GEOLOGIJA 37, 38, 459-481 (1994/95), Ljubljana
Karotažne krivulje v metamorfnih kamninah pri Mariboru
Well log responses in metamorphic rocks near Maribor
Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
Geološki zavod Ljubljana
Inštitut za geologijo, geotehniko in geofiziko
Dimičeva 14, 1000 Ljubljana, Slovenija
Kratka vsebina
V Stražunskera gozdu - Pobrežje pri Mariboru je bilo izvrtanih šest vrtin,
globokih od 860 do 1600m. V prispevku podajamo geološke razmere v omenjenih
vrtinah in v širši okolici Maribora s poudarkom na metamorfnih kamninah. S pe-
trografskimi analizami izvrtanin in s karotažnimi merjenji smo ločili zgoraj filitni
del metamorfnega kompleksa in spodaj Pohorsko serijo kamnin. V filitnem delu
nastopa filit z vložki filitnega kvarcita in silikatnega marmoriziranega apnenca.
V Pohorski seriji nastopata dvosljudni gnajs in blestnik predvsem z vložki amfi-
bolita in eklogita in redkeje kloritno amfibolskega skrilavca. Opisana je proble-
matika litološke interpretacije karotaž v metamorfnih kamninah. Karotažne kri-
vulje za posamezne litološke člene smo določili iz konvencionalne elektrokarotaže
in naravne radioaktivnosti. Obstajata dve polji odzivnosti, ki sta med seboj ločeni
po stopnji radioaktivnega sevanja. V filitnem delu metamorfika so visoko radio-
aktivne vse kamnine razen žilnega kvarcita. V Pohorski seriji so visoko radioak-
tivni gnajs, blestnik in diaftorit-filonit, nizkoradioaktivni pa amfibolit, eklogit in
domnevno retrogradni kloritnoamfibolski skrilavec. Končno podajamo tipične
karotažne krivulje posameznih litoloških členov.
Abstract
In the Stražun forest at Pobrežje near Maribor, (Eastern Slovenia) six bore-
holes have been drilled from 860 to 1600m deep. The paper describes geologi-
cal conditions in mentioned boreholes, as well as in wider surroundings of Mari-
bor with stress on metamorphic rocks. Based on pétrographie analysis of the rocks
cuttings and well logs the upper phyllitic part ant the lower Pohorje series of the
metamorphic complex could be separated. The first one includes phyllites with
phyllitic quartzites and silicate marmorized limestones. The Pohorje series is
represented by two-mica gneiss and schist, mainly with inclusions of amphibo-
lite and eclogite, and subordinately retrograde chlorite-amphibole schist. The well
log responses for particular lithological sequences of metamorphic complex have
been distinguished on the basis of conventional electrologs and gamma ray mea-
surements. The problem of lithological interpretation of well logs in these rocks
is described. Two fields of well log responses are distinguishable, as separated
by the degree of natural radioactivity. Apart from veined quartzite, all rocks from
the phyllitic part of the metamorphic complex are highly radioactive. In the Po-
horje series gneiss, schist and diaphtorite-phyllonite are highly radioactive, while
460	Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
amphibolite, eclogite and retrograde chlorite-amphibole schist have low radioac-
tivity. Finally, typical well log responses in lithological sequences of the discussed
metamorphic rocks are presented.
Uvod
V splošnih prizadevanjih, da bi našh alternativne »čiste« vire energije, ima po-
membno vlogo geotermalna energija. V podjetju za zdravstvo, turizem in rekreacijo
Pohorje so kmalu spoznali, da lahko ta energija, povezana z zdravilnimi učinki, pred-
stavlja lepo možnost razvoja. Tako je bilo v letih 1989-1994 v Stražunskem gozdu -
Pobrežje pri Mariboru (si. la in Ib) izvrtanih šest vrtin, globokih od 860-1600m
z namenom, da bi mariborskemu okoUšu zagotovih ustrezno količino termalne vode.
Članek opisuje karotažne krivulje v metamorfnih kamninah in težave ter omeji-
tve, na katere naleti interpretator. Pogoj za interpretacije karotažnih krivulj je dobro
poznavanje geoloških razmer nekega področja. Pri mariborskih vrtinah so bile geološke
razmere v okolici dobro znane, vendar niso bile ovrednotene v vrtinah. Tako smo najprej
opravih petrografske analize izvrtanin, podali pregled nastopajočih litoloških členov
v vrtinah in izločili geološke formacije. Sledila je izdelava ustreznega karotažnega
interpretacijskega modela.
Najprej podajamo kratek geološki pregled širše okolice Maribora, sledi pregled meta-
morfnih členov v vrtinah in končno opis karotažnih krivulj v posameznih litoloških
členih metamorfika. Opravljene raziskave imajo veliko vrednost že zato, ker nam prvič
omogočajo pogled v vertikalni presek metamorfnih kamnin na tem področju.
Mariborske vrtine so označene z oznakami MB-1/90 do MB-6/94. Največja oddaljenost
med njimi je 1300m, v prečni smeri pa 700-800m. Vrtine ležijo na aluvialni ravnici
reke Drave tako, da je nadmorska višina ustij skoraj enaka. Ocenjujemo, da je možna
napaka pri karotažnem globinskem določanju kanmin v območju dveh metrov. Vse vrtine,
razen MB-1, smo izvrtali na podlagi istega programa vrtanja in na podoben način. Upo-
rabljan smo vrtalna stroja W1RTH B-3A in WIRTH B-4B. Vrtanje je bilo brezjedrno,
pač pa smo v dvometrskih odsekih s siti lovili drobce izvrtanine. Ker je bila obtežitev
drogovja majhna, so bili drobci veliki komaj 2-3mm. Slednje je pri makroskopskem
in mikroskopskem litološkem določevanju predstavljalo precejšnjo oviro. Makroskop-
ske petrografske preiskave smo opravili zvezno na vseh vrtinah, mikroskopske pa na
vrtinah MB-3 do MB-6, in sicer le v delih metamorfnih kamnin, kjer smo opravili
karotažne meritve. Za preverjanje petrografskih analiz izvrtanine so nam služih trije
segmenti jeder iz vrtin MB-1, MB-2 in MB-6.
S karotažnimi meritvami smo zajeli kvartarne, terciarne in nekaj sto metrov me-
tamorfnih kamnin. Uporabili smo različne merske metode in opremo. Karotaže v vr-
tinah MB-2 do MB-6 smo opravili s tipom karotažne opreme Gearhart Ow^en 3500 PLS
pri podobnih razmerah merjenja in so med seboj neposredno primerljive. Vrtino MB-
1/90 pa smo merili z opremo Dresser Atlas tip CLS-2 s širšim izborom karotažnih sond.
Tako nam je služila za dopolnilo. Pregled opravljenih meritev je podan v tabeli 1.
Pred mariborskimi vrtinami smo v Sloveniji v metamorfnih kamninah opravili
karotažne meritve leta 1990 v tisoč metrov globoki vrtini v Stibuhu - Stari trg pri
Slovenj Gradcu, ki pa ni bila interpretirana.
Karotažne krivulje v n\etamorfnih kamninah pri Mariboru
461
SI. 1. Položajni karti: geološka skica okolice Maribora, poenostavljeno po
Mioč & Žnidarčič, 1989 (a); položaj mariborskih vrtin (b)
1 Pliokvartarni in kvartarni nanosi; 2 Miocenski sedimenti; 3 Metamor-
fne kamnine; 4 Položaj vrtin; 5 Rob kvartarne terase; 6 Dravski prelom;
7 Vrtina
Fig. 1. Location niaps: geological sketch of Maribor surroundings, modified
after Mioč & Žnidarčič, 1989 (a); location of Maribor boreholes (b)
1 PUocene-Quaternary and Quaternary beds; 2 Miocene beds; 3
Metamorphic rocks; 4 Location of boreholes; 5 Edge of Quarternary
terrace; 6 Drava fault;
7 Borehole
462
Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
Tabela 1. Karotažne meritve mariborskih vrtin in globina metamorfika
Table 1. Well log measurements from Maribor boreholes and depths of metamorphic rocks
*	Globina metamorfika je določena na podlagi korelacije karotaž med vrtinami
*	Depth of metamorphic complex correlated on the well logs basis
Geologija širše okolice
Geološko leži obrobje Maribora na meji med Vzhodnimi Alpami in Panonskim
bazenom. Terciarne plasti predstavljajo del Panonskega bazena, metamorfna podlaga
pa del Pohorskega metamorfnega kompleksa Vzhodnih Alp. Tektonsko je področje
v Tolmaču za lista Maribor in Leibnitz uvrščeno v Mariborsko-Ptujsko pliokvartarno
depresijo. Prekrito je z debelo skladovnico mladih pliokvartarnih in kvartarnih nano-
sov. Udorina se razprostira v smeri severozahod-jugovzhod. Njen vzhodni rob omejuje
Dravski prelom s smerjo severozahod-jugovzhod, ki naj bi bil neotektonski (Premru,
1976). Iz položajne slike vrtin (si. Ib) je razvidno, da poteka prav prek obravnava-
nega ozemlja, vzhodno od njega pa že leži geotektonska enota Slovenske Gorice - sestavni
del Panonskega bazena. S severne, zahodne in južne strani omejujejo udorino Selniški,
Framski in Ljutomerski prelom. Pomemben je Lovrenški prelom zahodno od obrav-
navanega ozemlja. Poteka v smeri zahod-vzhod južno od Ribnice in severno od Lob-
nice ter se konča ob Framskem prelomu zahodno od Maribora. Ob precejšnjem delu
tega preloma se na južni strani pojavlja filitni pas, ki je narinjen na kloritno-amfibo-
lov skrilavec pohorskega dela Kobanske serije. Tudi Lovrenški prelom naj bi bil akti-
ven, oziroma naj bi se reaktiviral v neotektonskem obdobju (P re mru, 1976, 232).
