnološkog razvoja potrebno je okrenuti se matematičkim i statističkim alatima kako bi se eliminirala subjektivnost pri tumačenju litologije, iako je opće razumijevanje geologije uvijek neprocjenjivo [3]. U svakom istraživanju podzemlja, jedan od najvažnijih zadataka je određivanje ključnih čimbenika — starosti, strukturnih odnosa i litologije [4]. Oni imaju vrlo velik utjecaj na znanstvene rezultate, kao i na ekonomske implikacije ako se rezultati primijene na bilo koju vrstu procjene resursa.
Svrha ovog istraživanja [5] bila je što objektivnije i realističnije analizirati podatke koristeći geostatistiku i geološka znanja. U tu svrhu odabrano je područje iscrpljenog naftnog polja (Slika 1) koje se nalazi unutar Dravske depresije, a koja pripada hrvatskom dijelu Panonskog bazena (sjeverna Hrvatska).
Slika 1 Panonski bazenski sustav i regionalna tektonika i geografija s označenim područjem Sjevernohrvatskog bazena te područje istraživanja s naznačenim lokacijama bušotina [6, 7, 8]
Ovaj je objekt odabran zbog dostupnih podataka za interpretaciju litologije u bušotinama i 3D seizmičke pokrivenosti potrebne za definiranje litološkog sastava u cijelom seizmičkom volumenu. Klastični panonski interval (engl. Clastic Pannonian Interval, CPI) odabran je za analizu (Slika 2, 3) budući da se litologija ove jedinice može generalizirati na tri klase—pješčenjake i lapore koji su prisutni kroz cijeli interval i ugljen koji se najčešće nalazi u vrhu intervala.
Slika 2 Shematski prikaz stratigrafije, litologije i glavnih tektonskih događaja u blizini područja istraživanja [9]
Slika 3 Kartiranje granica modela na klasičnim seizmičkim profilima [5]
Slika 4 Interpretirane i upscale-ane litološke kategorije unutar četiri bušotine [5]
U svrhu modeliranja litologije odabrani seizmički volumen analiziran je umjetnim neuronskim mrežama (engl. Artificial Neural Networks, ANN). Korištena su dva pristupa umjetnim neuronskim mrežama za promatranje utjecaja promjene vrste pristupa na predviđanje rezultata. Prvi pristup (DAANN) koristio je veliki broj različitih arhitektura mreža, s obzirom na različit broj neurona u skrivenom sloju i različite aktivacijske funkcije. Drugi pristup (SAANN) koristio je istu arhitektonsku mrežu, ali s drugačijom distribucijom slučajeva unutar skupova podataka za obuku, testiranje i odabir, te s različitim polazištem (slučajem) za analizu. Od ukupno 1000 slučajeva svakog pristupa, izdvojeno je 100 realizacija iz kojih su proračunate vjerojatnosti realizacije određene litološke kategorije od 50%, 75% i 90%. Potom je indikatorskim krigingom generiranino šest modela (Slika 5).
Slika 5 Litološki modeli izvedeni indikatorskim krigingom na litološkim ćelijama nakon upscale procesa [5]
Teoretski, podaci veće točnosti trebali bi rezultirati točnijim rezultatom. Međutim, geološki najrealniji rezultat dobiven je iz podataka s točnošću predviđanja od 50%. U rezultatima s većom preciznošću, litologija pješčenjaka bila je nerealno prenaglašena kao rezultat upscale procesa, varijacije i statističke analize. S obzirom da se većina do sada otkrivenih ležišta ugljikovodika nalazi u klastičnim sedimentima, metodologija razvijena ovim istraživanjem predstavlja jedan od mogućih načina određivanja litologije u podzemlju koji može dovesti do novih otkrića ne samo na istraživanom području, već i u ostalim sedimentnim bazenima. Predstavljena istraživanja mogu se koristiti u svim istraživanjima podzemlja vezanim uz geoenergiju, uključujući istraživanja ugljikovodika i geotermalne energije, te karakterizaciju podzemlja za potencijal skladištenja CO2 i podzemnog potencijala skladištenja energije.
Reference:
[1]. Forgotson, J.M.: Review and classification of quantitative mapping techniques. Am. Assoc. Pet. Geol. Bull. 44, 83–100 (1960).
[2]. Feng, R., Luthi, S.M., Gisolf, D., Angerer, E.: Reservoir lithology classification based on seismic inversion results by Hidden Markov Models: applying prior geological information. Mar. Pet. Geol. 93, 218–229 (2018). https ://doi.org/10.1016/j.marpe tgeo.2018.03.004.
[3]. Hohn, M.E.: Geostatistics and Petroleum Geology. Springer, Dordrecht (1999).
[4]. Selley, R.C., Sonnenberg, S.A.: Methods of Exploration. Elements of Petroleum Geology, pp. 41–152. Elsevier, New York (2015).
[5]. Kamenski, A.; Cvetković, M.; Kolenković Močilac, I.; Saftić, B. (2020): Lithology prediction in the subsurface by artifcial neural networks on well and 3D seismic data in clastic sediments: a stochastic approach to a deterministic method // GEM - International journal on geomathematics, 11, 8; 1-24 doi:10.1007/s13137-020-0145-3.
[6]. Cvetković, M., Matoš, B., Rukavina, D., Kolenković Močilac, I., Saftić, B., Baketarić, T., Baketarić, M., Vuić, I., Stopar, A., Jarić, A., Paškov, T.: Geoenergy potential of the Croatian part of Pannonian Basin: insights from the reconstruction of the pre-Neogene basement unconformity. J. Maps. 15, 651–661 (2019). doi:10.1080/17445647.2019.1645052
[7]. Dolton, G.L.: Pannonian Basin Province, Central Europe (Province 4808)—Petroleum Geology, Total Petroleum Systems, and Petroleum Resource Assessment. (2006)
[8]. Schmid, S.M., Bernoulli, D., Fügenschuh, B., Matenco, L., Schefer, S., Schuster, R., Tischler, M., Ustaszewski, K.: The Alpine-Carpathian-Dinaridic orogenic system: Correlation and evolution of tectonic units. Swiss J. Geosci. 101, 139–183 (2008). doi:10.1007/s00015-008-1247-3
[9]. Malvić, T., Cvetković, M.: Lithostratigraphic units in the Drava Depression (Croatian and Hungarian parts) – a correlation. Nafta. 63, 27–33 (2013)
Ana Kamenski, mag. geol., doktorandica/stipendistica Rudarsko-geološko-naftnog fakuleta te stručna suradnica na Zavodu za geologiju Hrvatskoga geološkog instituta. Doktorski studij Primijenjenih geoznanosti, rudarskog i naftnog inženjerstva na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu upisala je u prosincu 2018. godine s temom pod naslovom Improvement of the deep-geological characterization in the eastern area of the Drava Depression – spatial prediction of lithological properties based on seismic and well data.
Podrijetlo, ponašanje i modeliranje transporta nitrata u varaždinskom vodonosniku
Igor Karlović, mag. ing. geol.
Tijekom posljednjih desetljeća visoke koncentracije nitrata u varaždinskom aluvijalnom vodonosniku izazvale su zabrinutost javnosti u pogledu kakvoće podzemnih voda. Vodonosnik je glavni izvor pitke vode za lokalno stanovništvo u Varaždinskoj županiji u sjeverozapadnoj Hrvatskoj. Štoviše, po svojim hidrogeološkim značajkama spada u strateške zalihe podzemnih voda u Hrvatskoj. Radi boljeg razumijevanja raspodjele nitrata u podzemnoj vodi i formuliranja odgovarajućih strategija upravljanja za zaštitu kakvoće podzemne vode, neophodno je istražiti podrijetlo, ponašanje i transport nitrata unutar varaždinskog vodonosnika. Pojednostavljeno, nitrati nastaju procesom nitrifikacije i nestaju procesom denitrifikacije. Postoje i drugi procesi transformacije dušika, ali spomenuta dva su glavna i najbolje istražena. U istraživanju provedenom u okviru projekta TRANITAL (Podrijetlo, ponašanje i modeliranje transporta nitrata u varaždinskom aluvijalnom vodonosniku) korištena je kombinacija hidrauličkih, geokemijskih, izotopnih, mikrobioloških i statističkih metoda te modeliranja, što je rezultiralo brojnim saznanjima o aluvijalnom vodonosniku, njegovoj interakciji s površinskim vodama i oborinama te ponašanju nitrata unutar vodonosnika. Aluvijalni vodonosnik je sastavljen od šljunka i pijeska sa promjenjivim udjelima praha i gline. Sastoji se od tri sloja: gornji vodonosnik, polupropusni proslojak, i donji vodonosnik (Slika 1).
Slika 1 Trodimenzionalni model varaždinskog vodonosnika (Karlović i dr., 2022a)
Uzorci podzemne i površinske vode te oborine (Figure 2) su prikupljani su na mjesečnoj bazi tijekom četverogodišnjeg razdoblja (od lipnja 2017. do lipnja 2021. godine) za hidrokemijske analize i analize stabilnih izotopa kisika i vodika iz vode. Hidrokemijske analize uzoraka podzemne vode ukazale su na glavne procese koji utječu na kemizam podzemnih voda: otapanje i taloženje karbonatnih minerala, trošenje silikata, kationska izmjena, transformacija organske tvari te antropogeni utjecaj. Hidrokemijski podaci upućuju da bi nitrati u podzemnim vodama mogli biti povezani s korištenjem prirodnog organskog i umjetnog anorganskog gnojiva u poljoprivrednoj proizvodnji te s otpadnim vodama. Rezultati stabilnih izotopa vode upućuju da oborine obnavljaju podzemne i površinske vode (Slika 3).
Slika 2 Opažačka mreža s točkama uzorkovanja podzemnih i površinskih voda te oborine
Slika 3 Odnos između δ2H i δ18O u podzemnim i površinskim vodama (izmijenjeno prema Karlović i dr., 2022b)
Slika 4 Karta ekvipotencijala (izmijenjeno prema Karlović i dr., 2021)
Podrijetlo nitrata istraživano je kombinacijom analiza dvostrukog izotopa nitrata (δ15N i δ18O u nitratu), kemijskih i bakterijskih podataka te modela miješanja izotopa. Rezultati su pokazali da su organska gnojiva glavni izvor nitrata u poljoprivrednim, otpadne vode u urbanim te organski dušik iz tla u prirodnim područjima. Nitrifikacija je identificirana kao glavni proces transformacije dušika, dok se denitrifikacija može dogoditi lokalno, ali nema značajan utjecaj u regionalnom mjerilu. Kalibrirani model tečenja podzemne voda i transporta nitrata korišten je za simulaciju koncentracija nitrata u podzemnoj vodi u sljedećih 20 godina (Slika 5). Simulacije modela predviđaju nastavak silaznog trenda koncentracija nitrata u središnjem dijelu i stabilno niske koncentracije nitrata u sjevernom dijelu istraživanog područja. Rezultati modeliranja pokazali su da je upravljanje poljoprivrednim aktivnostima najučinkovitiji pristup postupnom smanjenju onečišćenja nitratima u varaždinskom vodonosniku, ali su potrebna desetljeća da koncentracije nitrata u podzemnim vodama reagiraju na promjene u unosu dušika s površine.
Slika 5 Raspodjela nitrata u 2020. godini i simulirana raspodjela nitrata u 2040. godini
Reference:
Karlović, I., Marković, T., Vujnović, T., Larva, O. (2021): Development of a Hydrogeological Conceptual Model of the Varaždin Alluvial Aquifer. Hydrology, 8, 19, 13. doi:10.3390/hydrology8010019
Karlović, I., Posavec, K., Larva, O., Marković, T. (2022a): Numerical groundwater flow and nitrate transport assessment in alluvial aquifer of Varaždin region, NW Croatia. Journal of Hydrology: Regional Studies, 41(3):101084. doi: 10.1016/j.ejrh.2022.101084
Karlović, I., Marković, T., Vujnović, T. (2022b): The groundwater recharge estimation using multi component analysis: case study at the NW edge of the Varaždin alluvial aquifer, Croatia. Water. 14, 42. doi: 10.3390/w14010042
Marković, T., Karlović, I., Perčec Tadić, M., Larva, O. (2020): Application of Stable Water Isotopes to Improve Conceptual Model of Alluvial Aquifer in the Varaždin Area. Water, 12, 2; 1-13. doi:10.3390/w12020379
Igor Karlović, mag. ing. geol. je asistent na Zavodu za hidrogeologiju i inženjersku geologiju na Hrvatskom geološkom institutu. Doktorski studij Primijenjenih geoznanosti, rudarskog i naftnog inženjerstva na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu upisao je 2018. godine s temom pod naslovom Origin, fate and transport modelling of nitrate in the Varaždin aquifer.
Ocjena utjecaja saturacije bentonita na tlak bubrenja, sigurnosti i uporabivosti u odlagalištu istrošenog nuklearnog goriva i visokoradioaktivnog otpada
Autor: Galla Uroić, mag.ing.min.
Zbrinjavanje istrošenog nuklearnog goriva (ING) i visokoradioaktivnog otpada (VRAO) jedan je od najtežih inženjerskih zadataka, čemu u prilog govori činjenica kako niti nakon sedamdeset godina nastajanja ovih materijala još uvijek ne postoji niti jedno aktivno odlagalište u svijetu u kojem bi se ING i VRAO trajno zbrinjavali. Postoji više problema vezanih uz izgradnju dubokog geološkog odlagališta ING i VRAO (Uroić et al., 2022), kao na primjer:
Odlagalište mora biti izgrađeno na dubini od 500 do 1000 m u slabopropusnoj stijeni domaćinu u reduktivnim uvjetima.
Odlagalište se projektira na 10 000 godina (VRAO) do 100 000 godina (ING), dok neke države (npr. SAD) zahtijevaju da se izgradi odlagalište koje bi garantiralo sigurnost odloženog materijala u periodu od 1 000 000 godina.
Kako bi se gornji uvjet zadovoljio nužno je pronaći geološku sredinu koja će biti stabilna barem dvostruko duže od vremena određenog kao trajnost odlagališta kako bi bili sigurni da radionuklidi neće doći do biote i ugroziti ju.
Republika Hrvatska ima obvezu zbrinuti polovinu ING-a iz nukearne elektrane Krško koja se nalazi u Republici Sloveniji, ali prema međudržavnim ugovorima planira se izgraditi jedno odlagalište za ukupnu količinu ING-a na teritoriju jedne od država.
Jedan od specifičnih problema vezanih uz izgradnju odlagališta je određivanje tipa materijala za izradu inženjerskih barijera – zaštitnih materijala koji će osigurati zadržavanje radionuklida u odlagalištu tijekom traženog perioda. Obzirom na geologiju RS i RH vjerojatno je kako će odlagalište biti izgrađeno u magmatskim (kristaliničnim) stijenama te da će kao koncept za odlaganje biti primijenjen KBS-3V (Slika 1). Prema predviđenom tipu stijene domaćina i konceptu odlaganja, može se zaključiti kako će osnovni materijal za izradu inženjerskih barijera biti bentonitna glina.
Slika 1: Švedski koncepti odlaganja istrošenog nuklearnog goriva: KBS-3V (lijevo) i KBS-3H (desno) (Savage, 2012).
Istraživanja koja se provode u svrhu izrade disertacije uključuju određivanja karakteristika bentonitnih glina kakve će se koristiti u izgradnji inženjerskih barijera na budućem odlagalištu. Kako bi se odredilo ponašanje inženjerskih barijera u stijeni domaćinu, nužno je utvrditi proces saturacije (vlaženja) ugrađene bentonitne gline, intenzitet njenog bubrenja i iznose tlakova koji će nastati njenim bubrenjem, a prenosit će se na stijenu i spremnike s ING-om. Većina ispitivanja provest će se u Geomehaničkom laboratoriju na Rudarsko-geološko-naftnom Fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Navedena istraživanja trebaju uključiti: istraživanje brzine saturacije bentonita obzirom na način pripreme te ispitivanja razvoja tlaka bubrenja bentonita i njegov utjecaj na kvalitetu brtvenog sloja/barijere. No prije provođenja tih istraživanja, nužno je odrediti osnovna svojstva i karakteristike bentonitne gline, što uključuje ispitivanja iznesena u Tablici 1.
Vrsta ispitivanja
Metoda
Određivanje vlažnosti tla
ASTM D 2216
Određivanje gustoće čvrstih čestica tla pomoću piknometra
ASTM D 854
Određivanje granulometrijskog sastava tla
ASTM D 422
Određivanje Atterbergovih granica
BS 1377
Ispitivanje svojstava tla pri jednodimenzionalnoj konsolidaciji (edometar)
ASTM D 2435
Određivanje jednoosne tlačne čvrstoće tla
BS 1377
Određivanje posmične čvrstoće tla uređajem za izravni posmik
ASTM D 3080
Određivanje nedrenirane posmične čvrstoće tla pri troosnom posmiku bez mjerenja pornog tlaka
BS 1377
Određivanje posmične čvrstoće tla pri konsolidiranom nedreniranom troosnom posmiku s mjerenjem pornog tlaka
BS 1377
Određivanje posmične čvrstoće tla pri konsolidiranom dreniranom troosnom posmiku s mjerenjem promjene volumena
BS 1377
Određivanje propusnosti koherentnih tala i bentonitnih tepiha pomoću troosne ćelije
ASTM D 5084
Određivanje indeksa slobodnog bubrenja
ASTM D 5890
Određivanje sposobnosti adsorpcije vode
DIN 18132
Određivanje indeksa gubitka fluida
ASTM D 5891
Tablica 1: Određivanje osnovnih svojstva i karakteristika bentonitne gline.
Određivanje propusnosti koherentnih tala i bentonitnih tepiha pomoću troosne ćelije prikazano je na Slici 2.
Slika 2: Određivanje propusnosti bentonitne gline.
Također, u svrhu određivanja svojstava materijala za izradu inženjerskih barijera provode si i ispitivanja svojstava bentonitne gline u Laboratoriju za geološke materijale na Rudarsko-geološko-naftnom Fakultetu Sveučilišta u Zagrebu, a koja uključuju:
RTG difrakciju na originalnim uzorcima (Slika 3 a i b)
HT-RTG – in-situ snimanje reakcije materijala na zagrijavanje
XRF – za određivanje kemijskog sastava
IC – topivih soli
CEC pomoću amonijevog acetata za određivanje oslobođenih iona
FTIR za određivanje kemizma fine frakcije
Određivanje površine pomoću metilenskog plavila
Granulometrijsku analizu pomoću laserske difrakcije
Ostala osnovna ispitivanja materijal uključit će određivanje zeta potencijala, elektronsku mikroskopiju i diferencijalnu termalnu analizu.
(a) (b)
Slika 3: Priprema uzorka za RTG difrakciju (a) i uređaj za mjerenje (b).
