Geogeniczne anomalie chlorkowe w wodach podziemnych
poziomów użytkowych Polski centralnej
Dorota Kaczor-Kurzawa
1Geogenic chlorides anomalies in groundwater of useful aquifers in Central Poland. Prz. Geol., 65: 1282–1289.
A b s t r a c t . Zones of Cl anomalies in Mesozoic and Cenozoic aquifers, defined as groups of wells with concentration of the chloride ion in groundwater exceeding 60 mg/dm3, were mapped on the basis of 12 000 archival chemical analyses. These zones are
predomi-nantly developed in tectonic conditions enabling the inflow of Mesozoic salt waters into useful aquifers: 1) fault zones, 2) hydrogeo-logical windows above salt anticlines and elevated tectonic blocks, and 3) salt diapirs. As a result, significant decline in groundwater quality has been reported from many intakes due to the elevated concentration of chlorides, sodium and the amonium ion.
Keywords: chloride anomalies, groundwater, useful aquifers, Central Poland
Przedmiotem artykułu są strefy anomalnego stężenia jonu chlorkowego w wodach podziemnych kenozoicznych i mezozoicznych poziomów użytkowych, powstałe wskutek migracji słonych wód mezozoiku, a także zmiany, jakie zja-wisko to powoduje w składzie chemicznym i jakości wód podziemnych eksploatowanych w Polsce centralnej.
Zasolenie płytko występujących wód zwykłych Niżu Polskiego było przedstawiane zarówno jako skutek rozpusz-czania cechsztyńskich soli przez wody infiltracyjne, jak rów-nież jako rezultat ascenzji reliktowych wód mezozoiku (Ma-cioszczyk, 1980; Dowgiałło, Nowicki, 1997; Gmurczyk, 1999; Kaczor, 2005; Dowgiałlo i in., 2007; Górski, Rasała, 2008; Krawiec, 2013; Kaczor-Kurzawa, 2014).
DANE, METODY I OBSZAR BADAŃ
Do udokumentowania przestrzennej zmienności stę-żenia jonu chlorkowego wód (stanu zasolenia wód) wy-korzystano prawie 12 000 archiwalnych analiz chemicz-nych z banku dachemicz-nych hydrogeologiczchemicz-nych PIG-PIB i MHP 1 : 50 000, a także dane z Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska w Bydgoszczy. Dane te zweryfikowa-no, uwzględniając zawartości związków azotu i siarczanów, głębokość ujmowanego poziomu, sposób zagospodarowa-nia terenu, żeby wyeliminować oznaczezagospodarowa-nia wskazujące na antropogeniczne przyczyny podwyższenia stężeń chlorków, według kryteriów określonych przez Macioszczykową (1991), Grube i in. (2000) i Górskiego (2001).
W przedstawianej pracy strefy anomalnych stężeń chlorków są zdefiniowane jako zgrupowania studni o za-wartości jonu chlorkowego w wodzie powyżej 60 mg/dm3, czyli górnej granicy tła hydrogeochemicznego (Witczak i in., 2013). Lokalizację tych stref przedstawia Mapa ano-malii chlorkowych w poziomach użytkowych wód pod-ziemnych opracowana na podstawie danych z niespełna 1000 otworów (ryc. 2, 4, 7).
Dla wybranych czynnych studni w obrębie stref anomalii chlorkowych takich jak w Szubinie, Inowrocławiu,
Ciecho-cinku, Izbicy Kujawskiej, Krzepocinie, Pniewie, Orłowie i Włocławku wykonano w Centralnym Laboratorium Che-micznym PIG-PIB w Warszawie pełne analizy fizykoche-miczne (metodą spektrofotometryczną, ICP-OES, ICP-MS) oraz oznaczenia stabilnych izotopów tlenu i wodoru (metodą ablacji laserowej).
Analizowany obszar (28 000 km2) obejmuje części woje-wództw kujawsko-pomorskiego, łódzkiego, wielkopolskiego i mazowieckiego (ryc. 1). Teren ten odpowiada w przybliże-niu centralnej strefie tektoniki salinarnej, gdzie najlepiej roz-winęły się struktury solne w postaci wałów, słupów i diapi-rów, częściowo lub całkowicie przebijając skały mezozoiku (Dadlez, 1997).
WYNIKI I DYSKUSJA
Na wynikowej mapie wyznaczono strefy geogenicz-nych anomalii chlorkowych w wodach podziemgeogenicz-nych, obej-mujących ok. 20% analizowanego obszaru. Przedstawiono uogólnioną charakterystykę, bardziej szczegółowo ilustru-jąc przykłady stref anomalii w rejonach Szubina, Łęczycy i Żychlina oraz Inowrocławia.
Uwarunkowania tektoniczne rozwoju anomalii chlorkowych
Odniesienie danych hydrochemicznych do elementów tektonicznych permomezozoiku i zmienności ich pokry-wy kenozoicznej potwierdza zbieżność lokalizacyjną stref anomalii chlorkowych z obszarami o budowie sprzyjającej dopływom wód słonych mezozoiku do poziomów użytko-wych. Są to:
–strefy uskokowe, szczególnie na granicach jednostek tektonicznych,
–okna hydrogeologiczne na wyniesionych grzbietach antyklin solnych i blokach tektonicznych,
–dojrzałe wysady, w których następuje kontakt soli z wodami strefy aktywnej wymiany.