Vrtine so v zgornjem delu prevrtale kvartarne in domnevno pliokvartarne prod-
ne in peščene zasipe, debele več deset metrov. Nato so prešle skozi miocenske hel-
vetijske (ottnangijske in karpatijske) laporje, meljaste glinovce in karbonatne meljevce
z vložki peščenjakov in peskov. V spodnjem delu miocenskih plasti je ponekod ležal
miocenski dacitni tuf. Skupna debelina terciarnih plasti je bila prek 400 metrov. Sle-
Karotažne krivulje v n\etamorfnih kamninah pri Mariboru	463
dila je metamorfna podlaga, ki je bila navrtana v globinah od 410-510m, odvisno od
položaja posamezne vrtine (tabela 1).
Podlago terciarja predstavljajo regionalno metamorfozirane kamnine. Regionalna
metamorfoza je posledica orogenetskega in magmatskega delovanja v več časovnih in-
tervalih. Centralne Alpe z njihovimi vzhodnimi podaljški v severni Sloveniji kažejo
najmočnejši vpliv varistične metamorfoze (paleozoik), morfološko pa se je gorovje
izoblikovalo mnogo kasneje, v alpski orogenezi (Hinterlechner-Ravnik, 1973, 256).
Varistična tektonika se odraža v močnem luskanju in narivanju, ki je bilo predmeta-
morfno in sinmetamorfno, alpska tektonika pa se odraža predvsem v razkosavanju
(Hinterlechner-Ravnik, 1973, 258).
Metamorfno podlago v splošnem delimo na zgornji in spodnji del (Mioč, 1977;
Faninger 1982, 194; Mioč & Žnidarčič, 1989). Zgornji del gradi kremenovo-sericitni
filit z vložki filitnega kvarcita in silikatnega marmorja. Namesto marmorja navaja
Germovšek (1954) ploščast in skrilav apnenec. Po našem mišljenju gre pravzaprav
za sihkatni marmorizirani apnenec s skrilavo teksturo. FiUti so sivkaste in zelenka-
ste barve. Če vsebujejo povečano količino grafitizirane organske snovi in pirita, so tenmo
sivi do črni. Imajo izrazito skrilavo teksturo in izraženo foliacijo, so zelo krušljivi in
mehansko slabo odporni. Pogosto vsebujejo žile dacita. O dacitnih prodorih v filit poroča
Germovšek (1954, 197). Dacit je sicer srednje-miocenske helvetijske (ottnangijske
in karpatijske) starosti (Hinterlechner-Ravnik, 1982, 258), podobno kot nad njim
ležeče terciarne kamnine.
Med filiti in spodaj ležečo Pohorsko serijo kamnin je tektonski stik. Filit je bil
narinjen in naluskan na spodaj ležeče kamnine Kobanske ah Pohorske serije (Hin-
terlechner-Ravnik, 1982, 256; Mioč & Žnidarčič, 1989, 20). Narivanje spremljata
filonitizacija in diaftoreza predvsem gnajsa in blestnika, kar Mioč (1977, 216) ime-
nuje filonitna cona.
Spodnji del metamorfne podlage pripada Kobanski in Pohorski seriji. Kobansko
serijo predstavlja kloritno-amfibolski in biotitno-kloritni skrilavec, v katerem se pojavlja
nekoliko skrilav amfibolit. Na severovzhodnem delu Pohorja dobimo kloritno-amfibolov
skrilavec ob Lovrenškem prelomu. Je zelene do tenmo zelene barve in nastopa v relativno
tankih, redko do sto metrov širokih pasovih.
Za Pohorsko serijo sta značilna gnajs, ki prevladuje v spodnjem delu, in blestnik,
ki prevladuje v zgornjem delu. Gre za biotitno-muskovitni gnajs in blestnik. Izmenjujeta
se in prehajata iz bolj muskovitne v bolj biotitno vrsto in obratno. V višjem delu te
serije se v obliki leč in pasov nahaja amfibolit, v globljem pa pretežno eklogit. Na-
stopajo še tanke leče marmorja in kvarcita, ki po debelini večinoma ne presegajo nekaj
metrov (Mioč & Žnidarčič, 1989, 19). Gnajs in blestnik sta v tektonskih conah ka-
taklazirana, diaftoritizirana in filonitizirana ter temno sive do črne barve. Posledica
dinamometamorfoze je izrazito skrüava tekstura teh pasov ter ponekod zmanjšana mehan-
ska trdnost kamnin. Po literaturnih podatkih lahko v Pohorski seriji nastopata tudi
aplitoidni in pegmatoidni gnajs, leče pa so debele od nekaj decimetrov do nekaj metrov
(Hinterlechner-Ravnik, 1977, 131). Pegmatoidni gnajs nima s pegmatitnimi žil-
nimi diferenciati pohorskega tonalita nič skupnega, ker so le-ti nmogo mlajši od omenjenih
(Faninger, 1973, 292).
Kamnine Pohorske serije so v redkih primerih presekane z žilami dacita, ki so
prišle na površje ob prelomih. Dacit je spremenjen in tektoniziran.
464	Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
Pregled metamorfnih litoloških členov v vrtinah
Zaporedje metamorfnih litoloških členov smo določili na podlagi petrografskih makro-
skopskih in mikroskopskih pregledov drobcev kamnin in treh segmentov jeder. Člene
smo sledih do globin, do katerih smo opravili karotažne meritve (tabela 1). Ločili smo
filit in pohorsko serijo kamnin.
Filit gradijo peliti in psamiti z nizko stopnjo metamorfoze. Našli smo ga v vseh
vrtinah. Metapelitni del sestavljajo kremenovo-sericitni filit s spremenljivo vsebnostjo
klorita in neprozornih mineralov (pirita in grafitne snovi). Metapsamiti so po analo-
giji s filitom na Strojni in Kobanskem lamelami vložki (prehodi) v metapelitih. Po drobcih
sodeč dosežejo ti vložki debeline do nekaj metrov. Metapsamiti so pretežno kreme-
nove sestave in se po lastnostih približujejo kvarcitom (skrilavim kremenovim meta-
peščenjakom). Tako teksturno-strukturno kot tudi po sestavi se povsem razlikujejo
od žilavih in masivnih kvarcitnih leč, ki nastopajo v globlji Pohorski, pretežno gnaj-
sni seriji. Še vedno imajo delno ohranjeno primarno klastično teksturo, primesi klo-
rita, sericita in akcesornih mineralov ter filitne lamine tam, kjer je bila povečana količina
primarne glinaste komponente. Če je v metapsamitu pogost klorit, je dokaj podoben
kloritnemu skrilavcu. Ponekod je kalcitiziran. Kalcitizirane cone so lahko tudi posle-
dica zapolnitve tektonskih razpok s kalcitom v obliki žilic. V vrtini MB-5 nastopa debelejši
vložek marmoriziranega silikatnega apnenca s skrilavo teksturo, ki spominja na močno
kalcitizirane metapsamite. Metapsamiti kot filiti kažejo nizko stopnjo metamorfoze v
faciesu zelenih skrilavcev. V nadaljevanju bomo metapsamite kratko imenovali filitni
kvarciti. V filitu so pogostni vključki dacita, ki je večinoma sericitiziran in kalcitizi-
ran. Na osnovi izvrtaninskih drobcev njegovega odnosa z okolno kamnino ni mogoče
določiti. Drobci dacitnega izvora so pogostni tudi ob zelenih skrilavcih. Slednji so pretežno
biotitno-amfibolski skrilavci z močno epidotizacijo in kloritizacijo, pogosto tudi raz-
poklinsko kalcitizacijo. Petrografsko torej odgovarjajo (epidot)-klinozoisitnim-klorit-
no-amfibolskim skrilavcem s kremenom in malo albita. Enoten paket teh skrilavcev,
debel okrog 50m, smo pod filitom izdvojih le v vrtini MB-4, kjer prehaja navzdol v
amfibolit. Vendar to še ni zadosten dokaz za navzočnost Kobanske serije kamnin, zato
v mariborskih vrtinah o njej ne govorimo. Kloritno-amfibolski skrilavci se lahko poja-
vljajo tudi globlje v Pohorski seriji predvsem ob amfibolitnih vložkih, kjer predsta-
vljajo produkt retrogradne metamorfoze.
