| Abstract | Geothermal resources are important among groundwater resources in fractured aquifers because they are potential renewable energy sources. Their development and hydrothermal characteristics mostly depend on the regional and local geological and hydrogeological settings. Reconstructing the geometrical characteristics of the regional and local fracture network systems and the stress field deforming the rock mass can be useful in determining the preferential flow paths of the thermal waters fostering the conceptual model of the system. The integration with the hydrogeological parametrization of the reservoir is crucial for the quantification of the renewable component of the system and the development of site-specific management plans for the sustainable utilization of the resource. Highly fractured Mesozoic carbonate rocks form the main reservoir for many geothermal resources in central and northern Croatia. One of the most significant thermal manifestations in this region is the thermal springs area in Daruvar with water temperatures ranging from 38 to 50°C. These springs are part of the Daruvar hydrothermal system (DHS), an intermediate scale, tectonically controlled, system hosted within a Mesozoic carbonate rock complex. In this research, a multidisciplinary and multiscale methodological approach was used for the geological reconstruction of the study area, the proposal of a new hydrogeological conceptual model of the DHS, and the hydrogeological parametrization of the fractured carbonate reservoir. This approach combined structural, geophysical, and hydrogeological investigations conducted at regional and local scales. Results display a complex polyphase structural pattern with an E-W and N-S striking system of fractures cogenetic with regional NNE-SSW striking folds that enhance the fluid flow on a regional and local scale. Hydrogeological parameters of the aquifer were calculated by analytical and numerical modeling. The obtained results highlighted the high porosity and permeability of the thermal aquifer connected to the intense fracturing of the bedrock in the Daruvar subsurface. The results of this research improved the conceptual hydrogeological model of the DHS emphasizing the impact of regional and local structures on the circulation of thermal waters and the development of the Daruvar geothermal resource. The multidisciplinary approach used for this research represents a step forward in the investigation of hydrothermal systems and their hydrogeological characterization. Furthermore, it can be applied in the research of similar fractured carbonate aquifers characterized by a complex geological structure. |
| Abstract (croatian) | U području Panonskog bazenskog sustava (PBS) nerijetko na površini izdanjuju stijene predneogenske podloge u vidu otočnih gora koje su često građene od mezozojskog karbonatnog kompleksa. U većini slučajeva predstavljeni su dolomitima, relativno niske primarne, no značajne sekundarne poroznosti. Ovisno o njihovom strukturnom položaju i mehaničkim obilježjima, karbonati predstavljaju idealne rezervoarske stijene, odnosno mogu biti kolektori ugljikovodika ili vodonosnici geotermalne ili pitke vode. Poznato je da područje PBS-a ima povoljne geotermalne karakteristike, a prirodni izvori termalne vode temperatura do 65°C pojavljuju se na dvadesetak lokacija diljem panonske Hrvatske. U ovom radu područje istraživanja je prirodno izvorište termalne vode u Daruvaru, ali i šira okolica koja obuhvaća JI dijelove Lonjsko-ilovske zavale te zapadne obronke Papuka koji su dominantno građeni od mezozojskog karbonatnog kompleksa. Daruvarski hidrotermalni sustav (DHS) jedan je od najbolje istraženih hidrotermalnih sustava u Hrvatskoj. Sustavna geološka, hidrogeološka i geofizička istraživanja na području Daruvara provode se od sedamdesetih godina prošlog stoljeća. Daruvarsko izvorište obuhvaća nekoliko termalnih izvora (Ivanovo vrelo, Antunovo vrelo i Marijina vrela) s temperaturama od 38 do 50 °C. Unatoč prethodno provedenim geološkim i geofizičkim istraživanja na području Daruvara, detaljne geološke i strukturne rekonstrukcije DHS-a pokazale su se nepotpunima te nepouzdanima. U okviru doktorske disertacije i provedenih istraživanja, primarni je cilj bio primijeniti multidisciplinarni metodološki pristup za provedbu detaljne strukturno - hidrogeološke karakterizacije DHS-a. Ovaj pristup je objedinio rezultate detaljnih terenskih i kabinetskih strukturnih, geofizičkih i hidrogeoloških istraživanja provedenih na regionalnoj i lokalnoj razini s postojećim geološkim, geofizičkim, hidrogeološkim i hidrokemijskim podacima. Multidisciplinarni pristup primijenjen je sa ciljem detaljne strukturno - geološke i hidrogeološke rekonstrukcije te hidrauličke parametrizacije raspucanog karbonatnog vodonosnika DHS-a. Sukladno tome, glavni ciljevi provedenog istraživanja bili su: (i) odrediti regionalne i lokalne strukturno-geološke značajke koje su omogućile postanak DHS-a; (ii) identificirati sustave