Strefy anomalnych stężeń chlorków w okolicach Torunia, Ciechocinka, Włocławka, Kutna, Łowicza, Tomaszowa Mazowieckiego, Kruszwicy, Chodzieży oraz Łęczycy i Ży-chlina (ryc.1, 4–6) są związane z wyniesionymi blokami tektonicznymi, budującymi wał kujawski oraz strefami uskokowymi rozdzielającymi go od niecek mogileńsko--łódzkiej i warszawskiej. Migracja wód słonych przez rozłamy tektoniczne, miejscami przecinające cały permo-mezozoik oraz system uskoków niższej rangi, powoduje dopływ wód słonych z głębszych partii mezozoiku do po-ziomów użytkowych. Podobne sytuacje opisano z
pogra-nicza wału pomorskiego oraz niecek pomorskiej i szcze-cińskiej (Kaczor, 2005). O warunkach umożliwiających ascenzję świadczą badania ciśnienia złożowego wód mezo-zoiku w głębokich otworach badawczych, potwierdzające, że zwierciadła statyczne niektórych z przewiercanych po-ziomów solanek stabilizują się nad powierzchnią terenu lub na głębokości występowania poziomów wód użytkowych.
Powstanie anomalii chlorkowych wskutek rozpuszcza-nia cechsztyńskich soli można wiązać z rozwiniętymi wy-sadami Mogilna, Kłodawy, Rogoźna, Inowrocławia i Góry (ryc. 1, 7, 8), w obrębie których istnieje obecnie kontakt soli
Ryc. 1. Lokalizacja stref anomalii chlorkowych w wodach poziomów użytkowych na analizowanym obszarze Fig. 1. Location of zones of chloride anomalies within useful aquifers in the analyzed area
859 83 59 BYDGOSZCZ P³ock Kutno £owicz K³odawa £êczyca Zgierz Brzeziny G³owno Tomaszów Mazowiecki Konin Izbica Kujawska Ko³o Turek ¯ychlin Szubin Barcin Kruszwica ¯nin Chodzie¿ Oborniki POZNAÑ W¹growiec Pi³a W³oc³awek TORUÑ Ciechocinek Brzeœæ Kujawski Gniezno Wyrzysk Z³otów Sêpólno Krajeñskie Chojnice Inowroc³aw niecka mogileñska niecka warszawska niecka ³ódzka wa³ pomorski wa³ kujawski
2
3
4 5 6 7 8N
Objaœnienia: Explanations: nazwy miejcowoœci names of towns and villages Ko³ogranice jednostek tektonicznych permomezozoiku boundaries of Permian-Mesozoic tectonic units
analizowany obszar w latach 2013–2014 analyzed area in 2013–2014 analyzed area in 2000–2005 analizowany
w latach 2000–2005obszar SZCZECIN
POZNAÑ TORUÑ £ÓD WARSZAWA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Radziejów
9
Pomeranian swell kujavian swell W arsaw through Mogilno through £ódŸ throughstrefy anomalii chlorkowych w rejonie: zones of chloride anomalies near 1
1 £êczycy, ¯ychlina, 2 RogoŸna, 3 – Kutna, 4 – £owicza, 5 – Strykowa, 6 – K³odawy, 7 – Izbicy Kujawskiej, 8 – Brzeœcia Kujawskiego,9 – Radziejowa, 10 – Inowroc³awia, 11 – Barcina,12 – Szubina, 13 – Torunia, 14 – Chodzie¿y,15 – Obornik, 16 – Ciechocinka, 17 – W³oc³awka,18– P³ocka, 19 – Ga³kowa, 20 – Tomaszowa Mazowieckiegio, 21 – Turka, 22 – Konina,23 – Mogilna
– – –
1 – Szubin, 2 Inowroc³aw, 3 Ciechocinek, 4 W³oc³awek, 5 Izbica Kujawska, 6 – Krzepocin, ––7 Pniewo, 8 Or³owo, 9 Zygmuntowo–– – – –
groundwater wells sampled for chemical and isotopic analyses in the places:
studnie opróbowane do badañ chemicznych i izotopowych w miejscowoœciach:
6
z wodami strefy aktywnej wymiany lub kontakt taki istniał w kenozoiku. Nie stwierdzono anomalii chlorkowych przy wysadach Damasławka, Łanięta i Lubienia Kujawskiego.
Pozostałe struktury solne to słabiej rozwinięte poduszki i wały solne nie przebijające skał mezozoiku, w których sole nie mają kontaktu z wodami strefy aktywnej wymiany. Uskoki w budujących je skałach mezozoiku utworzyły drogi ascenzji dla słonych reliktowych wód mezozoiku, a ich do-pływ do piętra czwartorzędowego następuje przez okna hy-drogeologiczne, na grzbietach antyklin, w miejscach
erozyj-nego usunięcia izolujących iłów paleogenu i neogenu. Tak można tłumaczyć występowanie stref anomalii chlorkowych w wodach podziemnych nad antyklinami w okolicach Brze-ścia Kujawskiego, Aleksandrowa Kujawskiego i Szubina (ryc. 1–3). Anomalie takie opisano w północno-zachodniej Polsce (Kaczor, 2005) i w Niemczech (Grube i inni, 2000).