Filiti nalegajo na Pohorsko serijo. Kontakt med njima je tektonski, njegov vpliv
pa je močneje izražen v spodaj ležečih kamninah, to je v gnajsu in blestniku. Drobci
kažejo na močno dinamometamorfozo, zaradi katere so kamnine v njihovi bližini mi-
lonitizirane (filonitizirane) in se makroskopsko težko ločijo od filitov. Imajo značilno
blastomilonitno strukturo. Z oddaljevanjem od kontakta je izražena kataklaza, katero
pogosto spremlja razpoklinska kalcitizacija. Slednja nastopa tudi v sistemih razpok,
ki so posledica mlajše tektonske aktivnosti.
Pohorska serija. Mioč in Žnidarčič (1982, 342) imenujeta Pohorsko serijo
tudi gnajsno serijo, saj gnajsi prevladujejo nad blestniki. Blestniki pripadajo pretežno
muskovitnim razhčkom. V obeh je količina biotita spremenljiva in redko prevlada nad
muskovitom. Močno niha tudi vsebnost granatov. Zaradi tektonskih procesov je po-
gostna retrogradna metamorfoza. Njen vpliv je viden kot degradacijska rekristaliza-
cija kremena. Ta ima značilno curkasto (mortar) strukturo in je kot lažje migrativna
komponenta pogosto koncentriran v kvarcitnih lezikah in laminah ali celo v kvarcit-
nih lečah. Tako drobci kremena in kalcita verjetno pripadajo žilnim izločkom v tek-
tonizirani kamnini kot tudi tanjšim lečam kvarcita in marmorja. Reševanju teh vprašanj
Karotažne krivulje v n\etamorfnih kamninah pri Mariboru	465
nameravamo posvetiti več pozornosti v nadaljevanju preiskav. Muskovit je ponekod
zdrobljen v sericit, vendar je jasno izražena delna potektonska ali kasnosintektonska
rekristalizacija v obliki lepidoporfiroblastov. Tudi biotit je zdrobljen in navadno
topotaktično nadomeščen s kloritom. V kataklaziranih gnajsih zasledimo pogostne
porfiroklaste mikroklina, kislega plagioklaza in rožnatih granatov. V drobcih so ti izrazitejši
šele nekje pod 1400m globine in dajejo vtis očesnih struktur, kar bi lahko kazalo na
prisotnost očesnega gnajsa. Nekoliko nad njim (pod 1200m globine) se v vrtinah pojavi
cona z distenom in stavrolitom ter nekoliko zvečana količina drobcev, ki kažejo na
blestnik. V takih primerih nastopajo številni rožnati granati in grafitni listki.
V gnajsu in blestniku se v globinah med 600 in 800m pojavijo prvi različki amfi-
bolita. V zgornjem delu so navadno izraziteje skrilavi (amfibolski in amfibolitni skri-
lavci), z globino postaja tekstura masivnejša, reliktni minerali in struktura pa kažejo
na nastanek iz eklogita. V sestavi prevladuje rogovača s poikiloblastično strukturo.
Relikti piroksenov in granatov imajo izrazite simplektitne obrobe, reakcijske robove
pa srečamo tudi pri lamelarnem plagioklazu, distenu in rutilu. Poleg amfibolitizacije
je med spremembami močna tudi zoisitizacija, manj izraženi pa sta kloritizacija in
kalcitizacija.
Dobljeno litološko zaporedje je skladno z dosedanjimi podatki Hinterlechner-
Ravnikove (1971, 1982) in Hinterlechner-Ravnikove s sod. (1991a, b), raz-
mere pa so podobne tudi na sosednjih ozemljih v Avstriji in delno na Madžarskem. V
talnini füitnih kompleksov obravnavajo staropaleozojske polimetamorfne kamnine epidot-
amfibolskega in amfibolitnega faciesa Neubauer in Sassi (1993), Lelkes-Felvari
in Sassi (1981) in številni drugi avtorji. Prevladujoča je večfazna varistična meta-
morfoza, lokalno pa je prisotna tudi alpska metamorfoza. Čeprav so kamnine, ki so
jih prevrtale vrtine, močno prizadete z mlajšimi tektonskimi procesi, še posebno so
ti izraziti v vrtini MB-6/94, lahko po globini sledimo naslednje litološko zaporedje.
1.	Kvartarni, pliokvartarni in miocenski-helvetijski (ottnangijski in karpatijski) sedi-
menti: prodni nanosi, karbonatni meljevci, peščenjaki, redkeje meljasti glinovci (t. i.
serija laporjev). V spodnjem delu se pojavi dacit.
2.	Filit: kremenovo-sericitni filit, filitni kvarcit, silikatni marmorizirani apnenec. Fi-
lit spremlja dacit.
3.	Zeleni skrilavci: klinozoisitno-kloritno-amfibolski skrilavci. Tudi tu se v manjši količini
pojavlja dacit.
4.	Zelo drobnozrnati različki biotitno-muskovitnega gnajsa in blestnika, filonitizirani
na stiku s filitno serijo; vključki amfibolskih skrilavcev.
5.	Dvosljudni gnajs in blestnik s stavrolitom in lečami amfibolita.
6.	Dvosljudni blestnik in podrejeno gnajs s pogostnimi amfibolitiziranimi eklogitnimi
lečami.
7.	Pretežno muskovitni gnajs s prehodi v očesni gnajs in blestnik.
Če zgornje zaporedje primerjamo z litološkim zaporedjem Hinterlechner-Ra-
vnikove (1982, 258-262), opazimo odsotnost šibkometamorfnih kamnin štalensko-
gorske serije ter predvsem aplitoidnih in pegmatoidnih gnajsov ter leč marmorja in
kvarcita. Vzroka sta lahko dva. Kot pravi Hinterlechner-Ravnikova, na Pohorju
ne najdemo celotnega kamninskega razvoja vzdolž enega samega profila. Drugi vzrok
je lahko nastopanje aplitoidnih in pegmatoidnih gnajsov v zelo majhnih debehnah in
so zato v naših mešanih vzorcih dvometrskih intervalov prikriti.
466	Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
Pričakovani karotažni odzivi
V tabeli 2 podajamo petrografski izvleček po zastopanosti najpomembnejših me-
tamorfnih kamnin z njihovo osnovno mineralno sestavo. V njej smo z zvezdico označili
minerale s kalijem, kjer pričakujemo relativno zvišano naravno radioaktivno sevanje.
Naravna radioaktivnost (GR). Ugotovljeno je, da je približno 0,012% narav-
nega kalija radioaktivnega, torej da pripada izotopu K"*®, ki med svojim razpadom seva.
Kalij kot tak je pomembna sestavina sljud (muskovit, biotit) in K-glinencev, npr. or-
toklaza in mikroklina. Zato pričakujemo v kamninah, ki jih gradijo ti minerali, zvišano
naravno radioaktivnost. Pomemben vir sevanja so uranovi in torijevi minerali. Tudi ti
gradijo metamorfne kamnine (npr. cirkon) in so prisotni v sledovih. Vsi skupaj s
daleč največ prispevajo k stopnji naravne radioaktivnosti (Carmichael, 1984, 283).
V nekaterih kamninah sta U in Th izrazito obogatena. To so skrilavci z organskimi
snovmi in naftni skrilavci. V mariborskih vrtinah so z organskimi grafitoidnimi snov-
mi lokalno obogateni filiti ter redko blestniki in gnajsi. Med čiščenjem vrtin so bili
ugotovljeni tudi sledovi ogljikovodikov.
Zelo nizko radioaktivnost ima amfibolit in skrajno nizko eklogit (Dresser At-
las, 1985, 152). Amfibolit južnonemškega kristalinika pri Oberpfalzu severno od Re-
gensburga ima naravno radioaktivnost okrog 20 API*, tamkajšnji gnajs pa ocenjeno
od 70-135 API (Gatto & Gasten, 1990, 255; Gatto, 1992). O tem kristalniku je
pri nas pisal Ravnik (1991). Keys (1988, 32) navaja visoko radioaktivnost v gnaj-
sih in biotitnih skrilavcih. Na str. 33 primerja biotitni in kloritni skrilavec, kjer ima
kloritni skrilavec podobno radioaktivnost kot amfibolit, torej zelo nizko. Nizko radio-
aktivnost kloritnega skrilavca navaja tudi Serra (1986, 101). Pričakujemo lahko, da
bodo imeli gnajs, blestnik, filit in filitne različice visoko radioaktivnost, vložki amfi-
Tabela 2. Poenostavljena mineralna sestava kamnin v mariborskih vrtinah
Table 2. Simplified mineral composition of metamorphic rocks in Maribor boreholes
*	Minerali vsebujejo element kalij. Količinsko nepomembnih in akcesornih mineralov ne omenjamo
*	Minerals containing potassium. Not mentioned quantitatively insignificant and accessory minerals
* API - kratica za American Petroleum Institute. Enota API predstavlja naravno radioak-
tivno sevanje dvestotega dela med najnižjo in najvišjo vrednostjo karotažne krivulje, merjene
v kalibracijski vrtini na Univerzi v Houstonu - ZDA.
