GEOFIZI ČKA ISTRAŽIVANJA RASPUCALIH ZONA I KAVERNI U … · sadrŽaj 1 uvod 1 2 pojam i podjela krŠa 2 2.1 povrŠinski krŠ 3 2.2 podzemni krŠki oblici 7 2.3 faze okrŠavanja

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

GEOTEHNIČKI FAKULTET

NIKOLINA BUKAL

GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA RASPUCALIH

ZONA I KAVERNI U KRŠU

ZAVRŠNI RAD

Varaždin, srpanj 2010.

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.

SADRŽAJ

1 UVOD 1

2 POJAM I PODJELA KRŠA 2

2.1 POVRŠINSKI KRŠ 3

2.2 PODZEMNI KRŠKI OBLICI 7

2.3 FAZE OKRŠAVANJA 12

2.4 ISTRAŽIVANJE I ZNAČAJ RASPUCANIH ZONA I KAVERNI 13

2.5 KRŠ U HRVATSKOJ 15

3 GEOFIZIČKI PARAMETRI ZA OPIS DISKONTINUITETA U KRŠU 19

3.1 PARAMETRI OPISA DISKONTINUIRANOSTI STIJENSKE MASE 20

3.2 GEOFIZIČKI PARAMETRI ZA DETEKCIJU KAVERNI U KRŠU 21

4 GEOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA KRŠA 24

4.1 KARTIRANJE RASJEDNIH ZONA 24

4.2 KARTIRANJE PUKOTINSKIH I RASJEDNIH ZONA S VODOM 28

4.3 KARTIRANJE OBALNIH VODONOSNIKA 33

5 ZAKLJUČAK 35

LITERATURA 37

SAŽETAK 40

Geofizička istraživanja krša

Nikolina Bukal 1

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 dolomi-

tne 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 oko-

liša RH iz 1998. krš zauzima 52% ukupne površine). Dominantno se prostire u dinarskom

dijelu Hrvatske. Uobičajeno se grad Karlovac smatra kamenom međašem između južnih krš-

kih 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 važ-

nu 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 geote-

hničke (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 osobi-

to važni jer znatno mijenjaju mehanička svojstva stijenske mase, ali i zbog istraživanja pod-

zemne vode u takvim područjima. Posebno je zanimljiva mogućnost sinergije rezultata geofi-

zičkih 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 2

2 POJAM I PODJELA KRŠA

Krš je spektar reljefnih oblika razvijenih u karbonatnim formacijama koje najčešće čine kalci-

jev (CaCO3) i magnezijev (MgCO3) karbonat. Obzirom na takav kemijski sastav karbonatne

stijene se nazivaju vapnenci i dolomiti, a njihovo svojstvo topivosti u vodi omogućuje stvara-

nje 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 karbona-

tnu kiselinu. Posljedica toga je nastajanje izrazito razvijenog reljefa s mnogo udubina i uzvi-

sina, 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. Razli čiti površinski i podzemni krški oblici.


Nikolina Bukal 3

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 mine-

rala. Viša temperatura vode, kao i veći sadržaj kisika O2 i ugljičnog dioksida CO2 povećava

topivost minerala. Proces otapanja minerala se odvija u dvije faze . U prvoj nastaje bikarbo-

nat, a potom se procesom hidrolize izlučuju minerali:

Posljedica otapanja je nastajanje šupljina različitih oblika i dimenzija. Kretanje vode uz ota-

panje omogućuje i povezivanje šupljina u sustave diskontinuiteta, pa je promijenjena stijen-

ska 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 tekući-

cama 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 izdulje-

nih 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 4

Slika 2. Razni oblici škrapa nastaju djelovanjem vo de.