W obrębie stref anomalii chlorkowych Łęczycy– Żychlina (ryc. 5, 6), Szubina (ryc. 3) i Inowrocławia (ryc. 8), zwierciadło wody z zasolonych pięter jury, neogenu i pale-ogenu w wielu miejscach stabilizuje się nad powierzchnią
-£abiszyn antyklina solna Szubina Szubin Piñsko Kolaczkowo A Slonawy Noteæ G¹sawka Note æ granica strefy anomalii chlorkowych Kowalczewo Stanowiska roœlin s³onolubnych sites of halophytic vegetation boundary of chloride anomalies zone Górki Zagajne Roztrzebowo Królikowo Jab³ówko Wielki Sosnowiec Rynarzewo Szubin salt anticline 0 5km A’ NATU RA2000 Objaœnienia Explanationsudokumentowane stanowiska roœlin s³onolubnych:
s³one Ÿród³a ( ):
salt springs (after Czerwiñski – 1996): 3 S³onawy (mineralizacja TDS- 3,7 g/dm )
3 Piñsko (mineralization TDS- 4,5 g/dm )
wg Czerwiñski – 1996 miejsce monitoringu roœlin s³onolubnych Halophytic vegetation monitoring point obszar NATURA 2000 Solniska Szubiñskie”– „ NATURA 2000 Site ´Solniska Szubiñskie– ´ documented points of halophytic vegetation:
salt ant clinesy confirmed faults
hydrogeochemical cross-section tectonic elements of the Permian-Mesozoic complex:elementy strukturalne permomezozoiku
antykliny solne uskoki potwierdzone
A A’przekroj hydrogeochemiczny
uskoki przypuszczalne hypothetical faults Piñsko nazwy miejcowoœci
names of towns and villages 3
> 250 mg/dm 3
< 60 mg/dm 61–250 mg/dm3
stratygrafia piêtra wodonosnego ujêtego w otworach: stezenie chlorków w wodach ze studni:
chloride ion concentration in groundwater wells:
stratigraphy of the useful aquifer in individual wells: czwartorzedu
Quaternary Cretaceouskredy Jurassicjury Neogene and Palaeogene neogenu i paleogenu
stratygrafia powierzchni podkenozoicznej stratigraphy of the sub-Cenozoic surface:
Permian perm kreda górna Upper Cretaceous jura œrodkowa Middle Jurassic jura dolna Lower Jurassic jura górna Upper Jurassic kreda dolna Lower Cretaceous
Ryc. 2. Mapa strefy anomalii chlorkowej Szubina; mapa geologiczna bez utworów kenozoiku wg Dadleza, 2000 Fig. 2. Map of the Szubin chloride anomalies zone; geological map without Quaternary deposits after Dadlez, 2000
Ryc. 3. Przekrój hydrogeochemiczny A−A’ przez strefę anomalii chlorkowych Szubina Fig. 3. Hydrogeochemical cross-section A−A’ through the Szubin chloride anomalies zone
Ryc. 4. Mapa strefy anomalii chlorkowych między Łęczycą i Żychlinem. Objaśnienia jak na ryc. 2 Fig. 4. Map of chloride anomalies zone between Łęczyca and Żychlin. Explanations as in Fig. 2
£êczyca Or³ów Pniewo Kutno Bzura Sludwia Ochnia Krzepocin Witaszewice B B’ C C’ Strefa anomalii chlorkowych chloride anomalies zone
Tymienica Witonia Pokrzywnica Czarnopole Sobota Bielawy granica strefy anomalii chlorkowych
boundary of chloride anomalies zone
Rezerwat Reserve B³onie Daszyna Siedlec Œladków Górny Waliszew
wa³ kujawski
niecka
warszawska
niecka ³ódzka ¯ychlin 0 5 km Kujavian swell W arsaw through £ódŸ through 0 1km 24,5 m 24,0 m 35,0 m 36,0 m 43,0 m 60,5 m 122,5 m 65,0 m 52,0 m 96,0 m 368 149 10,1 m n.p.t. 6,5 m n.p.t. 510 540 650 87 95 28,9 Q G¹sawka 4,1 m n.p.t. 65,0 m 1430 37,0 m 211 317 178 317 172 317 24 317 20,5 m S£ONAWY 65 QHalophytic vegetation monitoring point 198 317 80 70 60 50 40 30 20 10 0 –10 –20 –30 90 –40 [m] n.p.m. a.s.l. NW SE W E SW NE S N PIÑSKO 193 317 204317 Q Q Ujêcie komunalne municipal intake Cl–HCO3 –Na–Ca Cl HCO Na– 3– SZUBIN £ACHOWOKO£ACZKOWO 43 318 12 318 4 317 93 318 31896 299318 Ng+Pg Ng+Pg ? ? piaski sands mu³ki muds gliny zwa³owe tills i³y clays piaskowce,