Karotažne krivulje v n\etamorfnih kamninah pri Mariboru	467
bolitov, eklogitov, kvarcitov in marmorjev pa nizko. Kloritno-amfibolski skrilavci imajo
nizko radioaktivnost, ki pa jim jo lahko zvišuje primes biotita. Pri hitro se menjavajočih
in tektonsko pregnetenih ter mešanih kamninskih različkih pričakujemo anomalne
vrednosti.
Električna speciHčna upornost (EL, LL, ML, DLL). Električne lastnosti
v metamorfnih kamninah zelo nihajo zaradi velike htološke anizotropije teh kamnin.
Anizotropijo povzroča hitro menjavanje kamninskih različkov, npr. pojavi žil in vložkov,
variacije v petrografskih lastnostih, zlasti nakopičenja mineralov v neenakomernih pasovih
ali gnezdih (kremen, sljude), dalje razpokanost v različnih smereh, skrilavost (folia-
cija) in predvsem tektonska porušenost. V splošnem imajo metamorfne kamnine re-
lativno visoke električne specifične upornosti. Nižje imajo kamnine ali deli kamnin,
ki so večinoma zgrajeni iz sljud in klorita. Nižje od standardnih so vrednosti v tek-
tonsko prizadetih delih kamnin, torej v conah, ki imajo zaradi tektonike skrilavo tek-
sturo ali so celo zdrobljene (povečana razpoklinska poroznost). V filitu pričakujemo
izrazito nizke vrednosti zaradi njegove mineralne sestave in skrilavosti. Nasprotno
pričakujemo v masivnih metamorfnih kamninah, ki niso porozne (amfibolit, eklogit,
marmor, kvarcit) visoke upornosti. Laboratorijske meritve električne specifične upornosti
metamorfnih kamnin pri standardnih pogojih merjenja (T= 15,6°C, tlak 1 bar) kažejo
izredno veliko nihanje. Za gnajs velja od 100-10000Qm, za skrilavce pa več kot lOOOfìm
(Gearhart Owen, 1976, 28). Pomembna je smer meritve glede na skrilavost kam-
nine.
Lastni potencial (SP) za litološko razlikovanje metamorfnih kamnin ni dia-
gnostičen. Elektrokemični tokovi potekajo med oddaljenimi odseki, ki so kolikor to-
liko elektroprevodni. Prihaja do zelo dolgih in ravnih odbojev, ki se spremenijo na stiku
elektroprevoden-elektroneprevoden odsek. Pomembne so tektonske cone in spremembe
v slanosti podtalne vode ah formacijske tekočine.
Gostota (CDL), poroznost (CNL) in premer vrtine (CAL). Gostota in po-
roznost kamnin sta bih merjeni le v vrtini MB-1/90. Laboratorijske meritve gostote
se od karotažnih v splošnem le malo razlikujejo in so navadno nekoliko nižje. Na vrednosti
pa v obeh primerih zelo vplivajo nečistoče in tektonska prizadetost (Carmichael,
1982, 312). Gostotna sonda je diagnostična za razločevanje amfibolita od eklogita, ker
ima slednji od metamorfnih kamnin daleč najvišjo gostoto (3,45g/cm^). Najnižje go-
stotne vrednosti imata kvarcit in gnajs. Vse metamorfne kamnine, razen fiUta, imajo
zelo nizko poroznost, ki pa se povečuje v tektonskih conah. Povečanje premera je spet
povezano bolj s tektonskimi conami kot s spremenjeno litologijo. Širjenje premera
pričakujemo v filitu, ki ima zaradi visoke vsebnosti sericita in klorita zmanjšano kamninsko
trdnost in večjo krušljivost. V tabeli 3 podajamo iz literature izločene karotažne vre-
dnosti. Poudariti velja, da gre pri teh podatkih za petrografsko čiste kamnine, ki se
od lokalno merjenih in od petrografsko mešanih lahko precej razlikujejo.
Karotažne krivulje v mariborskih vrtinah
V vrtini MB-1/90 razpolagamo s štirimi fizikalno neodvisnimi karotažnimi merjenji
(tabela 1). To so elektrokarotaža (SP, ML, DLL), naravna radioaktivnost (GR), go-
stota kamnin (CDL) in poroznost (CNL). V vseh preostalih vrtinah sta bili opravljeni
le dve fizikalno neodvisni meritvi: konvencionalna elektrokarotaža (EL, LL, SP) in naravna
radioaktivnost (GR). Med seboj smo lahko primerjah meritve, opravljene z aparaturo
Gearhart Owen, torej konvencionalne elektrokarotažne meritve (EL in LL) in narav-
468
Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
Tabela 3. Primerjalne karotažne vrednosti metamorfnih kamnin
Table 3. Log responses of metamorphic rocks
Vir: - Source:
1	- Carmichael, 1984, 34
2	- Serra, 1986, 101 and 104 after Desbrandes, 1982
3	- Dresser Atlas, 1985, 150
4	- Modified after Gatto & Časten, 1990, 255rGatto, 1992
no radioaktivnost (GR). Skupna populacija 107 izločenih karotažnih vrednosti posa-
meznih globinskih odsekov vrtin MB-2, MB-3, MB-4, MB-5 in MB-6 je prikazana na
sliki 2 a. Iz slike je razvidno, da bi bila brez rešenega geološkega modela in petrografskih
litoloških informacij interpretacija nezanesljiva.Vrednosti karotažnih meritev v meta-
morfnih členih se namreč prekrivajo. V sliki ni nanesenih nekaj karotažnih odsekov,
kjer je očitno, da se v zelo tankih odsekih menjavata dve litološko razhčni kamnini
(npr. filit in filitni kvarcit). Krivulje tedaj ne morejo doseči resničnih vrednosti. Izločili
smo tudi odsek v filitu, kjer so sonde zaradi prekomerne razširitve vrtine merile iz-
plako. V nekaj primerih so vrednosti odsekov enake in se na diagramu prekrivajo, en
odsek pa je izpuščen v delu, kjer je prišlo do zloma vrtalnega drogovja. Na sliki 2a
je tako izpuščenih 11 od 118 odsekov. Po geoloških enotah so karotažne krivulje
naslednje:
Filit. Nastopajo filit (F) z vložki filitnega kvarcita (Q) in silikatnega marmorizi-
ranega apnenca. Filit kaže relativno visoko in zelo visoko radioaktivnost (GR >100 API)
ter nizko električno upornost kratke normale (ELsN<100Qm, sl.2a). Odseki, kjer je
povišana vsebnost kremena ali le-ti celo prehajajo v filitni kvarcit, kažejo nekoliko višjo
elektroupornost, ponekod tudi zmanjšano GR, kar pa ni pravilo. Zaradi večje nečistoče
se GR lahko celo poveča. Edini odboj v filitnem delu, ki je bii ugotovljen na območju
nizke radioaktivnosti (GR<50 API), je odboj v vrtini MB-2, gl. 450-468m. Kaže 27API
sevanja ter 250Qm kratkonormalne specifične upornosti. Po petrografskih opisih je
določen kot žilni kremen kvarcitnega videza s kloritiziranimi conami, sekundarno
razpoklinsko kalcitiziran. Na sliki 2 smo ga označili s Qi. Odsek je relativno debel in
gre morda za paket subvertikalnih žil, posledično nastalih zaradi večfazne tektonske
dejavnosti. Petrografsko določeni silikatni marmorizirani apnenec ima zaradi večje
Karotažne krivulje v n\etamorfnih kamninah pri Mariboru
469
F Filit
Q Filitni kvarcit
Qi Kvarcit ?
G Gnajs, blestnik, skrilavec, diaftorit-
filonit
A Amfibolit, eklogit, kloritno-amfibolski
skrilavec
n Število karotažnih vrednosti
n = 107
F Phyllite
Q Phyllite quartzite
Qi Quartzite ?
G Gneiss, micaschist, schist,
diaphthorite-phyilonite
A Amphibolite, eclogite, chlorite-
amphibole schist
n Number of log values
SI. 2a. Navzkrižni diagram GR-EL (kratka nórmala) vrtin MB-2, MB-3, MB-4, MB-5 in MB-6
SI. 2b. Navzkrižni diagram GR-LL 6' vrtin MB-2, MB-3, MB-4 in MB-6
Fig. 2 a. GR-ELsn crossplot of MB-2, MB-3, MB-4, MB-5 and MB-6 boreholes
Fig. 2b. GR-LL 6' crossplot of MB-2, MB-3, MB-4 and MB-6 boreholes
470	Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
nečistoče visoko naravno GR sevanje in le nekoliko povišano električno upornost. Na
podlagi karotaž ga od filitnüi kvarcitov ne moremo ločiti. Označili smo ga kar kot kvarcit.