Sva ispitivanja i njihovi rezultati provjerit će se na numeričkim modelima i simulacijama provedenim u programskom paketu Geostudio i Plaxis, na kojima su već provedena prethodna modeliranja (Slika 4). Rezultati istraživanja usporedit će se s istraživanjima prirodnih analoga: bentonitima u prirodi i njihovim režimima bubrenja.
(a) (b)
Slika 4: Numerički modeli raspodjele naprezanja u presjeku odlagališta ING izrađeni u programu Plaxis (a) i Geostudio (b) (Veinović et al., 2022).
Istraživanjima će se definirati brzina saturacije bentonita u zaštitnim slojevima dubokog geološkog odlagališta VRAO ili ING te potencijalna dubina saturacije, odredit će se odnos saturacije bentonita s učinkovitošću bentonitne barijere obzirom na propusnost i definirat će se odnos tlaka bubrenja bentonita na strukturu zaštitnih slojeva izrađenih od bentonitne gline i sustav stijena bentonit-spremnik.
Odnos rezultata istraživanja i istraživanja provedenim na prirodnim analozima poslužit će razvoju sigurnosne studije te olakšati komunikaciju s dionicima.
Reference:
Savage, D., Arthur, R. 2012. Exchangeability of bentonite buffer and backfill materials. STUK. Helsinki.
Uroić, G., Veinović, Ž. & Alexander, W. R. (2022): KBS-3V And Axial Canister Emplacement Of SNF - Comparison Of Disposal Concepts. Proceedings of 13th International Conference of the Croatian Nuclear Society, Zadar, Hrvatska, 2022. str. 115-1
Veinović, Ž., Vučenović, H., Uroić, G. & Rapić, A (2022): Numerical models of the deep geological repository for the spent nuclear fuel // Mathematical methods and terminology in geology 2022. Malvić, Tomislav ; Ivšinović, Josip (ur.). Zagreb: Rudarsko-geološko-naftni fakultet, 2022. str. 21-33
Galla Uroić, mag. ing. min. je doktorandica na Zavodu za rudarstvo i geotehniku na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorski studij Primjenjenih geoznanosti, rudarskog i naftnog inženjerstva upisala je 2020. godine.
Autor: izv.prof.dr.sc. Martin Krkač, dipl.ing.geol.
Klizanje predstavlja gibanje stijena ili tla niz padinu (Cruden, 1991). Klizanje ima značajnu ulogu u oblikovanju krajolika (Crozier, 2010), a pojava koja nastaje klizanjem naziva se klizište. Klizišta mogu nastati u različitim vrstama materijala, mogu imati različite mehanizme i brzine gibanja te različita stanja aktivnosti (Cruden i Varnes, 1996; Hungr i dr., 2014). Poznavanje kinematike klizanja omogućava razumijevanje sila koje uzrokuju gibanje, promjene u stanju naprezanja, mehanička svojstva materijala te predviđanje gibanja klizišta u budućnosti (Schulz i dr., 2017). Razumijevanje kinematike nužno je i kod sporih klizišta, budući da ona ponekad mogu značajno ubrzati, rezultirajući velikom materijalnom štetom i ljudskim žrtvama (Lacroix i dr., 2020), što je vrlo važno pri upravljanju u hitnim situacijama. Jedan od najvažnijih alata za razumijevanje kinematike je praćenje, odnosno monitoring klizišta (Angeli i dr., 2000). Jedno od klizišta koje prate znanstvenici s Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta, odnosno s Katedre za inženjersku geologiju, je klizište Kostanjek, najveće klizište u Republici Hrvatskoj. Površina ovog klizišta iznosi oko 1 km2, što je otprilike 1000 puta veća površina od prosječne površine (730 m2) klizišta u Gradu Zagrebu (Bernat Gazibara i dr., 2019). Materijali u klizanju obuhvaćaju naslage sarmata te donjeg i gornjeg panona, koje se uglavnom sastoje lapora niske do vrlo niske čvrstoće. Klizište je aktivirano 1964. godine, kao posljedica iskapanja materijala u otvorenom kopu lapora koji je pripadao tvornici cementa 'Sloboda' (Stanić i Nonveiller, 1996).
Opservatorij za praćenje klizišta Kostanjek (slika 1) Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta uspostavljen je u okviru hrvatsko-japanskog SATREPS projekta 'Identifikacija rizika i planiranje korištenja zemljišta za ublažavanje posljedica klizanja i poplava u Hrvatskoj' u razdoblju od 2009. do 2014. godine. Svrha uspostavljenog opservatorija zaštita stanovništva od štetnih posljedica klizanja (na području klizišta se nalazi oko 300 stambenih i gospodarskih građevina), znanstveno i praktično istraživanje klizišta te edukacija. Zaštita stanovnika od posljedica klizanja vrši se kroz kontinuirano praćenje gibanja i uzroka gibanja te kroz razvoj sustava za rano upozoravanje od klizanja koji uključuje: 1) empirijsko definiranje graničnih vrijednosti brzina klizanja, količina oborine i razina podzemnih voda te definiranje različitih stupnjeva opasnosti; 2) razvoj statističkih modela za predviđanje brzina gibanja na temelju izmjerenih podataka o gibanju i uzrocima gibanja. Znanstvena aktivnost na opservatoriju provodi se u obliku mnogobrojnih projekta, od kojih je u tijeku projekt PRI-MJER ('Primijenjena istraživanja klizišta za razvoj mjera ublažavanja i prevencije rizika'), u okviru 'Sheme za jačanje primijenjenih istraživanja za mjere prilagodbe klimatskim promjenama', financiran iz Europskog fonda za regionalni razvoj (KK.05.1.1.02.0020) i sufinanciran od Fonda za zaštitu okoliša i energetsku učinkovitost (https://pri-mjer.hr/). Edukacija studenata u okviru opservatorija provodi se za studente diplomskog studija Rudarstva (smjer Geotehnika) i studente diplomskog studija Geološkog inženjerstva (smjer Hidrogeologija i inženjerska geologija).
Slika 1 Središnja mjerna postaja Opservatorija za praćenje klizišta Kostanjek. U prvom planu se nalazi GNSS antena.
Praćenje klizišta Kostanjek provodi se s preko 25 senzora (Krkač et al., 2019) koji mjere: 1) vanjske uzroke klizanje (meteorološka stanica i kišomjer); 2) hidrogeološke parametre (uređaji za mjerenje razine podzemne vode i pornog tlaka); te 3) uređaji za mjerenje gibanja. Svi uređaji mjere u gotovo realnom vremenu, a izmjereni podaci se prenose internetskom vezom na RGN fakultet. Gibanje klizišta Kostanjek mjeri se sa 15 GNSS (Global Navigation Satellite System) senzora. GNSS predstavlja sustav satelita i zemaljskih stanica koji služi za precizno pozicioniranje na Zemlji. Sateliti kruže oko Zemlje dva puta dnevno u vrlo precizno određenim orbitama i kontinuirano odašilju signale s informacijom o vremenu odašiljanja signala i o svojoj poziciji u trenutku odašiljanja signala. Zemaljske stanice koje se sastoje od antena i prijemnika primaju satelitske signale te na temelju razlike u vremenu odašiljanja i primanja signala određuju udaljenost satelita. Na temelju određenih udaljenosti između antene i minimalno četiri satelita, te položaja tih satelita, prijemnici precizno računaju poziciju na Zemlji. GNSS prijemnici koriste signale GPS i GLONASS satelita, a sustav funkcionira kontinuirano 24 sata dnevno, u različitim vremenskim uvjetima, te ne zahtijeva optičku vidljivost između mjernih senzora (Ghiliani i Wolf, 2012). Preciznost 24 sata post-procesiranih GNSS podatka s klizišta Kostanjek iznosi 3.2-4.6 mm u horizontalnoj ravnini i 6.1-10.5 mm vertikalno (Krkač i dr., 2017). Od početka praćenja (2013.) svi GNSS senzori izmjerili su statistički značajan pomak (slika 2), osim GNSS-a 01, koji se nalazi izvan granice klizišta. Maksimalan zabilježeni horizontalni kumulativni pomak iznosio je 65 cm, a maksimalni vertikalni +42 cm. Od 2013. godine, zabilježeno je ukupno osam razdoblja bržeg gibanja (slika 2), tijekom kojih se dogodio preko 90% ukupnog pomaka klizišta Kostanjek. Maksimalna zabilježena brzina gibnja iznosila je 4,5 mm/dan, a dogodila se je u prvom tjednu travnja 2013. godine. Najveće brzine izmjerene su u središnjem dijelu klizišta (slika 3).
Slika 2 Kumulativni horizontalni pomaci klizišta Kostanjek izmjereni GNSS senzorima u razdoblju 2013.-2019. Siva područja označavaju razdoblja bržeg gibanja (Krkač i dr., 2020a).
Slika 3 Prostorna raspodjela prosječnih godišnjih brzina gibnja klizišta Kostanjek, i ukupni vektori horizontalnih pomaka (Krkač i dr., 2020a).
Općenito razdoblja većih brzina klizišta Kostanjek događaju se tijekom razdoblja porasta i visokih razina podzemnih voda (slika 4), a koja nastaju kao posljedica intenzivnih oborina i otapanja snijega. Podaci pokazuju da oscilacije podzemne vode na središnjem dijelu klizišta iznose između 19 i 10,5 metara dubine, što odgovara promjeni pornog tlaka na razini klizne plohe u iznosu od 425 do 510 kPa. Oborine koje uzrokuju podzemne vode ovise o godišnjem dobu, a iznose od 20 mm tijekom vlažnih zimskih razdoblja do 180 mm tijekom proljetnih i jesenskih mjeseci. Tijekom ljetnih mjeseci, zbog izražene evapotranspiracije i površinskog otjecanja, nisu zabilježeni porasti razina podzemne vode koji bi utjecali na pomake klizišta. Godine 2013. i 2014. godina, kada su i nastali najveći pomaci klizišta Kostanjek, mogu se smatrati izrazito vlažnima, s 1092 mm i 1234 mm godišnje (godišnji prosjek za Grad Zagreb iznosi 889 mm). Također, tijekom spomenutog razdoblja od dvije godine dogodilo se je i nekoliko ekstrema pa je najveća dnevna oborina (55.2 mm) zabilježena je u veljači 2013. godine, a najviša mjesečna oborina (208 mm) u rujnu 2014. godine. Jedni od značajnijih pokretača klizanja su i potresi pa su tako Zagrebački potres, magnitude 5,5 (22.3.2020.), i potres kod Petrinje, magnitude 6,4 (29.12.2020.), uzrokovali pomake klizišta Kostanjek u iznosu po 1 cm.
Slika 4 Kumulativni horizontalni pomaci, dubine do podzemne vode izmjereni na središnjem dijelu klizišta Kostanjek i 3-dnevne oborine izmjerene na meteorološkoj postaji Zagreb-Grič (Krkač i dr., 2020b).
Reference:
Angeli M.-G., Pasuto A., Silvano S. (2000): A critical review of landslide monitoring experiences. Engineering Geology, 55, 3, 133-147. https://doi.org/10.1016/S0013-7952 (99)00122-2.
Bernat Gazibara S., Krkač M., Mihalić Arbanas S. (2019): Verification of historical landslide inventory maps for the Podsljeme area in the City of Zagreb using LiDAR-based landslide inventory. The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin, 34, 1, 45-58. DOI: 10.17794/rgn.2019.1.5
Cruden D.M. (1991): A simple definition of a landslide. Bulletin of the International Association of Engineering Geology, 43, 27-29. doi:10.1007/BF02590167
Cruden D.M., Varnes D.J. (1996): Landslide types and processes. In: Turner, A.K., Schuster, R.L. (eds.): Landslides, Investigation and Mitigation. Transportation Research Board, Special Report 247, Washington D.C., USA, 36–75, 673 p.
Ghiliani C.D., Wolf P.R. (2012): Elementary Surveying: An Introduction to Geomatics (Thirteenth Edition). Pearson Education, Inc., New Jersey. 984 p.
Hungr O., Leroueil S., Picarelli L. (2014): The Varnes classification of landslide types, an update. Landslides, 11, 2, 167–194. https://doi.org/10.1007/s10346-013-0436-y
Krkač M., Špoljarić D., Bernat S., Mihalić Arbanas S. (2017): Method for prediction of landslide movements based on random forests. Landslides, 14, 3, 947–960. https://doi.org/10.1007/s10346-016-0761-z
Krkač M., Bernat Gazibara, S., Sečanj, M., Arbanas, Ž., Mihalić Arbanas, S. (2019): Continuous monitoring of the Kostanjek landslide. Proceedings of the 4th Regional Symposium on Landslides in the Adriatic-Balkan Region. Sarajevo: Geotechnical Society of Bosnia and Herzegovina, 43-48
Krkač M., Bernat Gazibara S., Sečanj M., Sinčić M., Mihalić Arbanas S. (2020a): Kinematic model of the slow-moving Kostanjek landslide in Zagreb, Croatia. Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 36/2, 59-68. doi:10.17794/rgn.2021.2.6
Krkač M., Bernat Gazibara S., Arbanas Ž., Sečanj M., Mihalić Arbanas S. (2020b): A comparative study of random forests and multiple linear regression in the prediction of landslide velocity. Landslides, 2515–2531. https://doi.org/10.1007/ s10346-020-01476-6
Lacroix P., Handwerger A.L., Grégory G. (2020): Life and death of slow-moving landslides. Nature Reviews Earth & Environment, 1, 404–419. https://doi.org/10.1038/s43017-020-0072-8
Schulz W.H., Coe J.A., Ricci P.P., Smoczyk G.M., Shurtleff B.L., Panosky J. (2017): Landslide kinematics and their potential controls from hourly to decadal timescales: Insights from integrating ground-based InSAR measurements with structural maps and long-term monitoring data. Geomorphology, 285, 121-136. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2017.02.011.
Stanić B., Nonveiller E. (1996): The Kostanjek landslide in Zagreb. Engineering Geology, 42, 269-283.
Martin Krkač, dipl. ing. geol. je izvanredni profesor na Zavodu za geologiju i geološko inženjerstvo na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Član je Hrvatske grupe za klizišta, a područje znanstvenog istraživanja vezano mu je uz monitoring klizišta i daljinska istraživanja. Sudjelovao je u izradi više od 40 inženjerskogeoloških/ geotehničkih elaborata u okviru istraživanja i sanacije klizišta. Autor je više od 70 znanstvenih radova u međunarodnim časopisima, knjigama, zbornicima skupova.
U području sjeverozapadne Hrvatske, u gorskim i planinskim područjima, na površini i u dubljim geološkim strukturama, velike volumene zauzimaju karbonatne stijene gornjotrijaske starosti. Najčešće su to dolomiti, relativno male primarne, no značajne sekundarne poroznosti. Ovisno o njihovom strukturnom položaju i dubini na kojoj se nalaze, regionalno su prepoznate kao neprepoznatljiviji geotermalni vodonosnici te značajni vodonosnici pitke podzemne vode (npr. Sv. Jana se puni iz ovih vodonosnika). U istraživanom području Žumberka, gornjotrijaski dolomiti su najzastupljeniji u geološkoj građi površine i podzemlja. Veliki udio u površinskoj geološkoj građi omogućuje proučavanje značajki gornjotrijaskih dolomita na izdancima u različitim strukturnim položajima.
Za opisivanje te procjenu taložne i dijagenetske poroznosti izrađeni su mikroskopski preparati koji su impregnirano smolom (slika 1) te su provođena mjerenja mjerena metodom uronjene mase (slika 2) u Laboratoriju za mehaniku stijena na RGN fakultetu. Analiza pukotinske poroznosti provedena je dvodimenzionalnim i trodimenzionalnim metodama.
Slika 1. Postupak izrade impregniranih preparata. A) Ispiljene pločice; B) Uzorci uronjeni u „smolu“ i stavljeni u vakumsku pumpu; C i D) pločice impregnirane sa „smolom“ prije brušenja na debljinu od 0,3 mm (autor fotografija D. Galović).
Slika 2. A i B) Fotografije ispiljenih uzoraka pravilnog oblika valjka; C i D) uzorci pravilnih i nepravilnih oblika za vrijeme saturacije vodom.
Dvodimenzionalne metode predstavljaju analize fotografija pukotinskog sklopa te određivanje niza parametara koji utječu na prostornu raspodjelu pukotina (slika 3, 4 i 5). Određeni su parametri: fraktalne dimenzije pukotinskog sklopa i svakog seta zasebno, histogrami duljina pukotina, gustoće (P20) i intenziteti (P21) pukotinskog sklopa, volumetrijski broj pukotina (Jv odnosno P30), odnos visine i duljine pukotina te 2D poroznosti pukotinskog sklopa (P22). Trodimenzionalna metoda predstavljena je izradom DFN modela (engl. „Discrete Fracture Network“) pukotinskih sustava (slika 6).
Slika 3. Prikaz trodimenzionalnog fraktalnog modela fragmentacije. A) Teoretski model i B) Pukotinska poroznost u gornjotrijaskim dolomitima Žumberka.
Jedna od pretpostavljenih hipoteza je da pukotinski sustavi gornjotrijaskih dolomita Žumberka imaju fraktalna svojstva te se njihova raspodjela u prostoru može opisati fraktalnom dimenzijom i „power-law“ raspodjelom (La Pointe, 1988; Bonnet et al., 2001; Davy et al., 2006, 2010; Roy et al., 2007; Verbovšek, 2009; Liu et al., 2015; Pavičić et al., 2017). Rezultati fraktalne analize i definiranje prostorne raspodjele pukotina jedan su od ulaznih podataka DFN-a. Fraktalna dimenzija predstavlja mjeru kojom pukotine ispunjavaju prostor, te omogućuje procjenu raspodjele poroznosti u dubokim strukturama.
Slika 4. A) fotografija izdanka; B) digitalizirane fotografije izdanka; C) binarna fotografija (terenska točka FRA-2, IMG_1705).
Slika 5. A) Karta intenziteta; B) karta gustoća; C) položaj i veličine „scan circle“-a korištenih za procjene gustoće i intenziteta.
Identificirano je pet faza dijageneze gornjotrijaskih dolomita koja se odvijala u marinskom, vadoznom, meteorskom i mjestimično dubinskom okolišu. Mjestimično i u nekim facijesima neke faze dijageneze izostaju ovisno o facijesu i dinamici paleookoliša. Mikrofacijesi stromatolitnih dolomita imaju najveću taložnu i/ili dijagenetsku poroznost i to u intervalu od 0,35 % do 2 %.
Slika 6. 3D model pukotinskog sklopa, pojedinih pukotinskih setova formacije Glavni dolomit.
Provedenim istraživanjem postignut je detaljan uvid u tipove poroznosti žumberačkih gornjotrijaskih dolomita, njihov nastanak, razvoj i prostornu raspodjelu, te iznose pojedinog tipa poroznosti kao i značaj za tok fluida (slika 7). Poroznost je podijeljena prema genezi na taložnu, dijagenetsku i pukotinsku odnosno tektonsku.
