Plánivy.CZ - stránky ZO ČSS 6-19 Plánivy

English version

Doporučujeme

Jeskynní systém Řeky - prezentace [9MB - PowerPoint]

Plánivy.CZ - Články

Geofyzikální a geotechnická měření v Holštejnské jeskyni
P.Kalenda, J.Kučera, R.Duras
01.11.2002 - >P<

1. Úvod
V severovýchodní části Moravského krasu, v oblasti styku vápenců a nekrasových hornin spodního karbonu - kulmu, se nachází u obce Holštejn řada propadání povrchových vod do podzemí (viz obr.1).

Obr.1 Moravský kras – sever

      Tato oblast byla zřejmě před bádenskou transgresí vtokovou oblastí toku, který protékal podzemím Moravského krasu (Zámek 1996). Jedním z hlavních propadání těchto vod mohla být jeskyně Holštejnská (Otava, Vít 1992). Některé z předbádenských jeskyní byly opět po ústupu bádenského moře propláchnuty a využity pro podzemní vodní toky Punkvy a jejích zdrojnic.
      Jeskyně Holštejnská je dnes jedním z nejlepších příkladů paleojeskyně vyplněné sedimenty a tím fosilizované ve smyslu Bosáka a kol. (1981). Její průzkum probíhá dosud zejména technickými prostředky - ražením štol a prorážek ve štěrkopísčitých sedimentech pod stropem jeskyně s cílem zjistit její průběh a rozměry. Přestože bylo vyhloubeno několik svislých sond, nebyla dostatečně zjištěna její zasedimentovaná hloubka plošně a tím úroveň erozního dna před akumulací sedimentů. O zjištění hloubky dna se pokusil v pokusných měřeních tým soukromých geofyziků a v roce 1999 proměřil koncovou část dosud známé části Holštejnské jeskyně pomocí seismického reflexního měření (Kalenda, Kučera 1999). Na toto měření navázalo v roce 2000 geofyzikální elektroodporové měření metodou VES a geotechnické měření penetrační metodou.
      Přestože ze severní části Moravského krasu jsou známa geofyzikální měření pro sledování vodivých zón (Hašek 1966, Hašek, Štelcl 1973, Hašek a kol. 1988), nebo za účelem zjištění hloubky suťového kužele v Macoše (Beneš 1995, Kadlec, Beneš 1996, Kadlec et al. (2001) nebo hloubky dna poloslepých ponorových údolí v Holštejně nebo Sloupu pomocí tíhových měření a VES (Beneš 1994, Kadlec 1995, Kadlec 1997), nebo tíhová měření nad jeskyněmi (Tomek 1971), žádná z těchto měření nebyla prováděna přímo v jeskyni.

2. Seismické měření
      Seismické měření bylo projektováno v oblasti jejího dnešního známého ukončení (dosažená prokopaná vzdálenost) v oblasti prorážek XVI, XVII a XVIII spolu s hlavní chodbou (viz obr.2). Pro seismické měření byla použita 16 kanálová digitální seismická aparatura LAP-15 (výrobce CoalExp, Dr.P.Kalenda), geofony typu SAC-1A s citlivostí 90Vs/m (výrobce CoalExp, Dr.P.Kalenda) a 10 kg kladivo se spínačem, který byl připojen na 1. kanál aparatury. Zbývajících 15 kanálů aparatury bylo měřicích. Aparatura byla nastavena na vzorkování 4000 Hz s délkou záznamu 1536 vzorků.