Splošna značilnost za filit je povečan premer vrtine zaradi njegove slabe mehanske
trdnosti.
Pohorska serija. Nastopata dva tipa odzivov. Prvi tip, označen z G, kaže visoko
naravno radioaktivnost in zelo spremenljivo električno specifično upornost. Iz slik 2 a
in 2b sledi, da se rrmožica G deh na več skupin, ločenih med seboj po nadaljnjih kriterijih,
kot so litološka spremenljivost ali stopnja tektonske razpokanosti. Teh kriterijev za-
radi brezjedrnega vrtanja nismo mogli spremljati. Po primerjavah s petrografskimi
analizami izvrtanine smo domnevah, da so kamnine Pohorske serije pri električnih
upornostih kratke normale nad 200Qm verjetno kompaktne in zelo kompaktne, tiste
med 100 in 200 Qm so verjetno delno tektonsko prizadete in v posameznih pasovih
tudi kataklazirane, tiste s kratkonormalnimi upornostmi pod lOOQm pa so določene
kot milonitizirani in diaftoritizirani dvosljudni gnajsi ali blestniki (diaftoriti-filoniti).
V teh zadnjih je pri skrajno nizkih vrednostih električne upornosti opaziti tudi povečan
premer vrtine, kar govori za slabo mehansko trdnost in krušljivost. Skrajno nizke
upornostne vrednosti se pri množici G prekrivajo z vrednostmi F v filitu. Vrednosti
100 in 200Qm sta ocenjeni. Naj torej sklenemo, da predstavljajo karotažne vrednosti
G populacijo skrilavih kamnin, ki so lahko tako mehansko porušene kot ralativno
kompaktne in so bogate s sljudami in K-glinenci. Pridružujejo se jim tektonske cone,
bogate s sericitom (filoniti). Kamnine tipa G so dvosljudni gnajsi in blestniki, pri nižjih
upornostih tudi diaftoriti-filoniti.
Sledi tip A z nizko radioaktivnostjo in relativno visoko električno specifično upor-
nostjo. Primerjave s petrografskimi preiskavami in literaturnimi podatki so pokazale,
da gre za amfibolit. Podoben odziv lahko pričakujemo v eklogitu, marmorju in žilnem
kvarcitu, pri čemer sklepamo, da nastopata slednja, kakor je znano s površine, v zelo
tankih vložkih in lečah in ju pri natančnosti karotažnih meritev zlahka spregledamo.
Eklogit ločimo od amfibolita po izrazito visoki gostoti. To smo lahko opazovah v vrti-
ni MB-1 na gostotni karotaži CDL (si. 3). V tej vrtini je v nekaterih odsekih, ki ležijo
globlje od 840m, gostota CDL od 3,15-3,20g/cm^, kar kaže na eklogit. V istih odsekih
kaže CNL kompenzirana nevtronska sonda nekaj odstotkov poroznosti, kar pove, da
so ti odseki tektonsko nekoliko poškodovani in eklogitne gostote CDL ne morejo biti
izenačene z literaturnimi (3,45g/cm®). Poleg tega so eklogitne leče v veliki meri
amfibolitizirane. Sledi torej, da predstavljajo odboji A z visokimi vrednostmi električne
specifične upornosti masivne vložke v skrilavih metamorfnih kamninah, to je v dvoslju-
dnem gnajsu in blestniku, torej amfibolitne in/ali eklogitne vložke. Pri kamninah iz
množice A z relativno nizkimi vrednostmi električne specifične upornosti (ELsn s300Qm)
pa gre po primerjavi s petrografskimi analizami verjetno za amfibolitni ali koritno-am-
fibolski skrilavec. Za deUtev amfibolita od amfibolskega skrilavca bi koristila vsaj še
meritev poroznosti kamnin. V vrtini MB-1, kjer je bila merjena, obstajata na območju
nizke radioaktivnosti dva odseka s povišano poroznostjo CNL in pri obeh so vredno-
sti Qm dvojnega laterologa (DLL tab. 1) zelo znižane, vendar pa ne do najnižjih ni-
vojev, ki so sicer značilni za visokoradioaktivne diaftorite-filonite in fihte.
Eklogitnih leč brez gostotne karotaže ne moremo izločiti od amfibolitnih. Na shki
2 je med 50-70 API radioaktivnosti praznina, ki ločuje množici A in G.
Karotažne krivulje v metamorfnem kompleksu mariborskih vrtin so simbolno prika-
zane na sliki 3. Sodimo, da je njihovo litološko vrednotenje zadovoljivo, pri čemer se
v interpretiranih odsekih amfibolskega skrilavca ali amfibolita nedvomno skriva še kakšen
odsek z žilnim kalcitom ah leča marmorja. SUka 4 kaže vpliv tektonske prizadetosti
Karotažne krivulje v n\etamorfnih kamninah pri Mariboru
471
SI. 3. Idealizirane karotažne krivulje v metamorfnih kamninah mariborskih vrtin
GR - naravna radioaktivnost; ELsn - električna navidezna specifična upornost - kratka
nórmala; CDL - kompenzirana gostotna sonda (vrtina MB-1/90). Ni v merilu
Fig. 3. Idealized schematic log responses in metamorphic rocks in Maribor boreholes
GR - Gamma ray; ELsn - Resistivity - short normal; CDL - Compensated density log
(borehole MB-1/90). Not to scale
472
Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
SI. 4. Vpliv tektonske porušenosti na električne specifične upornosti
metamorfnih kamnin pohorske serije. Vrtina MB-6 je blizu preloma,
vrtina MB-3 pa dalje od njega
Fig. 4. Influence of tectonically deformed metamorphic rocks of Pohorje
series on logs. Borehole MB-6 is near the fault zone, borehole MB-3 far
from it
Pohorske serije kamnin na karotažne meritve. Vrtina MB-6, ki leži blizu preloma, ima
v povprečju nižje vrednosti električne specifične upornosti in višje vrednosti narav-
ne radioaktivnosti kot vrtina MB-3, ki leži v tektonsko manj prizadetem delu Pohor-
skega metamorfnega kompleksa. Petrografsko so izvrtane kamnine v obeh vrtinah enake:
gnajs in blestnik z vložki amfibolita in eklogita ter z milonitiziranimi conami.
Končno bi lahko dodali še nekaj o velikosti posameznih karotažnih odbojev. Filit
izstopa kot enotni litološki člen z vložki filitnega kvarcita, debelega od nekaj metrov
(prag zmožnosti ločitve karotažnih odbojev) do deset metrov in več. V gnajsu in ble-
stniku so amfibolitni in/ali eklogitni vložki debeli od 3 do 50m.
Razprava
Včasih se interpretator karotaž znajde v položaju, ko mora interpretirati ne gle-
de na to, če so za kako področje geološke razmere jasne ali ne. Pri mariborskih vr-
tinah so bile geološke razmere v širši okolici dobro znane, pač pa niso bile potrjene
v vrtinah. Tako je bilo potrebno geološko znanje najprej prenesti na vrtine in zanje
izdelati geološki pregled. Šele nato smo se lahko lotili razčiščevanja karotažnih kri-
vulj. Delitev metamorfnega kompleksa na zgornji filitni del in spodnjo Pohorsko se-
Karotažne krivulje v n\etamorfnih kamninah pri Mariboru	473
rijo je določitev precej poenostavila. Ker smo bili vezani na brezjedrno vrtanje in omejeni
obseg petrografskih zbruskov, je nekaj kriterijev za vrednotenje krivulj ostalo ne-
račiščenih, npr. vpliv tektonike, pojav dacita ali njegovega tufa, pojav kremenovih žil,
kalcitizacija, zvezni litološki prehodi. Moteči dejavnik je bil tudi obstoj žil ah tankih
leč iz različnih kamnin. Dodatne karotažne meritve bi zožile možnost napak. Litološka
interpretacija karotaž v metamorfnih kamninah je zelo zahtevna in, kot je razvidno,
omejena. Po karotažnih lastnostih se te kamnine med seboj malo razlikujejo in jih
v tem pogledu ne moremo primerjati s sedimentnimi. Poleg tega obstaja malo obja-
vljenih primerjalnih vrednosti, saj te kamnine za naftne raziskave pač niso zanimive
(Serra, 1986, 106). Kot pri sedimentnih pa je iz karotaž tudi v metamorfnih kam-
ninah dokaj preprosto vrednotenje operativnih podatkov, ki so zanimivi za hidrogeo-
loge, tj. določitev meje terciarnih klastitov z metamorfno podlago, ločitev kompakt-
nih kamnin od tektonsko prizadetih, določitev mest dotokov vode in nadzor tehničnega
stanja vrtin.