Slika 7. Zajednički prikaz svih tipova poroznosti s određenim iznosima (%).
Pukotinska poroznost analizirana je i kvantificirana 2D i 3D metodama. 2D poroznost (P22) se kreće se u rasponu od 2,84 % do 8,99 % sa srednjom vrijednosti od oko 5,7 % (slika 9). 3D analiza pukotinske poroznosti obuhvaća izrade DFN modela za sve formacije te osrednje vrijednosti tih formacija za jedinicu T3 dolomiti. Pukotinska poroznost kompletnog vodonosnika je u intervalu od 0 – 19 % (srednja vrijednost za asimetričnu raspodjelu, „mean“ = 5 %). Usporedbom rezultata poroznosti 2D i 3D analize odnosno P22 (srednja vrijednost 5,7 %) i P33 (srednja vrijednost odnosno „mean“ = 5 % za jedinicu T3) dokazuje se da je detaljna 2D analiza pukotinskog sustava gotovo jednako vjerodostojna kao i 3D. Ovi rezultati predstavljaju osnovne ulazne podatke za daljnje hidrogeološke ili geotermalne modele
Slika 8. Geocellular volumen formacije Glavni dolomit s izračunatim poroznosti.
Reference:
La Pointe, P.R. (1988): A method to characterize fracture density and connectivity through fractal geometry. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and 25, 421–429. https://doi.org/10.1016/0148-9062(88)90982-5
Bonnet, E., Bour, O., Odling, N.E., Davy, P., Main, I., Cowie, P., Berkowitz, B. (2001): Scaling of fracture systems in geological media. Reviews of Geophysics 39, 347–383. https://doi.org/10.1029/1999RG000074
Davy, P., Bour, O., De Dreuzy, J.-R., Darcel, C. (2006): Flow in multiscale fractal fracture networks. Geological Society, London, Special Publications 261, 31–45. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.2006.261.01.03
Liu, R., Jiang, Y., Li, B., Wang, X. (2015): A fractal model for characterizing fluid flow in fractured rock masses based on randomly distributed rock fracture networks. Computers and Geotechnics 65, 45–55. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2014.11.004
Pavičić, I., Dragičević, I., Vlahović, T., Grgasović, T. (2017): Fractal analysis of fracture systems in upper triassic dolomites in Žumberak Mountain, Croatia. Rudarsko Geolosko Naftni Zbornik 32, 1–13. https://doi.org/10.1177/rgn.2017.3.1
Roy, A., Perfect, E., Dunne, W.M., McKay, L.D. (2007): Fractal characterization of fracture networks: An improved box-counting technique. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 112, 1–9. https://doi.org/10.1029/2006JB004582
Verbovšek, T. (2009): Extrapolation of fractal dimensions of natural fracture networks from one to two dimensions in dolomites of Slovenia. Geosciences Journal 13, 343–351. https://doi.org/10.1007/s12303-009-0032-2
Dr.sc. Ivica Pavičić, mag. ing. geol. je poslijedoktorand na Zavodu za geologiju i geološko inženjerstvo na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorirao je 12.7.2018. godine s doktorskim radom pod nazivom Popularizacija znanstvenih istraživanja na RGN fakultetu.
Primjena računalnog učenja u obradi i interpretaciji geofizičkih podataka s naglaskom na samoorganizirajućim mapama (SOM)
Autor: Ana Brcković, mag. geol.
Višeznačnost interpretacije je pojam koji je karakterističan za većinu geofizičkih podataka, a govori o nemogućnosti definiranja jednog jedinstvenog modela podzemlja na temelju mjerenih podataka. Ova pojava uzrokovana je heterogenošću promatrane sredine, odnosno činjenicom da se svojstva stijena mijenjaju u svim smjerovima, iako se ta svojstva mogu međusobno povezati (Klose, 2006). Višeznačnost se uvelike smanjuje primjenom različitih geofizičkih metoda istraživanja, no različite metode podrazumijevaju i to da su prikupljeni podaci raznoliko strukturirani, vrlo često na različitim intervalima, a ovisno o metodi, i u drugačijim dimenzijama. Takav primjer predstavljaju seizmički i bušotinski podaci. Seizmički podaci najčešće se prikupljaju unutar predefinirane 3D kocke (Slika 1), a geofizički parametri stijena dobivaju se pomoću brzina prostiranja valova kroz podzemlje.
Slika 1 Prikaz poprečnih profila unutar 3D seizmičke kocke (osi X i Y predstavljaju geografske koordinate, os Z prikazje amplitude seizmičkog vala u dvostruko vrijeme putovanja)
S druge strane, bušotinski podaci predstavljaju skup 1D podataka gdje se, ovisno o korištenoj sondi, geofizički parametri promatraju u odnosu na dubinu (Slika 2).
Slika 2 Prikaz bušotinskih podataka iz jedne bušotine (plava krivulja prikazuje vrijednosti spontanog potencijala na temelju kojeg se mogu odvojiti propusne i nepropusne naslage; zelena krivulja prikazuje prirodnu radioaktivnost nabušenih naslaga, ružičasta prikazuje rasprostiranje zvučnih valova, a crvena krivulja prikazuje gustoće)
Povezivanje podataka u različim mjerilima postiže se izradom sintetskih seizmograma, kojima se proračunava izgled vala nakon prolaska kroz nabušene slojeve na temelju zvučne karotaže i karotaže gustoće.
Navedene karotaže se u praksi najčešće ne izvode duž cijelog kanala bušotine, već na interesantnim intervalima gdje se procjenjuje postojanje rezervoarskih stijena koje u sebi mogu sadržavati ugljikovodike (Slika 2).
Prikupljene podatke mjerenja je zatim potrebno interpretirati, odnosno isčitati korisne informacije potrebne za izradu modela istraživanog dijela podzemlja. Informacije koje bismo htjeli dobiti su raznolike,kreću se od saznanja o različitim vrstama stijena (litologija), razlomljenim zonama (rasjedi) i pukotinama (poroznost), sve do zapunjenosti pora različitim fluidima.
Slika 3 Proračunate vrijednosti poroznosti (plavo) te uprosječene vrijednosti (narančasto). Niske vrijednosti ukazuju na kompaktnije stijene s manje pora i pukotina, ososbito vidljive na najdubljem dijelu bušotine (desno). Veće vrijednosti ukazuju na stijene s više pornog prostora u kojem se mogu nalaziti različiti fluidi.
Uvođenjem metoda računalnog učenja može se olakšati i poboljšati interpretacija mjerenih podataka. Pomoću određenih algoritama moguće je efikasnije uočiti pravilnosti u naizgled nepravilnim podacima te ih grupirati i okarakterizirati na temelju toga.
Algoritam samoorganizirajuće mape (self-organizing map – SOM) je vrsta umjetne neuronske mreže koja se temelji na nenadziranom učenju na podacima, što znači da za pronalaženje sličnosti u podacima ne koristi testni set već se analiza radi na cijelom setu odjednom (Kohonen, 1981). Različite značajke mogu se prepoznati prikazivanjem multidimenzionalnih podataka u obliku 2D mape (Slika 4).
Slika 4 Struktura SOM-a (mreža se sastoji od ulaznih podataka i sloja neurona s težinskim faktorom na temelju čije udaljenosti se podaci raspoređuju u kategorije u ravnini)
Izdvojenim grupama je potrebno pridodati oznake, a na temelju prikaza je potrebno uočiti mogu li se parametri unutar mreže dodatno prilagoditi za bolje razlučivanje (Slika 5).
Slika 5 Grupiranje seizmičkih podataka pomoću SOM-a na primjeru dva seizmička atributa (svjetla područja prikazuju grupe sa sličnim karakteristika, a najtamniji dijelovi su granice među grupama)
Na temelju grupiranih podataka koji predstavljaju područja sličnih karakteristika u podzemlju vrši se klasifikacija facijesa na istraživanom području te predviđanje geofizičkih parametara poput poroznosti ili brzine rasprostiranja seizmičkih valova u intervalima s nedovoljno ili nepotpunim bušotinskim podacima (Junno, 2019).
Slika 6 Grupiranje bušotinskih podataka pomoću SOM-a (pretpostavljeno je šest kategorija grupiranja na temelju 5 karotažnih krivulja iz jedne bušotine)
Reference:
Junno, N., Koivisto, E., Kukkonen, I., Malehmir, A., Montonen, M. (2019): Predicting Missing Seismic Velocity Values Using Self-Organizing Maps to Aid the Interpretation of Seismic Reflection Data from the Kevitsa Ni-Cu-PGE Deposit in Northern Finland; Minerals, pp 16
Kohonen, T. (1981): Automatic formation of topological maps of patterns in a self-organizing system. In Proceedings of the Second Scandinavian Conference on Image Analysis, Helsinki, Finland, 15–17; Springer: New York, NY, USA, 214–220.
Klose, C. D. (2006): Self-organizing maps for geoscientific data analysis: geological interpretation of multidimensional geophysical data. Computational Geosciences, 10, 265–277.
Taner, M. T., J. D. Walls, M. Smith, G. Taylor, M. B. Carr, and D. Dumas (2001): Reservoir characterization by calibration of self-organized map clusters. 71st Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 20, 1522–1525.
Ana Brcković, mag. geol. je asistentica na Zavodu za geofizička istraživanja i rudarska mjerenja na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu.
Jedan od ciljeva geoloških istraživanja je na temelju podataka s površine terena, rekonstruirati geološke odnose u podzemlju. Prilikom provođenja takvih istraživanja posebno je važno prikupiti čim više podataka s površine kako bi i rekonstrukcija odnosa u podzemlju bila realnija i preciznija. Podaci o orijentaciji pukotinskih sustava mogu se prikupiti na više načina: iz jezgri bušotina, pomoću optičkog ili akustičnog televiewer-a, karotažnih mjerenja, usmjerenih jezgri bušotine, te pomoću mjerenja bušotinskom kamerom. Najprecizniji način mjerenja orijentacija pukotina i pukotinskih sustava bio bi mjerenjima na izdancima, u zasjecima i usjecima, kamenolomima ili na površini terena bez vegetacije. Kada takva mjerenja nisu dostupna, jedina alternativa su mjerenja u bušotinama.
Područje istraživanja nalazi se na istočnoj strani poluotoka Pelješca nedaleko od mjesta Osobjava. Kako je područje istraživanja bilo pokriveno gustom vegetacijom te je dio terena bio nepristupačan, a mjerenja optičkim ili akustičnim televiewerom preskupo (cijena uređaja je nekoliko desetaka tisuća eura), posebno za preliminarna istraživanja prije otvaranja samog kamenoloma, bilo je potrebno razviti novu metodologiju prikupljanja podataka o orijentacijama pukotina. Tim znanstvenika s RGN-a (dr.sc. Ivica Pavičić i prof.dr.sc. Ivo Galić) te Perica Vukojević, mag.ing.geol. iz tvrtke Hidrogeo-projekt d.o.o. osmislili su inovativni način snimanja orijentacije diskontinuiteta u bušotinama pomoću bušotinske kamere. Rezultati ovih istraživanja objavljeni su 2020-e godine u znanstvenom časopisu Applied Sciences: Fracture System and Rock-Mass Characterization by Borehole Camera Surveying: Application in Dimension Stone Investigations in Geologically Complex Structures
Slika 1. Grafički sažetak – snimke kanala bušotine te iz njih derivirane orijentacije jednog od setova diskontinuiteta.
Na temelju lokacija bušotina, šest ih je predodređeno je za snimanje diskontinuiteta pomoću bušotinske kamere. Za snimanje je korištena bušotinska kamera sa vertikalnom i bočnom kamerom od kojih obje imaju zapis prostorne orijentacije (Slika 1 i 2). Kamera je na lokaciju dovezena terenskim vozilom te je pomoću stativa centrirana iznad bušotine. Nakon svih pripremnih radnji i provjera, kamera se pomoću vitla spušta u bušotinu. Svaki diskontinuitet je trodimenzionalno tijelo karakterizirano smjerom i kutom nagiba. Kut nagiba se još dodatno provjerava na jezgrama bušotina za veću preciznost. Svaka se pukotina tako mjeri ručno, u četiri točke (Slika 2 i 5) te se navedeni zapis crta u stereografsku projekciju kako bi se dobila orijentacija diskontinuiteta (Slika 4). Na vertikalnoj kameri odredi se okvirno pružanje i smjer nagiba koji se dodatno preciznije definiraju na bočnim kamerama (Slika 2). Sva se mjerenja snimaju kako bi se interpretacija mogla kasnije dodatno provjeriti u uredu.
Slika 2. A) Odnos presjeka kanala bušotine i stijenskog diskontinuiteta B) Bušotinska kamera; C) Vertikalna snimka kanala bušotine D, E, F, G) Bočna snimka kanala bušotine i traga pukotine (Pavičić et al., 2020).
U uvjetima gdje je nemoguće prikupiti dovoljno podataka s površine terena, snimanje bušotinskim kamerom te interpretacijom rezultata (Slika 4) dobiva se čvrsta osnova za donošenje odluka za daljnje planove ulaganja i metodu eksploatacije arhitektonsko-građevnog kamena.
Snimanjem pomoću bušotinske kamere moguće je vizualizirati stijenske mase u kanalu bušotine te izmjeriti karakteristike pukotina. Ostvareni rezultati i su zaključci su sljedeći: (1) Snimanjem bušotinskim kamerom omogućuje brzo, učinkovito i relativno jeftino geološko istraživanje pukotinskih sustava i stanja stijenske mase; (2) statistički parametri raspodjele pukotina, orijentacija pukotina i svrstavanje i setove, P10, razmak pukotina, Volumetric Joint Count (Jv…) (Slike 3 i 4)…
Tablica 1. Ciljevi i mogućnosti metode snimanja diskontinuiteta bušotinskom kamerom.
Određivanje stanja bušotina, mjesta lomova ili deformacija
Statističke procjene volumetrijskog broja pukotina (Jv) i oblika i veličine očekivanog bloka
Određivanje dubine do vode
Na temelju odnosa orijentacija diskontinuiteta i orijentacije polja naprezanja, interpretacija geološke strukture
Određivanje dubine i orijentacije špiljskih prostora i kaverni te procjena veličine
Slika 3. Prikaz dijagrama raspodjele veličine bloka u stijenskoj masi i tipovi blokovitosti stijenske mase (Palmstrom, 2001)
Slika 4. A) Setovi diskontinuiteta dobiveni mjerenjima bušotinskom kamerom te korelacija sa položajem unutar geološke strukture u svrhu definiranja parametara eksploatacije potencijalnog kamenoloma na Pelješcu (Pavičić et al., 2020)
Predstavljeni pristup mjerenja diskontinuiteta u bušotinama, je inovativna, relativno brza te povoljna metoda koja rezultira zadovoljavajućim ulaznim podacima o stanju stijenske mase, orijentaciji slojevitosti i pukotinskih sustava, preliminarnoj raspodjeli veličine bloka, što je vrlo važno u donošenju odluka u inicijalnoj fazi otvaranja kamenoloma ili drugog tipa radilišta. Metodologija je primjenjiva u velikom spektru geoznanosti i njima srodnim disciplinama: geotehnika, građevinarstvo, hidrogeologija (vodonosnici sa sekundarnom poroznosti), inženjerska geologija (odroni, ceste, vijadukti, mostovi tuneli itd.) gdje je poznavanje pukotinskih sustava ključno u planiranju i projektiranju daljnjih radova.
Slika 5. Terenske snimke provedenih mjerenja.
Reference:
Palmström, A. Measurement and characterizations of rock mass jointing. In In-Situ Characterization of Rocks; CRC Press/Balkema: Leiden, The Netherlands, 2001; pp. 1–40.
Pavičić, Ivica, Ivo Galić, Mišo Kucelj, and Ivan Dragičević. 2021. "Fracture System and Rock-Mass Characterization by Borehole Camera Surveying: Application in Dimension Stone Investigations in Geologically Complex Structures" Applied Sciences 11, no. 2: 764. https://doi.org/10.3390/app11020764
Dr.sc. Ivica Pavičić, mag. ing. geol. je poslijedoktorand na Zavodu za geologiju i geološko inženjerstvo na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorirao je 12.7.2018. godine s doktorskim radom pod nazivom Geneza, prostorna raspodjela i kvantifikacija poroznosti Žumberačkih gornjotrijaskih dolomita.
Odabrani biljni ekstrakti kao inhibitori korozije čelika u proizvodno-transportnim sustavima ugljikovodika
Autor: dr. sc. Katarina Žbulj, mag. ing. petrol.
Od samih početaka svoje djelatnosti, naftna industrija se susreće s problemom korozije s obzirom da je većina procesne opreme i cjevovoda u naftnoj industriji izrađena od ugljičnog čelika. U većini slučajeva, ovisno o tipu ležišta, proizvodnja ugljikovodika podrazumijeva i proizvodnju određene količine slojne vode. Uz slojnu vodu, proizvedeni fluid u sebi može sadržavati nečistoće poput pijeska, aditiva, koji su bili primijenjeni tijekom procesa proizvodnje (biocidi, inhibitori stvaranja kamenca, deemulgatori i sl.), ali i otopljenog plina, ugljikova dioksida (CO2) i sumporovodika (H2S). Kako s godinama dolazi do starenja proizvodnih polja, tako se udio vode u proizvedenom fluidu povećava. Spomenuti ugljikov dioksid i sumporovodik, otopljeni u vodi, stvaraju korozivnu sredinu. Sastri (2011.) koroziju definira kao razaranje materijala uzrokovano agresivnom okolinom u kojoj se materijal nalazi. Posljedice korozije u naftnoj industriji mogu utjecati na okoliš (može doći do izljeva fluida) a također, zbog oštećenja opreme, osim utjecaja na okoliš, imaju i velik ekonomski utjecaj. U sustavima u kojima je prisutna voda, doći će do elektrokemijske korozije. Dio naftno-plinskog sabirno-transportnog sustava, koji je najizloženiji djelovanju korozivnog medija su priključni i sabirni cjevovodi, jer tim dijelom sustava protječu neobrađeni proizvedeni fluidi, te slanovodi kojima se nakon obrade fluida na sabirnoj ili centralnoj plinskoj stanici, izdvojena slojna voda transportira do utisnih bušotina. Neki od tipova korozije, koji se mogu naći u naftnoj industriji, prikazani su na slici 1.
Slika 1 Primjeri različitih oblika korozije: (a) jednolika korozija, (b) jamičasta korozija, (c) erozijska korozija (Bhardwaj, 2020.)
Jedan od načina usporavanja korozije ugljičnih čelika, je primjena inhibitora korozije. To su najčešće organski inhibitori. U cilju smanjenja negativnog utjecaja inhibitora korozije na okoliš, u novije vrijeme sve se više ispituju biorazgradivi i manje toksični, a time i ekološki prihvatljiviji tzv. zeleni inhibitori korozije (engl. Green corrosion inhibitors). Trenutno se najviše ispituju biljni ekstrakti kao zeleni inhibitori korozije.