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 ko-

rozijskog djelovanja oborina na strmijim dijelovima golih, vapnenačkih blokova. Zbog otjeca-

nja 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 koroziv-

nog 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 neko-

liko do stotinu metara. Prema dnu se sužavaju i dno im je obično prekriveno crvenicom. Pop-

rimaju različite oblike, ali su najčešće ljevkaste, no postoje i tanjuraste odnosno kotlaste (ta-

vaste, 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 Mo-

dro jezero kod Imotskog, Slika 4. Dubina vrtače Crvenog jezera je 500 metara. Dubina vrtače

Modrog jezera je 200 metara.


Nikolina Bukal 5

Slika 3. Nastanak ponikva u tektonski razlomljenim zonama.

Slika 4. Imotska jezera. Pogled na Crveno jezero (l ijevo) 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 ka-

da otporniji dijelovi zaostaju u obliku kupastih uzvišenja nastaje takozvani kupasti krš.

Razlikuju se tri osnovna tipa polja: rubno (border), strukturno (structural) i temeljno (basele-

vel), Slika 5. Rubno polje, prijelaz prema slijepim dolinama. Strukturno polje, geološki kontro-


Nikolina Bukal 6

lirano, najčešće u Dinaridima, nastaje usjedanjem (grabeni) i zapunjeno neogenskim sedi-

mentima. 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 7

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 predstav-

ljaju najmoćniji kontaktni sustav kroz koji voda prodire u krško podzemlje, Slika 7. U Hrvats-

koj 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 1991. i nazvana je po speleolo-

gu koji je poginuo u domovinskom ratu na Velebitu.

Slika 7. Sustav ponor (jama)-kaverna.


Nikolina Bukal 8

Slika 8. Položaj i geološki profil Jamskog sustava Lukina jama-Trojama (Lackovi ć, D. i Šmi-da,B., 2008). 3D presjek Lukine jame (Bakši ć, 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 9

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 po-

nor u Ogulinu dugačak 16.4 km, Slika 11.

Slika 9. Postanak špilja cirkulacijom vode i otapan jem vapnenca. Kristalizacijom kalcita nas-taju špiljske forme iznad razine podzemne vode.


Nikolina Bukal 10

Slika 10. Oblik i pružanje Donje Cerova čke špilje (Bakši ć, 2008).

Slika 11. Špilja Đulin ponor (Ogulin).


Nikolina Bukal 11

Kaverne

Kaverne su podzemni krški oblici koji nemaju kontakt s površinom, a mogu također biti izuze-

tno 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-Rijek a nedaleko Fužina.

Ostali krški oblici i njihove značajke

Ledenice i sniježnice su špilje ili jame u kojima se tijekom većeg dijela ili cijelu godinu zadr-

žava 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 pos-

ljedicom klimatskih promjena, odnosno pleistocenskih glacijacija koje su uvjetovale promjenu

globalne razine mora i preplavljivanje okršenih dijelova nekadašnjeg kopna.


Nikolina Bukal 12

2.3 Faze okršavanja

Okršavanje je proces kontinuiranog kemijsko-mehaničkog trošenja vapnenca kroz duže raz-

doblje, 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 dre-

nažu. 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, me-

kani vapnenac brže proći kroz ove faze pa će se raspadanje lakše uočiti.

Zanimljiva inženjerska klasifikacija karbonatnih stijena se temelji na zapažanju pojava pose-

bnih morfoloških značajki i pojava fenomena krša (Waltham & Fookes, 2003), Slika 13. Klasi-

fikaciju su zapravo definirali Fookes i Hawkins (1988), izdvajanjem različitih tipova krških

pojava. Svojstveni profili stanja, odnosno trošenja krša su podijeljeni u pet skupina. Klasifika-

cija ima strogo regionalnu primjenu kao procjena razine trošenja karbonatnih stijena.

Slika 13. Morfološki fenomeni krša i njihove zna čajke (Waltham i Fookes, 2003). Okvirna i regionalna klasifikacija karbonatnih stijenskih u pet skupina prema profilima trošenja.


Nikolina Bukal 13

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 karbonat-

ne 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 karbo-

natne podloge u slabo kiseloj vodenoj otopini. Prolazeći kroz prirodne pukotine, voda kemij-

ski 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 sei-

zmička metoda ili površinske metode seizmičke i geoelektrične tomografije.

