Skład chemiczny wód kopalnianych analizowanego obszaru opracowano na podstawie analiz archiwalnych oraz analiz własnych, wykonanych w trakcie realizacji kierowanego przez autora projektu badawczego 8 T12B 033 021 (Labus, 2003a), uzupełnionych o analizy wykonane w ramach niniejszej pracy. N a podstawie zróżnicowania wartości wskaźnika r Na* (tab.6.1. i
c r
6.2) wstępnie określono pionowy zasięg stref hydrodynamicznych w poszczególnych obszarach górniczych. Za granicę strefy mieszania się wód (utrudnionej wymiany) i strefy stagnacji hydrodynamicznej i hydrochemicznej przyjęto wartość r ~ ^ j r = 0,87; wody podziemne o wartości Na*
Na* ,
r ^ r > l uznano za związane ze strefą intensywnej wymiany (Macioszczyk, 1987). Pomiędzy poszczególnymi kopalniami zaznacza się wyraźnie zróżnicowanie pionowego zasięgu stref hydrodynamicznych.
Spąg strefy intensywnej wymiany występuje na głębokości od 105 m p.p.t. (KWK
„Pniówek”) do 800 m p.p.t. (KWK „Marcel”); w okręgu karwińskim wody o wartości wskaźnika r Na* w ystępujądo głębokości 929 i 1155 m p.p.t. odpowiednio w KWK (Dul) „Doubrava” i
KWK „ĆSA”. Strop strefy stagnacji znajduje się na głębokości od 104 m p.p.t w rejonie Stonawy (KWK „ĆSM”) i 120 m p.p.t. w KWK „Jas-Mos” do 753 m p.p.t. w obrębie KWK „Staric” oraz 800 m p.p.t. w KWK „Anna”. Podkreślenia wymaga fakt, iż zasięgi poszczególnych stref, wyznaczonych w analizowanych kopalniach, w znacznym stopniu pokrywają się, co związane jest ze zróżnicowaniem chemizmu wód podziemnych dopływających do wyrobisk w przedziale czasu objętym analizą. Wynika to z faktu, iż rozpatrywane wody formują się w zróżnicowanych warunkach, pod wpływem różnych źródeł zasilania. Warunki kształtowania się składu analizowanych wód podziemnych, wraz z identyfikacją procesów wpływających na ich chemizm, przedstawiono w dalszej części pracy.
Chemizm wód podziemnych czeskiej części GZW, w strefach wyznaczonych na podstawie wartości wskaźnika r Na*
Tabela 6.2
KWK Na* Głębokość M Cl' ! S042- 1 HCCV | Na++K+1 Ca2+ I Me2+ Br | r n Typ wody n
c r [m p.p.t.] [g/dm3] [% mval] [mg/dm3]
Dul „Doubrava”
>1 438-929 0,4-15,5 45-97 0-24 1-30 48-96 2-46 2-8 3-35 1-9 Cl-Na; Cl-HC0,-S04-Na-Ca ?
0,87-1 437-980 11,6-47,7 95-100 0-2 0-4 82-92 4-12 3-7 30-116 1,3-16,9 l i-Na 37
<0,87 350-1103 2,5-72 93-100 0-3 0-3 77-83 10-18 6-9 7-278,5 0,4-26,3 Cl-Na 29
Dul „Lazy”
>1 389-699 0,2-20 13-96 0-68 2-69 29-99 0-59 0-17 2-51 0,2-11,6 Cl-Na; Cl-Na-Ca; Cl-S04-Na; CI-HCO3- S04-Na; Cl-S04-HC03-Na-Ca; HC03-Na;
HC03-Cl-Na; HC03-S0„-Ca-Na; HCOr S04-Cl-Ca-Na; S04-Cl-HC0,-Na
54
0,87-1 612-822 19,6-28,9 95-100 0-4 0-2 89-92 5-7 4-5 53-78 1,7-9,5 Cl-Na 5
<0,87 654 83 100 0 0 77 15 7 161 14,6 Cl-Na 1
Dii „ĆSA”
>1 9-1155 0,3-19,5 5-96 0-39 3-94 28-98 0-49 0-66 5,4-56 0,4-10,1 Cl-Na; Cl-HC03-Na; Cl-HC03-S04-Na;
Cl-HC03-S04-Ca; HC03-Mg-Na;
HC03-S04-Cl-Na; HC03-Cl-Ca-Na-Mg;
S04-Cl-HC03-Ca
21
0,87-1 125-925 0,3-42 38-100 4-32 7-31 36-95 3-49 0-15 2-107 1,2-40 Cl-Na; Cl-S04-HC0i-Ca-Na 48