U ovom istraživanju, kako bi se ispitala njihova učinkovitost kao inhibitora korozije, testirani su ekstrakti nekih samoniklih biljaka koje se mogu naći u Hrvatskoj. Za preliminarno istraživanje odabrano je deset komercijalno dostupnih biljnih ekstrakata kao potencijalnih inhibitora korozije ugljičnog čelika u simuliranoj slojnoj vodi zasićenoj s CO2. Cilj provedenog laboratorijskog istraživanja bio je odabrati ekstrakte na temelju njihove učinkovitosti i ispitati mogućnost njihove primjene kao zelenih inhibitora korozije u naftnoj industriji. Nakon preliminarnih istraživanja, ekstrakt vrkute (slika 2a) i ekstrakt korijena maslačka (slika 2b) pokazali su učinkovitost veću od 90%. Stoga su ta dva ekstrakta dodatno istražena.
(a) (b)
Slika 2 2 Primjeri (a) cvijeta vrkute i (b) korijena maslačka (Plantea, 2021.a, Plantea, 2021.b)
Djelotvornost odabranih ekstrakata biljaka kao korozijskih inhibitora utvrđena je elektrokemijskim metodama tj. polarizacijskom metodom s Tafelovom ekstrapolacijom te elektrokemijskom impedancijskom spektroskopijom (EIS) u simuliranoj slojnoj vodi zasićenoj s CO2 u stacionarnim i protočnim uvjetima (slika 3 i slika 4).
Figure 3 Usporedba djelotvornosti ekstrakta vrkute i ekstrakta korijena maslačka dobivenih potenciodinamičkom metodom s Tafelovom ekstrapolacijom (Žbulj, 2021.)
Slika 4 Usporedba djelotvornosti ekstrakta vrkute i ekstrakta korijena maslačka dobivenih metodom elektrokemijske impedancijske spektroskopije (Žbulj, 2021.)
Oba biljna ekstrakta pokazala su se kao djelotvorni inhibitori korozije i u stacionarnim i u protočnim uvjetima. U stacionarnim uvjetima, u usporedbi s ekstraktom cvijeta vrkute (IE= 92,68 %), s ekstraktom korijena maslačka postignuta je veća djelotvornost IE= 98,37 %. No, u protočnim uvjetima, s ekstraktom korijena maslačka nije postignuta djelotvornost veća od 90 %, dok je postignuta djelotvornost s ekstraktom cvijeta vrkute gotovo jednaka djelotvornosti u stacionarnim uvjetima (IE= 91,59 %). Oba ekstrakta pokazala su se kao mješoviti tip korozijskih inhibitora.
Reference:
Bhardwaj, A., 2020., Fundamentals of Corrosion and Corrosion Control in Oil and Gas Sectors, U: SAJI, V.S., UMOREN, S.A., ur., Corrosion Inhibitors in the Oil and Gas Industry, Weinheim, Germany, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, pp 41-76
Sastri, V. S., 2011., Green Corrosion Inhibitors: Theory and Practice, Hoboken, New Jersey, John Wiley & Sons, Inc.
Žbulj, K., 2021., Odabrani biljni ekstrakti kao inhibitori korozije čelika u proizvodno-transportnim sustavima ugljikovodika, doktorska disertacija, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Sveučilište u Zagrebu, Zagreb, 07.12.2021.
Katarina Žbulj, mag. ing. petrol. je poslijedoktorandica na Zavodu za naftno-plinsko inženjerstvo i energetiku, na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorirala je 07.12.2021. godine s doktorskim radom pod nazivom Odabrani biljni ekstrakti kao inhibitori korozije čelika u proizvodno-transportnim sustavima ugljikovodika.
Razlike u ponašanju lantanida i elemenata u tragovima u oksidativnom i reducirajućem okolišu tla: primjeri usporedbe terra rossa i krednih paleotala na području Istre
Autor: Ivor Perković, mag. geol.
Kredna paleotla i terra rossa taloženi u sklopu slijeda zapadnoistarske antiklinale nastali su u različitim redoks okolišima što ih čini savršenim kandidatima za međusobnu usporedbu, s obzirom na izrazite razlike u ponašanju elemenata u tragovima i lantanida, a ovisno o redoks potencijalu okoline.
Slika 1. 1) geološka karta Istre prema podjeli na megasekvencije; 1 – bat do donji kimeridž, 2 – gornji titon do donji/gornji apt, 3 – gornji alb do gornji santon/ gornji cenoman, 4 – foraminiferski vapnenci (donji eocen), 5 – fliš (srednji do gornji eocen), 6 – kvartar, 7 – normalna granica, 8 – transgresivna granica, 9 – normalni rasjed, 10 – reversni rasjed, 11 – zapadnoistarska antiklinala, 12 – Savudrija-Buzet antiklinala, 13 – lokacije uzorkovanja krednih paleotala, 14 – lokacije uzorkovanja terra rossa; 2) profil terra rosse u kamenolomu Kanfanar, 3) profil krednog paleotla u kamenolomu Kanfanar
Tla tipa Terra rosse na istraživanom području nastale su pedogenezom iz ishodišnih materijala poput lesa, netopivog ostatka, tefre, fliša i drugih ne-karbonatnih materijala (Durn et al., 2007) u oksidativnom okolišu, na što jasno ukazuje njihova crvena boja (Sl. 1.). Crvena boja u terra rossi posljedica je procesa tzv. „rubifikacije“, nastanka hematita umjesto goethita (Boero i Schwertmann, 1989).
Kredna paleotla su nastala u reduktivnom močvarnom okolišu za vrijeme emerzije koja je obuhvatila jadransku karbonatnu platformu na području Istre u donjoj kredi prije 120 milijuna godina, a trajala je od 11 do 19 milijuna godina. Njihov pstanak povezuje se s vulkanskim materijalom pretaloženim u močvarama, koje su u to vrijeme prekrivale dio područja današnje Istre. Iz njega su u ovom okolišu pedološkim procesima nastala siva paleotla (Sl. 1.) koja možemo danas pronaći na izdancima u raznim kamenolomima istarskog žutog i zasjecima cesta u jugozapadnoj Istri.
Pet reprezentativnih uzoraka je odabrano za terra rosse i kredna paleotla, te su rezultati dobiveni različitim metodama poput: XRF-a, XRD-a, ICP-MS-a, ICP-OES-a te Tessierovom sekvencijskom ekstrakcijom pokazali značajne razlike u ponašanju glavnih i elemenata u tragovima.
Kredna paleotla imaju vidno veći udio minerala glina, mogu sadržavati pirit te imaju poptuni izostanak željeznih oksida u usporedbi s terra rossama, koje imaju pored minerala glina i druge silikate poput feldspata i kvarca te sadrže i željezne okside. Mineraloški sastav odražava se jasno i na kemijski sastav glavnih elemenata (Slika 2.).
Slika 2. 1 – mineraloški sastav krednih paleotala (CP) i terra rosse (TR), 2) udio glavnih oksida (gore) i elemenata u tragovima (dolje) u krednim paleotlima i terra rossi, 1 – vrijednosti pojedinačnih uzoraka terra rosse, 2 – srednja vrijednost uzoraka terra rosse, 3 – vrijednosti pojedinačnih uzoraka krednih paleotala, 4 – srednja vrijednost uzoraka terra rosse; 3) koncentracije lantanida u terra rossi (lijevi graf) te krednih paleotala (desno) u različitim koracima sekvencijske ekstrakcije, 1 – adsorbirana frakcija, 2 – frakcija unutar karbonata, 3 – frakcija vezana uz željezne okside, 4 – frakcija vezana za organsku tvar ili pirit, 5 – frakcija vezana uz slikate, 6 – ukupna vrijednost lantanida
Najistaknutije razlike su se pokazale u ponašanju elemenata u tragovima i lantanida. Kredna paleotla imaju izrazito obogaćenje s uranom, antimonom, vanadijem i molibdenom u usporedbi s terra rossama. To dodatno potvrđuje njihov nastanak u reduktivnom okolišu, zato što su u takvim redoks uvjetima ovi elementi stabilni kao netopivi kompleksi što dovodi do njihova obogaćenja u sedimentu.
Terra rossa nema značajnih obogaćenja u elementima u tragovima u usporedbi s krednim paleotlima, no tu su određene vrijednosti i trendovi u koncentraciji lantanida jasno ukazale na procese karakteristične za oksidativni okoliš. Feromanganski oksidi i organska tvar često su jedni su od glavnih nositelja lantanida u tlima općenito (Davranche et al., 2011; Laveuf et al., 2008, 2012a), a kao takvima su se pokazali i u terra rossi. Osim generalnog obogaćenja lantanidima, jasno se moglo utvrditi obogaćenje srednjih lantanida (Sm, Eu i Gd) i pozitivnu cerijevu anomaliju, što je često utvrđeno u sličnim materijalima u oksidativnom okolišu kao posljedica procesa adsorpcije i oksidacije između lantanida i manganskih oksida (Coelho i Vidal-Torrado, 2000; Laveuf et al., 2012b; Ohta i Kawabe, 2001) te organskoj tvari (Davranche et al., 2011).
Kredna paleotla ne sadrže organsku tvar i feromanganske okside što je posljedica njihove formacije u reduktivnom okolišu te je u konačnici rezultiralo s puno manjim udjelom lantanida u usporedbi s terra rossama. Ponašanje lantanida u krednim paleotlima ne ukazuje samo na reduktivni okoliš već i na cjelokupni okoliš u kojem su nastajali. Obogaćenje teških lantanida (Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb i Lu) može se povezati sa brakičnom ili morskom vodenom sredinom u močvarama u kojima je ovaj materijal nastao. Povišeni udio iona u morskoj vodi ometa adsorpciju lakih lantanida (La, Ce, Pr i Nd), dok ne utječe značajno na adsorpciju teških lantanida koji se mogu u većoj koncentraciji ugraditi i adsorbirati na minerale glina. To je također potkrijepljeno vrijednostima Sr/Ba većim od 0,2, što ukazuje na brakičnu vodenu sredinu (Wei i Algeo, 2020).
Reference:
Boero, V. and Schwertmann, U. (1989), “Iron oxide mineralogy of terra rossa and its genetic implications”, Geoderma, Vol. 44 No. 4, available at:https://doi.org/10.1016/0016-7061(89)90039-6.
Coelho, M.R. and Vidal-Torrado, P. (2000), “Cerium (Ce) in some nodular ferricretes developed in soils of the adamantina formation”, Scientia Agricola, Vol. 57 No. 2, available at: https://doi.org/10.1590/S0103-90162000000200021.
Davranche, M., Grybos, M., Gruau, G., Pédrot, M., Dia, A. and Marsac, R. (2011), “Rare earth element patterns: A tool for identifying trace metal sources during wetland soil reduction”, Chemical Geology, Vol. 284 No. 1–2, available at:https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2011.02.014.
Durn, G., Aljinović, D., Crnjaković, M. and Lugović, B. (2007), “Heavy and light mineral fractions indicate polygenesis of extensive terra rossa soils in Istria, Croatia”, in Mange, M. and Wright, D. (Eds.), Heavy Minerals in Use. Developments in Sedimentology, Vol. 58, Elsevier, pp. 701–737.
Laveuf, C., Cornu, S., Guilherme, L.R.G., Guerin, A. and Juillot, F. (2012a), “The impact of redox conditions on the rare earth element signature of redoximorphic features in a soil sequence developed from limestone”, Geoderma, Elsevier B.V., Vol. 170, pp. 25–38.
Laveuf, C., Cornu, S., Guilherme, L.R.G., Guerin, A. and Juillot, F. (2012b), “The impact of redox conditions on the rare earth element signature of redoximorphic features in a soil sequence developed from limestone”, Geoderma, Elsevier B.V., Vol. 170, pp. 25–38.
Laveuf, C., Cornu, S. and Juillot, F. (2008), “Rare earth elements as tracers of pedogenetic processes”, Comptes Rendus - Geoscience, Vol. 340 No. 8, pp. 523–532.
Ohta, A. and Kawabe, I. (2001), “REE(III) adsorption onto Mn dioxide (δ-Mn02) and Fe oxyhydroxide: Ce(III) oxidation by δ-MnO2”, Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 65 No. 5, pp. 695–703.
Wei, W. and Algeo, T.J. (2020), “Elemental proxies for paleosalinity analysis of ancient shales and mudrocks”, Geochimica et Cosmochimica Acta, Elsevier Ltd, Vol. 287, pp. 341–366.
Ivor Perković, mag. ing. geol. je doktorand na Zavodu za mineralogiju, petrologiju i mineralne sirovine na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Diplomirao je 13.7.2020. godine s diplomskim radom pod nazivom Hidrotermalne alteracije rudnog tijela Vršnik u bakarnom porfirnom ležištu Bučim, Republika Sjeverna Makedonija. Trenutno je zaposlen kao mlađi istraživač na HRZZ projektu WIANLab, u sklopu kojeg proučava boksite i druge terestričke materijale taložene u sklopu donjokimeridžke do gornjetitonske emerzije i gornjecenomanske/gornjesantnoske do donjoeocenske emerzije u sklopu slijeda zapadnoistarske antiklinale.
Riftne tektonostratigrafske sekvencije donjeg i srednjeg miocena u istočnom dijelu Dravske depresije: primjena za procjenu potencijala geološkog uskladištenja ugljikovog dioksida
Autor: David Rukavina, Dr.sc. mag.geol. mag ing.min.
Cilj istraživanja je predstaviti procjenu potencijala geološkog uskladištenja ugljikovog dioksida (CO2) temeljenu na tektonostratigrafskoj interpretaciji stijena donjeg i srednjeg miocena unutar istočnog dijela Dravske depresije. Stijene donjeg i srednjeg miocena predstavljaju važne regionalne kolektorske stijene, o čemu svjedoči veliki broj hrvatskih ležišta nafte i plina koji se nalazi u njima (Velić, 2007). Takve kolektorske stijene mogu se koristiti i u svrhu geološkog skladištenja CO2, jedne od najvažnijih metoda smanjenja ljudskih emisija stakleničkih plinova (Slika 1). Unatoč tome, prethodna istraživanja istih stijene u podzemlju su vrlo ograničena te izostaje njihova regionalna povezanost i istraženost (Zečević et al., 2010).
Slika 1. Shema načina geološkog uskladištenja ugljikovog dioksida u podzemlju.
Razlog tome je što ove stijene karakterizira složena geološka građa kao posljedica njihova formiranja unutar kontinentalnog riftnog sustava te naknadnih tektonskih procesa. Dravska depresija predstavlja jednu od desetak depresija, odnosno bazena koji čine Panonski bazenski sustav (PBS) (Slika 2). Nastanak PBS je usko povezan s ekstenzijskim pokretima koji su zahvatili taj prostor u miocenu (Tari et al., 1992; Fodor et al., 1998; Horváth et al., 2006).
Slika 2. Neogenski bazeni unutar Panonskog bazenskog sustava (PBS) (Csontos and Nagymarosy, 1998;Haas, 2012). Miocenski navlačni pojas ocrtava zonu koja je zahvaćena „slab pull“ i/ili „subdukction rollback“ procesima uvjetujući ekstenziju unutar PBS-a i formiranje miocenski taložnih bazena.
U kontinentalnim ili pasivnim riftnim sistemima ekstenzija nastaje direktnim djelovanjem suprotstavljenih sila u litosferi (Turcotte and Emerman, 1983). Takva ekstenzija je dobro dokumentirana u PBS-u (Slika 2), kao rezultat subdukcijskih procesa, tj. „slab pull“ i/ili „subdukction rollback“ (Royden and Burchfiel, 1989; Royden, 1993). Ekstenzija je u kontinentalnom riftnom sustavu često asocirana sa stanjenjem kore i rasjedanjem uzduž blago nagnutih detachment rasjeda (Buck, 1988; Hodges et al., 1989; Tari et al., 1992). Tektonska povijest kontinentalnih riftnih bazena, predstavljena je sin-riftnom fazom, a se sastoji od epizodnih tektonskih pokreta, lateralne rotacije bazena oko osi i prostorne migracije depocentara, čineći ih kompleksnijima u odnosu na druge tipove bazena koji se formiraju uslijed stabilne tektonske subsidencije (Wu et al., 2019).
Procjena geološkog potencijala skladištenja CO2 u takvim uvjetima podrazumijeva korištenje i interpretaciju seizmičkih i bušotinskih podataka. U tu svrhu kartirani su rasjedi, granice sekvencija, distribucija seizmofacijesa, analizirani su seizmički atributi, litofacijesi i sadržaj planktonskih foraminifera na uzorcima stijena. Zatim su procijenjene vrijednosti proznosti na temelju karotažnih mjerenja, konstruirane se karte temperature, tlaka i gustoće CO2 u ležišnim uvjetima kako bi se izračunao teoretski kapacitet geološkog uskladištenja CO2. Tektonostratigrafska interpretacija omogućila je prostorno povezivanje i kartiranje stijena donjeg i srednjeg miocena temeljenu na genetskoj povezanosti sin-riftne ispune s vidljivom rasjednom aktivnosti.
Sin-riftnu fazu karakterizira višefazna tektonska aktivnost kontrolirana velikim blago nagnutim rasjedima, tipa ekstenzijskih detachmenta. U njihovom krovinskom krilu formirane su sin-riftne strukture polugrabe, grabe, saga i supradetachment bazena zajedno s brojnim normalnim rasjedima (Slika 3). Ekstenzijski pokreti su pri tome predisponirani reaktiviranim naslijeđenim strukturama. Interpretirani ekstenzijski detachmenti mogu se prostorno povezati u sustav glavnog normalnog rasjeda istočnog dijela Dravske depresije, koji je omeđivao cjelokupno područje taloženja tijekom sin-rifta.
Slika 3. Karte interpretiranih tektonskih jedinica: a) rana riftne faza i b) kasna riftna faza.
Na temelju petrografsko-sedimentološke analize definirano je osam litofacija. Ti su litofacijesi grupirani u dvije asocijacije, jedna predstavlja naslage povezane s pretežno kontinentalnim okolišima, a druga povezana s morskim okolišima. Unutar ovih asocijacije litofacija interpretirani su okoliši aluvijalne lepeze, lepezne delte, rasjednih padina, prijelazni i dubokomorski (Slika 4).
Slika 4. Distribucija taložnih okoliša interpretiranih sekvencija: a) CV-3, M i S; b) D-1 i MP-1; c) D-2 i MP-2.