Obr. 2 Situační schéma seismického měření v Holštejnské jeskyni

      Na třech základních na sebe kolmých profilech podél hlavní chodby (profil č.3), rozrážky XVI (profil č.1) a rozrážek XVII a XVIII (profil č.2) byly rozmístěny snímače s krokem 2 m v rozrážkách a 3 m na hlavní chodbě, což umožnilo stanovit hloubky pravděpodobného dna Holštejnské jeskyně na ploše cca 20 x 30 m s hustotou 1 bod na 15 m² .
      Výsledky seismického měření ukázaly, že pomocí úderové seismiky by bylo možno spolehlivě stanovit odrazy seismických vln z hloubek 30 - 40 m. Metodu společného reflexního bodu při úderu uprostřed měřicí báze nebylo možno použít vzhledem k vysokému rušivému vlivu zvukových vln, šířících se chodbami. Jako jedinou použitelnou metodou se ukázala metoda reflexe, kdy "odpalový" bod ležel na jiném profilu na stěně jeskyně, kdy byly eliminovány rušivé zvukové vlny a získána dostatečná energie vln, procházejících sedimenty.
      Výsledky ukázaly, že pokud interpretujeme sedimentární výplň prostředí homogenním izotropním materiálem o známé rychlosti, zjištěné na povrchu sedimentu v horizontálním směru, pak by hloubky reflexních bodů, pravděpodobně dna jeskyně, byly v hloubkách cca 20 - 25 m pod stropem jeskyně, tedy v nadmořské výšce cca 450 m n.m.. Pokud bychom sedimentární prostředí modelovali transverzálně - izotropním nebo gradientovým vrstevnatým prostředím, pak by skutečné hloubky reflexních bodů byly menší než 20 m pod stropem jeskyně, pravděpodobně v hloubce cca 15 - 20 m.

3. Elektroodporové měření
      Elektroodporové měření metodou vertikálního elektrického sondování (VES) v klasické čtyřelektrodové verzi nebo s jednou vzdálenou elektrodou bylo projektováno v rozsahu celé dnes přístupné Holštejnské jeskyně v místech, kde bylo možno rozmístit proudové a měřicí elektrody na vzdálenost alespoň 50 m, aby byl dosažen hloubkový dosah minimálně 25 m (viz obr. č.3). Pro toto měření byla použita aparatura Rezistar výrobce Geofyzika Brno a.s., zapůjčena Geotestem Ostrava a.s.. Krok měření (AB/2) byl standartní od 0.6 m do 100 m (na profilech podél hlavní chodby). Vzdálená proudová elektroda byla umístěna ve vodivé zóně v Podhradním ponoru, vzdáleném 300 m od vstupu do Holštejnské jeskyně.

Obr. 3 Schéma měřičských bodů metod VES a penetrace v Holštejnské jeskyni

Středové body profilů VES byly rozmístěny v pořadí od vchodu do jeskyně Nezaměstnaných VES1, VES7, VES3, VES2, VES4 a VES6. VES8 byla umístěna v blízkosti bývalého vchodu do Holštejnské jeskyně (viz obr.3). VES1, VES2, VES3, VES4 a VES8 byly orientovány ve směru tunelu jeskyně a ostatní VES byly orientovány kolmo na směr jeskyně. VES4 - 8 byly tříelektrodové se vzdálenou elektrodou, VES1 - 3 byly v klasickém čtyřelektrodovém uspořádání.
Výsledky VES1 a VES3 nejblíže vchodu do jeskyně neukázaly pod vodivější vrstvou o mocnosti cca 1,2 resp. 1,6 m žádnou významnější hlubší vodivější vrstvu, takže odpor štěrkopísku splýval v hloubkách s odporem vápenců a rozhraní mezi nimi nebylo možno interpretovat. V těchto místech jsou pravděpodobně štěrkopísky na bázi nezvodněné. VES7, která ležela mezi VES1 a VES3, ale byla orientována kolmo na směr chodby, ukázala zřetelně rozhraní vodivější vrstvy a nevodivého poloprostoru v hloubce 5,5 m. Tato hloubka však nemusí odpovídat rozhraní sedimenty – vápence, protože nezvodnělé štěrky mohou mít také vysoké zdánlivé odpory.

Obr. 4 Naměřené hodnoty zdánlivých odporů a interpretace VES 5, 6 a 7

      Sondy VES2 a VES4 hlouběji v jeskyni naproti tomu již na bázi profilu v hloubkách cca 12 resp. 22 m ukazovaly nízkoodporovou vrstvu nad nevodivým poloprostorem. Zde jsou štěrkovité sedimenty na bázi pravděpodobně již zvodněné.
      Interpretace všech sond, kolmých na podélný profil jeskyně, byla jednodušší a výrazněji se projevilo rozhraní štěrkopísky - vápence (viz obr.4). Nejvýše se projevilo toto rozhraní v místě sondy VES7 (cca 5,5 m). Hlouběji se projevilo na sondách VES4 (20m), VES5 (22 m) a VES6 (22 m) a VES8 (20m).
      Celkově se projevil sklon báze sedimentů jeskyně od SZ boku jeskyně k JV boku jeskyně a od vchodu k dosud známému konci jeskyně. Interpretované hloubky dna odpovídají seismickému měření a jsou v hloubkách 15 - 22 m.

