ZONA I KAVERNI U KRŠU

Transcription

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET NIKOLINA BUKAL GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA RASPUCALIH ZONA I KAVERNI U KRŠU ZAVRŠNI RAD Varaždin, srpanj 2010.

2 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEOTEHNIČKI FAKULTET ZAVRŠNI RAD GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA RASPUCALIH ZONA I KAVERNI U KRŠU KANDIDAT: MENTOR: Nikolina Bukal Prof. dr. sc. Krešimir Jelić Varaždin, 15. srpnja 2010.

3 SADRŽAJ 1 UVOD 1 2 POJAM I PODJELA KRŠA POVRŠINSKI KRŠ PODZEMNI KRŠKI OBLICI FAZE OKRŠAVANJA ISTRAŽIVANJE I ZNAČAJ RASPUCANIH ZONA I KAVERNI KRŠ U HRVATSKOJ 15 3 GEOFIZIČKI PARAMETRI ZA OPIS DISKONTINUITETA U KRŠU PARAMETRI OPISA DISKONTINUIRANOSTI STIJENSKE MASE GEOFIZIČKI PARAMETRI ZA DETEKCIJU KAVERNI U KRŠU 21 4 GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA KRŠA KARTIRANJE RASJEDNIH ZONA KARTIRANJE PUKOTINSKIH I RASJEDNIH ZONA S VODOM KARTIRANJE OBALNIH VODONOSNIKA 33 5 ZAKLJUČAK 35 LITERATURA 37 SAŽETAK 40

4 1 UVOD Skup svih geomorfoloških oblika koji nastaju kao posljedica uglavnom kemijskog trošenja ili korozije stijena topivih u vodi se zbirno nazivaju kršem. Najčešće su to vapnenačke i dolomitne karbonatne stijene koje su se taložile tijekom Mezozoika, koji obuhvaća Trijas, Juru i Kredu (razdoblje od 230 do prije 66 milijuna godina) te dijela Tercijara. Krš zauzima približno polovicu teritorija Republike Hrvatske, pa su zato istraživanja koja se provode na krškim terenima zanimljiva za stručnjake različitih profila (u Izvješću o stanju okoliša RH iz krš zauzima 52% ukupne površine). Dominantno se prostire u dinarskom dijelu Hrvatske. Uobičajeno se grad Karlovac smatra kamenom međašem između južnih krških i sjevernih ne-krških geoloških prostora. Glavnu ulogu u oblikovanju krškoga reljefa imaju kemijski procesi otapanja karbonata u vodi obogaćenoj ugljičnom kiselinom. Međutim, na oblikovanje značajno utječu i tektonski uvjeti i procesi kao i različiti procesi mehaničkog trošenja. Oni uzrokuju razlomljenost ili općenito diskontinuiranost te tako osiguravaju cirkulaciju podzemne vode. Treba napomenuti da važnu ulogu imaju također i klima te pedološke i vegetacijske značajke prostora. Kras, kako se još naziva krš, je zbog toga oduvijek bio zanimljiv prirodoslovcima, ali i drugim istraživačima prirodnih pojava pa se već dugi niz godina proučava s različitih aspekata. U ovom radu se morfološki oblici pojave krša razmatraju s geološke (prirodoslovne) i geotehničke (inženjerske) strane, a rezultatima geofizičkih istraživanja se nastoje povezati ta dva stajališta. Posebno se žele naglasiti mogućnosti različitih geofizičkih metoda da se odrede položaji i pružanje različitih vrsta diskontinuiteta na krškim terenima. Diskontinuiteti su osobito važni jer znatno mijenjaju mehanička svojstva stijenske mase, ali i zbog istraživanja podzemne vode u takvim područjima. Posebno je zanimljiva mogućnost sinergije rezultata geofizičkih istraživanja većeg mjerila i speleoloških istraživanja, koja su intenzivirana posljednjeg desetljeća. Jedan od ciljeva speleologije je i istraživanje podzemne hidrogeologije krša što bi moglo značajno pomoći u interpretaciji geofizičkih istraživanja resursa podzemnih voda. Nikolina Bukal 1

5 2 POJAM I PODJELA KRŠA Krš je spektar reljefnih oblika razvijenih u karbonatnim formacijama koje najčešće čine kalcijev (CaCO 3 ) i magnezijev (MgCO 3 ) karbonat. Obzirom na takav kemijski sastav karbonatne stijene se nazivaju vapnenci i dolomiti, a njihovo svojstvo topivosti u vodi omogućuje stvaranje krša. Krš je dakle općeniti naziv za skup morfoloških, hidroloških i hidrogeoloških značajki terena koji su izgrađeni od stijena topivih u vodi. U stijenskim masama koje sadrže više od 50% magnezijevog karbonata se razvija dolomitni krš. Osnovno obilježje krškog reljefa je selektivna topivost stijena u vodama koje sadrže karbonatnu kiselinu. Posljedica toga je nastajanje izrazito razvijenog reljefa s mnogo udubina i uzvisina, Slika 1. Česta uzvišenja oblikuju kukove, strme stijene koje strše. Općenito se reljefne promjene karbonatnih stijenskih masa dijele na površinske i podzemne. Glavni površinski krški oblici su: škrape, ponikve, kamenice, doline, uvale i polja. Osnovni podzemni krški oblici su: špilje, jame, ponori i kaverne. Slika 1. Različiti površinski i podzemni krški oblici. Nikolina Bukal 2

6 Čvrste stijene kalcijevog karbonata ili vapnenca se često pojavljuju na površini kao kamenito tlo, a kada je vapnenac pokriven glinovitim tlom razvija se krš s različitim oblicima vegetacije. Krš se obično razvija u gorsko-planinskom reljefu. Otapanje karbonata Prilikom otapanja u vodi, molekule vode hidratiziraju ione i molekule u kristalnoj rešetki minerala. Viša temperatura vode, kao i veći sadržaj kisika O 2 i ugljičnog dioksida CO 2 povećava topivost minerala. Proces otapanja minerala se odvija u dvije faze. U prvoj nastaje bikarbonat, a potom se procesom hidrolize izlučuju minerali: Posljedica otapanja je nastajanje šupljina različitih oblika i dimenzija. Kretanje vode uz otapanje omogućuje i povezivanje šupljina u sustave diskontinuiteta, pa je promijenjena stijenska masa izuzetno propusna. Topivost se ne ostvaruje trenutno, nego kroz dugi niz godina. Ipak, reakcija krškoga procesa je reverzibilna, to jest, moguć je i obratni smjer: u određenim uvjetima ponovo će se izlučivati kalcijev karbonat (taloženje sedre u krškim vodama tekućicama i špiljski ukrasi: stalagmiti, stalaktiti i stupovi). 2.1 Površinski krš Glavni površinski krški oblici su: škrape, ponikve i polja. Škrape Škrape su najmanji i najbrojniji krški oblici na površini (mikrokrški oblici). Imaju izgled izduljenih udubljenja nastalih djelovanjem vode na golim stijenama, Slika 2. Mogu biti i u obliku mreža i žljebova. Taj je oblik krša najrasprostranjeniji na Velebitu. Nazivaju ih i grižine. Nikolina Bukal 3