limestones, marls, mudstones
wapienie, margle, mu³owce
sandstones,
Objaœnienia Explanations
antyklina solna Szubina
Szubin salt anticline
Punkt monitoringu PIG-PIB
Monitoring point PGI-NRI
80 70 60 50 40 30 20 10 0 90 SZUBIN J1 –10 –20 –30 –40 65
368 stê¿enie chlorków w wodach podziemnych [mg/dm ] 3
chloride ion concentration in groundwater [mg/dm3]
Cl–HCO –Na3 typ wodytype of groundwater
198
316 nr studni w banku HYDRO number of well in HYDRO data basenr arkusza MHP sheet number of Hydrogeological Map of Poland studnia
well
g³êbokoœæ studni
depth of well
zwierciad³o wód podziemnych groundwater tabel 20,5 m
fitr
filter ustabilizowane stabilized
nawiercone drilled
neogen i paleogen
Neogene and Paleogene
Ng+Pg czwartorzêd Quaternary Q jura dolna Lower Jurassic J1
J2 jura œrodkowaMiddle Jurassic
jura górna
Upper Jurassic
J3
K1 Lower Cretaceouskreda dolna
perm
Permian
P
K3 Upper Cretaceouskreda górna
miejsce monitoringu halofitów
gipsy i i³y sole
margle, piaskowce, wapienie, mu³owce
marls, sandstones, limestones, mudstones
gypsum and clays salts
[m] n.p.m.
terenu lub w jej pobliżu, co sprzyja samowypływom wód słonych, szczególnie we wcięciach erozyjnych, jak w doli-nie Bzury. W takich obszarach powstały naturalne anomalie chlorkowe umożliwiające rozwój stanowisk halofitów, jak np. Obszar Natura 2000 – Solniska Szubińskie (ryc. 2, 3) rezerwat Błonie koło Łęczycy (ryc. 4, 5). Występowa-nie anomalii potwierdzono badaniami gleboznawczymi (Czerwiński, 1996) oraz archeologicznymi − pozostałości po warzelniach soli w okolicach Inowrocławia i Łęczycy (Jodłowski, 1977).
Zmiany chemizmu i obniżenie jakości eksploatowanych wód wskutek ascenzji solanek mezozoiku Dopływ wód słonych z mezozoiku prowadzi do zmiany typu chemicznego zwykłych wód podziemnych (HCO3–Ca) na wody typu chlorkowego (Cl–HCO3–Na–Ca; HCO3–Cl– Na–Ca) – tabela 1. W wielu studniach, w obrębie wyznaczo-nych stref anomalii, nastąpiło obniżenie jakości wód pod-ziemnych wskutek ponadnormatywnego stężenia chlorków (> 250 mg/dm3) występującego wraz ze zwiększoną
zawarto-SW SE 89 m 0 1 km PE£CZYSKA KARKOSY N W E SW NE NW Bzura Ng+Pg 260 m
HCO Ca3– Cl–HCO–Na–Ca3
66 290 m 213 ? ? ? KRZEPOCIN NE S ? 27 m. WILCZKOWICE £ÊCZYCA 45 m 92,5 m 150 m 120 m 98 m 62m
TUM MARYNKIWITASZEWICE ROGULICE
81 m 140 m 120 m 43 m 6 781 117 700 59 188 14,7 200 1670 HCO Ca3– 1220 260 485 215 15 0,7 m n.p.t. ? Ng+Pg Ng+Pg Pg 221 552 172552 188 552 211552 236552 55212 256552 146552 552248 249552 239552 305553 236553 293553 419553 157 553 150553 209553 75 m 100 m 119 m Ng+ HCO Cl3 –Na–Ca– wa³ kujawski niecka ³ódzka £ódŸ through rów tektoniczny Krzepocina
Krzepocin tectonic graben
Kujavian swell 100 80 60 40 20 0 120 –20 –40 –60 –80 –100 –120 –140 –160 –180 –200 –220 –240 324 m 100 80 60 40 20 0 120 –20 –40 –60 –80 –100 –120 –140 –160 –180 –200 –220 –240 Q Q K3 K1 J3 J2 J2 J2 J3 [m] n.p.m. a.s.l. [m] a.s.l. n.p.m. Miejscowość (nr lub nazwa studni
na ujęciu)
Location (well no. or name)
Stratygrafia /głęb. stropu ujętego poziomu Stratigraphy/depth to exploited aquifer [m] Typ chemiczny Chemical type Przewodność Conductivity [µS/cm] Zawartość Cl− Content of Cl− [mg/dm3] Skrócony zapis chemizmu wód Brief record of water chemistry [% mval] δ2H [‰] δ18O [‰]