Elektrokarotaža filita kaže relativno nizke vrednosti električne specifične upor-
nosti, ki se od višjeuporne Pohorske serije jasno ločijo (si. 5). Po karotažnih in pe-
trografskih podatkih je debelina nizkoupornega filita nekaj čez 50m in se, glede na
stopnjo raziskav med vrtinami, presenetljivo ujema. Navzdol sledi naslednjih 10-20m,
kjer nastopajo filonitizirane in kataklazirane kamnine (filonitizirana gnajs in blestnik
ali kataklazirani amfibolski skrilavec), ki naj bi po literaturnih virih predstavljale staro
narivno varistično tektonsko cono. Ta cona je v vrtinah MB-1 in MB-6 debela kar preko
lOOm in je vprašanje, če se glede na bližino Dravskega preloma ne prepleta s sekun-
darnimi tektonskimi vplivi sub vertikalne narave.
Pod varistično tektonsko cono leži debela, visokouporna Pohorska ali gnajsna serija.
V njej so diaftoritizirani in milonitizirani pasovi, ki jih spoznamo po nižjih vrednostih
električnih specifičnih upornosti in krušljivosti teh con, kar se odraža v povečanem
premeru vrtin. Z globino so krušljivi odseki vse redkejši ali celo izginejo.
Sklep
Tako petrografske kot karotažne preiskave metamorfnih kamnin v mariborskih
vrtinah so pokazale, da lahko ločimo zgornji filitni del in spodnjo Pohorsko serijo kamnin.
V	filitnem delu nastopa nizkouporni filit, ki vsebuje dokaj debele vložke nekoliko bolj
upornega filitnega kvarcita. Petrografsko je bil ločen tudi člen silikatnega marmori-
ziranega apnenca, ki pa ga na karotažah nismo mogli izločiti. Glede na visoke radio-
aktivnosti vseh treh členov sklepamo, da gre v osnovi za filit, ki ima ponekod povišano
vsebnost kremenove komponente (metapsamiti) ali pa kalcitne komponente (marmo-
rizirani silikatni apnenci). V nobenem primeru ne gre za tipične kvarcite in marmorje,
kot jih poznamo iz karotažne literature. Od filita izstopajo odseki z žilnim kvarcitom.
V	Pohorski seriji kamnin prevladujeta višje- in visokouporna in visokoradioaktiv-
na dvosljudni gnajs in blestnik z vložki visokoupornega in nizkoradioaktivnega amfi-
bolita in eklogita. Redko najdemo nizkoradioaktivne in nižjeuporne vložke amfibolskega
ali kloritno-amfibolskega skrilavca, ki sta verjetno produkt retrogradne dinamometa-
morfoze.
Karotažno večinoma ni mogoče izločiti kvarcitnih žil in marmornih leč Pohorske
serije, ker so pretanke ah pa jih zakrivajo vložki amfibolita in amfibolskega skrilavca.
V	mariborskih vrtinah zaenkrat tudi petrografsko niso dokazane.
V	splošnem je interpretacija karotaž tem lažja, čim mnogovrstnejše merilne me-
474
Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
SI. 5. Filit in pohorska serija kamnin v mariborskih
karotažah. Karotaže so globinsko izenačene na stiku
terciar-metamorfik, ki nam je služil kot primerjalna
ploskev
Fig. 5. Phyllite and Pohorje series of metamorphic
rocks in Maribor well logs. Logs are depth equalized on
the Tertiary-metamorphic rock contact used as a
reference level
Well log responses in metamorphic rocks near Maribor	475
tode uporabljamo. Za ustrezno vrednotenje v metamorfnih kamninah je ugodno ime-
ti tudi meritve nevtronske poroznosti, gostotne in aktustične karotaže. Za izdela-
vo petrografskih analiz pa bi bilo najugodneje imeti vzorce jeder, če se že zadovolji-
mo z uporabo izvrtanine pa je ugodno, da so analize dovolj goste, da jih s karotažami
lahko statistično povezujemo. Pričujoč prispevek po eni strani pojasnjuje geološke raz-
mere v mariborskih vrtinah, po drugi strani pa s številnimi vprašanji poziva k celovitejšim
geološkim raziskavam v teh vrtinah.
Zahvala
Prispevek je bil pripravljen z dovoljenjem in odobritvijo Pohorja - podjetja za
zdravstvo, turizem in rekreacijo iz Maribora, ki je v celoti financiralo vrtanje in vsa
spremljevalna dela na vrtinah. Posebej se zahvaljujemo gospodu direktorju Krešimirju
Čabrijanu, dipl, jur., ki nas je pri delu vseskozi spremljal in nam kočno tudi omogočil
objavo pričujočega prispevka.
Well log responses in metamorphic rocks near Maribor
Introduction
In the Stražun forest at Pobrežje near Maribor (NE Slovenia) six boreholes from
860 to 1600m deep (fig. la and lb) have been drilled. The aim of investigations was
to supply sufficient amount of thermal water for this region. The boreholes are de-
signated MB-1/90 to MB 6/94. They are situated on the Drava river alluvial plain. Apart
from three short intervals the boreholes were not cored. Rock cuttings have been re-
covered at two metres intervals. By well logs 400 to 510 metres of Quaternary-Ter-
tiary sedimentary beds and several hundred metres of metamorphic rocks were in-
vestigeLed. In the borehole MB-1/90 the Dresser Atlas CLS-2 equipment was used and
in boreholes MB-2 to MB-6 the Gearhart Owen 3500 PLS equipment. As the drilling
program of MB-2 to MB-6 was the same, logs from these boreholes are directly com-
parable.
In the present paper the vertical lithological succesion, well log responses and
problems concerning the log interpretation in metamorphic rocks are described.
Geology of the region
The margin of the Maribor area hes at the boundary between the Eastern Alps
and the Pannonian basin. The Pohorje metamorphic complex belongs to the first one
and Tertiary beds to the second. The following authors studied its rocks from the
geological, tectonical and petrological aspects: Germovšek (1954), Mioč (1977),
Mioč and Žnidarčič (1982, 1989), Premru (1976), Faninger (1973), Hinter-
lechner-Ravnik (1973, 1977, 1982). The metamorphic complex originated as a con-
sequence of multistage regional metamorphic and magmatic activity. The Variscan
metamorphism has had the strongest influence, while the Alpine tectonics, is reflected
mainly in displacements. The Drava fault is important for the discussed region. The
476	Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
metamorphic basement is divided into the upper phyllitic part with dacite intrusions,
inclusions of phyllitic quartzite and silicate marmorized limestone, and the lower part.
The latter is further divided into the Kobansko and Pohorje series. Chlorite-amphib-
ole and biotite-chlorite schists belong to the Kobansko series, while gneisses and
micaschists with inclusions of amphibolite, eclogite, quartzite and marble belong to
the Pohorje series. The phylUtic part is overthrusted on the Kobansko or the Pohor-
je series, and thick mylonitized and retrogressed boundary zones occur in them. There
are local occurrences of aplitoid and pegmatoid gneisses wdthin the Pohorje series.
Reviw of metamorphic lithology
The succession of metamorphic lithology in the boreholes is based on the petro-
graphy of cuttings and the three cored intervals. The phyllite part and the Pohorje
series of rocks were determined.
Phyllites are present in all boreholes. Lithologically they represent the quartz-
sericite phyllites with variable amount of chlorite and opaque minerals (pjTite, graphite
matter). Usually they include schistose quartz metasandstones that can be according
to the cuttings, a few metres thick. Their clastic structure is partly still preserved.
This metasandstones contain admixtures of chlorite, sericite and accessory minerals,
and phyllitic laminae. With higher amount of chlorite they are very similar to chlori-
te schists. Locally they are calcitized. Calcite zones can as well be the result of fil-
ling the tectonic fractures by veined calcite. In the further text we shall in short call
them phyllitic quartzite. Thicker inclusions of schistose marmorized silicate limesto-
ne occur only in borehole MB-5. Rocks of the phyllitic sequence indicate the green-
schist facies metamorphism. Admixtures of dacite cuttings are frequent in phyllite
but their relation cannot be determined.
Only one borehole (MB-4) includes green biotite-amphibole schist, strongly epi-
dotized and chloritized. The rock is frequently calcitized along cracks. In fact it re-
presents the epidotized chlorite-amphibole schist vidth quartz and some albite. Its
thickenss is about 50m. Dovmward it passes into amphibolite. Its appearance is not
yet a satisfactory proof for the presence of the Kobansko rock series, so we do not
consider it in the Maribor boreholes. The chlorite-amphibole schists occur also in some
deeper parts of Pohorje series in amphibolite lenses where they represent product
of retrograde metamorphism.
Phyllites lie over the Pohorje series. Their contact is of tectonic character that
has a stronger effect on the underlying gneiss and micaschist. Cuttings indicate strong
dynamometamorphism owdng to which the rocks near contact are mylonitized (phyl-
lonitized) and therefore very similar to phyllites. Away from the contact rocks are
cataclastic which is often accompanied by fissure calcitization. This occurs also in
fissure systems which are the consequence of younger tectonic activity.