7 Slika 2. Razni oblici škrapa nastaju djelovanjem vode. Škrape se mogu pojaviti u širokom spektru veličina, a promjer varira od jedan centimetar do nekoliko metara. Katkada duljina može biti i veća od desetak metara. Izrazito duboke škrape se nazivaju škripovi. Česte su rebraste škrape (mnogo paralelnih škrapi u nizu) i meandarske (vijugave). Škrape u obliku žljebova, odnosno rebraste škrape su nastale kao posljedica korozijskog djelovanja oborina na strmijim dijelovima golih, vapnenačkih blokova. Zbog otjecanja vode žljebovi se produbljuju te mogu nastati kao nož oštri bridovi. Škrape u obliku mreža nastaju na blago nagnutim i ravnim područjima gdje se nalaze male pukotine koje se pod utjecajem vode proširuju i produbljuju. Na blagim udubljenima u kršu kao posljedica korozivnog djelovanja vode nastaju plitka udubljenja ili kamenice. Područja golog krša s brojnim škrapama nazivamo škrapari ili ljuti krš, a teško su prohodna. Ponikve (vrtače, doci) Ponikve su ovalna udubljenja sa strmim stranama, nastala korozivnim djelovanjem poniruće vode u tektonski razlomljenim zonama, Slika 3. Širina i dubina vrtača može iznositi od nekoliko do stotinu metara. Prema dnu se sužavaju i dno im je obično prekriveno crvenicom. Poprimaju različite oblike, ali su najčešće ljevkaste, no postoje i tanjuraste odnosno kotlaste (tavaste, bunaraste). Područje s brojnim ponikvama se naziva boginjavi krš. Vrlo mala kružna udubljenja se nazivaju kamenice. Najdublje i najpoznatije vrtače u Hrvatskoj su Crveno i Modro jezero kod Imotskog, Slika 4. Dubina vrtače Crvenog jezera je 500 metara. Dubina vrtače Modrog jezera je 200 metara. Nikolina Bukal 4

8 Slika 3. Nastanak ponikva u tektonski razlomljenim zonama. Slika 4. Imotska jezera. Pogled na Crveno jezero (lijevo) i pogled na Modro jezero (desno). Krška polja i zaravni Polja su najveći krški oblici. Najčešće su to veće zatvorene depresije unutar krškog terena, dugačke i više kilometara. Nastala su spajanjem rasjeda te bočnim korozivnim djelovanjem vode koja dolazi iz nepropusnih u propusne dijelove tla te nestaje u ponorima. Dulja os polja se obično pruža paralelno pravcima glavnih tektonskih jedinica. Obilježena su rasjedima, zaravnima, kvartarnim i/ili neogenskim sedimentima i naravno u kojima nestaju ponornice. Količina tvari biogenog porijekla u tlu pogoduje brzom bočnom korozijskom djelovanju, a kada otporniji dijelovi zaostaju u obliku kupastih uzvišenja nastaje takozvani kupasti krš. Razlikuju se tri osnovna tipa polja: rubno (border), strukturno (structural) i temeljno (baselevel), Slika 5. Rubno polje, prijelaz prema slijepim dolinama. Strukturno polje, geološki kontro- Nikolina Bukal 5

9 lirano, najčešće u Dinaridima, nastaje usjedanjem (grabeni) i zapunjeno neogenskim sedimentima. Polje u razini temeljnice je polje gdje regionalno epifreatsko vodno lice presijeca površinu. Manje depresije kao izdužena, koritasta udubljenja nastala u tektonski razlomljenim zonama mehaničkim i korozivnim djelovanjem vode se nazivaju uvale ili suhe doline, Slika 6. Pružaju se nekoliko stotina metara do nekoliko kilometara, ali im je širina znatno manja. U njima nema stalnih vodotoka, a povremeni se gube u podzemlju zbog ekstremne okršenosti. Rubno polje Strukturno polje Polje u razini temeljnice Slika 5. Vrste krških polja. Slika 6. Uvale ili suhe doline. Zbog okršenosti je razina podzemne vode izuzetno niska. Nikolina Bukal 6

10 2.2 Podzemni krški oblici Po nastanku, općenito, podzemne krške oblike mogu podijeliti u tri skupine. U mladoj fazi su to kanali ispunjeni vodom. U prelaznoj su fazi kanali tek djelomično ispunjeni vodom, ali se počeo taložiti kalcijev karbonat (sige). U staroj fazi nema vode i nastaju sige kod ponovnog taloženja kalcijevog karbonata. U dubini nastaju brojni podzemni oblici: jame, špilje i kaverne. Jame Jame su otvorenim dijelom u izravnom kontaktu s površinom. Pružaju se pod kutom većim od 45 u podzemlje. Kao vertikalni kanali spuštaju se duboko u stijenski masiv pa predstavljaju najmoćniji kontaktni sustav kroz koji voda prodire u krško podzemlje, Slika 7. U Hrvatskoj su poznate 44 jame dublje od 250 m, a najviše ih ima na Velebitu i Biokovu. Lukina jama je duboka 1392 m, najdublja je u Hrvatskoj, a nalazi se u sjeverno-istočnom dijelu Hajdučkih kukova u području NP Sjeverni Velebit, Slika 8. Otkrivena je i nazvana je po speleologu koji je poginuo u domovinskom ratu na Velebitu. Slika 7. Sustav ponor (jama)-kaverna. Nikolina Bukal 7

11 Slika 8. Položaj i geološki profil Jamskog sustava Lukina jama-trojama (Lacković, D. i Šmida,B., 2008). 3D presjek Lukine jame (Bakšić, D. i Kušan, V., 2008). Zbog velikog otvora (22.5x5 m) u jami se nakupljaju snijeg i led do 300 m dubine. Istraživanje jame je provedeno više puta u zadnjih 10 godina. Često se govori o sustavu Lukina jama - Trojama (ima tri ulaza u nizu) zbog njihovog spajanja na dubini 500m. U jami je pronađena nova vrsta pijavice, a Lukina jama je među deset najdubljih u svijetu. Nikolina Bukal 8

12 Špilje Špilje (ili pećine) su također otvorenim dijelom u izravnom kontaktu spojene s površinom, ali se pružaju vodoravno u podzemlje (manje 45 ). Vrlo vjerojatno nastaju cirkulacijom vode ispod razine podzemne vode, Slika 9. Među najpoznatije sustave špilja u Hrvatskoj spadaju Cerovačke spilje koje se nalaze 1 km južno od Gračaca i poznata su turistička atrakcija (kao uglavnom i druge spilje). Sustav čine dvije špilje, Gornja (1295 m) i Donja Cerovačka spilja (2685 m), Slika 10, a spojene su na više mjesta. Donja Cerovačka špilja bila je stanovalište pračovjeka pa su u njoj nađeni brojni vrijedni ostaci života ljudske prazajednice. Gornja Cerovačka špilja poznata je dosta dugo, otkrivena je pri izgradnji obližnje željeznice. Nalazište je brojnih ostataka pred-ilirskog stanovništva tih krajeva. U Hrvatskoj je još poznata i špilja Lokvarka (Lokve, Gorski kotar). Špilje karakteriziraju različite vrste taloga od kojih su najzanimljivije sige, koje su značajne zbog istraživanja klimatskih promjena u geološkoj prošlosti. Upravo sige nastaju procesom suprotnim otapanju, odnosno taloženjem. Najdulja hrvatska špilja je špiljski sustav Đulin ponor u Ogulinu dugačak 16.4 km, Slika 11. Slika 9. Postanak špilja cirkulacijom vode i otapanjem vapnenca. Kristalizacijom kalcita nastaju špiljske forme iznad razine podzemne vode. Nikolina Bukal 9