Szubin (4) Q/22 Cl−HCO3−Na−Ca
1948
510 Cl
72SO 45HCO323
Na64Ca26Mg8 −69,5 −9,66
Szubin (6) Q/25 Cl−HCO3−Na−Ca 2020540 Cl
73SO 42HCO324
Na65Ca24Mg9 −70,7 −9,71
Krzepocin (1b) Q/236,3 HCO3−Cl− Na−Ca
942 161
Cl47SO 42HCO351
Na49Ca38Mg10 −68,1 −9,51
Pniewo (4) Q/48,0 Cl−HCO3−Na−Ca 1802370 Cl
55SO 44HCO340
Na51Ca31Mg16 −67,9 −9,5
Orłów (2) Tr/35,0 HCO3−Cl− Na−Ca
1228
197 Cl
43HCO 353
Na45Ca36Mg16 −69,6 −9,7
Izbica Kujawska (1B) Q/40,0 HCO3−Cl−Na−Ca 1533310 Cl
54SO 44HCO342
Na50Ca35Mg12 −66,7 −9,19 Włocławek − ujęcie
Zawisze (st.1a) Cr/128,0 HCO3−Cl−Na−Ca
772 108 Cl 39SO 42HCO359 Na52Ca30Mg10 −76,8 −10,29 Zygmuntowo
k/Konina Cr/62,0 Cl−HCO3−Na−Ca 2428590 Cl
66SO 42HCO331 Na55Ca31Mg11 −68,5 −9,36 Inowrocław (Jadwiga) J/47,3 Cl−Na−Ca 52501600 Cl 76SO 44HCO311 Na56Ca30Mg13 Inowrocław
(Inowrocławianka) Q/35,0 Cl−HCO3−Na−Ca 2510560 Cl
59SO 414HCO327 Na54Ca29Mg15 −69,5 −9,58 Inowrocław (IL−1) J/486,5 Cl−Na 204908800 Cl 93SO 44HCO33 Na94Ca4Mg2 Ciechocinek J/22,5 Cl−Na 5390 Cl85SO 41HCO313
Ryc. 5. Przekrój hydrogeochemiczny B−B’ przez strefę anomalii chlorkowych koło Łęczycy. Objaśnienia jak na ryc. 3 Fig. 5. Hydrogeochemical cross-section B−B’ through the chloride anomalies zone near Łęczyca. Explanations as in Fig. 3
Tab. 1. Wyniki analiz chemicznych i izotopowych prób wody pobranych w 2013 r. Table 1. Results of chemical and isotopic analyses of water samples taken in 2013
ścią sodu (> 200 mg/dm3), jonu amonowego (> 0,5 mg/dm3) przy niskiej zawartości siarczanów, azotanów i azotynów. W wodach tych również stężenia jonów K, Sr, B, Mg, Ba są wyraźnie wyższe niż w wodach zwykłych. Na przykład w wodach z poziomu kredy, ujętego na głębokości 108 m w Chełmcach koło Kruszwicy, w pobliżu grzebienia solne-go Gopła, w dokumentacji po odwierceniu studni oznaczo-no stężenie boru 1,2 mg/dm3, strontu 3,09 mg/dm3, magnezu 30,9 mg/dm3 i potasu 6,3 mg/dm3.
Wzrost zawartości chlorków w wodzie zwykle następu-je wraz z głębokością, co świadczy o dopływie wód słonych z głębszych partii mezozoiku (ryc. 3, 5, 6, 8). Jednocześnie w większości stref anomalii zaobserwowano współwystę-powanie w niewielkiej odległości i na podobnej głębokości wód słodkich i słonych, o bardzo zróżnicowanych stęże-niach jonu Cl–. To oznacza, że wysokie stężenia chlorków wiążą się ściśle z bliską obecnością dróg ascenzji wód sło-nych czyli uskokami i szczelinami w utworach mezozoiku, a następnie wartość stężenia chlorków się zmniejsza wsku-tek rozcieńczania przez zwykłe wody infiltracyjne.
Dlatego tylko część populacji studni w wyznaczonych obszarach anomalii to studnie o podwyższonym stężeniu chlorków w wodzie, przekraczającym 60 mg/dm3. W naj-większej strefie Łęczyca–Żychlin, spośród 360 otworów udokumentowanych (badaniami chemicznymi) na tym ob-szarze 117 (32%) to otwory o stężeniu chlorków wyższym niż 60 mg/dm3, a 34 (9%) to otwory o stężeniu chlorków wyższym niż 250 mg/dm3. Proporcje te w poszczególnych strefach są różne. Na przykład w strefie anomalii Szubina na 55 odwierconych studni dla 38 (69%) z nich oznaczo-no stężenie jonu Cl– > 60 mg/dm3, a dla 18 (33%) studni − Cl– > 250 mg/dm3, a w strefie Inowrocławia na 210 uwzględnionych otworów dla 76 (36%) z nich stężenie Cl– > 60 mg/dm3, a dla 23 (11%) wartość Cl– > 250 mg/dm3. Poza wyznaczonymi obszarami stref anomalii otwory
o stężeniu jonu Cl– > 60 mg/dm3 w wodzie występują zwy-kle w rozproszeniu.