pukotina koji dominantno sudjeluju u toku fluida u DHS-u; (iii) izraditi 3D model DHS-a; (iv) geofizičkim istraživanjima dokazati postojanje i povezanost širokih oštećenih zona rasjeda u izvorišnom području DHS-a; (v) usporediti hidrogeološke parametre karbonatnog vodonosnika procijenjene na temelju analize pukotinskih sustava te izračunate iz rezultata pokusnog crpljenja.Rekonstrukcija geoloških značajki šireg područja omogućila je detaljan opis geometrije termalnog vodonosnika i pukotinskih sustava. Uloga rasjednih sustava i bora na regionalnoj i lokalnoj razini u razvoju DHS-a detaljno je razrađena na temelju terenskih istraživanja i prikupljenih strukturnih podataka. Rezultati su pokazali prisutnost sustava bora s generalnim pružanjem osi bora S-J i I-Z te kogenetskih povezanih sustava pukotina s orijentacijama paralelnim osima bora koje omogućavaju protok fluida na regionalnoj i lokalnoj razini. Također, utvrđena je polifazna tektonska evolucija istraživanog područja koja ukazuje na strukturnu reaktivaciju Daruvarske antiklinale kroz razdoblje kenozoika. Strukturni razvoj Daruvarske antiklinale započeo je krajem krede, odnosno početkom paleogena, pri čemu je prevladavalo kompresijsko polje naprezanja orijentirano I-Z. Rezultat kredno-paleogenske kompresije je postanak regionalnih reversnih rasjeda pružanja SZ-JI te formiranja en-échelon tipa bora s orijentiranim osima bora SZ-JI. Tektonska evolucija Daruvarskog područja dodatno se zakomplicirala tijekom neogena u kojem je na naslijeđene strukture utjecalo neogensko ekstenzijsko polje naprezanja orijentirano I-Z. Rezultat neogenske ekstenzije je lokalna rotacija, strukturna reaktivacija i tektonska inverzija struktura. U završnoj fazi razvoja DHS-a, tijekom pliokvartara, Daruvarsko područje konačno je zahvaćeno tektonskom inverzijom postojećih struktura uslijed regionalnih S-J kompresijskih/transpresijskih naprezanja. Nadalje, rezultati sugeriraju da se termalne vode izdižu prema površini u rasjednoj zoni Daruvarskog rasjeda koji se generalno pruža ISI-ZJZ i kogenetskih sustava pukotina koje nastaju kao posljedica krte deformacije Daruvarske antiklinale. Subvertikalni Toplički rasjed, pružanja SIJZ, koji je tijekom pliokvartara strukturno reaktiviran i tektonski invertiran, predstavlja naslijeđeni sustav tenzijskih pukotina koji danas predstavljaju preferencijalni put za brzi protok termalnih voda iz dubljeg dijela vodonosnika prema površini, odnosno termalnom izvorištu u Daruvaru. U okviru hidrogeološkog modeliranja DHS-a, hidrogeološki parametri vodonosnika su izračunati analitičkim i numeričkim modeliranjem. Uspoređujući podatke terenskih mjerenja s kvantitativnom strukturnom analizom napravljenom na temelju digitalnog modela kamenoloma, identificirana su dva subvertikalna sustava diskontinuiteta koji imaju smjer nagiba prema SZ odnosno ZJZ. U isto vrijeme, procjena hidrogeoloških značajki vodonosnika provedena je na temelju numeričkog modeliranja diskretne mreže pukotina (engl. DFN), pokusnog crpljenja i bušotinske karotaže. Glavne geometrijske značajke sustava diskontinuiteta i njihove statističke raspodijele korištene su za izradu DFN modela u mjerilu izdanka (100 x 100 x 30 m) i mjerilu vodonosnika (700 x 700 x 150 m). Na području Daruvara provedena su i hidrogeološka istraživanja pokusnim crpljenjem i analizom rezultata bušotinske karotaže sa ciljem procjene transmisivnosti (T) vodonosnika. Dobivene vrijednosti T koristilesu se za izračun propusnosti (k), čije se vrijednosti kreću u rasponu 7,4 – 122,8 D, uzimajući u obzir različite debljine vodonosnika dobivene iz bušotine Dar 1. Izračun poroznosti (Φ) također je napravljen iz rezultata karotaže bušotine Dar 1 u kojoj je izdvojen najreprezentativniji dio stjenki bušotine (dubina 100-130 m) na temelju kojeg su dobivene realistične vrijednosti poroznosti vodonosnika u rasponu 0,03 – 9,1 % (prosječni Φ za ovu dionicu bio je 2,7 %). Rezultati DFN modela u mjerilu vodonosnika, koji je reprezentativniji u odnosu na model izdanka za procijenu hidrogeoloških značajki, sugeriraju da vrijednosti Φ (0,2%) i k (60,5 D) pokazuju dobru korelaciju s rezultatima dobivenim na temelju terenskih hidrogeoloških istraživanja. Iz svega navedenog, na temelju provedenih istraživanja, u ovom radu predložen je novi strukturno-geološki i hidrogeološki model Daruvarskog hidrotermalnog sustava. Definiran je strukturni sklop hidrotemalnog sustava, izdvojeni su glavni smjerovi toka fluida u regionalnom i lokalnom mjerilu te su analitičkim i numeričkim modeliranjem proračunati hidrogeloški parametri vodonosnika. Dobiveni rezultati predstavljaju značajno poboljšanje postojećeg konceptualnog hidrogeološkog modela Daruvarskog hidrotermalnog sustava. Korištena metodologija predstavlja iskorak u istraživanjima hidrotermalnih sustava i njihovoj hidrogeološkoj parametrizaciji te se korišteni multidisciplinarni pristup može primijeniti u istraživanjima sličnih raspucanih karbonatnih vodonosnika koji se odlikuju kompleksnom strukturnom građom. |