13 Slika 10. Oblik i pružanje Donje Cerovačke špilje (Bakšić, 2008). Slika 11. Špilja Đulin ponor (Ogulin). Nikolina Bukal 10

14 Kaverne Kaverne su podzemni krški oblici koji nemaju kontakt s površinom, a mogu također biti izuzetno velikih dimenzija. U Hrvatskoj je registrirano preko 850 kaverni (2006). Najveća se nalazi u tunelu Vrata (nedaleko Fužina), a tlocrtne dimenzije su 83x63 m, dok je visina 45 m, Slika 12. Slika 12. Kaverna u tunelu Vrata na AC Zagreb-Rijeka nedaleko Fužina. Ostali krški oblici i njihove značajke Ledenice i sniježnice su špilje ili jame u kojima se tijekom većeg dijela ili cijelu godinu zadržava led ili snijeg, a obično se javljaju u planinskom dijelu krškog područja. Ponori su špilje ili jame, u koje stalno ili povremeno ponire (utječe) voda. Vrlo su česti uz rubove krških polja. Estavele su specifični speleološki objekti također vezani uz krška polja. U kišnim razdobljima, kao posljedica podizanja razine podzemnih voda, iz njih izbija voda i plavi polje. Za vrijeme povlačenja vodnog vala, voda iz polja ponire kroz otvore istih krških formacija. Vrulje su povremeni ili stalni izvori slatke ili bočate vode ispod razine mora. Smatraju se posljedicom klimatskih promjena, odnosno pleistocenskih glacijacija koje su uvjetovale promjenu globalne razine mora i preplavljivanje okršenih dijelova nekadašnjeg kopna. Nikolina Bukal 11

15 2.3 Faze okršavanja Okršavanje je proces kontinuiranog kemijsko-mehaničkog trošenja vapnenca kroz duže razdoblje, a koje rezultira kavernoznom stijenskom masom isprepletenom diskontinuitetima. Površina takve stijenske mase je prekrivena manjim i većim depresijama. Razlikuju se tri faze okršavanja i ovisno o njima razlikuju se svojstva krša: mladi krš, zreli krš istari krš. Krajolik u mladom kršu nije previše potonuo i zadržava normalnu površinsku drenažu. Kod zrelog krša stvaraju se vertikalne pukotine i plitke špilje. Špilje se nakon nekog vremena urušavaju pri čemu dolazi do stvaranja vrtača na površini. Zbog toga je površina terena neravna, a krovinske naslage zauzima crvenica koja lako propušta dospjelu vodu. U starom kršu, vapnenac je skoro potpuno uklonjen, a na njegovu mjestu se nalazi talog zemlje sastavljen od netopljivih čestica zaostalih nakon otapanja minerala kalcita i dolomita. Vrijeme potrebno da čvrsti, kompaktni vapnenac prođe kroz sve tri faze je dugo, dok će porozni, mekani vapnenac brže proći kroz ove faze pa će se raspadanje lakše uočiti. Zanimljiva inženjerska klasifikacija karbonatnih stijena se temelji na zapažanju pojava posebnih morfoloških značajki i pojava fenomena krša (Waltham & Fookes, 2003), Slika 13. Klasifikaciju su zapravo definirali Fookes i Hawkins (1988), izdvajanjem različitih tipova krških pojava. Svojstveni profili stanja, odnosno trošenja krša su podijeljeni u pet skupina. Klasifikacija ima strogo regionalnu primjenu kao procjena razine trošenja karbonatnih stijena. Slika 13. Morfološki fenomeni krša i njihove značajke (Waltham i Fookes, 2003). Okvirna i regionalna klasifikacija karbonatnih stijenskih u pet skupina prema profilima trošenja. Nikolina Bukal 12

16 Zanimljivo je da vrlo mladi i mladi krš ima dominantno sub-horizontalne diskontinuitete, dok se vertikalni diskontinuiteti pojavljuju u zrelom i kompleksnom kršu (krš Jadranske karbonatne platforme). Ekstremni krš je posljednja faza razvoja i pojava krških fenomena. 2.4 Istraživanje i značaj raspucanih zona i kaverni Otkrivanje raspucanih zona i kaverni je najčešće vezano uz veće građevinske zahvate na krškim terenima, eksploataciju kamena i podzemne vode. Posebno pažnju zahtijevaju zbog činjenice da nisu uočljive s površine, a nailaskom na njih geotehnička konstrukcija zahtijeva znatne projektne i izvedbene promjene. Načinom postanka i geomorfološkim osobinama, kaverne se ne razlikuju od špilja i jama, osim što je ulaz u njih umjetno stvoren. Zanimljivo je značenje riječi kaverna (lat. caverna): pećina, rupa, špilja, šupljina ili prazno mjesto. Složen proces nastajanja kaverni, dio je razvoja ili nastanka, odnosno okršavanja pa je zbog toga predmet aktualnih znanstvenih istraživanja. U tim procesima dolazi do otapanja karbonatne podloge u slabo kiseloj vodenoj otopini. Prolazeći kroz prirodne pukotine, voda kemijski reagira i otapa vapnenac ili dolomit. Daljnjim povećanjem pukotina nastaju kaverne te se otvara put povećanom vodenom protoku. Vrlo često se kaverne otkrivaju prilikom istražnih ili posebnih bušenja u krškim predjelima. Tada dolazi do propadanja bušećeg pribora, jer je promjer takvih bušotina 8 do 20 cm i fizički kontakt s kavernama nije moguć. Najveće pogreške u projektiranju nastaju kada istražne bušotine prolaze po samom rubu kaverne, pa dakle jezgra postoji, a kaverna ostaje skrivena. U slučaju sumnje na takve situacije, kaverne se mogu detaljnije snimiti spuštanjem video kamera kroz bušotinu. Raspucanost stijenske mase se može odrediti i akustičnom kamerom visoke rezolucije. Osim ovih bušotinskih metoda, standardno se primjenjuje i cross-hole seizmička metoda ili površinske metode seizmičke i geoelektrične tomografije. Značaj položaja i pružanja raspucanih zona i kaverni je potaknuo niz različitih pristupa istraživanju takvih pojava. Prostorni rasporedi i gustoća površinski krških oblika se nastoje definirati metodom daljinskih istraživanja da bi se dobio temeljni tektonski model nekog istražnog područja. U tom smislu se nastoje povezati unutar geo-informacijskog sustava relevantni Nikolina Bukal 13

17 podaci različitih metoda istraživanja površinskih i podzemnih oblika, od geoloških, geomorfoloških preko geofizičkih do speleoloških. Napredovanjem procesa okršavanja, podzemne šupljine se povezuju u velike, katkada kilometarske, labirinte te goleme dvorane. Makrošupljine su velike kaverne. Prirodne pojave u karbonatnim stijenama ili umjetne šupljine nastale rudarenjem u bilo kojoj vrsti stijena. Mikrošupljine nastaju u vrlo poroznim, deformabilnim geo-materijalima: gline, treset, neki prahovi i pijesci, umjetno tlo i nasipi. Razvoj i terminologija osnovnih krških pojava Diskontinuiranost stijenske mase i različiti oblici i vrste šupljina, odnosno kaverni su osnovne značajke krških terena. Posljedica su tektonske aktivnosti i otapanja vapnenaca i dolomita u relativno vlažnim klimatskim uvjetima. U krškim terenima infiltracija vode obogaćene ugljičnom kiselinom uzrokuje degradaciju karbonatne stijene. Posljedica toga je pomicanje kontaktne zone tla i stijena prema dolje. Unutar stijenske mase voda cirkulira po diskontinuitetima različitih vrsta. Tako se stvara sustav diskontinuiteta trošenja. Sustav diskontinuiteta trošenja kojima cirkulira voda je spektar diskontinuiteta od vrlo malih pukotina do velikih kaverni. Zona trošenja ima nepravilne granice, prodire sve dublje, a diskontinuiteti su često ispunjeni stijenskim fragmentima i/ili glinom. U površinskoj zoni može ostati nerastrošeni dio mase, plutajući blokovi. Nikolina Bukal 14