Zróżnicowanie stężenia chlorków widać w rowie tek-tonicznym Krzepocina, wypełnionym osadami plejstocenu o miąższości ponad 300 m (ryc. 5). Na jego obrzeżeniu, w piętrze jurajskim, w Wilczkowicach, odnotowano zawar-tość chlorków 781 mg/dm3. W obrębie rowu, tuż przy jego krawędzi, w wodach piaszczystego poziomu plejstoceń-skiego na ujęciu w Krzepocinie oznaczone stężenie chlor-ków wyniosło 66–213 mg Cl–/dm3 (ryc. 5, tab. 1), a w cen-tralnej części rowu w studni w Karkosach, gdzie poziom
SW NE 48 m 0 1km OR£ÓW J Ng+Pg 87 554 123 m 53 m 95 m 73 m 73 m 75,5 m 65 m 150 m Ng+Pg HCO3 –Na–Ca–Cl 197 220 335 Cl HCO Ca–Na– 3– 292 460 370 115 110 Cl–HCO –Na–Ca3 174 Ng+Pg Q Q Q Q J 74 554 55465
GARBÓW ZA£USIN ZLESZYN PNIEWO ¯YCHLIN
55 518 177 518 S N 175 518 47 518 121 518 51825
punkt monitoringu PIG-PIB
monitoring point PGI-NRI
–70 –60 –20 –40 –50 –30 10 80 0 60 40 20 100 –10 90 70 50 30 110 Ng+Pg K J J niecka warszawska Warsaw through wa³ kujawski Kujavian swell K –70 –60 –20 –40 –50 –30 10 80 0 60 40 20 100 –10 90 70 50 30 110 [m] a.s.l. n.p.m. [m] a.s.l. n.p.m. ujêcie intake Balin wysad solny Góry granica strefy anomalii chlorkowych ujêcie intake Trzaski £ojewo Parchanie Inowroc³aw Markowiec Sielec Wierzchoslawice D D’ 0 5km Noteæ Góra salt dome Inowroc³aw salt dome wysad solny
Inowroclawia border of chlorides
anomalies zone Ryc. 6. Przekrój hydrogeochemiczny C−C’ przez strefę anomalii chlorkowych koło Żychlina. Objaśnienia jak na ryc. 3 Fig. 6. Hydrogeochemical cross-section C−C’ through the chloride anomalies zone near Żychlin. Explanations as in Fig. 3
Ryc. 7. Mapa strefy anomalii chlorkowych Inowrocławia. Obja-śnienia jak na ryc. 2
Fig. 7. Map of the chloride anomalies zone in Inowrocław. Expla-nations as in Fig. 2
plejstoceński jest już wysłodzony, zaledwie 6 mg Cl–/dm3. Zasolenie wód podziemnych w Łęczycy wymusiło umiej-scowienie podstawowego ujęcia zaopatrującego to miasto i okoliczne wsie, w odległym o ponad 5 km Krzepocinie.
Ascenzyjny dopływ słonych wód „starszych” od wód współczesnych, do poziomów eksploatowanych na omawia-nych ujęciach, potwierdzają badania izotopowe. Na wykresie zależności izotopów tlenu (δ18O) i wodoru (δ2H) (ryc. 9) wy-niki wszystkich oznaczeń znajdują się poniżej światowej linii opadów (World Mean Water Line – WMWL; Craig, 1961), co wskazuje na obecność domieszki wód o cięższych izoto-pach charakterystycznych dla solanek mezozoiku.
W badanym w 2013 r. ujęciu komunalnym w Szu-binie (6 studni), oznaczenia tylko dla wód ze studni nr 4 i 6 wykazały wysokie stężenie chlorków (tab. 1), od-powiednio 510 i 540 mg/dm3, sodu 267 i 277 mg/dm3 i jonu amonowego 0,66 i 0,87 mg/dm3, przy niskim stęże-niu azotanów, odpowiednio 0,28 i 0,24 mg/dm3 oraz siar-czanów, 46,8 i 22,7 mg/dm3. Ze względu na przekroczenie dopuszczalnych stężeń chlorków, sodu i jonu amonowego, wodę z tych studni przed wprowadzeniem do sieci wo-dociągowej mieszano z wodami z innych studni o odpo-wiedniej jakości, w celu spełnienia obowiązujących norm. Wysokie stężenia chlorków w wodach studni 4 i 6 stwier-dzono już podczas ich odwiercenia, a w trakcie eksploatacji ulegały one zmianom (ryc. 10). Spośród co najmniej 16 odwierconych od 1965 r. na tym ujęciu studni, aż w 9 stud-niach już na etapie dokumentowania oznaczono ponadnor-matywne stężenia chlorków w wodzie, wynoszące od 260 do 1416 mg/dm3. W niektórych z pozostałych otworów po-nadnormatywne stężenia jonu Cl– pojawiały się zwykle po kilku lub kilkunastu latach eksploatacji (ryc. 10).