4. Penetrační měření
      Protože jak seismické tak i elektroodporové měření je založeno na geologické interpretaci naměřených fyzikálních dat a v obou metodách může dojít a dochází ke zkreslování interpretovaných hloubek, ke kterým se vztahují naměřená data vlivem zvoleného rychlostního nebo odporového modelu, byla geofyzikální měření následně doplněna o geotechnické penetrační měření. Toto měření je založeno na geologické interpretaci odporu, který musí být překonán pro průnik ocelové tyče sedimenty pomocí standardizovaných úderů.
      Přestože štěrky a štěrkopísčité sedimenty s velkými valouny nejsou vhodné pro použití této metody, předpokládali jsme, že v některých místech by se pod vrstvou štěrků mohla nacházet vrstva lépe prostupných jemnějších písčitých sedimentů, což se také potvrdilo.
      Penetrační měření bylo projektováno v místech co nejblíže místu středových bodů sond VES, avšak s co nejméně valounovým materiálem. Všechna penetrační měření až na jedno potvrdila, že štěrkové sedimenty nejsou vhodné pro toto měření a většina sond byla ukončena v hloubkách 1 - 2,3 m poté, kdy penetrační špice na čelbě sondy narazila na větší kulmský drobový valoun, který nebylo možno prorazit nebo obejít. Pouze jediná sonda č. 14 u rozrážky XIV (viz obr. 5) byla založena v místech s písčitými sedimenty a dosáhla hloubky 6,3 m, kde byla ukončena v hrubozrnějších sedimentech. Tato sonda ukázala, že do hloubky 3 m se nacházely jemnější písčité až písčitojílovité sedimenty. Pod těmito sedimenty byla cca 1 m mocná poloha hrubozrnějšího materiálu, pod kterou se opět nacházely jemnější sedimenty (písky až jíly), přecházející v hloubce 5,5 m do štěrkovitého říčního sedimentu. Protože poloha štěrkovitého materiálu pokračovala i do větších hloubek, byla sonda ukončena v hloubce 6,3 m. Dosažením hloubky 6,3 m bylo prokázáno, že je správná ta interpretace hloubek dna pomocí seismického, tak i elektroodporového měření, která ukazuje na hloubky dna větší než 7 m. U některých sond VES nebylo možno rozlišit suché a nevodivé štěrkovité sedimenty od podložních vápenců a tím by došlo k mylné interpretaci menších hloubek dna jeskyně.

Obr. 5 Schématický podélný profil Holštejnskou jeskyní

5. Závěr
Geofyzikální a geotechnické měření prokázalo, že Holštejnská jeskyně byla průtokovou jeskyní o čemž svědčí říční valounové štěrkovitopísčité sedimenty, vyplňující většinu dosud známého jeskynního profilu. V jednom místě u rozrážky č.XIV byl zjištěn písčitý až písčitojílovitý sediment do hloubek cca 5,5 m.
Interpretace hloubek dna jeskyně pomocí reflexní seismiky ukázala na relativně ploché dno v hloubkách 15 - 23 m pod stropem jeskyně. Interpretace elektoodporového měření metodou VES svědčí pravděpodobně o místy zvodnělém nebo zajílovaném dnu jeskyně v hloubkách okolo 20 m se spádem k jihu. Kombinace všech realizovaných metod přinesla věrohodné výsledky, přestože penetrační metoda nebyla vhodná pro štěrkovité sedimenty s velkými valouny kulmských drob, které převažovaly v celé Holštejnské jeskyni.