18 Ponori ubrzavaju infiltraciju, ali i uzrokuju ispiranje površinskog sloja tla dublje u kaverne unutar stijenske mase ili u sustav diskontinuiteta. Kohezivni glinoviti površinski slojevi usporavaju morfološku promjenu terena zbog potencijalnog rasta pornog prostora u stijenskoj masi. Kaverne su uvijek ispunjene. zrakom, vodom ili glinom Kada u tlu formirani luk iznad kaverne ne može podnijeti vlastitu težinu, dolazi do sloma. Ili zbog dodatnog djelovanja neke vanjske sile. Posljedica je ispunjavanje kaverne glinovitim materijalom iz površinskog sloja. U pojedinim situacijama može doći do slijeganja površine terena. Pomaknuta masa površinskog sloja uzrokuje dublji prodor glinovitog materijala u stijensku masu. 2.5 Krš u Hrvatskoj Poznato je da krška područja u svijetu nisu jednoliko raspoređena. U nekim ih zemljama niti nema ili su pak minorno zastupljena. U Hrvatskoj su krška područja široko rasprostranjena i zauzimaju površinu od oko 45% ukupne površine. Ta je rasprostranjenost u Hrvatskoj prije svega vezana uz priobalno područje i njegovo zaleđe, a ako se tome pridoda i Jadranski prostor, onda su to dvije trećine prostora Hrvatske. Nikolina Bukal 15

19 To je prostor južno od Karlovačke depresije, a obuhvaća Istru, Gorski Kotar, Liku, Ravne Kotare, Dalmaciju i Neretvansko-dubrovačko područje na kopnu i sve otoke našeg jadranskog područja. Dakle, postoje tri osnovna područja krša u Hrvatskoj: Jadranski ili primorski pojas: otočje, Istra, Hrvatsko primorje i Dalmacija Središnji pojas: najviši predjeli Dinarskog krša (visokoplaninski pojas) Unutrašnji pojas: područje sjeverno od Kupe i Plitvičkih jezera. Zbog geološke građe na krškim je područjima površinska hidrografska mreža slabo razvijena, a ponegdje je infiltracija oborinskih voda tako velika da se niti ne javljaju površinska otjecanja. Stoga se glavnina protjecanja oborinskih voda odvija podzemnim vodnim sustavima koji u određenim slučajevima mogu dati uporabive rezerve podzemnih voda, bilo u vidu zahvata voda iz krških izvora ili pak crpljenjem voda izravno iz krških vodonosnika. U Hrvatskoj je registrirano preko 850 kaverni (2006). Najveća se nalazi u tunelu Vrata (nedaleko Fužina), a tlocrtne dimenzije su 83x63 m, dok je visina 45 m, Slika 12. Svojom dubinom još se ističe kaverna u Crljenom Kuku dubine 154 m, a značajna je i zbog dimenzije dvorane, koja ima promjer preko 100 m i svrstava se u red najvećih podzemnih šupljina u našem kršu. Poznat je primjer špilje u kamenolomu Tounj kod Ogulina, duljine 8487m, jedne od najdužih i najljepših hrvatskih špilja. Pronađena je i istražena zahvaljujući napredovanju kamenoloma kojem je pojelo strop ogromne dvorane kaverne, Slika 14. Budući je nađena prirodna veza između te dvorane i špiljskoga izvora rijeke Tounjčice, ova je kaverna preimenovana u špilju. Krški reljef u Hrvatskoj ima dva stroga rezervata prirode: Hajdučki i Rožanski kukovi na Velebitu, Slika 15, te Bijele i Samarske stijene u sastavu Velike Kapele, Slika 16. Nikolina Bukal 16

20 Slika 14. Ulaz u špilju u kamenolomu Tounj i Maumotovo jezero u unutrašnjosti špilje (Bakšić, 2005). Slika 15. Hajdučki (lijevo)i Rožanski kukovi (desno) na Velebitu. Nikolina Bukal 17

21 Slika 16. Bijele i Samarske stijene na Velikoj Kapeli. Bijele stijene: Natašin dol i Katedrala (lijevo). Samarske stijene: Veliki kanjon i Piramida (desno). Hajdučki i Rožanski kukovi su slikovito oblikovane kamene gromade međusobno odvojene dubokim ponikvama. Bijele i Samarske stijene privlače pozornost svojim oštrim i okomitim kamenim oblicima visokim do 50 m, koji su međusobno odvojeni pukotinama i provalijama. Jedna od glavnih odlika krškog reljefa je nedostatak vode na površini. Uglavnom, tekućice na tim područjima protječu kanjonima, uskim, strmim dolinama. Kada se tekućica, nailaskom na vapnenačku podlogu, naglo gubi u ponorima tada oblikuju slijepe doline. Tekućice zbog češćeg nastanka na vodonepropusnim naslagama (gdje je prisutno fluvijalno djelovanje) pripadaju fluvio-krškom tipu reljefa. Nikolina Bukal 18

22 3 GEOFIZIČKI PARAMETRI ZA OPIS DISKONTINUITETA U KRŠU Prirodno su stijenske mase heterogeni i anizotropni sustavi u određenom stanju naprezanja. Uz te fizikalno-strukturne značajke, posebno važno svojstvo je razlomljenost, raspucanost ili diskontinuiranost. Diskontinuiranost je stvarna pojava u stijenskoj masi, ali je i osnovni koncept za opisivanje fizikalno-mehaničkih svojstava diskontinuuma. Kao pojava uvijek je posljedica mehaničkog ili kemijskog djelovanja. Takvo spregnuto djelovanje u karbonatnim stijenskim masama ima poseban značaj i naziva se trošenje. Geneza diskontinuiranosti je važna jer utječe na osnovna svojstva i parametre diskontinuiteta i određuje mehaničko ponašanje diskontinuiteta. Razvrstavanje prema genezi je preduvjet za korektan prijenos informacija o stijenskoj masi na neistražena područja. U karbonatnim masama je uz slojevitost, blokovitost i proces okršavanja osobito važan utjecaj endodinamičkog porijekla. Pojava velikih sustava pukotina, rasjeda i zdrobljenih zona je važna za inženjerske konstrukcije, za režim tečenja podzemne vode i za daljnji razvoj krša, Slika 17. Rasjedi predstavljaju velike mehaničke diskontinuitete, odnosno površine loma koje su klizale jedna uz drugu. Krila rasjeda mogu biti priljubljena ili razmaknuta, ali je njihov najčešći oblik pojavnosti zapravo zdrobljena zona. U takvom području se nalazi vrlo veliki broj lomova, a ponekad je masa zdrobljena u finozrnati materijal (milonit). Takve zone u kontaktu s vodom su inženjerski vrlo nepovoljne. Slika 17. Mreža pukotina u zdrobljenoj zoni i glavni pravci kretanja podzemne vode. Nikolina Bukal 19