Značaj položaja i pružanja raspucanih zona i kaverni je potaknuo niz različitih pristupa istra-

živanju takvih pojava. Prostorni rasporedi i gustoća površinski krških oblika se nastoje defini-

rati 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 14

podaci različitih metoda istraživanja površinskih i podzemnih oblika, od geoloških, geomorfo-

loških preko geofizičkih do speleoloških.

Napredovanjem procesa okršavanja, podzemne šupljine se povezuju u velike, katkada kilo-

metarske, labirinte te goleme dvorane. Makrošupljine su velike kaverne. Prirodne pojave u

karbonatnim stijenama ili umjetne šupljine nastale rudarenjem u bilo kojoj vrsti stijena. Mikro-

šupljine 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 15

Ponori ubrzavaju infiltraciju, ali i uzrokuju ispiranje povr-

šinskog 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 djelo-

vanja neke vanjske sile. Posljedica je ispunjavanje

kaverne glinovitim materijalom iz površinskog sloja.

U pojedinim situacijama može doći do slijeganja površi-

ne 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% uku-

pne 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 16

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 jadran-

skog 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 razvije-

na, a ponegdje je infiltracija oborinskih voda tako velika da se niti ne javljaju površinska otje-

canja. Stoga se glavnina protjecanja oborinskih voda odvija podzemnim vodnim sustavima

koji u određenim slučajevima mogu dati uporabive rezerve podzemnih voda, bilo u vidu zah-

vata 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 (neda-

leko 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 Ve-

lebitu, Slika 15, te Bijele i Samarske stijene u sastavu Velike Kapele, Slika 16.


Nikolina Bukal 17

Slika 14. Ulaz u špilju u kamenolomu Tounj i Maumot ovo jezero u unutrašnjosti špilje (Bak-šić, 2005).

Slika 15. Hajdu čki (lijevo)i Rožanski kukovi (desno) na Velebitu.


Nikolina Bukal 18

Slika 16. Bijele i Samarske stijene na Velikoj Kape li. Bijele stijene: Natašin dol i Katedrala (lijevo). Samarske stijene: Veliki kanjon i Piramid a (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 viso-

kim 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 pri-

sutno fluvijalno djelovanje) pripadaju fluvio-krškom tipu reljefa.


Nikolina Bukal 19

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 kon-

cept za opisivanje fizikalno-mehaničkih svojstava diskontinuuma. Kao pojava uvijek je pos-

ljedica mehaničkog ili kemijskog djelovanja. Takvo spregnuto djelovanje u karbonatnim sti-

jenskim masama ima poseban značaj i naziva se trošenje. Geneza diskontinuiranosti je važ-

na jer utječe na osnovna svojstva i parametre diskontinuiteta i određuje mehaničko ponaša-

nje 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 utje-

caj 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 naj-

češći 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 glavn i pravci kretanja podzemne vode.


Nikolina Bukal 20

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, odnos-

no sadržaj blokova određenih dimenzija u postocima. Mehanički parametri za opis pukotin-

skih sustava su: položaj, prostiranje, učestalost, elementi pada, veličina zijeva, izgled i svoj-

stva 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 izostana-

ka slojnih ploha nastaju masivne ili nepravilne stijenske mase. Najčešći oblik pojave karbo-

natnih stijena je blokovita stijenska masa. Izražene slojne plohe u slabo razlomljenim sloje-

vima se opisuju kao pločasta stijenska masa. Zdrobljena stijenska masa je opis tektonski

izrazito poremećene i jako razlomljene stijene. Stupčaste formacije nisu svojstvene sedimen-

tnim 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 21

3.2 Geofizički parametri za detekciju kaverni u kršu

Otvorene kaverne u stije n-skoj masi

Očekivane geofizi čke anomalije Ispunj ene kaverne u stije n-skoj masi

Očekivane geofizi čke 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 22


Očekivane geofizi čke anomalije Ispunjene kaverne u stije n-skoj masi


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 23


Očekivane geofizi čke anomalije Ispunjene kaverne u stije n-skoj masi


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 24

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 geofizič-

kih signala. Geofizička istraživanja krša zbog toga zahtijevaju primjenu barem dvije komple-

mentarne 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 speci-

fičnih 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 teren-

skim mjerenjima pristupi s pomno razrađenim geološkim prognoznim modelom.