<0,87 578-1055 2,2-155 95-100 0 0 38-85 9-42 3-21 36-292 3,5-38 Cl-Na; Cl-Ca-Na-Mg 26
Dii „Darkov”
(„l.m ij”)
>1 330-878 0,3-14,6 19-98 0-35 0-46 25-96 1-61 1-14 1-72 0,4-8,5 Cl-Na; Cl-S04-Na; Cl-HC03-S04-Na-Ca;
HC03-S04-Ca-Na; HC03-S04-Cl-Ca-Na;
27
0,87-1 758-908 0,7-56 41-100 0-40 0-21 39-94 3-49 0-12 2-114 0,4-8,9 Cl-Na 87
<0,87 506-908 20-122 96-100 0-3 0-1 75-83 10-18 5-9 49-194 2,5-18 Cl-Na 25
Dul „Dukla”
>1 620-831 0,3-17,8 41-96 1-19 2-40 44-93 3-46 3-10 34-46,8 2,1-10,5 Cl-Na; Cl-HC03-Ca-Na 5 0,87-1 565-850 16,9-55 95-100 0-4 0-2 84-93 4-11 3-8 47,7-142 3,8-21,5 Cl-Na; HC03-S04-Ca 15
<0,87 635-981 34-67 99-100 0 0 61-83 9-19 5-19 96,7-168 7,2-15 Cl-Na 11
Dul „FrantiSek”
>1 26-826 0,2-28,4 18-96 1-67 1-52 24-96 2-60 1-19 2-58 0,4-8,1 Cl-Na; Cl-S04-Na; Cl-HC03-Na-Ca;
Cl-HC03-S04-Na-Ca;HC03-S04-Ca-Na;
S04-Cl-Na; S04-Cl-Ca-Na
21
0,87-1 350-945 1,2-46 81-100 0-12 0-10 69-97 2-20 1-12 5-114 0,4-15,6 Cl-Na; Cl-Na-Ca 67
<0,87 349-815 3,7-46 51-100 0-40 0-8 37-83 11-37 3-25 2-109 3,4-36,3 Cl-Na; Cl-S04-Na-Ca-Mg 15 Dul „9. kvźten”
472-750 1.7; 14,3 53-98 0-28 1-26 87-97 1-10 1-4 4,3-34 0,4-7,9 Cl-Na; Cl-S04-Na; Cl-HC0,-S04-Na 40
417-643 1,8-72 91-100 0-3 0-6 83-95 4-12 2-5 104 9,5-29,6 Cl-Na 11
500-508 2,2-101 94-98 0-3 2-3 18-77 17-47 6-35 6 3,8-50 Cl-Na; Cl-Ca-Mg-Na 3
cd. tabeli 6.2
Na* Głębokość M
cr so42-
X O O Na++K+ Ca2+ Meł+ Br 1- « - Typ wody nKWK
cr
[m p.p.t.] [g/dmJ] [% mval] [mg/dm3]Karvina-jihovychod
(„Stonava”,
„ĆSM”)
>1 322-875 0,2-17,5 11-99 0-44 1-84 30-97 1-62 2-10 19-41 1,2-12,7 Cl-Na; HC03-Ca-Na; HC03-S04-Cl-Ca- Na; SO„-HCO,-Cl-Ca-Na
31
0,87-1 62-913 4,9-41 96-100 0-3 0-3 85-95 3-11 0-7 22,9-155 1,2-67,8 Cl-Na 86
<0,87 104-961 10-102 97-100 0-2 0-1 74-85 0-18 0-9 57-205 1,3-87,4 Cl-Na 33
Karvina- >1 774-781 2,3-3,9 76-89 5-11 6-13 85-92 5-9 3-6 9 0,4-2,1 Cl-Na 3
jihovychod ("ĆSM-jih”)
0,87-1 748-993 5-70 93-100 0-6 0-3 84-91 5-11 3-6 18-129 0,8-12,9 Cl-Na 16
<0,87 784 12 99 1 0 74 16 10 - 3,4 Cl-Na 1
pole Darkov
>1 5-1009 0,3-13,4 16-98 0-54 2-55 20-96 2-71 2-15 21-37 1,7-7,6 Cl-Na; HC03-S04-Ca; HC03-S0„-Ca-Na;
S04-HC03-Cl-Ca-Na
8
0,87-1 108-743 3-40 88-100 0-3 0-11 82-94 4-11 2-7 9-104 1,3-25 Cl-Na 22
<0,87 734-878 21-64 99-100 0 0-1 80-86 9-13 6-7 66-150 5,5-40,6 Cl-Na 5
Dul „Starić” l+ 2
>1 398-900 0,7-28,1 17-93 0-23 1-80 78-99 1-27 0-13 1-72 1,2-33,2 Cl-Na; Cl-SO„-Na; Cl-HC03-Na; HC03- Na
24
0,87-1 383-851 12,6-29 88-89 0-11 0-4 84-92 3-12 3-10 44-70 2,5-50,8 Cl-Na 15
<0,87 753-862 19,6-33 96-99 0-4 0 77 15-18 6-8 - 3,8-14 Cl-Na 3
(,)wt
reści niniejs2ej pracy, zj»odnie z zaleceniami Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanei (IUPAC), dla oznaczenia jodu przyiyto symbol 16 .2 . S k ła d iz o t o p o w y w ó d p o b r a n y c h w w y r o b is k a c h i o tw o r a c h e k s p lo a ta c y jn y c h
N a podstawie wykonanych przez autora oznaczeń składu chemicznego i analiz izotopowych przeprowadzono interpretację pochodzenia wód podziemnych, opierając się na rezultatach następujących prac: Buzek, M ichalićek (1996), Różański (1985), Różański et al.