23 3.1 Parametri opisa diskontinuiranosti stijenske mase Raspucanost stijenske mase je važan inženjersko-geološki parametar stijenskog sklopa. Najčešće se ocjenjuje vizualno, fotogrametrijski i seizmičkim mjerenjima. Klasifikacija stijena po raspucanosti: ocjenjuje se prosječno rastojanje pukotina i specifična raspucanost, odnosno sadržaj blokova određenih dimenzija u postocima. Mehanički parametri za opis pukotinskih sustava su: položaj, prostiranje, učestalost, elementi pada, veličina zijeva, izgled i svojstva stijenki, odnosno pukotinske ispune. Raspucanost se međutim promatra u širem smislu kao svojevrsna gustoća ili zbirno stanje diskontinuiranosti. Zbog toga su vrlo važni podaci koji se odnose na pukotinsku poroznost, koeficijente raspucanosti i oštećenosti te položaj kvazi-homogenih zona obzirom na raspucanost. Koeficijenti raspucanosti su omjeri dimenzija pukotina i dimenzije promatrane stijenske mase. Pukotinska poroznost se može promatrati kao volumni koeficijent raspucanosti. Koeficijent oštećenosti je izvorno definiran kao omjer geofizičkih parametara (brzina volumnih valova) stijenske mase i intaktnog uzorka. Karbonatne stijene su često prepoznatljivo slojevite. Zbog velike debljine slojeva ili izostanaka slojnih ploha nastaju masivne ili nepravilne stijenske mase. Najčešći oblik pojave karbonatnih stijena je blokovita stijenska masa. Izražene slojne plohe u slabo razlomljenim slojevima se opisuju kao pločasta stijenska masa. Zdrobljena stijenska masa je opis tektonski izrazito poremećene i jako razlomljene stijene. Stupčaste formacije nisu svojstvene sedimentnim stijenama. Nepravilna stijenska masa Blokovita stijenska masa Pločasta stijenska masa Zdrobljena stijenska masa Slika 18. Izgled i terminologija za opis karbonatne stijenske mase. Nikolina Bukal 20

24 3.2 Geofizički parametri za detekciju kaverni u kršu Otvorene kaverne u stijenskoj masi Očekivane geofizičke anomalije Ispunjene kaverne u stijenskoj masi Očekivane geofizičke anomalije Nema anomalije otpornosti nema vlažnog tla, zrak i stijena imaju sličnu vodljivost Nema anomalije SP nema kretanja vode Nema refrakcijske anomalije nema varijacija stijena s dubinom Vjerojatna gravitacijska anomalija otvorena kaverna je deficit mase Rizik sloma kaverne Mali Vjerojatna anomalija otpornosti tlo u kaverni ima lokalno visoku vodljivost Nema anomalije SP nema kretanja vode Nema refrakcijske anomalije nema varijacija stijena s dubinom Mala gravitacijska anomalija tlo u kaverni je blagi deficit mase Rizik sloma kaverne Vrlo mali Vjerojatna anomalija otpornosti zbog vlažnog vodljivog tla Vjerojatna anomalija SP kretanje vode Nema refrakcijske anomalije nema varijacija stijena s dubinom Vjerojatna gravitacijska anomalija otvorena kaverna je deficit mase Rizik sloma kaverne Veliki Vjerojatna anomalija otpornosti tlo u kaverni i vlažno tlo imaju lokalno visoku vodljivost Vjerojatna anomalija SP kretanje vode Nema refrakcijske anomalije nema varijacija stijena s dubinom Mala gravitacijska anomalija tlo u kaverni je blagi deficit mase Rizik sloma kaverne Mali do umjeren Nikolina Bukal 21

25 Otvorene kaverne u stijenskoj masi Očekivane geofizičke anomalije Ispunjene kaverne u stijenskoj masi Očekivane geofizičke anomalije Mala anomalija otpornosti lokalno debeli sloj tla Nema anomalije SP nema kretanja vode Refrakcijska anomalija lokalno duboka stijena Vjerojatna gravitacijska anomalija otvorena kaverna i lokalno duboka stijena su deficit mase Rizik sloma kaverne Umjeren Vjerojatna anomalija otpornosti tlo u kaverni i lokalno debeli sloj tla imaju visoke vodljivosti Nema anomalije SP nema kretanja vode Refrakcijska anomalija lokalno duboka stijena Vjerojatna gravitacijska anomalija tlo u kaverni i lokalno duboka stijena su blagi deficit mase Rizik sloma kaverne Mali Vjerojatna anomalija otpornosti šupljine u tlu lokalno umanjuju vodljivost Nema anomalije SP nema kretanja vode Refrakcijska anomalija šupljine u tlu lokalno umanjuju brzine Vjerojatna gravitacijska anomalija otvorena kaverna i šupljine u tlu su deficit mase Rizik sloma kaverne Veliki Mala anomalija otpornosti tlo u kaverni visoke vodljivosti i šupljine u tlu niske vodljivosti se mogu parcijalno dokinuti Nema anomalije SP nema kretanja vode Refrakcijska anomalija šupljine u tlu lokalno umanjuju brzine Vjerojatna gravitacijska anomalija šupljine u tlu i tlo u kaverni su deficit mase Rizik sloma kaverne Veliki Vjerojatna anomalija otpornosti šupljine u tlu lokalno umanjuju vodljivost Nema anomalije SP nema kretanja vode Refrakcijska anomalija šupljine u tlu lokalno umanjuju brzine Vjerojatna gravitacijska anomalija otvorena kaverna i šupljine u tlu su deficit mase Rizik sloma kaverne Veliki Mala anomalija otpornosti tlo u kaverni visoke vodljivosti i šupljine u tlu niske vodljivosti se mogu parcijalno dokinuti Nema anomalije SP nema kretanja vode Refrakcijska anomalija šupljine u tlu lokalno umanjuju brzine Vjerojatna gravitacijska anomalija šupljine u tlu i tlo u kaverni su deficit mase Rizik sloma kaverne Veliki Nikolina Bukal 22

26 Otvorene kaverne u stijenskoj masi Očekivane geofizičke anomalije Ispunjene kaverne u stijenskoj masi Očekivane geofizičke anomalije Vjerojatna anomalija otpornosti zbog debelog i vlažnog vodljivog sloja tla Vjerojatna anomalija SP kretanje vode Refrakcijska anomalija lokalno duboka stijena Vjerojatna gravitacijska anomalija lokalno duboka stijena i otvorena kaverna su deficit mase Rizik sloma kaverne Umjeren do veliki Vjerojatna anomalija otpornosti lokalno debeli sloj, tlo u kaverni i vlažno tlo imaju visoku vodljivost Vjerojatna anomalija SP kretanje vode Refrakcijska anomalija lokalno duboka stijena Vjerojatna gravitacijska anomalija lokalno duboka stijena i tlo u kaverni su blagi deficit mase Rizik sloma kaverne Umjeren Vjerojatna anomalija otpornosti vodljivi debeli i vlažni sloj tla može djelomično dokinuti otpornost šupljina u tlu Vjerojatna anomalija SP kretanje vode Refrakcijska anomalija lokalno duboka stijena Vjerojatna gravitacijska anomalija lokalno duboka stijena, kaverna i šupljine u tlu su deficit mase Rizik sloma kaverne Vrlo veliki Vjerojatna anomalija otpornosti vodljivi lokalno debeli sloj tla, tlo u kaverni i vlažno tlo mogu parcijalno dokinuti otpornost šupljina u tlu Vjerojatna anomalija SP kretanje vode Refrakcijska anomalija lokalno duboka stijena Vjerojatna gravitacijska anomalija lokalno duboka stijena, tlo u kaverni i šupljine u tlu su deficit mase Rizik sloma kaverne Veliki Nikolina Bukal 23