Iskustvo istraživača je istaknulo posebne prednosti geoelektričnih i seizmičkih metoda u is-

traživanjima našeg krša. Međutim, treba imati na umu da uspješnost primjene pojedine me-

tode 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 obi-

čno 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, bu-

dući da su tokovi podzemnih voda uglavnom vezani uz njih. Geoelektričnim sondiranima i

profiliranjima se takve zone mogu detektirati na površini ili neposredno pod površinom. Ge-

oelektričnom tomografijom se može odrediti položaj i pružanje različitih vrsta diskontinuiteta.

Kada su poznati nagibi ploha diskontinuiranosti, smanjuje se rizik neuspjeha istražnog buše-

nja, jer se u protivnom, bušotinom može zahvatiti rasjed u suhoj zoni.


Nikolina Bukal 25

Prema mogućim odnosima otpornosti u krškim formacijama definiraju se tri vrste rasjeda:

Tip A: rasjed kao pojava lateralnog smanjenja otpornosti, koja je posljedica jake raz-

lomljenosti 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 otporno sti stijena (Šumanovac, 2004).

Rasjed tipa A

Vrlo čest tip rasjeda na krškim terenima. Reversni rasjedi ovog tipa mogu se uspješno odre-

diti geoelektričnom tomografijom, Slika 20.

Slika 20. Primjer normalnog rasjeda tipa A (Šeganov o vrelo kod Oštarija, Šumanovac, 2004). Geoelektri čna tomografija, Wenner-Schlumbergerov raspored elek troda, razmak 10 m.


Nikolina Bukal 26

Najmanje otpornosti u površinskoj zoni potječu od trošne stijenske mase. Vrlo velike otpor-

nosti 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 geo-

loškom 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 otpor-

nosti je suh, dok manje otpornosti u dubini uzrokuje zavodnjenost formacija. Ovim vapnen-

cima 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 raz-

lomljene i okršene stijenske mase.

Slika 21. Reversni rasjed tipa A (Obrh kod Ozlja, Š umanovac, 2004). Geoelektri čna tomografi-ja u podru čju izvora i geološki profil prema tomografskim rezu ltatima.


Nikolina Bukal 27

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 20÷ 400 Ωm. Najveće otpornosti nalaze se u razmjerno plit-

kom površinskom dijelu. Otpornosti veće od 400 Ωm potječu od suhih litificiranih pijesaka ili

šljunaka. Najmanje otpornosti odgovaraju glinovitim naslagama i zaglinjenim pjeskovitim nas-

lagama. 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 ko d Karlovca, rasjed B tipa (Šumanovac, 2004).

Rasjed C tipa

Primjer rasjeda ovog tipa je s područja krškog izvora (Sveti Ivan kod Buzeta), Slika 23. Struk-

turni odnosi istraživanog područja su definirani prema rezultatima refleksijske seizmike, geo-

električnog 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 28

Slika 23. Geoelektri čni tomografski profil metodom otpornosti (izvor Sve ti 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 udalja-

vanjem 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 rezulta-

tima 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 klas-

tičnih 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 29

vetiti promjenama u površinskoj zoni, koja može proizvesti znatne smetnje u rezultatima mje-

renja i smanjiti razlučivost pa korektnost interpretacije po dubini dolazi u pitanje. Za pouzda-

nije određivanje dubina zalijeganja pojedinih geoloških formacija, elektrode se moraju razmi-

cati duž pravca pružanja struktura. Otklon od takvog pravca znači zahvaćanje različitih nas-

laga, 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 promje-

ne 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 nasla-

gama.