Literatura

Beneš, V. (1994): Geofyzikální měření v Holštejnském a Sloupském údolí v Moravském krasu. – MS, Čes. geol. Úst., 29p.
Beneš, V. (1995): Geofyzikální měření v propasti Macocha v Moravském krasu. – MS archiv ČGÚ Praha, 1-21.
Glozar, P. (1979): Studium sedimentů vyšší jeskynní etáže mezi Macochou a jeskyní Řečiště. – Diplomová práce, MS MU, Brno, 1-55.
Hašek V. (1966): Zpráva o geoelektrickém měření ve Sloupském údolí Moravského krasu. Archiv Geografického ústavu ČSAV v Brně, 1966, 6 + 3 stran.
Hašek, V., Štelcl, O. (1973): Některé výsledky geofyzikálního výzkumu Moravského krasu. Čs. kras, 24, 37-51.
Hašek, V. a kol. (1988): Výsledky geofyzikálního výzkumu v okolí propasti Macochy v Moravském krasu. Čs. kras, 39, 35-50.
Hypr, D. (1980): Jeskynní úrovně v severní a střední části Moravského krasu. – Sbor. Okr. muzea v Blansku, XII, 1980, Blansko, 65-79.
Hypr, D. (1995): Třídění fluviálních štěrků v jeskyních Moravského krasu metodou sdružovací analýzy. Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 1994, Brno, 2-4.
Kadlec, J. (1993): Relikt písečho štěrku v Pustém žlebu. Speleo 12, 11-12.
Kadlec, J. (1994): Sedimenty Zazděné jeskyně v Pustém žlebu. Speleo 15, 17-25.
Kadlec J. (1995): Geofyzikální měření ve Sloupském a Holštejnském údolí.
Kadlec, J., Beneš, V. (1996): Jak vznikla Macocha? Speleo 23, 5-17.
Kadlec, J. (1997): Reconstruction of the development of semiblind ponor valleys in Moravian Karst based on geophysical surveying, Czech Republic. Proc. of the 12th Internat. Congress of Speleology, La Chaux-de-Fonds, Switzerland,Vol. 1, 387-390.
Kadlecová, R., Kadlec, J. (1995): Vznik a stáří Amatérské jeskyně. –Speleo, 20, 16-22.
Kadlec, J. et al. (2001): Cenozoic history of the Moravian Karst cave systems, Czech Republic. Proc. 13th Int. Speleol., Brasilia,.
Kalenda, P., Kučera, J. (1999): Seismické měření v Holštejnské jeskyni. Estavela,3/99, 23-26.
Kraus, L., Mayer, S. (1988): Použití geofyzikálních metod při průzkumu krasu. Stalagmit 3/1988 (42), 3-31.
Motyčka, Polák, Sirotek, Vít (2000): Amatérská jeskyně.
Otava, J., Vít, J. (1992): Paleohydrography of the northern tributaries of the Punkva river reconstructed from the analysis of cave sediments. Scripta geol. 22, Fac. Sci. Mas. Univ. Brno.
Přibyl,J., Rajman,P. (1980): Punkva a její jeskynní systém v Amatérské jeskyni. Studia geographica, Vol. 68, Geograf. ústav ČS AV Brno.
Přibyl, J. (1988): Paleohydrografický vývoj a morfotektonika severní části Mor. krasu a Amatrérské jeskyně. Rozpravy ČSAV,roč.98,sv.1, Praha, 1-82.
Štelcl, O. (1961): Geomorfologické poměry holštýnského poloslepého údolí v Moravském krasu. Čs. kras 13, Praha, 31-52.
Štogr, J., Kučera, J. (1997): Piková dáma a Spirálka – monografie jeskyně.
Tomek, Č. (1971): Detailní tíhové měření na vápencové lokalitě Mladeč. Geofyzika Brno. Geofond.
Speleologie na Holštejnsku, Výzkumy v letech 1966-1996. R.Zatloukal, ed., ZO ČSS 6-15 Holštejnská, Brno, 1996.
Vít, J. (1995): Jílové minerály fluviálních sedimentů severní části Moravského krasu. Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 1994, Brno, 9-10.
Vít, J. (1996): Interpretace vývoje Amatérské jeskyně na podkladě morfologie a pozice hlavních chodeb. Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 1995, Brno, 39-41.
Vít,J., Hercman,H. (1996): U/Th datování sintrů Holštejnské jeskyně. Geol. výzk. Mor.Slez. v r. 1995, Brno, 42-44.
Zámek, E. (1996): Hydrografické poměry jeskyně Nová Rasovna. Speleo 22, 15-19.
Zámek, E., Zatloukal, R. (1993): 26 let práce v Holštejnské jeskyni. – Speleo, 11, 22-25.
Zatloukal, R. (1994): Holštejnská jeskyně a závrt č.74. –Sborník „Speleofórum 94“, 13, 26-28, ČSS Brno.