(1982), Różkowski, Przewłocki (1974), Różkowski (1999, 2004), Zuber (1986), Zuber, Grabczak (1985), Zuber, Pluta (1989), Pluta, Zuber (1995), Geyh (red. 2000), Pluta (2003, 2005) oraz Pluta et al. (1993, 1995). Do opisu analizowanych w ód podziemnych zaadaptowano klasyfikację opartą na paleohydrogeologicznym modelu rozwoju zapadliska górnośląskiego, w ykorzystyw aną m.in. w pracy pod redakcją Różkowskiego (2004). Przyjęto następujące określenia: M - kopalne wody morza mioceńskiego, wody cykli infiltracyjnych:
III - wody perm skiego etapu infiltracyjnego, VII - wody ostatniego, trzeciorzędowego cyklu infiltracyjnego; Q - wody infiltracji czwartorzędowej.
A naliza bilansu stężeń m akroskładników oraz I" i B r' w większości w ód podziem nych w yklucza genezę zw iązaną z mieszaniem w układzie: czwartorzędowa woda infiltracyjna - w oda morska. Oznacza to, iż pierwotna mineralizacja związana jest raczej z ługowaniem skał (prawdopodobnie w tym także ewaporatów). Obserwacja ta jest zgodna z wczesnymi spostrzeżeniami Pałysa (1966).
D la ułatw ienia interpretacji dokonano wstępnego podziału populacji zbadanych próbek w zależności od opisujących je stężeń jonów siarczanowych i wartości w skaźnika C17Br', wydzielając następujące grupy:
- w ody o zawartości siarczanów > 600 mg/dm 3, - wody o 6 0 0>S0 4 > 1 0 mg/dm3 i C17Br>300;
- wody o 6 0 0 > S 0 4>10 m g/dm3 i C17Br"<300;
- w ody o zawartości S0 4 2'< 1 0 m g/dm 3.
W ykresy interpretowanych zależności parametrów hydrochem icznych badanych wód przedstawiono na rys. 6.1. do 6.7 (num eracja próbek odpowiada zastosowanej na rys. 5.1).
6'80 [%o]
Rys. 6.1. Zależność 6180 - 52H dla badanych wód. Objaśnienia: SMOW - standard przeciętnej współczesnej wody morskiej; WMWL - światowa linia opadów; M - kopalne wody morza mioceńskiego, III - najstarsze solanki infiltracyjne; VII - wody ostatniego, trzeciorzędowego cyklu infiltracyjnego; Q - wody infiltracji czwartorzędowej
Fig. 6.1. Diagram of 5lsO vs. 52H for analyzed waters. Explanations: SMOW - standard mean ocean water; WMWL - meteoric line; M - Miocene sea waters III - the oldest paleoinfiltrative brines; VII - waters of the last, Tertiary infiltration cycle; Q - Quaternary waters
0 —i—i—i—i—| i—i—i—|—i—i—i—i—i—i—i—i—i—|—i—i—i—i—|—i—i—i—i—|—i—i—<—i—|—i—i—i—i—
; smow ;
• 1 2 -10
--20
-30
-40
a -so
■4 CO
-60
-70
_ g Q I I I I I I I I I I I I I I 1— I 1 1 1 1— I 1 1 1 I I 1 1 I I— I I I I I I I I I
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Cl' [mol/dm3]
Rys. 6.2. Zależność 52H od stężeń chlorków w badanych wodach. Objaśnienia jak na lys. 6.1 Fig. 6.2. Chlorides vs. 82H in mine waters. Explanations as in Fig. 6.1
1 i T ' ' ' r 1
SMOW —I—I—I—I—I— -1—I—1—I—I—I—I—
• 1 2
■ I “
'I .1
-J 54*
7#
-
-~w4-*
- ^ *8 ^
C'f* 79® #32 40 G2. V . 36# • *6 •
G1 *18 *4
3339 68*^7 J 6 76.40
»19
111
G12*
I
9*I G IO * ^ 64 *86
, 3 5
1* . *60*85
« 8 2
.25 I V 2 j
gj. —
*21
VII
■48
• 72"
FtT S
t<E
49m~
_|---1---1---1---1---1---1---1---1---1---1---1---1---L_ .1. .1 I