27 4 GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA KRŠA Geofizička istraživanja na krškim terenima su izuzetno zahtjevna zbog složenih geoloških odnosa. Poteškoću geofizičkim istraživanjima nameću površinske krške pojave. Primjerice, ponikve i škrape ispunjene zemljom crvenicom imaju vrlo male, a svježe i kompaktne stijene imaju vrlo velike otpornosti i seizmičke brzine. Takve izmjene trošne i kompaktne stijenske mase u površinskoj, okršenoj zoni su česte, a izazivaju znatne smetnje pri mjerenju geofizičkih signala. Geofizička istraživanja krša zbog toga zahtijevaju primjenu barem dvije komplementarne metode i izuzetno pozorno pozicioniranje mjernih točaka i profila na terenu. Voda u krškim terenima najčešće ispunjava rasjedne i pukotinske zone, a često se pojavljuje i u disolucijskim diskontinuitetima. Mapiranje diskontinuiranih zona sekundarne poroznosti, u kojima se može nalaziti voda, često je najvažnija zadaća geofizičkih istraživanja. Zbog specifičnih fizikalnih značajki krša, pokazalo se da primjena kombiniranih istraživačkih metoda može dati dobre rezultate, posebno ako se uvaže svi relevantni utjecaji reljefa i ako se terenskim mjerenjima pristupi s pomno razrađenim geološkim prognoznim modelom. Iskustvo istraživača je istaknulo posebne prednosti geoelektričnih i seizmičkih metoda u istraživanjima našeg krša. Međutim, treba imati na umu da uspješnost primjene pojedine metode ovisi o dovoljnom kontrastu fizikalne veličine, odnosno geofizičkog signala koji se mjeri. Iznimno je važno postaviti primjereni veličinski razmjer područja i objekta istraživanja radi zadovoljavajuće rezolucije. Cilj istraživanja karbonatima je također osobito važan, pa su obično navedene metode usmjerene na istraživanje rasjednih zona, rasjedno-pukotinskih zona s vodom i (pri)oblanih vodonosnika. 4.1 Kartiranje rasjednih zona Rasjedi su najznačajnije geološke pojave u hidrogeološkim istraživanjima krških terena, budući da su tokovi podzemnih voda uglavnom vezani uz njih. Geoelektričnim sondiranima i profiliranjima se takve zone mogu detektirati na površini ili neposredno pod površinom. Geoelektričnom tomografijom se može odrediti položaj i pružanje različitih vrsta diskontinuiteta. Kada su poznati nagibi ploha diskontinuiranosti, smanjuje se rizik neuspjeha istražnog bušenja, jer se u protivnom, bušotinom može zahvatiti rasjed u suhoj zoni. Nikolina Bukal 24

28 Prema mogućim odnosima otpornosti u krškim formacijama definiraju se tri vrste rasjeda: Tip A: rasjed kao pojava lateralnog smanjenja otpornosti, koja je posljedica jake razlomljenosti i ispune pukotinskih sustava vodom ili glinom. Tip B: rasjed u obliku stepenice, zbog promjene dubine formacija istih otpornosti kao posljedica različite dubine zalijeganja na krilima rasjeda. Tip C: rasjed kao kontakt formacija različitih otpornosti, odnosno različitih litoloških formacija. Slika 19. Vrste rasjeda u kršu prema odnosu otpornosti stijena (Šumanovac, 2004). Rasjed tipa A Vrlo čest tip rasjeda na krškim terenima. Reversni rasjedi ovog tipa mogu se uspješno odrediti geoelektričnom tomografijom, Slika 20. Slika 20. Primjer normalnog rasjeda tipa A (Šeganovo vrelo kod Oštarija, Šumanovac, 2004). Geoelektrična tomografija, Wenner-Schlumbergerov raspored elektroda, razmak 10 m. Nikolina Bukal 25

29 Najmanje otpornosti u površinskoj zoni potječu od trošne stijenske mase. Vrlo velike otpornosti u dubini ukazuju na svježe stijenske formacije. U središnjem dijelu profila, u području izvora, su manje otpornosti koje ukazuju na vertikalni ili subvertikalni rasjed. Reversni rasjed u zoni izvora je također moguće dobro locirati geoelektričnom tomografijom., Slika 21. Profil je postavljen preko izvora približno okomito na pružanje struktura. Prema geološkom modelu očekivali su se raspucani, znatno okršeni i vodopropusni vapnenci. Najveće otpornosti potječu od razmjerno svježih i slabo propusnih karbonata. U brdovitom dijelu s vrlo strmom padinom se nalaze okršeni vapnenci manje otpornosti. Površinski dio velikih otpornosti je suh, dok manje otpornosti u dubini uzrokuje zavodnjenost formacija. Ovim vapnencima svojstven je okomit tok vode. Okomito smanjenje otpornosti uzrokuju šire pukotinske, potencijalno zaglinjene zone. Središnji dio uz izvor je zona malih otpornosti koja ukazuje na prisutnost podzemne vode u širokoj rasjednoj zoni. Interpretacija je potvrđena bušenjem, a prema njoj je bilo moguće konstruirati geološki profil. Jezgra bušotina je pokazala jako razlomljene i okršene stijenske mase. Slika 21. Reversni rasjed tipa A (Obrh kod Ozlja, Šumanovac, 2004). Geoelektrična tomografija u području izvora i geološki profil prema tomografskim rezultatima. Nikolina Bukal 26

30 Rasjed tipa B Primjer rasjeda stepeničastog oblika, otkrivenog geoelektričnom tomografijom na području klastičnih naslaga pijesaka, šljunaka i glina s karbonatnim formacijama u podini prikazuje Slika 22, (izvor Borlin kod Karlovca). Mjerenja su izvedena Wennerovim rasporedom elektroda s dubinskim zahvatom od 100 m. Raspon otpornosti je uglavnom Ωm. Najveće otpornosti nalaze se u razmjerno plitkom površinskom dijelu. Otpornosti veće od 400 Ωm potječu od suhih litificiranih pijesaka ili šljunaka. Najmanje otpornosti odgovaraju glinovitim naslagama i zaglinjenim pjeskovitim naslagama. Obzirom na poznatu poziciju izvora u sredini profila, otpornosti od 60 do 400 Ωm su ukazale na razlomljene karbonatne formacije s vodom. Slika 22. Tomografski profil preko izvora Borlin kod Karlovca, rasjed B tipa (Šumanovac, 2004). Rasjed C tipa Primjer rasjeda ovog tipa je s područja krškog izvora (Sveti Ivan kod Buzeta), Slika 23. Strukturni odnosi istraživanog područja su definirani prema rezultatima refleksijske seizmike, geoelektričnog sondiranja i geoelektrične tomografije. Geoelektrični presjek je položen približno okomito na pružanje geoloških struktura. Primijenjen je Wenner-Schlumbergerov raspored elektroda s razmakom od 10 m. Ravničarski teren s malim visinskim razlikama je povećao brzinu modeliranja i pouzdanost interpretacije. Površinske strukture su aluvijalne naslage koje se izmjenjuju s klastičnim naslagama, a u podini se nalaze vapnenačke stijene. Nikolina Bukal 27