Na temelju interpretacije seizmičkih podataka kartirane su riftne tektonostratigrafske sekvencije. Sekvencija 1. reda predstavlja cijelu sin-riftnu ispunu, a ona se može podijeliti na sekvencije višeg reda koje su asocirane s glavnim rasjednim strukturama. S obzirom na tektonske i taložne uvjete, definirane sekvencije 2. reda se mogu međusobno odvojiti na sekvencije omeđenog prostiranja asocirane s kontinentalnim uvjetima taloženja, formirane za vrijeme manje magnitude ekstenzije, i sekvencije šireg prostiranja asocirane s marinskim uvjetima, formirane za vrijeme veće magnitude ekstenzije (Slika 4). U tektonostratigrafskom smislu, sekvencije 2. reda formirane za vrijeme manje magnitude ekstenzije predstavljaju ranu sin-riftnu fazu, te stratigrafski odgovaraju starijem miocenu. Sekvencije 2. reda formirane za vrijeme veće magnitude ekstenzije predstavljaju kasnu sin-riftnu fazu, a stratigrafski odgovaraju srednjem miocenu, preciznije badenu (Slika 5). Sekvencije 2. reda mogu se mogu se dalje podijeliti na sekvencije 3. reda koje odgovaraju tektonskim događajima višeg reda i rezultat su lokalne migracije riftne aktivnosti.
Slika 5. Sin-riftna arhitektura taložnih bazena ilustrirana na generaliziranom profilu uzduž istočnog dijela Dravske depresije. Na profilu su naznačene interpretirane tektonostratigrafske sekvencije 2. i 3. reda.
U svrhu primjene interpretiranih ritnih tektonostratigrafskih sekvencija za procjenu kapaciteta geološkog uskladištenja CO2 konstruirane su:
Karte tlaka na srednjoj dubini interpretiranih sekvencija
Karte temperature na srednjoj dubini interpretiranih sekvencija
Karte gustoće CO2 na srednjoj dubini interpretiranih sekvencija
Facijesni modeli interpretiranih sekvencija
Petrofizikalni modeli distribucije poroznosti interpretiranih sekvencija
Modeli kapaciteta geološkog uskladištenja CO2 interpretiranih sekvencija.
Kapacitet uskladištenja (Q) izračunat je prema izrazu (Chadwick et al., 2008) za duboke slane vodonosnike (Slika 1):
Q (kg)=A*D*∅ * ρCO2 * hst
gdje je A površina vodonosnika (m2), D ukupna debljina ležišnih stijena (m), ∅ efektivna poroznost, hst efektivni koeficijent uskladištenja i pCO2 gustoća (kgm-3) čistog CO2 u ležišnim uvjetima.
U naslagama sin-riftne ispune kolektorske stijene se mogu definirati unutar rane sin-riftne faze i kasne sin-riftne faze. One su unutar rane sin-riftne faze, odnosno starijeg miocena, predstavljene su litofacijesima unutar okoliša aluvijalne lepeze i lepezne delte, i to u obliku kanalnih formi i pješčanih tijela vrlo ograničenog prostiranja. Potencijalni srednjomiocenski kolektori u naslagama kasne sin-riftne faze predstavljeni su litofacijesima unutar priobalnih okoliša, lepezne delte i debritnih naslaga rasjednih padina. Podatci iz bušotina kao i procjena poroznosti multimineralnom inverznom metodom analize karotažnih mjerenja ukazuju da ove stijene se odlikuju slabom poroznosti, uglavnom do oko 10% (Slika 6).
Slika 6. Primjeri projekcije trodimenzionalnih facijesnih i petrofizikalnih modela poroznosti i kapaciteta sekvencija 3. reda CV-2 i CV-3. Usporediti distribuciju vrijednosti kapaciteta s interpretiranim taložnim okolišima sekvencije CV-3 na slici 4a.
Istraživanjem je uspostavljena metodologija za regionalnu procjenu potencijala geološkog uskladištenja CO2 u sin-riftnim stijenama unutar kontinentalnog (pasivnog) riftnog sustva. Zbog složenosti ispune taložnih bazena, kao i strukturne građe sin-riftnog bazena potrebni su raznovrsni bušotinski podatci i pouzdani seizmički podatci, te poznavanje karakteristika litološkog sastava. Metodološki pristup obuhvaća:
Interpretaciju seizmostratigrafskih površina koje predstavljaju riftne tektonostratigrafske granice koje se mogu povezati s fazama aktivnosti rubnih normalnih rasjeda.
Kartiranje seizmofacijesa, analiza litofacijesa te analiza paleostrukturnih odnosa unutar interpretirane sekvencije omogućava interpretaciju distribucije okoliša, lociranje potencijalnih kolektorskih stijena te konstrukciju facijesnog modela.
Procjenu poroznosti multimineralne inverzne metodom na bušotinskim podatcima, koja je potrebna za konstrukciju petrofizikalnog modela.
Povezivanje facijesnog i petrofizikalnog modela zajedno s izračunatim vrijednostima gustoće CO2 u ležišnim uvjetima, daje rezultate na temelju kojih je moguće kartirati, odnosno modelirati specifični kapacitet uskladištenja CO2 u smislu prikaza promjene tog svojstva u prostoru unutar svake od analiziranih tektonostratigrafskih sekvencija (Slika 6).
Ove se karte ili modeli mogu se koristiti za usmjeravanje istraživanja, odnosno kao podloga za donošenje investicijskih odluka u istraživanje ovog novog resursa u dubokom podzemlju.
Chadwick, A., Arts, R., Bernstone, C., May, F., Thibeau, S., Zwigel, P., 2008. Best practice for the storage of CO2 in saline aquifers – Observations and guidelines from the SAC and CO2STORE projects.
Hodges, K. V., McKenna, L.W., Stock, J., Knapp, J., Page, L., Sternlof, K., Silverberg, D., Wüst, G., Walker, J.D., 1989. Evolution of extensional basins and basin and range topography west of Death Valley, California. Tectonics 8, 453–467. https://doi.org/10.1029/TC008i003p00453
Horváth, F., Bada, G., Szafián, P., Tari, G., Ádám, A., Cloetingh, S., 2006. Formation and deformation of the Pannonian Basin: constraints from observational data. Geol. Soc. London, Mem. 32, 191–206. https://doi.org/10.1144/GSL.MEM.2006.032.01.11
Royden, L., Burchfiel, B.C., 1989. Are systematic variations in thrust belt style related to plate boundary processes? (The western Alps versus the Carpatians) 8, 51–61.
Royden, L.H., 1993. Evolution of retrating subduction boundaries formed during continental collision 12, 629–638.
Velić, J., 2007. Geologija ležišta nafte i plina. Sveučilište u Zagrebu, Rudarsko-geološko-naftni fakultet.
Wu, Heng, Ji, Y., Wu, C., Duclaux, G., Wu, Hao, Gao, C., Li, L., Chang, L., 2019. Stratigraphic response to spatiotemporally varying tectonic forcing in rifted continental basin: Insight from a coupled tectonic-stratigraphic numerical model. Basin Res. 31, 311–336. https://doi.org/10.1111/bre.12322
Zečević, M., Velić, J., Sremac, J., Troskot-Čorbić, T., Garašić, V., 2010. Significance of the Badenian petroleum source rocks from the Krndija Mt. (Pannonian Basin, Croatia). Geol. Croat. 63, 225–239. https://doi.org/104154/gc.2010.19
Dr.sc. David Rukavina, mag. geol., mag.ing.min. je poslijedoktorand na Zavodu za geologiju i geološko inženjerstvo na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorirao je 21.7.2021. godine s doktorskim radom pod nazivom Riftne tektonostratigrafske sekvencije donjeg i srednjeg miocena u istočnom dijelu Dravske depresije: primjena za procjenu potencijala geološkog uskladištenja ugljikovog dioksida.
Podložnost na klizanje može se definirati kao prostorna vjerojatnost klizanja (nastanka ili reaktivacije pojave klizišta) za unaprijed definirane preduvjete klizanja (Guzzeti et al., 1999). Karta podložnosti na klizanje je karta koja prikazu podjelu terena u zone (klase) koje imaju različitu vjerojatnost na pojavu klizišta (Corominas et al, 2013).
Karte podložnosti na klizanje se baziraju na pretpostavci da će klizišta nastati prema istim preduvjetima prema kojima su nastala u prošlosti. Zbog toga, priprema karata podložnosti na klizanje zahtjeva kartu inventara klizišta koja prikazuje gdje se klizišta nalaze u kombinaciji s nizom preduvjeta na klizanje koji opisuju uvjete na terenu koji su doveli do nastanka klizanja. Prema Soeters & van Westen, 1996 i Corominas et al., 2013 neki od najčešće korištenih preduvjeta klizanja su nadmorska visina, nagib terena, orijentacija padine, raščlanjenost terena, litološka karta, rasjedi, geološki kontakt, drenažna mreža, akumulacija toka, topografska vlažnost, namjena zemljišta, ceste i zgrade, od čega su neki prikazani na Slici 1.
Slika 1 Pregled preduvjeta klizanja korištenih u modeliranju podložnosti na klizanje, primjer Grada Karlovca (Sinčić et al., 2022)
Karte podložnosti na klizanje su rezultat procjene podložnosti na klizanje koja je definirana kao kvantitativna ili kvalitativna procjena klasifikacije i prostorne distribucije klizišta koja postoje ili se potencijalno mogu dogoditi u području. Korištene metode za procjenu podložnosti na klizanje prikazane su na Slici 2.
Slika 2 Metode procjene podložnosti na klizanje (Corominas et al., 2013)
Za često korištene statističke metode, prema Reichenbach et al., 2018 predloženo je devet koraka za pripremu procjene podložnosti na klizanje i za ispravnu upotrebu klasificiranih zona podložnosti: (i) prikupljanje informacije o klizištima, (ii) prikupljanje informacija o preduvjetima klizanja, (iii) odabir kartografske jedinice, (iv) odabir statističke metode, (v) procjena stupnja točnosti modela, (vi) procjena stupnja predikcije modela, (vii) procjena stupnja nesigurnosti modela, (viii) ocjenjivanje stupnja kvalitete modela, i (ix) izrada protokola o klizištima. Primjer složenog modeliranja podložnosti na klizanje pri kojem se testiraju kombinacije statističkih metoda, kartografskih jedinica i vrsta inventara klizišta prikazan je na Slici 3.
Figure 3 Primjer složenog modeliranja podložnosti na klizanje, uključujući testiranje različitih inventara klizišta, statističkih metoda i kartografskih jedinica (Bernat Gazibara et al., 2022)
Karte podložnosti na klizanje mogu biti izrađene u više mjerila, ovisno o dostupnosti podataka i svrsi procjene podložnosti na klizanje. Korištena mjerila uključuju detaljno mjerilo na razini građevinskih čestica (>1:5 000), krupno mjerilo na lokalnoj razini (1:25 000 – 1:5 000), regionalno mjerilo (1:250 000 – 1:25 000) i mjerilo na državnoj razini (<1:250 000) (Corominas et al., 2013). Primjer karte podložnosti na razini gradske četvrti, grada, županije i države prikazan je na Slici 4-A, 4-D, 4-C odnosno 4-B.
Slika 4 Karte podložnosti na klizanje: A dio podsljemenske zone (razina gradske četvrti), B Hrvatska (državna razina), C Primorsko-goranska županija (županijska razina), D Grad Karlovac (gradska razina)
Odgovarajući na pitanje „gdje?“ je vjerojatnije da dođe do pojave klizišta, karta podložnosti na klizanje predstavlja ulazni podatak za kartu hazarda klizanja koja odgovara na pitanje „gdje i kada?“ odnosno kartu rizika klizanja koja odgovara na pitanja „gdje, kada i što?“. Zajedno, karte inventara, podložnosti, hazarda i rizika klizanja čine ključne alate za upravljanje klizištima, što je nužno za umanjivanje posljedica od klizanja. Identifikacija i kartografski prikaz područja visoko podložnih na pojavu klizišta predstavljaju prvi i nužni korak za smanjenje gubitaka od klizišta (Mihalić Arbanas & Arbanas, 2015). Prikazivanje područja visoke podložnosti na klizanje odnosno klasifikacija je definirana kao postupak podjele terena u homogene zone ili domene i rangiranje klasa u skladu s stupnjem stvarne ili potencijalne podložnosti na klizanje (Corominas et al., 2013). Karte podložnosti na klizanje najčešće koriste relevantni dionici iz domene gradnje, prostornog planiranja, civilne zaštite i zaštite okoliša.
Reference:
Bernat Gazibara, S.; Mihalić Arbanas, S; Sinčić, M.; Krkač, M.; Lukačić, H.; Jagodnik, P.; Arbanas, Ž. (2022): LandSlidePlan - Scientific research project on landslide susceptibility assessment in large scale. U: Peranić, J., Vivoda Prodan, M., Bernat Gazibara, S., Krkač, M., Mihalić Arbanas, S., Arbanas, Ž. Rijeka (ur.): Proceedings of the 5th ReSyLAB 'Landslide Modelling & Applications': Faculty of Civil Engineering, University of Rijeka and Faculty of Mining, Geology and Petroleum Engineering, University of Zagreb, 99-106, 257 p.
Corominas, J., van Westen, C., Frattini, P., Cascini, L., Malet, J.P., Fotopolou, S., Catani, F., Van Den Eeckhaut, M., Mavrouli, O., Agliardi, F., Pitilakis, K., Winger, M.G., Pastor, M., Ferlisi, S., Tofani, V., Hervas, J., Smith, J.T. (2013): Recommendations for the quantitative analysis of landslide risk. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 73, 209–263.
Guzzeti, F., Galli, M., Reichenbach P., Ardizzone, F., Cardinali, M. (1999): Landslide Hazard assessment in the Collazzone area, Umbria, Central Italy. Natural hazards and earth system sciences, 6, 1, 115-131.
Mihalić Arbanas, S., Arbanas, Ž. (2015): Landslides: A Guide to Researching Landslide Phenomena and Processes. U: Gaurina Međimurec, N. (ur.): Handbook of Research on Advancements in Environmental Engineering. IGI Global, 474-510, 660 p.
Reichenbach, P., Rossi, M., Malamud, B.D., Mihir, M., Guzzetti, F. (2018): A review of statistically-based landslide susceptibility models, Earth-Science Reviews, 180, 60-91.
Sinčić, M.; Bernat Gazibara, S.; Krkač, M.; Mihalić Arbanas, S. (2022): Landslide susceptibility assessment of the City of Karlovac using the bivariate statistical analysis. Rudarsko-geološko-naftni Zbornik, 37(2), 149-170.
Soeters. R., van Westen. C.J. (1996): Slope instability recognition, analysis and zonation. U: Turner, A.K., Schuster, R.L. (ur.): Landslides investigation and mitigation. TRB Special Report 247. National Academy Press, Washington, DC, 129–177, 685 p.
Marko Sinčić, mag. ing. geol. Zaposlen je kao mlađi istraživač – asistent na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Završio je diplomski studij Geološkog inženjerstva 2020 godine, a u 2021. godini upisao je doktorski studij Primijenjene geoznanosti, rudarsko i naftno inženjerstvo. Istraživanje provodi u okviru projekta LandSlidePlan, financinarnog od strane Hrvatske zaklade za znanost.
Korištenje pametnih plinskih brojila u svrhu optimizacije plinskog sustava
Autor: Ivan Smajla, mag. ing. naft. rud.
Iako fosilno gorivo, prirodni plin i dalje predstavlja jedan od najvažnijih energenata u Europskoj Uniji obzirom da je u 2020. godini zadovoljio otprilike četvrtinu potreba za energijom. Razvojem zelene politike Europske Unije evidentno je da prirodni plin nema perspektivu kao energent u razdoblju nakon 2050. godini ali će do tada imati važnu tranzicijsku ulogu. Plinski sustav u Europskoj Uniji je najrazvijeniji u svijetu u pogledu opskrbe, organizacije tržišta, distribucije, transporta, itd., ali i dalje ima mjesta za daljnju optimizaciju sustava. Razvoj pametnih plinskih brojila omogućio je prikupljanje podataka o potrošnji prirodnog plina u realnom vremenu koji se zatim na raznovrsne načine mogu koristiti u svrhu optimizacije sustava. Jedan od najznačajnijih načina je svakako predviđanje buduće potrošnje prirodnog plina za neko određeno područje jer točnije predviđanje potrošnje značajno smanjuje potrebu za uravnoteženjem plinskog sustava (Smajla et al., 2021). Isto rezultira smanjenim financijskim troškovima za opskrbljivače, smanjenom potrošnjom energije ali i manjim brojem radnih sati. Osim uravnoteženja, prikupljeni podaci također omogućuju krajnjim korisnicima ažuran uvid u vlastitu potrošnju što u većini slučajeva rezultira smanjenjem potrošnje prirodnog plina u svrhu ostvarivanja financijskih ušteda (Mogles et al., 2017). Provedeno istraživanje se bazira na pilot projektu ugradnje pametnih plinskih brojila provedenom na istoku Republike Hrvatske gdje je ugrađeno nekoliko tisuća pametnih plinskih brojila. Osim tih podataka, u svrhu izračuna financijske isplativosti ugradnje pametnih plinskih brojila, korišteni su i javno dostupni podaci o sličnim projektima na razini Europske Unije (Af Mercados Emi and ICCS-NTUA, 2015 ; European Commission, 2019).
U istraživanju je provedena analiza izvodljivosti u kojoj su uzete u obzir različite uštede energije ostvarene korištenjem pametnih plinskih brojila (uštede od 1,83%, 5,73% i 9,63%). Analiza je pokazala kako je projekt ugradnje isplativ ako se uzmu u obzir energetske uštede od 5,73% i 9,63%. Ono što nadalje poboljšava financijske isplativost ovakvoga projekta su i financijske uštede koje će investitor (najčešće opskrbljivač) zakonski ostvariti jer se ugradnja pametnih plinskih brojila u prvih 5 godina projekta priznaje kao mjera za ostvarivanje energetskih ušteda. U nastavku su na slici 1 sumarno prikazani operativni i investicijski troškovi te benefiti koji se ostvaruju ugradnjom pametnih plinskih brojila.
Slika 1 Troškovi i ostvarive uštede na primjeru ugradnje 100 000 pametnih plinskih brojila (Smajla et al., 2022)
U istraživanju je proveden detaljan pregled dosadašnje literature na temu predviđanje potrošnje prirodnog plina. Pregled je pokazao kako suvremene metode za predviđanje potrošnje prirodnog plina najčešće koriste složene metode različitih varijanti strojnog učenja u svrhu ostvarivanja što točnijih rezultata (Smajla et al., 2021). Literatura je također pokazala da su za kratkoročno predviđanje potrošnje najvažniji ulazni parametri dnevna potrošnja prirodnog plina i vanjska temperatura. Sukladno navedenom i istraženom u literaturi, predložen je dijagram toka za razvoj što točnije metode za predviđanje potrošnje prirodnog plina (slika 2). U dijagramu toka je naznačeno kako je ranije spomenute ulazne parametre potrebno filtrirati i procesuirati u svrhu formiranja kvalitetne baze ulaznih podataka. Takva se baza podataka zatim koristi u modelu za predviđanje potrošnje čiji se rezultati moraju validirati kako bi se odredila uspješnost predviđanja. Ukoliko točnost predviđanja nije zadovoljavajuća model je potrebno modificirati odnosno ugoditi u svrhu bolje točnosti.