Slika 24. Primjer gradijentnog mapiranja s dva dubi nska zahvata - dvojno gradijentno profili-ranje (Oštarije kod Ogulina). Razmaci strujnih elek troda 500 i 700 m. R= (r1/r2-1) ·100.


Nikolina Bukal 30

Rezultat profiliranja doprinosi oblikovanju geoloških i hidrogeoloških odnosa radi pozicionira-

nja istražnih bušotina za eksploataciju podzemne vode. Zanimljivo je da se otpornosti mije-

njaju 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 kar-

bonata, a negativna vjerojatno potječe od razlomljenih karbonata s vodom.

U osnovi geoelektrične tomografije je profiliranje, ali sa sustavnim i sukcesivnim nizom razli-

čitih dubinskih zahvata. Veliki broj elektroda se postavlja odjednom, a potom se prema pro-

tokolu pojedine geoelektrične metode automatski mijenjaju elektrodni rasporedi i bilježe ot-

pornosti. Veliki broj izmjerenih vrijednosti se obrađuje i interpretira programski. Rezultati in-

terpretacije uglavnom služe za definiranje preciznijeg geološkog modela. Tomografski rezul-

tati na istom istraživačkom projektu (Oštarije kod Ogulina) su pokazali slaganje s rezultatima

dvojnog gradijentnog profiliranja, Slika 25.

Slika 25. Profil geoelektri čne tomografije (Oštarije kod Ogulina, Šumanovac 200 4). Interpreti-rani oblik je matri čni (blokovitost srednje slike). Donja slika prikazu je potpuno isti model, ali izglađen izo-linijama.


Nikolina Bukal 31

Kvalitetu interpretacije su potvrdile istražne bušotine postavljene prema geoelektričnom mo-

delu 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 is-

pod kojih dolaze karbonatne mase na razmjerno manjim dubinama, refrakcijom se može vrlo

precizno odredit položaj i pružanje njihovih kontakata. Manje smetnje površinskih nehomo-

genosti 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. Izosta-

nak jasnih refleksa ili pojava isprekidanih u plitkom dijelu seizmičkog presjeka otežavaju in-

terpretaciju. 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 frek-

vencije (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 utje-

caja površinske trošne zone. Najvažniji uzrok nekorektnih interpretacija je postojanje nerav-

nih i nepostojanih diskontinuiteta i znatna razlika u akustičnim impedancijama (za razliku od

klastičnih naslaga).


Nikolina Bukal 32

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 nagi-

ba profila i upućuju na jake diskontinuitete, odnosno rasjede.

Slika 26. Primjer istraživanja podru čja razlomljenih pukotinskih zona u blizini izvora ( Sveti Ivan u Istri). Uo čava se poreme ćena zona manjih seizmi čkih brzina (2700 m/s). Interpretacija generaliziranom recipro čnom metodom (GRM, Palmer, 1981). Razmak geofona od 5 m. Profil je postavljen preko povremenog izvora u smjeru Z-I.

Slika 27. Interpretirani refleksijski profil postav ljen na profilu geoelektri čne tomografije.


Nikolina Bukal 33

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 refleksij-

skim 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 akusti čnih impedancija (Oštarije kod Ogulina). Promjene im pedancija uzrokuje razli čit stupanj razlomljenosti karbonata. (Šumanovac, 20 07.)

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 površin-

skoj zoni te vapnenačkih i dolomitnih struktura u podini. Prethodna istraživanja su bila kon-

centrirana na plitke vodonosnike, ali je eksploatacijom došlo do zaslanjenja sitnozrnih vodo-

nosnih pijesaka.


Nikolina Bukal 34

Slika 29. Tomografijom geoelektri čne otpornosti detektirane su zone raspucanih karbon ata 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 25÷80 m. Takve vrijednosti je uz-

rokovala pojava vode razmjeno male zaslanjenosti pa je u toj zoni postavljena bušotina.