31 Slika 23. Geoelektrični tomografski profil metodom otpornosti (izvor Sveti Ivan kod Buzeta) i geološki profil prema tomografskim rezultatima. Interpretacijom su jasno izdvojene dvije cjeline. Razmjeno male otpornosti do 100-tinjak Ωm potiču od klastičnih, glinovitih i zaglinjenih naslaga. Veće otpornosti ukazuju na karbonatne naslage. U zoni izvora te su formacije vrlo plitko, ali se dubina zalijeganja povećava s udaljavanjem od izvora. Skok u vrijednostima otpornosti u zoni izvora može indicirati na okomit ili reversni rasjed. Dodatna istraživanja u području izvora su potvrdila ovakvu geoelektričnu interpretaciju. Neposredno uz izvor se nalazi rasjed, a klastične i karbonatne naslage su u neposrednom uzdužnom kontaktu. Zbog vrlo velike razlomljenosti, karbonatne naslage su vodonosnici, a klastične formacije djeluju kao vodonepropusna barijera. Ovakvim je rezultatima istraživanja potvrđen geološki mehanizam nastanka izvora. Mreža tomografskih profila na ovom području mogla bi dati i 3D model geoloških formacija. 4.2 Kartiranje pukotinskih i rasjednih zona s vodom Geoelektrična istraživanja Sondiranje može dati korektne rezultate, ali u određenim uvjetima i uz odgovarajući pravac razvlačenja strujnih elektroda. Koristiti se za određivanje dubina kontakata karbonatnih i klastičnih naslaga zbog velike razlike u njihovim otpornostima. Neke karbonatne naslage je teško moguće razlučiti, jer najčešće ne postoje dovoljne razlike. Posebna pozornost se treba pos- Nikolina Bukal 28

32 vetiti promjenama u površinskoj zoni, koja može proizvesti znatne smetnje u rezultatima mjerenja i smanjiti razlučivost pa korektnost interpretacije po dubini dolazi u pitanje. Za pouzdanije određivanje dubina zalijeganja pojedinih geoloških formacija, elektrode se moraju razmicati duž pravca pružanja struktura. Otklon od takvog pravca znači zahvaćanje različitih naslaga, a to može dovesti do pogrešaka u određivanju dubina. Osnovna zadaća sondiranja je oblikovanje opće slike istraživanog terena, budući da se pretpostavke o uslojenom mediju na kojima se sondiranje temelji, rijetko poklapaju s modelom karbonatnih terena. Profiliranje se najčešće koristi za određivanje položaja i pružanja pukotinskih i rasjednih zona na površini ili na razmjerno malim dubinama. Gradijentno kartiranje u kojem se prate promjene otpornosti po dubini u konstantnom električnom polju (strujne elektrode su vrlo udaljene, a razmiču se samo potencijalne), omogućava kartiranje dubljih tektonskih odnosa i litoloških promjena, Slika 24. Takvom se metodom prigušuju smetnje površinskih nehomogenosti. Promjene otpornosti po dubini se prate iz odnosa razlike otpornosti plićeg i dubljeg zahvata prema otpornosti dubljeg zahvata. Prodiranje u poremećene zone ispod klastičnih naslaga nije moguće zbog te barijere male otpornosti. Takvo profiliranje u našim krškim terenima ipak može dati dobre rezultate. U principu se profiliranje nastoji izvoditi na terenima s karbonatima na površini, a poremećene zone se nastoje ekstrapolirati na područjima s klastičnim naslagama. Slika 24. Primjer gradijentnog mapiranja s dva dubinska zahvata - dvojno gradijentno profiliranje (Oštarije kod Ogulina). Razmaci strujnih elektroda 500 i 700 m. R= (r1/r2-1) 100. Nikolina Bukal 29

33 Rezultat profiliranja doprinosi oblikovanju geoloških i hidrogeoloških odnosa radi pozicioniranja istražnih bušotina za eksploataciju podzemne vode. Zanimljivo je da se otpornosti mijenjaju u širokom rasponu od 200 do 5000 Ωm. Zona manjih otpornosti potječe od pukotinske ili rasjedne zone i jasno se uočava u središnjem dijelu. Karta relativnih promjena otpornosti s dubinom je ukazala na postojanje dvaju zona: pozitivna potječe od kompaktnih i suhih karbonata, a negativna vjerojatno potječe od razlomljenih karbonata s vodom. U osnovi geoelektrične tomografije je profiliranje, ali sa sustavnim i sukcesivnim nizom različitih dubinskih zahvata. Veliki broj elektroda se postavlja odjednom, a potom se prema protokolu pojedine geoelektrične metode automatski mijenjaju elektrodni rasporedi i bilježe otpornosti. Veliki broj izmjerenih vrijednosti se obrađuje i interpretira programski. Rezultati interpretacije uglavnom služe za definiranje preciznijeg geološkog modela. Tomografski rezultati na istom istraživačkom projektu (Oštarije kod Ogulina) su pokazali slaganje s rezultatima dvojnog gradijentnog profiliranja, Slika 25. Slika 25. Profil geoelektrične tomografije (Oštarije kod Ogulina, Šumanovac 2004). Interpretirani oblik je matrični (blokovitost srednje slike). Donja slika prikazuje potpuno isti model, ali izglađen izo-linijama. Nikolina Bukal 30

34 Kvalitetu interpretacije su potvrdile istražne bušotine postavljene prema geoelektričnom modelu promatranog područja. Dublje rasjedno-pukotinske zone zbog plitkog zahvata nisu bile uočene. Seizmička istraživanja Refrakcijska seizmika se u modelu karbonatnih terena uglavnom koristi za mapiranje trošnih zona ili kartiranje površinskog okršavanja. Kada se na površini nalaze klastične naslage ispod kojih dolaze karbonatne mase na razmjerno manjim dubinama, refrakcijom se može vrlo precizno odredit položaj i pružanje njihovih kontakata. Manje smetnje površinskih nehomogenosti u odnosu na geoelektrične metode osiguravaju dovoljno veliku rezoluciju pa rezultati refrakcije mogu pomoći u detekciji uskih pukotinskih i rasjednih zona i na relativno većim dubinama, Slika 26. Rezultati refleksijske seizmike velike razlučivosti (veliki raspon frekvencija) u istraživanjima krša mogu biti opterećeni pogreškama, posebno ako su prisutne stijene velikih seizmičkih brzina kakve imaju svježe karbonatne stijene. U nekim područjima se uopće ne mogu dobiti jasni refleksi, pa se takva područja nazivaju "neseizmičkim terenima". Općenito se u krškim terenima teško mogu dobiti refleksijski profili zadovoljavajuće kvalitete. Izbjegava se rutinska primjena refleksijskog profiliranja, a iskustvo geofizičara ima posebno veliku težinu. Izostanak jasnih refleksa ili pojava isprekidanih u plitkom dijelu seizmičkog presjeka otežavaju interpretaciju. Zbog toga su neophodni rezultati refrakcijske ili geoelektrične tomografije da bi se stvorila korektna slika o strukturnim i litološkim odnosima. Primjena refleksije na krškim terenima je međutim vrlo važna zbog postizanja znatne dubine profila. Nedoumice se rješavaju seizmičkim modeliranjem. Na kršu se registriraju niže frekvencije (do 60 Hz), u odnosu na klastične naslage, pa se znatno smanjuje razlučivost zbog povećanja valnih duljina. Stvaraju se i jake smetnje zbog izrazitih površinskih nehomogenosti i zbog velikih brzina S valova koji postaju dominantni nosioci energije. Zbog toga se često primjenjuje hibridna metoda, kombinacija refrakcije i refleksije, posebno zbog korekcije utjecaja površinske trošne zone. Najvažniji uzrok nekorektnih interpretacija je postojanje neravnih i nepostojanih diskontinuiteta i znatna razlika u akustičnim impedancijama (za razliku od klastičnih naslaga). Nikolina Bukal 31