Przykładem rozwoju geogenicznego zasolenia w efekcie eksploatacji wód jest też ujęcie w Trzaskach (ryc. 7, 8, 10), położone między wysadami solnymi Inowrocławia i Góry. Zbudowano go ok. 100 lat temu w oddaleniu od centrum Inowrocławia, leżącego nad wysadem solnym – już wte-dy zasolenie studni utrudniało pozyskiwanie wowte-dy pitnej. Jakość wód poziomów neogenu i czwartorzędu ujęcia w Trzaskach pogorszyła się w trakcie wieloletniej
eksplo-wód zasolonych z rejonu ługowanych pobliskich wysadów solnych. Wzrost stężenia chlorków w wodach do ponad 800 mg/dm3 (ryc. 8, 10) spowodował w latach 90. XX w. likwidacje studni ujmujących poziom neogenu. Obecnie tyl-ko poziom czwartorzędowy jest ujmowany, a w eksploatu-jących go długotrwale studniach następuje wzrost stężenia chlorków do wartości ponadnormatywnych, co powoduje ich czasowe wyłączanie, do momentu poprawy jakości wody.
WNIOSKI
Na postawie danych hydrochemicznych wyznaczono strefy anomalii chlorkowych w wodach użytkowych me-zozoiku i kenozoiku, odwzorowanych jako zgrupowania studni o stężeniu jonu Cl– > 60 mg/dm3 (ryc. 1).
W 62,5 m CIEŒLIN Ng+Pg 147 399 28 92,3 71 m 70 m 48 m 560 I N O W R O C £ A W 114 400 „IL-1” „Jadwiga” „Inowroc³awianka” 894 500 100 m 43 m 924 37 m 214 295 96 m 105 m 140 m 10423 12623 56 m 58
SIKOROWO GÓRA RADOJEWICE E
109 400
punkt monitoringu PIG-PIB
P5 P9 P1 P3 P11 45 m ? 507,2 m 8800 486,5 m Cl–HCO3 Na–Ca– Cl Na– ? Ng+Pg P P P 120 249 400 30,3 m 32,5 m 359 TRZASKI 340 400145400 342400 88 ? 0 1km
wysad solny Góry wysad solny Inowroc³awia
HCO –Cl Na Ca3 – – 82 m ? Q Q Q ujêcie komunalne
municipal intake monitoring point PGI-NRI
Cl Na Ca– – 1600 60 20 0 –40 100 80 40 10 –20
Inowroc³aw salt dome Góra salt dome
262 400 J3 J3 K3 K3 J3 J3 K3 60 20 0 –40 100 80 40 10 –20 [m] a.s.l. n.p.m. [m] a.s.l. n.p.m.
Ryc. 9. Wykres zależności δ2H i δ18O w zbadanych wodach podziemnych; WMWL (wg Craig, 1961) Fig. 9. Graph of dependency between δ2H i δ18O in Ryc. 8. Przekrój hydrogeochemiczny D−D’ przez strefę anomalii chlorkowych Inowrocławia. Objaśnienia jak na ryc. 3 Fig. 8. Hydrogeochemical cross-section D−D’ through the Inowrocław chloride anomalies zone. Explanations as in Fig. 3
Próbując określić skalę zjawiska obniżenia jakości eksploatowanych wód pod-ziemnych wskutek ascen-zyjnego zasolenia, oszaco-wano, że spośród ok. 12 000 udokumentowanych otworów na analizowanym obszarze tylko ok. 300, czyli nieco mniej niż 3% to otwory o stę- żeniu jonu Cl– przekracza-jącym normatywną wartość 250 mg/dm3, obliczenia te są jednak oparte przede wszyst-kimna danych z okresu doku-mentowania otworów, zwykle wiele lat temu.
Geneza i umiejscowie-nie anomalii chlorkowych są związane z elementami tek-tonicznymi permomezozoiku i zmiennością ich pokrywy
kenozoicznej, czynnikami sprzyjającymi dopływom wód sło-nych mezozoiku do poziomów użytkowych.
Strefy podwyższonych stężeń chlorków w wodach pod-ziemnych często pokrywają się z samowypływami wód słonych, tworzącymi naturalne anomalie chlorkowe, któ-rych istnienie na powierzchni terenu udokumentowały ba-dania botaniczne, gleboznawcze i archeologiczne.
Naturalne procesy migracji wód słonych mezozoiku ule-gają przyśpieszeniu w miejscach intensywnej i długotrwa-łej eksploatacji wód podziemnych, na ujęciach miejskich i przemysłowych, ulokowanych na obszarach o omówionym charakterystycznym wykształceniu budowy geologicznej. Prowadzi to do obniżenia jakości wód w miarę postępu eksploatacji, głównie wskutek ponadnormatywnego stę-żenia chlorków, sodu i jonu amonowego, jak na badanych ujęciach w Trzaskach (Inowrocław), Szubinie, Izbicy Ku-jawskiej, Krzepocinie (tab. 1). Nie we wszystkich wyzna-czonych strefach anomalii chlorkowych występują tak wy-raźne obniżenia jakości ujmowanych wód, jednak już sam fakt istnienia tych anomalii stanowi przesłankę wystąpienia takich problemów w przyszłości.
Autorka składa podziękowania anonimowemu Recenzentowi za cenne uwagi merytoryczne oraz Redakcji, za wskazówki po-zwalające udoskonalić formę artykułu.