Slika 2 Predloženi dijagram toka za definiranje metode za predviđanje kratkoročne potrošnje prirodnog plina (Smajla et al., 2021).
Pregledom literature je također zaključeno da do sada nije razmatrano određivanje najpovoljnije statističke distribucije za distribuciju potrošača na analiziranom području prema kriteriju dnevne potrošnje. Daljnje istraživanje će se temeljiti na određivanju najpovoljnije statističke distribucije potrošača čiji će se parametri dovesti u korelaciju s vanjskom temperaturom. Na taj će se način moći koristiti kratkoročna prognoza vremena za određivanje ukupne potrošnje prirodnog plina na analiziranom distribucijskom području.
Mogles N., Walker I., Ramallo-González A.P., Lee J.H., Natarajan S., Padget J., Gabe-Thomas E., Lovett T., Ren G., Hyniewska S., O’Neill E., Hourizi R., Coley R. (2017): How smart do smart meters need to be? Build. Environ. 12, 439–450. http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.09.008.
Smajla I., Karasalihović Sedlar D., Vulin D., Jukić L. (2021): Influence of smart meters on the accuracy of methods for forecasting natural gas consumption. Energy Rep. 7, 8287–8297. http://dx.doi.org/10.1016/j.egyr.2021.06.014.
Smajla I., Karasalihović Sedlar D., Jukić L., Vištica N. (2022): Cost-effectiveness of installing modules for remote reading of natural gas consumption based on a pilot project. Energy Rep. 8, 5631-5639. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.04.019.
Ivan Smajla, mag. ing. naft. rud. je doktorand na Zavodu za naftno-plinsko inženjerstvo i energetiku na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu.
Petrogeneza peridotita i piroksenita na području Banovine, Hrvatska
Autor: dr. sc. Šime Bilić
Peridotiti i pirokseniti su stijene na području Banovine nastale kao dijelovi nekadašnjeg zemljinog gornjeg plašta, što znači da predstavljaju materijal koji dolazi iz dubokih zemljinih dijelova (do 100 km), do kojih se bušenjem ne može doći. Osim navedenog, pojava ovakvih stijena dokaz je postojanja nekadašnjeg oceanskog prostora pa je istraživanje istih od iznimne važnosti za sve koji se bave petrologijom, kartiranjem, regionalnom i strukturnom geologijom. Uz pomoć suvremenih, ali i klasičnih analitičkih i petroloških metoda istraživanja može se doći do vrlo zanimljivih informacija vezanih za genezu ovih stijena, kao npr: koliko su stare ove stijene?; koje su temperature i tlakovi vladali tijekom njihovog formiranja?: s kojih dubina dolaze?; kako su uopće ove stijene došle na površinu itd. Temeljem rezultata detaljnih terenskih istraživanja te petrografskih i geokemijskih analiza istraživanih stijena utvrđeno je da se na prostoru Banovine po strukturnim i kemijskim značajkama razlikuju dvije vrste peridotita koje i geografski pripadaju različitim lokalitetima te se mogu svrstati u dva pojasa, sjeverni i južni. Unutar sjevernog pojasa (S-pojas) prevladavaju serpentinitne breče i serpentinizirani spinelski lercoliti, koji se na terenu se prepoznaju po strukturama karakterističnim za ofiolitni melanž. Geokemijske karakteristike peridotita S-pojasa ukazuju na porijeklo iz suboceanskog plašta koji je prolazio kroz procese taljenja na području srednje oceanskih hrptova. Južni pojas (J-pojas) sadrži spinelske lercolite, dunite i piroksenite koji se izmjenjuju unutar prostorno vrlo ograničenih prostora. Geokemijske karakteristike peridotita J-pojasa ukazuju na subkontinentalno porijeklo te su najvjerojatnije formirane u fazi početnog rifta tijekom kojeg su se kao dijelovi kontinentalnog plašta izdizali u gornje dijelove kore, a paralelno su prošli kroz relativno nizak stupanj taljenja. Pirokseniti koji se nalaze isključivo unutar J-pojasa pokazuju sasvim drugačije petrografske i geokemijske karakteristike. Oni su najvjerojatnije nastali zasebno, kristalizacijom iz taljevine zasad nepoznatog porijekla koje su se probijale kroz plašt. Petrološke karakteristike peridotita i piroksenita s Banovine pokazuju vrlo dobru korelaciju sa sličnim stijenama koje se nalaze u Bosni i Hercegovini pa ih se može s pravom proglasiti dijelom Centralnog dinaridskog ofiolitnog pojasa (CDOP; Lugović et al, 1991), a nova podjela peridotita iz našeg istraživanja se stoga može preslikati na CDOP. Petrološka istraživanja na Banovini pokazala su u konačnici kako peridotiti i pirokseniti s Banovine nose zapis triju različitih faza evolucije oceanskog prostora: a) rane faze početnog rifta i otvaranja oceana (peridotiti J-pojasa); b) kasnije faze već razvijenog oceanskog prostora (peridotiti S-pojasa) i c) faze zatvaranja oceana koja je evidentna iz strukturnog sklopa i metamorfnih stijena u kontaktu s peridotitima.
Slika 1 Izdanci plaštnih stijena, Zrinska gora.
Slika 2 Minerali talka (žive boje) ispunjavaju pukotine u serpentinitu (siva boja). Gledano kroz petrografski mikroskop.
Reference:
Lugović, B., Altherr R., Raczek I., Hofmann A. W., Majer V. (1991): Geochemistry of peridotites and mafic igneous rocks from the Central Dinaric Ophiolite Belt, Yugoslavia, Contributions to Mineralogy and Petrology, 106(2), 201–216
Šime Bilić, dr. sc. je poslijedoktorand na Zavodu za mineralogiju, petrologiju i mineralne sirovine na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorirao je 23. 7. 2021. u 12:00h s doktorskim radom pod nazivom Petrogeneza peridotita i piroksenita na području Banovine, Hrvatska.
Uspješno provedeni zahvati u stijenskim masama uvelike ovise o kvaliteti i načinu provedbe istraživačkih radova. Fizičko-mehaničkih svojstava stijenske mase ovise od svojstvima intaktne stijene, ali i svojstvima diskontinuiteta (ISRM, 1978.). Iz tog razloga poznavanje geometrijskih značajki diskontinuiteta i definiranje reprezentativnih pukotinskih sustava je od iznimne važnosti za definiranje inženjerskogeološkog modela, te analizu mogućih tipova nestabilnosti.
Prilikom definiranja pukotinskih sustava potrebno je prikupiti veliki broj podataka o njihovoj orijentaciji. Inženjerski geolozi navedene podatke najčešće prikupljaju ručno na terenu primjenom geološkog kompasa.
Slika 1.Stijenska masa s različitim brojem setova diskontinuiteta (Pollak, 2007)
Takav način prikupljanja rezultira limitiranim brojem prikupljenih podataka. Razvojem i implementacijom daljinskih metoda istraživanja (lasersko skeniranje i fotogrametrija) u inženjersku geologiju stvorili su se uvjeti za prikupljanje i analizu velikog broja strukturnih podataka, manualnim i poluautomatskim metodama, čime je moguće definirati objektivan strukturni model stijenske mase (Riquelme, 2015). Primjena daljinskih metoda istraživanja smanjuje vrijeme potrebno za boravak na terenu i povećava vrijeme dostupno za kartiranje stijenske mase u kabinetu. Upravo osiguravanje dodatnog vremena za kartiranje struktura povećava broj prikupljenih podataka, a time i veću objektivnost (Buyer, 2018). Do danas je razvijen veliki broj daljinskih metoda za prikupljanje podataka čiji je osnovni cilj dobivanje 3D modela stijenske mase odnosno 3D oblaka točaka (engl. Point Cloud) koji služi kao podloga za inženjerskogeološko kartiranje stijenske mase.
Slika 2.3D oblak točaka stijenske mase dobiven terestričkim laserskim skeniranjem stijenskog pokosa (Đikić, 2016)
Upotrebom računalnog softvera CloudCompare i u njemu integriranog alata Compass moguće je simulirati mjerenje geološkim kompasom te očitavanje orijentacije diskontinuiteta na 3D oblaku točaka.
Slika 3 Mjerenje orijentacije plohe diskontinuiteta na 3D oblaku točaka stijenske mase (Lukačić, 2020)
Identičan postupak moguće je provesti i primjenom polu-automatske metode za identifikaciju orijentacija diskontinuiteta sa 3D digitalnog modela koristeći open-source softver Discontinuiy Set Extractor (DSE) razvijen u programskom jeziku Matlab (slika 4). Osnovna namjena ovog softvera je identifikacija ravnina i pripadajućih setova diskontinuiteta, te određivanje njihove orijentacije iz 3D oblaka točaka dobivenog laserskim skeniranjem ili digitalnom fotogrametrijom (Riquelme et al., 2014).
Slika 4 Prikaz identificiranih setova diskontinuiteta na 3D oblaku točaka stijenske mase
Provedene analize su pokazale da primjena daljinskih metoda istraživanja u inženjerskoj geologiji omogućava prikupljanje velikog broja reprezentativnih podataka o geometrijskim značajkama diskontinuiteta. Međutim, algoritmi za polu-automatsku identifikaciju diskontinuiteta nisu na stupnju razvoja da su u potpunosti neovisni te i dalje postoji potreba da inženjerski geolog validira dobivene rezultate i ocijeni da li su odraz pravog stanja na terenu kako ne bi došlo do donošenja pogrešnih zaključaka o stanju stijenske mase.
Reference:
Buyer, A. (2018.): Contributions to Block Failure Analyses using Digital Joint Network Characterization, PhD. Thesis, Institute of Rock Mechanics and Tunnelling, Graz University of Technology, Graz, 123 str.
Đikić, Z. (2016.): Primjena tehnologije oblaka točaka za projektiranje sanacije stijenske kosine Špičunak, diplomski rad, Građevinski fakultet, Rijeka, 105 str.
ISRM (1978.): Commission on standardization of laboratory and field tests Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts 15: 319-368.
Lukačić, H. (2020.): Inženjerskogeološko kartiranje stijenske mase na zasjeku Špičunak (Gorski kotar) primjenom daljinskih istraživanja, diplomski rad, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb, 102 str.
Pollak, D., 2007. Utjecaj trošenja karbonatnih stijenskih masa na njihova inženjerskogeološka svojstva, doktorska disertacija, Rudarsko-geološko-naftni fakultet, Zagreb, 299 str.
Riquelme, A. J., Abellán, A., Tomás, R. i Jaboyedoff, M. (2014): A new approach for semi-automatic rock mass joints recognition from 3D point clouds. Computers and Geosciences 68: 38–52.
Hrvoje Lukačić, mag. ing. geol., mag. ing. min. je asistent na Zavodu za geologiju i geološko inženjerstvo na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Član je Hrvatske grupe za klizišta i Međunarodnog društva za mehaniku stijena.
Izotopi su atomi istog kemijskog elementa koji imaju jednak broj protona, a različit broj neutrona u jezgri. Zauzimaju isto mjesto u periodnom sustavu elemenata, imaju ista kemijska svojstva, ali različit maseni broj. Postoje stabilni i nestabilni, odnosno radioaktivni izotopi (radionuklidi). Na primjer, kisik ima 3 stabilna izotopa: kisik-16 (16O), s 8 protona i 8 neutrona; kisik-17 (17O), s 8 protona i 9 neutrona; i kisik-18 (18O), s 8 protona i 10 neutrona (Slika 1 ). U prirodi najzastupljeniji izotop kisika je kisik-16 (99,76 %), potom kisik-18 (0,2 %) i na kraju kisik-17 (0,038 %), dok je najzastupljeniji izotop vodika vodik-1 (99,985 %) pa vodik-2 (0,015 %). Najvažniji izotopi u hidrologiji su kisik-18 i vodik-2 (ili deuterij, D) ( Mook 2001). Izotopi kisika i vodika stvaraju različite vrste stabilnih molekula vode. Od ukupno 10.000 molekula vode pronaći ćemo 9.977 molekula H216O, 3 molekule H217O i 20 molekula H218O (Slika 2). Brzine fizikalnih i kemijskih reakcija teških i lakih izotopa se razlikuju zbog razlike u masi. Teški izotopi reagiraju sporije u odnosu na lakše izotope što dovodi do izotopnog odjeljivanja ili frakcionacije (Clark, 2015).
Koncentracija stabilnih izotopa izražava se kao omjer rjeđeg i zastupljenijeg izotopa. Najčešće se koristi delta (δ) notacija koja predstavlja razliku omjera između uzorka i poznatog standarda i izražava se u promilima (Clark, 2015). Izotopni sastav vode izražava se u usporedbi s prosječnim izotopnim sastavom uzorka morske vode. Standardni uzorak vode određen je međunarodnim dogovorom i naziva se SMOW standard (engl. Standard Mean Ocean Water). SMOW je nedavno zamijenjen VSMOW standardom (engl. Vienna Standard Mean Ocean Water) kojeg je razvila Međunarodna agencija za atomsku energiju (engl. International Atomic Energy Agency – IAEA) iz destilirane morske vode koja ima izotopni sastav blizak SMOW standardu.
U prirodi se razlike u omjerima javljaju u vodenom mediju pri faznim prijelazima. Izotopno odjeljivanje (frakcioniranje) kod stabilnih izotopa kisika i vodika najviše ovisi o temperaturi faznog prijelaza, tlaku i početnom izotopnom sastavu vode. Tako se, primjerice, prilikom isparavanja više izdvajaju lakši izotopi, a voda ostaje obogaćena težim izotopima, dok se prilikom kondenzacije, pri nastanku oborina, lakše izdvajaju teži izotopi vode (Slika 3). Izotopni sastav oborine pada s udaljavanjem od obalne linije jer što više oblaci putuju prema kontinentu i više oborina padne na tom putu, to će oborina imati više lakših. Čimbenici koji utječu na prostornu i vremensku raspodjelu izotopnog sastava vode prikazani su na Slici 4.
Slika 3. Shematski prikaz izotopne frakcionacije unutar hidrološkog ciklusa (Xi, 2014)
Slika 4. Čimbenici koji utječu na raspodjelu izotopnog sastava vode (SAHRA, 2005)
Izotopna frakcionacija dovodi do razlike u omjerima stabilnih izotopa (2H/1H i 18O/16O) i nudi cijeli niz mogućnosti za istraživanja unutar hidrogeološkog ciklusa, kao što su definiranje područja napajanja, podrijetla vode, određivanje starosti vode, hidrodinamičkih uvjeta, brzine izmjene voda unutar vodonosnika te hidrauličke povezanosti među slojevima/vodonosnicima. Budući da 18O i 2H predstavljaju komponente molekule vode, oni su njezin idealni traser.
Koncentracije stabilnih izotopa u uzorcima vode najčešće se određuje masenim ili laserskim spektrometrima. Laboratorij za spektroskopiju, Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, usmjeren je na analize stabilnih izotopa vode. Stabilni izotopi, δ18O i δ2H u uzorcima tekuće vode, mjere se metodom laserske apsorpcijske spektroskopije uređajem „Laser Water Isotope Analyzer“ (LWIA-45-EP) tvrtke „Los Gatos Research“ (LGR) (Slika 5). Trenutno, Rudarsko-geološko-naftni fakultet sudjeluje u nekoliko znanstvenih projekata unutar kojih se istražuju stabilni izotopi vode. Najvažniji su:
SUPREHILL projekt (engl. Subsurface preferential transport processes in agricultural hillslope soils) koji financira Hrvatska zaklada za znanost – u okviru projekta glavni cilj je kvantifikacija podpovršinskog preferencijalnog toka vode u poljoprivrednim padinskim tlima;
IAEA TC projekt CRO7002 (engl. Using Nitrogen and Oxygen Stable Isotopes in the Determination of Nitrate Origin in the Unsaturated and Saturated Zone of the Velika Gorica Wellfield) koji financira IAEA – glavni cilj projekta je definiranje podrijetla nitrata na širem priljevnom području crpilišta Velika Gorica;
IAEA TC projekt RER7013 (engl. Evaluating Groundwater Resources and Groundwater-Surface-Water Interactions in the Context of Adapting to Climate Change) koji financira IAEA – u okviru ovog projekta uspostavljena su brojna pilot područja. Jedno od pilot područja je sliv rijeke Save gdje će se pomoću stabilnih izotopa vode odrediti odnos između oborine, rijeke Save i aluvijalnih vodonosnika;
NATURAVITA projekt (engl. Demining, restoration and protection of forest and forestland in protected and Natura 2000 sites in Danube-Drava regions) koji se financira iz Europskih strukturnih i investicijskih fondova – predstavlja strateški projekt kojem je cilj razminiranje, obnova i zaštita šuma, šumskog zemljišta i vodnih resursa.
Slika 5. Laserski uređaj LWIA-45-EP (fotografija Zoran Kovač)
Literatura:
Clark I. (2015): Groundwater Geochemistry and Isotopes. CRC Press, Taylor & Francis Group, 438 p.
Mook, W. M. E. (2001): Environmental Isotopes in the Hydrological Cycle. Principles and Applications. UNESCO/IAEA Series.
SAHRA, Sustainability of semi-Arid Hydrology and Riparian Areas, Isotopes: Oxygen, Arizona, Ariz, USA, 2005
Xi X. (2014): A Review of Water Isotopes in Atmosferic General Circulation Models: Recent Advances and Future Prospects. International Journal of Atmosferic Sciences 2014, 1-16.
Patricia Buškulić mag.ing.geol., je mlađi istraživač ‒ asistent na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu na IAEA TC projektu CRO7002 "Korištenje stabilnih izotopa dušika i kisika za određivanje podrijetla nitrata u nesaturiranoj i saturiranoj zoni crpilišta Velika Gorica".
Preliminarna ispitivanja plinopropusnosti tla i glinenih geosintetičkih barijera
Autor: dr.sc. Helena Vučenović, mag.ing. rud.
Sposobnosti nekog poroznog medija, pa tako i tla, da omogući protjecanje fluida kroz njega nazivamo propusnost. Fluidi koji prolaze kroz poroznu sredinu mogu biti različite vrste plinova ili tekućina. Hidraulička propusnost tla danas je dobro poznata veličina, a opisana je advektivnim režimom toka. Međutim, obzirom da se u prirodi fluid u poroznim medijima vrlo često javlja u obliku plina pojavljuje se potreba za poznavanjem plinopropusnosti određenih materijala. Ovaj podatak postaje sve interesantniji u posljednje vrijeme, uglavnom vezano uz probleme zaštite okoliša, posebno u geotehničkom inženjerstvu okoliša. Ovdje se posebna pozornost usmjerava na velike količine bioplina koje se stvaraju u tijelu odlagališta što je najizraženije na početku životnog vijeka odlagališta.