Pohorje series. It is called also gneiss series, since gneisses pravail over mica-
schists. Both rock types contain variable amounts of biotite which rarely predomi-
nates over muscovite. Content of garnets is variable, too. The influence of tectonic
activity is seen in degradation recrystallization of quartz that shows characteristic mortar
texture. Quartz is frequently concentrated in quartzite veins, laminae and lenses as
a consequence of easier silica migration. So it is Hkely that quartz and calcite cut-
tings originate from veins secreted from tectonized rocks and from thinner lenses of
quartzite and marble. We intend to devote more attention to these problems in fur-
Well log responses in metamorphic rocks near Maribor	477
ther investigations. Muscovite is very often degraded to sericite. Partial late-tecto-
nic or post-syntectonic recrystallization is deary expressed by porphyrolepidoblasts.
Topotactic replacement of chlorite after biotite is obserwed. Below about 1400m of
depth occur frequent porphyroclasts of microcline, acid plagioclase and pink garnets.
The structure may point to the presence of augen gneiss. Above it a zone with kyanite
and stauroUte occurs, and cuttings show the presence of micaschist. In such cases
numerous pink garnets and graphite flakes occur.
The first appearance of amphibolite varieties in gneiss and micaschist is at the
depth of 600 to 800 m. They are distinctly schistose in the upper part (amphibole
and amphibolite schists). Downward their structure becomes massive with relict mi-
nerals showing their eclogite origin. Several reaction rims are seen around pyroxe-
ne, garnet, plagioclase, kyanite and other blasts. Hornblende has the sieve texture.
Apart from amphibohtization, zoisitization is strong and to a lesser extent chloriti-
zation and calcitization.
The lithological succession fits with the Hinterlechner-Ravnik data (1971,
1982), and Hinterlechner-Ravnik et al. (1991a, 1991b). Circumstances are si-
milar in Austria and Hungary. Neubauer and Sassi (1993), Lelkes-Felvari and
Sassi (1981) and numerous other authors consider the old Palaeozioc polymetamorphic
rocks of epidote-amphibole and amphibolite facies in the footwall of phylhtic com-
plexes. The polyphase Variscan metamorphism prevails, locally with Alpine metamor-
phism imprints. Although the rocks in the boreholes are strongly affected by youn-
ger tectonics, especially distinctive in borehole MB-6/94, the following lithological
succession can be estabUshed.
1.	Quaternary, Phoquarternary and Miocene-Ottnangian and Karpathian beds: gravel,
carbonate siltstone, sandstones, rarely silty shales (so called marl series). Dacite
occurs in the lower part.
2.	Phyllite: quartz-sericite phyllite, phyllitic quartzite and marmorized silicate lime-
stone. Some dacite occur.
3.	Greenschists: epidote-chlorite-amphibole schist. Here too some dacite occurs.
4.	Very finegrained varieties of biotite-muscovite gneiss and micaschist, phylloniti-
zed at the contact with phyllite; inclusions of amphibole schists.
5.	Two-mica gneiss and schist with staurolite and amphibolite lenses.
6.	Two-mica schist and subordinately gneiss with frequent amphibolitized eclogite lenses.
7.	Predominantly muscovite gneiss with transitions to augengneiss and micaschist.
If comparing this succession with the one given by Hinterlechner-Ravnik
(1982, 258-262), the absence of low metamorphic Magdalensberg rocks, aplite and
pegmatite gneisses, lenses of marble and quartzite can be noted. The reasons can
be two. According to Hinterlechner-Ravnik, there is no complete rock development
along a single profile. The second reason can be the occurrence of aplite and peg-
matite gneisses in very thin layers which can remain unnoticed in mixed cutting samples
of two metres intervals.
Expected well log responses
Table 2 shows the most important metamorphic rocks, according to their frequency
in the boreholes, together with their major mineral composition. By an asterisk po-
tassium bearing minerals with increased natural radioactivity are marked.
478	Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
Gamma ray (GR). It is knov^^n that about 0,012% of natural potassium is ra-
dioactive ovi^ing to the K"*" isotope that radiates during its decay. Potassium is an im-
portant constituent of micas (muscovite, biotite) and K-feldspars (orthoclase, microcline).
In rocks containing these minerals we therefore expect increased natural radioacti-
vity. An important source of radiation are also accessory uranium and thorium mi-
nerals (e.g. zircon). They together have far the greatest contribution to the degree
of natural radioactivity (Carmichael, 1984, 283). In some schists with organic matter
and oil schists U and Th can be enriched. In investigated boreholes the phyllites are
locally enriched with graphitic matter, rarely also micaschists and gneisses. Traces
of oil were stated during water pumping.
Amphibolite has a very low radioactivity, while that of eclogite is extremely low
(Dresser Atlas, 1985, 152). Radioactivity of amphibolite from South German crys-
talline basement in Oberpfalz amounts to about 20 API* units, while that of gneiss
there is from 70 to 135 API (Gatto & Časten, 1990, 255; Gatto, 1992). Keys (1988,
32/3) quotes high radioactivity in gneisses and biotite schists, and states that chlo-
rite schist has radioactivity similar to amphibolite, i.e. very low.
Low radioactivity of chlorite schist is stated also by Serra (1986, 101). Conse-
quently we expect high radioactivity of gneiss, micaschist and phyllite and low radi-
oactivity of amphibolite, eclogite, quartzite and marble inclusions in the Pohorje se-
ries. Presence of biotite in chlorite schists may increase their radioactivity. Anomalous
values are expected at rapid lithological changes or in tectonized zones.
Specific electrical resistivity (EL, LL, ML, DLL). Electrical properties in meta-
morphic rocks show great oscillations due to their relatively high lithological anisot-
ropy that is caused by rapid changes of rock properties, as for example veins, inclu-
sions, laminae, fracturing, schistosity (foliation) and degree of tectonic deformation.
Metamorphic rocks have in general relatively high specific electrical resistivities. Lower
values occur in tectonicaUy affected zones with schistosity or increased fracture porosity.
Distinctively low values can be expected in phyllite due to its mineral composition
and schistosity. In contrary, the expected values in massive metamorphic rocks of
extremely low porosity (amphibolite, eclogite, marble, quartzite) should be high.
Laboratory measurements in metamorphic rocks at standard conditions (T = 15.6°C,
P=1 bar) show very large oscillations. Values for gneiss are from 100 to lOOOOQm
(Gearhart Owen, 1976, 28). Important is the direction of measurements vñth re-
spect to the schistosity.
Spontaneous potential (SP) is not diagnostic for metamorphic rocks. Electrical
currents flow between distant sections that are of moderate electric conductivity. The
responses are long curves, changing only at the contacts or high conductivity, to low
conductivity segments. Tectonic zones are important, as well as changes of the ground
water or formation liquid salinity.
Compensated density log (CDL), compensated neutron log (CNL) and
caliper log (CAL). Density and neutron logs were measured only in borehole MB-
1/90. Laboratory density values are in general slightly lower than the log values. In
both cases they are influenced by impurities and tectonic deformations (Carmichael,
1982, 312). Density log is diagnostic to distinguish amphibolite from eclogite. The
former has by far the greatest density (3.45g/cm3) among metamorphic rocks. The
lowest density log values have quartzite and gneiss. Except for phyllite, all metamorphic
* API - abbreviation for American Petroleum Insitute. The API unit of gamma radiation
corresponds to 1/200 of the deflection measured between two reference levels (low and high)
of gamma ray activity in a test pit at the University of Houston.
Well log responses in metamorphic rocks near Maribor	479
rocks have very low porosity. It is increased in tectonized zones. This is valid also
for the caliper. Increased caliper is expected in phyllite because of its high content
of sericite and chlorite. Table 3 includes literature log values for petrographically pure
rocks. They can differ much from values for tectonically disturbed and composition-
ally mixed rock varieties.
Log responses in Maribor boreholes
We were able to correlate conventional electrical log measurements (EL and LL)
with gamma ray (GR) measurements, both made by Gearhart Owen equipment. Po-
pulation of 107 selected log measurements for particular MB-2 to MB-6 borehole sections
is shown in figures 2a and 2b. Log responses of geological units are as follows.
Phyllite. It is represented by phylhte (F) with phyllite quartzite (Q) and siU-
cate marmorised limestone inclusions. Phyllite has relatively high and very high ra-
dioactivity (GR >100 API) and low electrical log short normal (ELsN<100Qm, fig. 2a).
Segments with higher quartz content that can even pass to phylUte quartzite show
somewhat higher electrical resistivity, and locally also reduced GR, which is not the
rule. Impurities can even increase GR. The only value stated in phyllite within the
low radioactivity field (GR < 50API) was in borehole MB-2 at depth 450 to 468m.
The gamma ray was 27API and electrical log short normal 250Qm. Petrography is
determined as veined quartz with chloritized zones and secondary fracture calcitiza-
tion. In figure 2 it is marked by Qi. This section is relatively thick. We suppose there
occurs a subvertical system of veins originating from polyphase tectonic activity. High
GR and slightly increased electrical resistivity shows also the marmorized silicate
limestone due to impurities. The rock cannot be separate from phyllitic quartzites
by weU logs. Therefore we marked it as quartzite. The general characteristics for phyllite
is the increased cahper owing to its low mechanical strength.