Usporedba tomografskih i rezultata istražnog bušenja je pokazala vrlo dobro poklapanje ge-

oelektričnog modela sa stvarnim geološkim formacijama. Sitnozrni pijesci se prostiru do du-

bina 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 for-

macija 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 35

5 ZAKLJUČAK

Opće preporuke za primjenu geofizičkih metoda u istraživanju krša

Preporuke su rezultat iskustva u provođenju mjerenja i interpretacije različitih geofizičkih me-

toda 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 minimal-

ne količine i vrste istraživanja da bi se ustanovili ili potvrdili geološki modeli krša.

Više primijenjenih metoda smanjuje više-značnost geofizičke interpretacije, poboljšava geo-

loške 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 geo-

fizički 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 me-

toda uvijek se podiže razina uspješnosti istraživanja krških terena i pojava, a znatno se sma-

njuje rizik.

Za istraživanje krša općenito je važna primjena geoelektričnih metoda, a posebno tomografi-

ja. Ta skupina metoda daje vrlo dobre rezultate u formiranju inicijalnih geoloških i hidrogeolo-

ških 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 troš-

ne zone i područja okršavanja u relativno plitkim formacijama te otkrivanje pukotinskih i ras-

jednih 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 36

strukture. Kada su profili raspoređeni u razmjeno pravilnoj mreži moguća je stratigrafija tro-

dimenzionalnih struktura. Za kartiranje uskih pukotinskih i površinskih trošnih zona trebaju se

provesti refrakcijska mjerenja barem na izdvojenim dijelovima terena.

Za duboka istraživanja, geoelektrična tomografija se primjenjuje s dubokim geoelektričnim

sondiranjem kombinirano. Da bi se osigurao dovoljan dubinski zahvat nužan je vrlo veliki

razmak elektroda. Na krškim terenima se iskustveno smatra da duljina profila pokriva

10÷15% dubine. Refleksijska mjerenja su iznimno korisna za stratigrafiju terena, ali treba

osigurati dovoljnu razlučivost refleksa. Dobra praksa pokazuje primjenu refleksije i geoelek-

trične tomografije duž istih profila uz prekrivanje po dubini. Za definiranje konačnog struktur-

nog i litološkog modela treba koristiti usporedne rezultate tomografije i seizmike.

Rezultati geofizičke interpretacije služe i za pozicioniranje istražnih bušotina. Rezultati buše-

nja trebaju poslužiti za reinterpretaciju. Kad god je moguće preporuča se izvođenje odgova-

rajućih karotažnih mjerenja.


Nikolina Bukal 37

LITERATURA

[1]. Bakšić, D. (2008). Speleološka istraživanja u Donjoj Cerovačkoj špilji. Hrvatski speleo-

loški poslužitelj, public.carnet.hr/speleo.< http://www.speleologija.hr/hrv/index.html>,

[15.06.2010.]

[2]. Bozzo, E. (1996). Geophysical studies applied to near-surface karst structures: the

dolines. Annali di Geofisica, XXXIX, 1, 23-38.

<http://www.annalsofgeophysics.eu/index.php/annals/article/viewFile/3948/4013>,

[15.06.2010.]

[3]. Božičević, S.(1955). Brojnost speleoloških pojava u Istri i njihova rasprostranjenost u

odnosu na geološku građu. Zbornik radova 1. hrvatskog geološkog kongresa, Zagreb.

[4]. Chalikakis, K. (2008). Up-To-Date of Surface Based Hydrogeophysics in Karst

Systems. <http://lsbb.oca.eu/IMG/pdf/Chalikakis.pdf.>, [15.06.2010.]

[5]. Državna uprava za zaštitu prirode i okoliša. (1998). Izvješće o stanju okoliša u Republi-

ci Hrvatskoj. Zagreb,113-118.

[6]. Enviroscan. (2010). Shematic Karst Feature Combinations.

<http://www.enviroscan.com/html/schematic_karst_feature_combin.html>,

[15.06.2010.]