Artykuł przedstawia wyniki tematu nr 61.8301.1301.00.0 wyko-nanego w PIG-PIB w latach 2013–2014, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
LITERATURA
CRAIG H. 1961 – Isotopic variations in meteoric water. Science, 133: 1702–1703.
CZERWIŃSKI Z. 1996 – Zasolenie wód i gleb na terenie Kujaw. Rocz. Gleb. 47 (3/4): 131–143.
DADLEZ R. 1997 – Tektonika kompleksu permsko-mezozoicznego. [W:]
Marek S., Pajchlowa M. (red.), 1997 – Epikontynentalny perm i mezozoik w Polsce. Pr. Państ. Inst. Geol., 153: 410–413.
DADLEZ R. (red.) 2000 – Mapa geologiczna Polski bez utworów keno-zoiku 1 : 1 000 000. Wyd. Kartog., Pol. Agen. Ekolog., Warszawa. DOWGIAŁŁO J., NOWICKI Z. 1997 – Badania izotopowe wód podziem-nych w utworach trzeciorzędowych regionu mazowieckiego – dotychczaso-we wyniki i dalsze potrzeby. [W:] Dowgiałło J., Macioszczyk A. (red.), Oli-goceński zbiornik wód podziemnych regionu mazowieckiego. PAN Warsza-wa: 104–117.
DOWGIAŁŁO J., KACZOR D., POROWSKI A. 2007 – Solanki termal-ne Niżu Polskiego w świetle nowych badań. [W:] Współczestermal-ne Problemy Hydrogeologii, XIII, Kraków-Krynica: 53–63.
GMURCZYK T. 1999 – Geneza wysokich stężeń jonów chlorkowych w wodach podziemnych rejonu Żychlina. [W:] Współczesne Problemy Hydrogeologii, IX, Kielce: 57–63.
GÓRSKI J. 2001 – Propozycja oceny antropogenicznego zanieczyszcze-nia wód podziemnych na podstawie wybranych wskaźników hydroche-micznych. Współczesne Problemy Hydrogeologii, X, Wrocław: 309–313. GÓRSKI J., RASAŁA M. 2008 – Hydrogeologia wybranych wysadów solnych regionu kujawskiego – aspekty poznawcze i utylitarne. Geologos, 13 (5): 1–152.
GRUBE A., WICHMAN K., HAHN J., NACHTIGAL K.H. 2000 – Geo-gene Grundwasserversalzung in den Poren Grunwasserleitern Nord-deutschland und ihre Bedeutung für Wasserwirshaft. Veröff. Techologie-zentrum Wasser, Karlsruhe.
JODŁOWSKI A. 1977 – Badania archeologiczne nad początkami eksplo-atacji soli w Polsce środkowej. Sprawozd. Archeolog., 29: 179–187. KACZOR D. 2005 – Zasolenie wód podziemnych kenozoiku Polski pół-nocno-zachodniej w wyniku ascenzji solanek z mezozoiku. Prz. Geol., 53: 489–798.
KACZOR-KURZAWA D. 2014 – The salinization of useful Cenozoic aquifers by ascending Mesozoic brines – characterization on the basis of hydrochemical data from northern and central Poland. [W:] Proceedings, 23 SWIM, Husum: 200–203.
KRAWIEC A. 2013 – Pochodzenie anomalii chlorkowych w wodach pod-ziemnych polskiego wybrzeża Bałtyku. [Rozpr. hab.]. Wyd. Nauk. UMK. MACIOSZCZYK A. 1980 – Regionalna strefowość hydrogeologiczna niecki mazowieckiej. [W:] Współczesne Problemy Hydrogeologii, I, Jachranka: 204–212.
MACIOSZCZYK A. 1991 – Początkowe stadia antropogenicznych prze-kształceń chemizmu wód podziemnych – ich ocena i interpretacja. [W:] Współczesne problemy hydrogeologii regionalnej, V, Warszawa–Jachranka: 254–258.
WITCZAK S., KANIA J., KMIECIK E. 2013 – Katalog wybranych fi-zycznych i chemicznych wskaźników wód podziemnych i metod ich oznaczania. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa.
rok wykonania analizy (year of analysis)
3 stê¿enie chlorków [mg/dm ] content of chlorides 3 [mg/dm ]
studnie na ujêciach miejskich – nr-rok wykonania wells on municipal intakes no.-construction year:– Trzaski: 1) XM-20 – 1974 2) 6 – 2009; Szubin: 3) B1 – 1976, 4) 2 – 1991 5) 4 – 1980, 6) 6 – 1989 Krzepocin: 7) 1b – 1966; 0 60 100 200 250 300 400 500 600 700 800 1 2 3 4 5 6 7 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 1965 290 650 709 244 359 58 306 66 161 124 407 482 164 510 540 440 653
poziom wodonoœny czwartorzêdu Quaternary aquifer
poziom neogenu
Neogene aquiferwodonoœny
3 stê¿enie chlorków chlorides content [mg/dm ] 709
Ryc. 10. Wykres czasowej zmienności stężeń chlorków w wodach z wybranych ujęć