Pohorje series. Two kinds of responces occur. The one marked by G is charac-
terized by high natural radioactivity and very variable electrical specific resistivity.
It can be seen from figures 2 a and 2 b that the set G is further divided into several
groups. Separation is made according to lithologie variation and degree of tectonic
deformation. These criteria could not be checked owing to uncored drilling. On the
basis of correlation of log values with pétrographie analyses of cuttings we suppose
that the Pohorje series rocks with electrical resistivity short normal above 200 Qm
are probably relatively massive, those with values between 100 and 200Qm partly
disturbed or locally cataclastic, while those under lOOQm belong to mylonitized and
diaphthoritic two-mica gneisses and schists (phyllonites). Within the last one, when
electrical resistivity is extremely low, greater caliper appears which indicates low
mechanic strength and crumbling. The extremely low resistivity values of G coincide
with values F in phyllite. Values of 100 and 200Qm are only estimated, since the
investigations without core recovery do not permit statistical connections. We con-
clude that the G log values represent schistose rocks either compact or mechanical-
ly destroyed, and rich in micas and K-feldspars (table 2). Similar are zones rich in
sericite (phyllonites). The G type rock are two-mica gneisses and schists, and those
with lower resistivity also diaphthorites - phyllonites.
Next is the A type with low radioactivity and relatively high electrical specific
resistivity. Comparisons of results and Uterature data indicate amphibolite. Similar
responses can be expected in eclogite, marble and veined quartzite. The last two
480	Aleksander Brezigar & Mirka Trajanova
usually occur as thin inclusions and lenses, so they can easily be overlooked regarding
the w^ell log accuracy. Eclogite can be distinguished from amphibolite by its high density.
This can be seen from compensated density log made in borehole MB-1 (fig. 3). There
the CDL values in some sections deeper than 840m v^^ere 3.15-3.20g/cm^, which sug-
gests eclogite. Within the same section CNL showed a few percent porosity as a re-
sult of tectonics. Therefore the CDL values of eclogite are not the same as in litera-
ture (3.45g/cm^); besides, the eclogite lenses are usually strongly amphibolitized. We
conclude that the A responses with high values of specific electrical resistivity rep-
resent massive inclusions in schistose metamorphic rocks, i.e. amphibolite and/or eclogite
lenses vidthin gneiss and micaschist. Low radioactivity and relatively low specific
electrical resistivity readings of A (ELsN^300Qm) indicate, when correlated with
pétrographie analyses, amphibohte schist or chlorite-amphibole schist. At least the
porosity measurements would be necessary for more accurate separation of amphi-
bolites from amphibolite schists.
We are not able to distinguish eclogite lenses from amphibolite lenses without
the density log. Figure 2 shows an open space between the 50 and 70API radioac-
tivity values, which clearly separates the sets A and G.
The ideaUzed log response curves from boreholes in the Pohorje metamorphic
complex are shown in figure 3. We think that the lithologie interpretation of logs in
Maribor boreholes is satisfactory. It is probable that some sections with veined cal-
cite or lenses of marble remain hidden within the interpreted amphibolite and am-
phibolite schist. Figure 4 shows the influence of tectonics upon log measurements
in the Pohorje series rocks. Borehole MB-6 which is situated close to the fault has
on average lower values than borehole MB-3 which is in tectonically less affected part
of the Pohorje metamorphic complex.
Finally we can comment the thicknesses of particular well log segments. Phylh-
te represents a relatively uniform lithologie sequence with inclusions of phyUitic quartzite
which can reach up to ten metres and more. In gneiss and micaschist the amphibo-
lite and/or eclogite lenses can reach thicknesses from 3 to 50m. The whole phyllitic
sequence of low resistivity is about 50 m thick (fig. 5). It is succeeded by a 10-20 m
thick phyllonitized and cataclastic zone. According to literature data it represents a
Variscan overthrust zone. Below is the thick Pohorje or gneiss serie of high resisti-
vity. It includes mylonitized and diaphthorised belts which are recognized by their
lower specific electrical resistivity values, and if brittle, by larger caliper. With in-
creasing depth the brittle sections become rare or absent.
Literatura
Carmichael, R. S. 1982: Handbook of physical properties of rocks. - V. II., CRC Press,
Boca Raton, Florida.
Carmichael, R. S. 1984: Handbook of physical properties of rocks. - V. III., CRC Press,
Boca Raton Florida.
Dresser Atlas 1985: Dresser Atlas log interpretation charts. - Rev. 02/85, Dresser In-
dustries, Inc., Houston, Texas.
Faninger, E. 1973: Pohorske magmatske kamenine. - Geologija 16, 271-315, Ljubljana.
Faninger, E. 1982: Alije predkambrij na Pohorju? - Geologija 25/1, 191-200, Ljubljana.
Gatto, H. 1992: Relationen zwischen Konzentration, Aktivität und Wärmeproduktion von
natürlichen radioaktiven Isotopen. - KTB Report 92/1, Grundlagenforschung und Bohrlochgeo-
physik (Bericht 13), 215-217, Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung, Hannover.
Gatto, H. & Časten, U. 1990: Bohrlochgravimetrisch ermittelte Dichte (BHGM) in
Karotažne krivulje v n\etamorfnih kamninah pri Mariboru	481
Vergleich zur Logdichte (RHOB). - КТВ Report PO/l, Grundlagenforschung und Bohrloch Geo-
physik (Bericht 8), 247-264, Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung, Hannover.
Gearhart Owen 1976: Formation evaluation data handbook. - Gearhart Owen Industries,
Inc., Fort Worth, Texas.
Germovšek, C. 1954: Petrografske preiskave na Pohorju v letu 1952. - Geologija S,
191-210, Ljubljana.
Hinterlechner-Ravnik, A. 1971: Pohorske metamorfne kamnine. - Geologija 14, 187-226,
Ljubljana.
Hinterlechner-Ravnik, A. 1973: Pohorske metamorfne kamnine II. - Geologija 16,
245-271, Ljubljana.
Hinterlechner-Ravnik, A. 1977: Geochemical characteristics of the metamorphic rocks
of the Pohorje mountains. - Geologija 20, 107-140, Ljubljana.
Hinterlechner-Ravnik, A. 1982: Pohorski eklogit. - Geologija 2512, 251-288, Ljublja-
na.
Hinterlechner-Ravnik, A., Sassi, P. F. & Visona, D. 1991a: The Austridic eclog-
ites, metabasites and metaultrabasites from the Pohorje area (Eastern Alps, Yugoslavia): 1. The
eclogites and related rocks. - Atti della Accademia nazionale dei Lincei, Rendiconti Lincei, Sci.
fis. e nat., S. 9, V. 2, №2, 157-173, Roma.
Hinterlechner-Ravnik, A., Sassi, P. F & Visona, D. 1991b: The Austridic eclog-
ites, metabasites and metaultrabasites from the Pohorje area (Eastern Alps, Yugoslavia): 2. The
metabasites and metaultrabasites and concluding remarks. - Atti della Accademia nazionale
dei Lincei, Rendiconti Lincei, Sci. fis. e nat., S. 9, V. 2, №2, 175-190, Roma.
Keys, W. S. 1988: Borehole geophysics applied to ground-water investigations. - US
Geological Survey, Open-file Report 87-539, Denver, Colorado.
Lelkes-Felvari, G. & Sassi, F. P. 1981: Outlines of the Pre-Alp ine Metamorphisms in
Hungary. - IGCP No. 5, Newslett., V. 3, 89-99.
Mioč, P. 1977: Geološka zgradba Dravske doline med Dravogradom in Selnico. - Geologija
20, 193-230, Ljubljana.
Mioč, P. & Žnidarčič, M. 1982: Komparacija metamorfnih stijena Slovenije sa širim Jugo-
slavenskim područjem, 10. Jubilarni kongres geologa Jugoslavije. - Zbornik radova, Knjiga 1,
341-350, Organizacioni odbor 10. jubilarnog kongresa geologa Jugoslavije, Budva.
Mioč, P., & Žnidarčič, M. 1989: Tolmač za Usta Maribor in Leibnitz. - Zvezni geološki
zavod, Beograd.
Neubauer, F. & Sassi, F. P. 1993: The Austro-Alpine quartzphyllites and related Palae-
ozoic formations. In: von Raumer and Neubauer (Eds.), Pre-Mesozoic Geology in the Alps.
- Spr. Verlag, 423-439, New York, Berlin, Heidelberg.
Premru, U. 1976: Neotektonika vzhodne Slovenije. - Geologija 19, 211-249, Ljubljana.
Ravnik, D. 1991: Globoko znanstveno vrtanje v zemljino skorjo. - Rudarsko-metalurški
zbornik 38/3, 369-384, Ljubljana.
Serra, O. 1986: Fundamentals of well-log interpretation, 2. The interpretation of logging
data. - Elsevier, Amsterdam, Oxford, New York, Tokyo.