[7]. Gibson ,P. J., Lyle, P., George, D. M. (2004). Application of resistivity and

magnetometry geophysical techniques for near-surface investigations in karstic terra-

nes in Ireland. Journal of Cave and Karst Studies, v. 66, no. 2, p. 35-38.

[8]. Herak, M. (1990). Geologija. Školska knjiga, Zagreb.

[9]. Hiltunen, D. R., Cramer, B. J. (2008). Application of Seismic Refraction Tomography in

Karst Terrane. J. Geotech. and Geoenvir. Engrg. Volume 134, Issue 7, pp. 938-948.

[10]. Hoover,R. A. (2003). Geophysical Choices for Karst Investigation. 9th Multydisciplinary

Conference on Sinkoholes & the Engineering and Environmental Impacts on Karst,

Alabama, USA.

[11]. Hrvatsko geografsko društvo. (2010). Raširenost krša u Hrvatskoj.

<http://www.geografija.hr/clanci/1011/rasirenost-krsa-u-hrvatskoj>, [15.06.2010.]

[12]. Istrapedia. Krš.< http://www.istrapedia.hr/hrv/1425/krs/istra-a-z/>, [15.06.2010.]


Nikolina Bukal 38

[13]. Jelić, K., Šumanovac, F., Lukačević, M. (1991). Istraživanje vode u obalnom kršu me-

todom dvojnog gradijentnog kartiranja. Rudarsko-geološko-naftni zbornik, Zagreb.

[14]. Juračić, M. (2006). Geologija (i hidogeologija) krša. Pristupi istraživanju krša.

<http://geol.pmf.hr/~mjuracic/predavanja/Geologija.krsa/02.Pristup.istraz.krs.pdf>,

[15.06.2010.]

[15]. Klanfar, M. Fizičko-mehaničke značajke stijena.

<http://rgn.hr/~mklanfar/nids_mklanfar/Fizicko-mehanicke.pdf>, [15.06.2010.]

[16]. Komisija za speleologiju HPS. (2008). Lukina jama. Jamski sustav Lukina jama-

Trojama. <http://www.speleologija.hr/lukinajama/index.html>, [15.06.2010.]

[17]. NATO Science for Peace Programme. (2010). New geophysical approach for the pre-

diction of sinkhole hazards related to the drop of the Dead Sea level and human

activity. Project SfP 981128. < http://www.gii.co.il/files/deadsea_sinkholes.pdf >,

[15.06.2010.]

[18]. Owen, W. (2010). Geophysical Methods for Determining the Geotechnical Engineering

Properties of Earth Materials. Caltrans Division of Research and Innovation,

<http://www.dot.ca.gov/research/researchreports/preliminary_investigations/docs/geop

hysical_methods_pi_03-25-10.pdf>, [15.06.2010.]

[19]. Pahernik, M. (2000). Prostorni raspored i gustoća ponikava. Geoadria, vol. 5, 105-120.

[20]. Rădulescu, V., Rădulescu, F., Diacopolos, C., Popescu, M. (2007). Geoelectrical Study

for Delineating Underground Cavities in Karst Areas. GEO-ECO-MARINA 13, 89-95.

[21]. Sheehan, J. R., Doll, W. E., Watson, D. B., Mandell, W. A. (2008). Application of Seis-

mic Refraction Tomography to Karst Cavities. <

http://pubs.usgs.gov/sir/2005/5160/PDF/Part1_2.pdf>, [15.06.2010.]

[22]. Stierman, D. J. (2010). Geophysical Detection of Caves and Karstic Voids.

<http://www.bookrags.com/tandf/geophysical-detection-of-caves-and-tf/>,[15.06.2010.]

[23]. Šestanović, S. (1986). Osnove geologije i petrografije. Školska knjiga, Zagreb.

[24]. Šumanovac, F. (2007). Geofizička istraživanja podzemnih voda. Sveučilište u Zagrebu

Rudarsko-geološko-naftni fakultet.