Emisija odlagališnih plinova u atmosferu pridonosi pored drugih čimbenika stvaranju efekta staklenika što dugoročno uzrokuje klimatske promjene i globalno zatopljenje te posljednjih godina postaje sve veći problem u cijelom svijetu. Najveći utjecaj na klimatske promjene imaju, od svih komponenti odlagališnih plinova složenog sastava, emisija metana (CH4) i ugljičnog dioksida (CO2) koji su proizvod anaerobnog raspadanja organskog otpada (Lou & Nair, 2009).
Obzirom da se radi o izrazitim stakleničkim plinovima, potrebno je spriječiti njihovo slobodno otpuštanje u atmosferu. U posljednje se vrijeme jako često u završni pokrov odlagališta kao brtvena komponenta ugrađuje upravo Geosynnthetic Clay Liner – GCL (slika 1). GCLs su umjetno proizvedene barijere koje se sastoje od tankog sloja bentonitne gline između dva sloja geotekstila. Pri tome je bentonitna glina nepropusna komponenta dok su slojevi geotekstila nosiva komponenta. Već su ranija istraživanja pokazala da je GCL vrlo efikasna hidraulička barijera, međutim sve više raste interes za određivanjem efikasnosti GCL-a kao plinske barijere.
Slika 1 Presjek odlagališta s detaljem temeljnog i pokrovnog zaštitnog sustava .
Ispitivanja plinopropusnosti GCLs provode se od početka devedesetih godina prošlog stoljeća, a danas se tradicionalno najčešće koristi mjerenje protoka plina kroz GCL pri stacionarnim uvjetima metodom stalne razlike potencijala (Bouazza et al. 2002, Bouazza and Vangpaisal 2003, 2004, Didier et al. 2000, Vangpaisal and Bouazza 2004).
Pregledom dosadašnjih ispitivanja i dobivenih rezultata može se zaključiti kako najveći utjecaj na propusnost plina ima vlažnost i stupanj saturacije uzorka. Međutim i dalje postoji potreba za detaljnijim analizama određenih parametara kao su primjerice vrijednosti vlažnosti i saturacije uzorka prije i poslije ispitivanja. Velik broj čimbenika mogu utjecati na rezultate ispitivanja plinopropusnosti.
S ciljem određivanja parametara propusnosti plina kroz medije kao što su brtvene barijere u Geomehaničkom laboratoriju na RGN fakultetu razvila se metoda za određivanje plinopropusnosti na različitim uzorcima tla. Laboratorijska ispitivanja plinopropusnosti provode se u troosnom uređaju koji je spojen na osobno računalo. Kako bi se uz standardna ispitivanja na troosnom uređaju mjerio protok zraka kroz uzorak, na donju bazu uzorka priključen je dovod zraka pod povišenim tlakom, a na gornju stranu uzorka mjerač protoka zajedno s mjernim pretvornikom protoka. Izvor konstantnog tlaka je kompresor za zrak. Istjecanje zraka s druge strane mjeri se vrlo preciznim mjeračem protoka pri atmosferskom tlaku koji je spojen na pretvornik protoka priključen na osobno računalo kojim se prikupljaju podaci protoka. Uređaj za mjerenje plinopropusnosti konstruiran je tako da tijekom provedbe pokusa mogu približno simulirati između ostalog uvjeti u pokrovnom sustavu na odlagalištu otpada gdje je GCL izložen djelovanju nadsloja i utjecaju okolnih slojeva. Shema uređaja za ispitivanje plinopropusnosti prikazana je na slici 2. (Vučenović 2016).
Slika 2 Shema uređaja za mjerenje plinopropusnosti.
Uzorci različitih vrsta tla i uzorak GCL-a na kojima su provedena laboratorijska ispitivanja plinopropusnosti prikazani su na slici 3.
Slika 3 Različiti uzorci tla na kojima se provodila analiza plinopropusnosti
Modificiranjem standardnog troosnog uređaja te povođenjem većeg broja ispitivanja na različitim vrstama uzoraka rezultiralo je razvojem laboratorijske metode za određivanje plinopropusnosti. Rezultati ispitivanja ukazuju na uspješnost razvijene metode obzirom da se vrijednosti propusnosti porozne sredine pojedinih uzoraka tla nalaze u rasponu ranijih ispitivanja plinopropusnosti. Propusnost porozne sredine svih uzoraka bila je u rasponu od 1,45 × 10-13 do 4,71 × 10-13 m2.
Analizom rezultata također se ustanovilo kako uzorci bentonitne gline i GCL-a pri suhom stanju ne predstavljaju efikasnu plinsku barijeru čija je propusnost manja od propusnosti nekih drugih materijala. Smatra se da je za određivanje optimalne vlažnosti uzorka GCL-a za ugradnju u pokrovni sustav odlagališta potrebno pripremiti uzorke velikog raspona početne vlažnosti za ispitivanje plinopropusnosti, kako bi se odredila optimalna plinopropusnost koja bi obavljala funkciju brtvljenja. Također se može napomenuti kako je ispitivanje plinopropusnosti u troosnoj ćeliji vrlo pristupačno obzirom da je potrebno samo modificirati postojeću troosnu ćeliju dodavanjem mjeraća protoka i izvor plina.
Reference:
Bouazza A, Vangpaisal T and Rahman F (2002) Gas Migration Through Needle Punched Geosynthetic Clay Liners, In Proceed. International symposium on clay geosynthetic barriers., Nuremberg, Germany, 16-17 April 2002, Zanzinger, Koerner& Gartung (eds), Swets & Zeitlinger, Lisse, 165-176.
Bouazza A and Vangpaisal T (2003) An apparatus to measure gas permeability of geosynthetic clay liners, Geotextiles and Geomembranes 21, 85–101.
Didier G, Bouazza A and Cazaux D (2000) Gas permeability of geosynthetic clay liners, Geotextiles and Geomembranes 18, April 2000, 235-250.
Lou, X.F., Nair J. (2009): The impact of landfilling and composting on greenhouse gas emissions – A review, Bioresource Technology, Volume 100, Issue 16, August 2009, Pages 3792–3798.
Vangpaisal T and Bouazza A (2004) Gas permeability of partially hydrated geosynthetic clay liners. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 130(1): 93–102.
Vucenovic H (2016) The development of laboratory test method of geosynthetic clay liners gas permeability, doctoral thesis, University of Zagreb, Faculty of mining, geology and petroleum Engineering, Zagreb, 2016.
Dr. sc. Helena Vučenović, mag.ing. rud. je poslijedoktorand na Zavodu za rudarstvo i geotehniku na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. U rujnu 2016. obranila je doktorski rad pod nazivom Razvoj metode laboratorijskog ispitivanja plinopropusnosti glinenih geosintetičkih barijera.
Integracija PV-a i plitkih geotermalnih izvora energije u rezidencijalnim mikromrežama
izv. prof. Luka Perković
Amalia Lekić Brettschneider, mag. ing. petrol.
Održivi razvoj ima nekoliko ključnih elemenata: dijagnosticiranje trenutnog stanja industrijskih i stambenih sustava, uključivanje mapiranja potreba za opskrbom toplinom i električnom energijom, kao i mogućnostima proizvodnje električne energije. Od lipnja 2020. u Europi je instalirano preko dva milijuna geotermalnih dizalica topline (EGEC, 2020). Švedska, Njemačka, Francuska i Švicarska zemlje su s najviše instaliranih plitkih geotermalnih (PG) sustava za dobivanje toplinske energije, što čini 64% svih instaliranih kapaciteta u Europi (Perez, 2020). Integracija PV-a i geotermalnih dizalica topline može se koristiti za troškovno efikasnu dekarbonizaciju potrošnje energije u sektoru kućanstava. Integracija potražnje za grijanjem, hlađenjem i električnom energijom i opskrbom obnovljivom električnom energijom može dovesti do poboljšane toplinske rekuperacije geotermalnog ležišta i niskom godišnjom toplinskom degradacijom ležišta.
Mjerenja koncentracija radona, CO2 i ugljikovodika u plinovima u tlu te prirodne radioaktivnosti u svrhu unaprjeđenja geološkog modela podzemlja
Marija Pejić, mag.geol.
Projekt GEOloška karakterizacija podzemlja istočnog dijela Dravske depresije s ciljem procjene Energetskog Potencijala (GEODEP) započeo je u veljači 2020. te će trajati do veljače 2025. godine. Financiran je od strane Hrvatske zaklade za znanost, a na njemu surađuje 10 istraživača te dva suradnika. Glavni cilj projekta je izraditi geološki model podzemlja na području istočnog dijela Dravske depresije. Model će se koristiti pri procjeni ugljikovodičnog potencijala i procjene potencijala za geološko skladištenje CO2. U okviru projekta provedeno je testiranje opreme i metode za lociranje migracijskih puteva u podzemlju, a odvijalo se na području Savske depresije, u blizini Kutine.
Metoda koja je testirana odnosi se na monitoring plinova u tlu. Monitoring plinova ima brojne primjene uključujući istraživanje onečišćenja tla antropogenim čimbenicima (Chylkova et al,2009; Hendel, 2017), zdravstvenog rizika od koncentracije radona u urbanom planiranju (Cinelli et al, 2015; Tokonami, 2020), pokušajima predviđanja potresa (Sugisaki et al, 1983) te istraživanjima mineralnih sirovina (Partington, 1957; Füst& Geiger, 2010). Plinovi koji su zanimljivi za praćenje su radon i toron, pri čemu je zanimljiv njihov omjer. U prirodi su uglavnom prisutna dva radioizotopa radona, 222Rn i 220Rn (toron). 222Rn ima poluživot od 3,8 dana, dok toron ima poluživot od 55,6 s (Jönsson, 1995). Radon (222Rn) nastaje u uranonosnim stijenama i tlima radioaktivnim raspadanjem radija (226Ra), kao dijelom raspadnog niza uranija (238U), dok se toron proizvodi iz radioaktivnog raspada 224Ra u raspadnom nizu torija (232Th). Zbog navedenog njihov omjer može govoriti o tome je li plin koji se detektira stigao migracijskim putem iz većih dubina ili je lokalnog podrijetla. Nedifuzni transport radona može se pripisati transportu plina nosioca (Kristiansson&Malmqvist, 1982) pa, s obzirom na to da je radon nereaktivan, može poslužiti za praćenje pri transportu iz velikih dubina prema površini. Ugljikov dioksid i metan smatraju se potencijalnim plinovima nosiocima za radon (Durrance&Gregory, 1990; Etiope&Lombardi, 1995) zbog čega su mjerene i njihove koncentracije. Kretanje metana i drugih ugljikovodika od formacija koje sadrže ugljikovodike duž rasjeda i pukotina dobro je poznato u cijelom svijetu (Khilyuk et al, 1990; Dyck&Jonasson, 2000). Više autora potvrđuje da se aktivni rasjedi mogu razlučiti mjerenjem koncentracija radona budući da anomalije ukazuju na zone povezane s rasjedima ili rasjednim zonama (Aubert&Baubron, 1988; Neri et al, 2019; Palacios et al, 2013).
U okviru testiranja metode provjerena je korelacija koncentracija plinova iz zraka tla s migracijskim putevima ugljikovodika u podzemlju, odnosno rasjedima. Mjerene su koncentracije nekoliko različitih plinova: 222Ra, 220Ra, CO2, CH4, volatilni organski spojevi te volatilna komponenta ugljikovodika. S obzirom da su koncentracije radona vrlo varijabilne i teško je zaključiti koji sve parametri na nju utječu, provedena su i mjerenja prirodne radioaktivnosti. Svrha mjerenja prirodne radioaktivnosti bila je moguća potvrda da povećane koncentracije radona nisu uzrokovane plitkom podpovršinskom geološkom raznolikošću. Za mjerenja su odabrana dva područja (Slika 1): lokacija A - odabrana zbog poznatog izvora nafte na površini i mogućeg migracijskog puta koji se nalazi u neposrednoj blizini i; lokacija B - područje sa i bez dokazanih akumulacija ugljikovodika u podzemlju.
RGN znanosti u obnovi potresom pogođenih područja - 2. okrugli stol u sklopu Dana doktoranada
Poslijediplomski studij
Autor: prof. dr. sc. Snježana Mihalić Arbanas
Dana 6.5.2021. održan je 2. okrugli stol RGNF-a u sklopu manifestacije Dan doktoranada. Tema 2. okruglog stola „RGN znanosti u obnovi potresom pogođenih područja“ bila je doprinos znanstvenika s RGN fakulteta u projektima obnove na potresom pogođenom području. Na Okruglom stolu, osim studenata poslijediplomskih, diplomskih i prediplomskih studija RGNF-a, sudjelovali su znanstvenici iz istraživačkih i akademskih institucija iz Hrvatske i BIH, bivši studenti RGN struka i srodnih struka iz državnih i regionalnih uprava i javnih ustanova, kao i iz gospodarstva. Uvodničari su bili znanstvenici i nastavnici s RGNF-a koji su bili uključeni u znanstvene i stručne aktivnosti provođene vezano uz Petrinjsku seriju potresa. Moderatorice su bile profesorice Snježana Mihalić Arbanas i Jelena Parlov.
„Geofizička istraživanja u upravljanju katastrofama “ prof. dr. sc. Franjo Šumanovac
Svrha Okruglog stola bila je prezentacija primjene RGN znanosti nakon prirodnih katastrofa. Okvirni prijedlog tema za diskusiju bio je: (i) primjena temeljnih geoloških i seizmotektonskih istraživanja na Petrinjskom potresnom području nakon glavnog potresa 29.12.2020. godine; (ii) primjena inženjerskogeoloških znanstvenih istraživanja nakon glavnog potresa M 6,2 od 29.12.2020.; (iii) primjena hidrogeoloških znanstvenih istraživanja nakon glavnog potresa M6,2 od 29.12.2020.; (iv) primjena geofizičkih istraživanja nakon glavnog potresa M 6,2 od 29.12.2020.; i (iv) projekti miniranja nakon potresa u Zagrebu i Petrinji 2020. godine.
Zaključci 2. okruglog stola „RGN znanosti u obnovi potresom pogođenih područja“ su:
Seizmotektonska istraživanja na Petrinjskom potresnom području nakon glavnog potresa M 6,2 od 29.12.2020. godine bilo je nužno provesti sa svrhom utvrđivanja točnog položaja seizmogenog rasjeda i njegovog mogućeg traga na površini, kako bi se utvrdile površinske manifestacije pomaka po rasjedu i postojeće ili potencijalne štete uslijed tih pomaka. Trag glavnog seizmogenog rasjeda na površini određen je projekcijom toga rasjeda interpretiranog pomoću refleksijskog seizmičkog profila na koji su projicirana žarišta potresa Petrinjske serije, a sustavnim terenskim istraživanjima je potvrđeno da tijekom glavnog potresa taj seizmogeni rasjed nije dosegao do površine. Iz istraživanja je proizašlo da seizmogeni rasjed nije prouzročio dodatna oštećenja u tlu i na građevinama u obliku pukotina.
Temeljna geološka istraživanja provedena su na području Mečenčana i Borojevića, u kombinacji s geofizičkim istraživanjima, sa svrhom utvrđivanja geološke građe područja na kojemu su nastale vrtače zbog potresne trešnje. Nakon glavnog potresa došlo je do naglog urušavanja površinskih naslaga i nastanka oko 80-tak novih urušnih vrtača. Svrha geoloških i geofizičkih istraživanja bila je interpetirati geološku građu podzemlja i utvrditi moguće lokacije pojavljivanja novih vrtača na tom području. Geološko kartiranje izdanaka stijena provedeno je i na širem području, radi određivanja rasprostranjenosti okršenh badenskih vapnenaca u podzemlju, prekrivenih tankim nadslojem površinskih naslaga aluvijalnog porijekla. Utvrđeno je da, usprkos sličnim geološkim preduvjetima, opasnost od nastanka novih urušnih vrtača je ograničena na područje površine oko 4 km2.
Inženjerskogeološka znanstvena istraživanja imala su za svrhu izraditi karte evidencije seizmički induciranih efekata glavnog potresa i Petrinjske serije potresa, likvefakcije, klizišta i vrtača na području 16 općina/ gradova (ukupne površine 3500 km2) u kojima je registrirana najveća gustoća prijavljenih šteta, a u svrhu utvrđivanja rasprostranjenosti hazardnih pojava, kao i točne lokacije i veličine terena zahvaćenog hazardnom pojavom. Utvrđeno je 65 (re)aktiviranih klizišta, 52 pojave likvefakcije i oko 90 novih vrtača, pri čemu su sve pojave nastale u jasno definiranim geološkim i geomorfološkim uvjetima.
Inženjerskogeološka znanstvena istraživanja imala su zadatak razviti metodologiju brze izrade karata podložnosti likvefakciji, klizištima i vrtačama sa svrhom analize preduvjeta, kao i zona potencijalne opasnosti. Analize podložnosti provedene su na području 16 općina/ gradova (ukupne površine 3500 km2) u kojima je registrirana najveća gustoća prijavljenih šteta. Procijenjeno je da visoka podložnost za seizmički inducirane hazardne procese postoji za likvefakciju na oko 10% područja, a za klizišta na oko 33% područja. Srednja i niska podložnost na likvefakciju postoje na dodatnih cca 13% područja. Međutim, visoka podložnost na klizanje će se značajno povećati ukoliko se iskrči šuma (na oko 37% područja). Također, utvrđeno je da je oko 10% područja podložno na vrtače, pri čemu podložnost varira od niske (7%) do srednje (3%) i visoke (<1%).
Hidrogeološka istraživanja provedena su u svrhu izrade karata dubina do podzemne vode potrebnih za proračun podložnosti na likvefakciju. Izrađen je katastar od 600 zdenaca unutar aluvijalnih dolina na području 16 općina/ gradova, izmjerene su dubine do vode, na zdencima je provedeno geodetsko snimanje kote 0, te su određene razine podzemne vode u više navrata. Utvrđene su izrazito visoke razine podzemnih voda u vlažnim razdobljima što doprinosi podložnosti na likvefakciju.
Projekti miniranja provedeni su za uklanjanje tornja Zagrebačke Katedrale nakon zagrebačkog potresa, kao i za uklanjanje dimnjaka željezare u Sisku te dimnjaka ciglane u Zagrebu koji su bili oštećeni potresom. Pristup planiranju primjene miniranja za odvajanje tornja Katedrale nije bilo moguće provesti standardnim inženjerskim pristupom zbog jedinstvenosti zahvata, već je bio potreban inventivni znanstveni pristup zbog jedinstvenosti uvjeta izvođenja na visini od približno sto metara te posebnosti Katedrale u smislu sakralnog, kulturnog i arhitektonskog dobra.
Slika 1 Faze upravljanja rizicima od katastrofa (iz Straterije upravljanja rizicima od katastrofa, siječanj 2021.)