35 Za detekciju rasjeda i rasjednih zona mogu poslužiti prekidi refleksa vidljivi na seizmogramu, Slika 27. Razmjerno slabi refleksi su uzrokovani kontaktom kompaktnih i razlomljenih stijena ili mogućom litološkom promjenom. Isprekidani refleksi se pojavljuju s promjenama duž nagiba profila i upućuju na jake diskontinuitete, odnosno rasjede. Slika 26. Primjer istraživanja područja razlomljenih pukotinskih zona u blizini izvora (Sveti Ivan u Istri). Uočava se poremećena zona manjih seizmičkih brzina (2700 m/s). Interpretacija generaliziranom recipročnom metodom (GRM, Palmer, 1981). Razmak geofona od 5 m. Profil je postavljen preko povremenog izvora u smjeru Z-I. Slika 27. Interpretirani refleksijski profil postavljen na profilu geoelektrične tomografije. Nikolina Bukal 32

36 Model akustične impedancije, Slika 28, se može iskoristiti u sprezi s karotažnim mjerenjima zvučne i karotaže gustoće. Kada ne postoje karotažna mjerenja, mogu se konstruirati krivulje promjena na temelju litoloških podataka i seizmičkih brzina dobivenih refrakcijskim i refleksijskim mjerenjima. Koeficijent refleksije ovisi o razlici seizmičkih impedancija. Velike vrijednosti impedancije ukazuju na glavne reflektore. Niže vrijednosti se pokušavaju objasniti litološkom promjenom ili promjenom stupnja razlomljenosti stijenske mase. Slika 28. Model brzina i akustičnih impedancija (Oštarije kod Ogulina). Promjene impedancija uzrokuje različit stupanj razlomljenosti karbonata. (Šumanovac, 2007.) 4.3 Kartiranje obalnih vodonosnika Primjena geoelektrične tomografije je pokazala svoj potencijal i za istraživanje priobalnih i otočkih vodonosnika radi vodoopskrbe. Dobar primjer je istraživanje otočkog vodonosnika (Prgovo polje, Lastovo), Slika 29. Područje istraživanja je formirano od naslaga pijesaka, pjeskovitih glina i prahova u površinskoj zoni te vapnenačkih i dolomitnih struktura u podini. Prethodna istraživanja su bila koncentrirana na plitke vodonosnike, ali je eksploatacijom došlo do zaslanjenja sitnozrnih vodonosnih pijesaka. Nikolina Bukal 33

37 Slika 29. Tomografijom geoelektrične otpornosti detektirane su zone raspucanih karbonata do dubine 100 m (Šumanovac, 2002). Najveće otpornosti potječu od razmjerno kompaktnih i suhih karbonatnih stijena koje zaliježu plitko, do 30 m dubine. Geoelektrična sredina manje otpornosti (oko 200 Ωm) je u njihovoj podini i ukazuje na potencijalnu razlomljenost i zavodnjenost formacija. Veće otpornosti u plitkom površinskom dijelu upućuju na suhe pijeske i pjeskovite naslage. Jasno identificirana zona najmanjih otpornosti (do 40 Ωm) dolazi na dubinama m. Takve vrijednosti je uzrokovala pojava vode razmjeno male zaslanjenosti pa je u toj zoni postavljena bušotina. Usporedba tomografskih i rezultata istražnog bušenja je pokazala vrlo dobro poklapanje geoelektričnog modela sa stvarnim geološkim formacijama. Sitnozrni pijesci se prostiru do dubina 50-ak m, a u podini dolaze karbonatne formacije s proslojcima gline (bušotina B-1). Na dubini od 55 m je otkrivena kaverna sa slanom vodom (kapaciteta 10 l/s i zaslanjenosti 12 g/l). Druga istražna bušotina (B-2) je namjeno izvedena uz rub kompaktnih karbonatnih formacija veće otpornosti, radi mogućeg nailaska na vodu manje zaslanjenosti. Površinski sloj pijeska se nalazi nad raspucanim i zaglinjenim karbonatima. U više intervala vapnenci su razlomljeni, a na dubinama 29 do 32 m su otkrivene kaverne s vodom manjeg saliniteta (3.1 g/l i kapaciteta 5 l/s). Nikolina Bukal 34

38 5 ZAKLJUČAK Opće preporuke za primjenu geofizičkih metoda u istraživanju krša Preporuke su rezultat iskustva u provođenju mjerenja i interpretacije različitih geofizičkih metoda na našim krškim terenima. Obzirom na neopravdano mala sredstva koja se izdvajaju za istraživanje krša, a posebno voda u kršu, s geofizičkog stajališta je potrebno utvrditi minimalne količine i vrste istraživanja da bi se ustanovili ili potvrdili geološki modeli krša. Više primijenjenih metoda smanjuje više-značnost geofizičke interpretacije, poboljšava geološke i hidrogeološke modele, fokusira istraživanje na dominantne pojave u kršu i smanjuje troškove izvođenja različitih projekata na krškim terenima. Važno je istaknuti da je svaki geofizički rezultat i vrlo značajna investicija za budućnost, jer s obzirom na današnje metode terenskih mjerenja (digitalni zapisi), rezultati ne zastarijevaju i ne gube vrijednost. S pojavom novih metoda interpretacije ili novih informacija o istraživanom području, uvijek su moguće re-interpretacije koje samo poboljšavaju sliku geoloških struktura. Primjenom geofizičkih metoda uvijek se podiže razina uspješnosti istraživanja krških terena i pojava, a znatno se smanjuje rizik. Za istraživanje krša općenito je važna primjena geoelektričnih metoda, a posebno tomografija. Ta skupina metoda daje vrlo dobre rezultate u formiranju inicijalnih geoloških i hidrogeoloških modela mikrolokacija kao i za oblikovanje strukturnih i litoloških odnosa. Seizmičke metode daju iznimne rezultate kada se koriste ciljano. Refleksijska seizmika se može iskoristiti za određivanje dubokih litoloških granica i kontakata klastičnih i karbonatnih naslaga te mogućih rasjednih zona. Rezultatima refrakcije je moguće vrlo fino kartiranje trošne zone i područja okršavanja u relativno plitkim formacijama te otkrivanje pukotinskih i rasjednih zona. Izvođenje pokusnih mjerenja na područjima poznate litologije se pokazalo kao vrlo dobra praksa, jer je složenost geoloških uvjeta analogna složenosti podataka geofizičkih mjerenja. Istraživači krša preporučuju razdvajanje dva moguća cilja istraživanja: plitke i duboke pojave i formacije. U plitkim istraživanjima redovito se primjenjuje geoelektrična tomografija. Zbog prostorne složenosti krških pojava neophodna su četiri profila, uzdužni i poprečni na pružanje Nikolina Bukal 35