[25]. Šumanovac, F. O geofizičkim istraživanjima.

<http://rgn.hr/~fsuman/nids_fsuman/O%20geof.%20istrazivanjima.pdf>, [15.06.2010.]

[26]. Tišljar, J. (1994). Sedimentne stijene. Školska knjiga, Zagreb.


Nikolina Bukal 39

[27]. Tišljar, J. (2001). Sedimentologija karbonata i evaporita. Institut za geološka istraživa-

nja, Zagreb.

[28]. Tišljar, J. (2004). Sedimentologija klastičnih i silicijskih taložina. Institut za geološka

istraživanja, Zagreb.

[29]. Wikipedia. Geomorgologija. <http://hr.wikipedia.org/wiki/Geomorfologija>, [15.06.2010.]

[30]. Wikipedia. Krš. http://hr.wikipedia.org/wiki/Kr%C5%A1 [15.06.2010.]


Nikolina Bukal 40

SAŽETAK

Ime i prezime autora: Nikolina Bukal

Naslov rada: Geofizi čka istraživanja raspucanih zona i kaverni u kršu

Ključne riječi: krš, geofizi čka istraživanja, diskontinuiteti, rasjedne zone, ka verne, pod-

zemna voda

Geofizička istraživanja na krškim terenima su izuzetno zahtjevna. Poteškoće pri istraživanji-

ma nameću površinske krške pojave. Primjenjuju se barem dvije metode i izuzetno pozorno

pozicioniranje mjernih točaka i profila na terenu. U istraživanjima krša prednost imaju geoe-

lektrične i seizmičke metode. Sondiranje se koristi za određivanje dubina kontakata karbona-

tnih i klastičnih naslaga zbog velike razlike u njihovim otpornostima. Profiliranje se koristi za

određivanje položaja i pružanja pukotinskih i rasjednih zona na površini ili na manjim dubi-

nama. Kod električne tomografije veliki broj elektroda se postavlja odjednom, a potom se

prema protokolu pojedine geoelektrične metode automatski mijenjaju elektrodni rasporedi i

bilježe otpornosti. Primjena električne tomografije se pokazala korisnom u i za istraživanje

priobalnih i otočkih vodonosnika radi vodoopskrbe. Za duboka istraživanja, geoelektrična

tomografija se primjenjuje s dubokim geoelektričnim sondiranjem kombinirano. Refrakcijska

seizmika se koristi za mapiranje trošnih zona ili kartiranje površinskog okršavanja. Primjena

refleksije na krškim terenima je važna za postizanje znatne dubine profila. Krš zauzima veliki

dio Republike Hrvatske, približno polovicu ukupne površine. Otkrivanje raspucanih zona i

kaverni na krškim terenima zahtijeva posebnu pažnju jer nisu uočljive s površine. Kaverne

nastaju u procesima gdje dolazi do otapanja karbonatne podloge u slabo kiseloj vodenoj oto-

pini. Voda prolazi kroz prirodne pukotine, kemijski reagira i otapa vapnenac ili dolomit, dalj-

njim povećanjem pukotina nastaju kaverne. Kaverne se često otkrivaju prilikom bušenja na

krškim terenima. Kada istražne bušotine prolaze po rubu kaverne, ona ostaje skrivena i dola-

zi do pogreška u projektiranju. Ako se sumnja na takve situacije, kaverne se mogu snimiti i

spuštanjem video kamera kroz bušotinu. Raspucanost stijenske mase može se odrediti i

akustičnom kamerom visoke rezolucije. Osim bušotinskih metoda, primjenjuju se i cross-hole

seizmička metoda ili površinske metode seizmičke i geoelektrične tomografije.

Documents

GEOFIZI ČKA ISTRAŽIVANJA RASPUCALIH ZONA I KAVERNI U … · sadrŽaj 1 uvod 1 2 pojam i podjela krŠa 2 2.1 povrŠinski krŠ 3 2.2 podzemni krŠki oblici 7 2.3 faze okrŠavanja