Seizmotektonska istraživanja pukotine glavnog potresa, temeljna geološka istraživanja uvjeta u kojima su nastale vrtače u Mečenčanima i Borojevićima, kao i inženjerskogeološka istraživanja sa svrhom izrade karata evidencije seizmički induciranih efekata na regionalnoj razini, prema kružnom ciklusu za upravljanje katastrofama (slika 1), imaju za svrhu procjenu stanja, te su kartografska podloga za kontinuiranu podršku i rekonstrukciju.
Inženjerskogeološka istraživanja podložnosti na seizmički inducirane geohazarde i hidrogeološka istraživanja imala su za svrhu procjenu stanja za održivu obnovu, a moguće ih je primijeniti za preliminarne procjene rizika, odnosno kao podloge za analize ranjivosti.
Geofizička istraživanja provedena sa svrhom otkrivanja potencijalnih lokacija za pojavu novih urušnih vrtača, odnosno definiranja granice između nesigurnog i sigurnog područja na pojavu urušnih vratača, te seu stoga primijenjena za procjenu stanja i kontinuiranu podršku. Rezultate je moguće kasnije koristiti i za rekonstrukciju i održivu obnovu na ograničenom području na kojemu su provedena istraživanja.
Projekti miniranja su omogućili pružanje trenutne pomoći i kontinuiranu podršku u uklanjanju opasnih građevina.
U fazama reagiranjatijekom i neposredno nakon katastrofe koje je koordinirao Nacionalni stožer, a također i za poduzimanje koraka za kvalitetan oporavak, u kojemu ključnu ulogu ima Ministarstvo prostornog uređenja i graditeljstva, nužno je provođenje znanstvenih istraživanja RGN struka (seizmotektonike, geologije, inženjerske geologije, hidrogeologije, geofizike i miniranja) neposredno nakon katastrofe, kao i tijekom prva tri mjeseca nakon katastrofalnog glavnog potresa M 6,2.
prof. dr. sc. Snježana Mihalić Arbanas redovita profesorica je na Zavodu za geologiju i geološko inženjerstvo na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Voditeljica je smjera Geološko inženjerstvo na Doktorskom studiju RGNF-a Primijenjene geoznanosti, rudarsko i naftno inženjerstvo istraživanje.
Paleolimnologija je znanstvena disciplina koja proučava uvjete i procese u jezerskim bazenima u prošlosti te interpretira njihovu povijest (W.M. Last & Smol, 2001). Paleolimnolozi koriste fizičke, kemijske i biološke indikatore u jezerskim sedimentima kako bi utvrdili paleookolišne karakteristike formiranja i evolucije jezera. Jezera predstavljaju privremene kopnene akumulacije vode u kojima se odvija sedimentacija autohtonog i alohtonog materijala donešenog sa slivnog područja. Riječ „privremena“ znači da jezera s vremenom oplićavaju uslijed akumulacije materijala te njihov prirodni ciklus završava s prestankom taloženja jezerskih sedimenata. Jezera su okoliši u kojima se sedimentacija odvija relativno brzo, u odnosu na oceane i druge kopnene okoliše, zbog velikog omjera veličine slivnog područja i samog jezera. Zbog svoje morfologije, a često i malih dubina, jezera su posebno osjetljiva na promjene u okolišu koje mogu biti inducirane klimatskim promjenama i antropogenim djelovanjem. Također, jezerske sekvence su često dobro očuvane jer su taložene u relativno zatvorenim bazenima čija morfološka građa osigurava očuvanje akumuliranog materijala i štiti ga od procesa erozije. Takav neporemećeni i fino uslojeni jezerski sediment omogućuje vrijedne i kontinuirane paleookolišne i paleoklimatske zapise (Cohen, 2003) (Slika 1). Najčešća jezera u svijetu su glacijalna, tektonska, fluvijalna, obalna i vulkanska jezera, dok su najčešća jezera u Hrvatskoj krška jezera.
Metode povećanja iscrpka (engl. Enhanced Oil Recovery, EOR) se primjenjuju u svrhu proizvodnje dodatne količine nafte nakon primarne proizvodnje (proizvodnje temeljene na prirodnoj energiji ležišta) ili najčešće nakon zavodnjavanja (sekundarne faze). Neke od metoda povećanja iscrpka uključuju utiskivanje ugljikovog dioksida (CO2-EOR), što je posebno atraktivno budući da se dio utisnutog CO2 zadrži u ležištu [1], omogućujući pozitivan efekt na skladišni kapacitet i isplativost skladištenja CO2. Iz tog razloga, ove metode imaju poseban značaj zbog obaveze smanjenja emisija sukladno međunarodnim sporazumima Europske unije u području klimatskih promjena (Protokol iz Kyota iz 1997. godine i Pariški sporazum iz 2015. godine). Korištenje i skladištenje ugljikovog dioksida (engl. Carbon Capture Utilization and Storage, CCUS) s naglaskom na korištenje dolazi u fokus kada se procjenjuju mogućnosti skladištenja CO2 i smanjenja troškova skladištenja. Iako postoje i druge vrste korištenja, poput upotrebe u proizvodnji pića ili u poljoprivredi, samo se CO2-EOR provodi na komercijalnoj razini u industrijskim razmjerima [2] - [4].
Ubrizgavanjem CO2 iznad tlaka mješljivosti (ili minimalnog tlaka miješanja, MMP) poboljšava se učinkovitost mikroskopskog istiskivanja nafte, zbog smanjenja njene viskoznosti i bubrenja, smanjenja međupovršinske napetosti i promjene gustoće[5]. Bez obzira na uvjete utiskivanja, dio CO2 se uvijek ponovno proizvodi, tako da ukupno utisnuti CO2 uključuje reciklirani CO2 i CO2 koji je potrebno dodatno dovesti u sustav kako bi se ostvario potrebni kapacitet utiskivanja (Slika 1).
Jedan od ciljeva istraživanja u okviru HRZZ projekta NEIDEMO je razvoj poboljšanog modela neidealne detonacije temeljenog na Wood-Kirkwoodovoj teoriji blago divergentnog toka i termokemijskom računalnom kodu EXPLO5.
Detonacijom eksplozivnog naboja stvara se detonacijski val koji se širi kroz eksploziv brzinom do 10 km/s, dostiže tlak do 40 GPa i temperaturu do 6000 K, u vremenu od nekoliko nanosekundi. Zbog ekstremno kratkog vremena trajanja reakcija i visokog tlaka, energija se prijenosi s vrućih detonacijskih produkata na neizreagirani dio eksploziva gibanjem. Postoje dvije općeprihvaćene teorije detonacije temeljene na zakonima očuvanja i hidrodinamičnoj teoriji: Chapman-Jouguetova (CJ) teorija koja pretpostavlja da se reakcije odvijaju trenutačno (što znači da reakcijska zona ne postoji) i Zeldovich-von Neumann-Doeringova (ZND) teorija koja uzima u obzir postojanje reakcijske zone određene širine i određenog vremena trajanja reakcija (Slika 1).
Eksplozivi koji se ponašaju u skladu s CJ teorijom nazivaju se „idealni eksplozivi“. Međutim, detonacijska svojstva gospodarskih eksploziva („neidealnih eksploziva“) ne mogu se točno predvidjeti primjenom C-J teorije. Teorijski izračunata detonacijska brzina i tlak gospodarskih eksploziva znatno su viši od eksperimentalno izmjerenih, te detonacijska brzina jako ovisi o promjeru eksplozivnog naboja i svojstvima obloge (Esen, 2004; Souers i ostali, 2004; Minchinton, 2015; Sućeska i ostali, 2019).
Mineraloška i geokemijska korelacija između željezne rude i arheoloških predmeta
Autor: Tomislav Brenko, mag.geol.
Zahvaljujući dugogodišnjim sustavnim terenskim pregledima zaljubljenika u starine Ivana i Zlatka Zvijerca iz Torčeca, Josipa Cugovčana iz Podravskih Sesveta, Miralema Alečkovića iz Hlebina, Ranka Pavleša iz Starigrada te zaposlenika Muzeja Grada Koprivnice, posljednjih je tridesetak godina na prostoru Podravine pronađen veliki broj arheoloških lokaliteta iz razdoblja antike i srednjeg vijeka. Brojni pronađeni ulomci željezne zgure upućivali su na postojanje kovačkih i talioničkih radionica tijekom antike i ranog srednjeg vijeka u nizinskom području srednjeg toka rijeke Drave (Sekelj Ivančan i Marković, 2017; Valent i sur., 2017). Jedini problem leži u činjenici što u Podravini do sada nisu prepoznata i pronađena ležišta željezne rude koja bi mogla opravdati postojanje jedne takve željezne kulture na tom području. Pretpostavlja se da je za taljenje željezne rude i proizvodnju željeznih predmeta korištena lokalna sirovina, u vjerojatno u obliku močvarne željezne rude.
Močvarna željezna ruda predstavlja sedimentacijske nakupine željezovitih oksida i oksihidroksida unutar tla, močvara, jezera ili uz manje potoke (Landuydt, 1990). Dijeli se u tri glavna makromorfološka tipa, koji se ujedno mogu smatrati i razvojnim stadijima močvarne željezne rude; može se pojavljivati u obliku mekanih, zemljanih nakupina željeza u tlu spužvaste teksture, tvrđih konkrecijskih i nodularnih formi ili u obliku masivnijih uslojenih horizonata (Slika 1). Močvarna ruda se najčešće nalazi u zaravnjenim, glacijalnim ravnicama kroz koje protječu manji potoci ili sporije rijeke (Stoops, 1983; De Geyter, 1985; Kaczorek i Sommer, 2003; Thelemann i dr., 2017). Vrlo su rasprostranjene pojave ovog tipa rude u središnjoj Europi unutar aluvijalnih naslaga, pješčanih i glinovitih tala, često u istim horizontima sa povećanom organskom aktivnošću (Kaczorek i sur., 2009). Glavne komponente rude su željezni ili manganski oksihidroksidi. Manganski oksihidroksidi su karakterizirani tamnosivom-crnom bojom, dok su željezovite pojave karakterizirane smeđe-crvenim nijansama. Općenito je prihvaćeno da se većina močvarnih željeznih ruda nalazi u područjima sa plitkom razinom podzemne vode i unutar tla bez vidljive vanjske strukture. U središnjoj Europi primijećeno je da se željezne pojave vežu uz aluvijalne pijeske, prahovita i glinovita tla, često u sloju bogatim organskom tvari (Landuydt, 1990; Kaczorek i sur., 2004), te se javljaju i u rubnim, pjeskovitim dijelovima močvarnih nizina.
Određivanje strukture Zemljine unutrašnjosti metodom tomografije bliskih potresa
Autor: dr.sc. Josipa Kapuralić, mag.ing.geol.
Poznavanje Zemljine unutrašnjosti ključno je za razumijevanje geoloških struktura i njihovih odnosa promatranih na površini. U zadnja dva desetljeća izveden je veliki broj regionalnih istraživanja europske litosfere, dok su u zadnjih desetak godina na području Dinarida intenzivirana lokalna duboka geofizička istraživanja s ciljem rasvjetljavanja geološkog modela kore i plašta. Ovo istraživanje usmjereno je na kontaktnu zonu Jadranske mikroploče, koja je dio Afričke ploče i Panonskog bazena, dijela Euroazijske ploče (slika 1).
Nanotehnologijom su se ljudi počeli baviti relativno davno, prije 60-ak godina. Prvi znanstvenik koji je 1959. godine ukazao da bi jednog dana uređaji i materijali mogli biti proizvedeni do veličine koja odgovara veličinama atoma bio je Richard Feynman, a sam termin „nanotehnologija“ prvi je upotrijebio 1974. godine znanstvenik Norio Taniguchi. Iako nanotehnologija zadire u sva područja ljudske djelatnosti, od automobilske industrije, računala i elektronike, robotike, medicine do tekstilne industrije sama primjena u naftnoj industriji započela je tek unatrag par godina. Pod nanotehnologijom se podrazumijeva upotreba materijala vrlo malih dimenzija, između 1 i 100 nanometara.
Učinak bagera s dubinskom lopatom pri eksploataciji mineralnih sirovina
Autor: Vjekoslav Herceg, mag. ing. rud.
Rudarstvo se u svijetu posljednjih godina ubrzano razvija prateći globalni trend razvoja gospodarstva. Potražnja za pojedinim mineralnim sirovinama raste velikom brzinom, međutim prirodni, tehnološki, zakonski i društveni uvjeti uvelike mogu ograničavati kapacitete. Stoga je jedan od najvećih izazova modernog rudarenja biti u korak s vremenom. Da bi se to postiglo, uz kvalitetan kadar i društvenu podršku, moderna tehnologija je svakako jedan od ključnih faktora uspjeha. Trenutni tehnološki napredak u svijetu usmjeren je prema što većem smanjenju korištenja fosilnih goriva s ciljem smanjenja emisija CO2 u atmosferu. U rudarskoj industriji tehnologija je najvećim dijelom vezana za mobilne strojeva pogonjene pretežno motorima s unutarnjim izgaranjem. Stoga se razvoj tehnologije bazira na što većoj efikasnosti koja direktno utječe na smanjenje potrošnje energije a samim time i emisije CO2. U procesima dobivanja mineralne sirovina koriste se različiti strojevi čiji se učinak zasebno istražuje.
Eksploatacija geotermalne energije revitalizacijom napuštenih naftnih i plinskih bušotina
Autorica: Marija Macenić, mag.ing.min.
Na području Republike Hrvatske eksploatacija ugljikovodika započela je još krajem 19. stoljeća, dok je moderna proizvodnja nafte i plina započela sredinom 20. stoljeća, te se nastavlja i danas. Prema podacima INA grupe do danas je izrađeno otprilike 4500 istražnih, proizvodnih i razradnih bušotina (INA d.d., 2018). Krajem 20. stoljeća započeo je pad proizvodnje ugljikovodika, zabilježeno je povećanje udjela vode u proizvodnji te je došlo do smanjenja tlaka u ležištima, što je rezultiralo napuštanjem ili prenamjenom proizvodnih bušotina u utisne ili opažačke. Pretpostavlja se da će udio takvih bušotina, kako u svijetu, tako i u Hrvatskoj, i dalje rasti.
Odroni stijenske mase predstavljaju jedan od prirodnih hazarda jer uzrokuju značajnu štetu na infrastrukturi i drugim dobrima te predstavljaju opasnost za ljude. Odronima nazivamo sve pojedinačne odlomke stijenskih blokova koji su od kosine odvojeni mehanizmima klizanja, prevrtanja i odronjavanja nakon čega slijedi brzi pokret stijenskog bloka niz kosinu slobodnim padom, odskakivanjem, kotrljanjem i klizanjem (Varnes, 1978). Odroni predstavljaju čestu pojavu na strmim stijenskim kosinama u Dinaridima, a uzrokovani su nepovoljnim značajkama stijenske mase, trošenjem, intenzivnim oborinama i antropogenim utjecajem (Arbanas et al., 2012). Najpoznatije područje u Hrvatskoj s obzirom na pojavu odrona je grad Omiš i njegova povijesna jezgra koji su često ugroženi zbog svoje specifične lokacije u podnožju strmih padina Omiške Dinare. Upravo radi toga, stijenske kosine Omiške Dinare iznad grada Omiša izabrane su kao pilot područje za razvoj metodologije za procjenu podložnosti stijenskih kosina odronima.
Autor: dr. sc. Sanja Bernat Gazibara, mag.ing.geol.
Klizanje je kretanje mase stijena ili tla niz padinu (Cruden, 1991). Klizišta predstavljaju ozbiljan problem u gotovo svim dijelovima svijeta jer uzrokuju ekonomske ili socijalne gubitke, izravne ili neizravne, na privatnim i/ili javnim dobrima (slika 1). Istraživanje klizišta i procjena opasnosti od klizanja u domeni je geoznanosti, a konačni rezultati su karte postojećih klizišta i prognostičke karte koje su informacija za širok spektar korisnika, najčešće iz domene lokalne, regionalne i nacionalne uprave. Karte hazarda klizanja nastaju kao rezultat prostornih analiza, a za njihovu izradu nužni su detaljni i potpuni inventari klizišta. Primjena daljinskih istraživanja u geoznanosti je u posljednjih petnaestak godina brzo napredovala (Jaboyedoff, 2012) zbog toga što daljinska istraživanja omogućavaju dobivanje 3D informacija o površini terena s visokom preciznosti i prostornom rezolucijom te omogućavaju razvoj novih metoda istraživanja u inženjerskoj geologiji. Karte klizišta prikazuju granice klizišta i opisne podatke kao što su datum aktiviranja klizišta, provedeni istraživački radovi i mjere sanacije, te podatke o tipu klizišta, veličini i dubini klizišta. Ovakve kartografske baze podataka o klizištima do danas su izrađivane samo na području podsljemenske zone Grada Zagreba (Bernat Gazibara et al, 2019a; Bernat Gazibara et al., 2019b) i Vinodolske udoline (Đomlija, 2018). Jedan od razloga je što u Hrvatskoj nije uspostavljeno sustavno prikupljanje podataka o aktiviranim klizištima, a drugi razlog je taj što detaljno kartiranje klizišta na većim područjima iziskuje primjenu metoda daljinskih istraživanja koje se u Hrvatskoj primjenjuju tek unatrag nekoliko godine.
Podzemna voda zagrebačkog vodonosnika strateški je resurs Republike Hrvatske i predstavlja glavni izvor pitke vode za građane grada Zagreba i Zagrebačke županije. Održivo korištenje strateškog resursa zahtijeva detaljnu identifikaciju i kvantifikaciju svih izvora prihranjivanja vodonosnika, posebice u uvjetima kontinuiranog negativnog trenda razina podzemne vode kakav je prisutan na zagrebačkom vodonosniku. Za postizanje jednog od tih ciljeva, tj. identifikacije i kvantifikacije prihranjivanja zagrebačkog vodonosnika iz oborina, uspostavljen je istraživački poligon na vodocrpilištu Velika Gorica 2018. godine (Slika 1), u suradnji između tvrtke VG Vodoopskrba d.o.o. iz Velike Gorice i Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu (RGNF). Istraživački poligon na vodocrpilištu Velika Gorica projektiran je na način da bude prikladan za znanstveno-istraživačke i nastavne tj. edukacijske svrhe. Građevinski izvedbeni projekt istraživačkog okna izradila je tvrtka HIDROPROJEKT-ING d.o.o. iz Zagreba u suradnji s VG vodoopskrbom d.o.o. i Rudarsko-geološko-naftnim fakultetom Sveučilišta u Zagrebu.
Slika 1 Skica uređaja za ultrazvučno mjerenje brzina (Vukadin et al., 2021)
Slika 3 Ovisnost brzine o promjeni poroznosti suhih i zasićenih uzoraka (Vukadin et al., 2021)
Seizmičko modeliranje dubine slojne vode
Slika 1 Faze upravljanja rizicima od katastrofa (iz Straterije upravljanja rizicima od katastrofa, siječanj 2021.)
