JACEK MAJOROWICZ Instytut Geologiczny
WARUNKI GEOTERMICZNE LUBELSKIEGO ZAGŁĘBIA WĘGLOWEGO
W REJONIE ŁĘCZNEJ
Potrzeba syntezy badań geotermicznych przepro-wadzonych w obszarze Lubelskiego Zagłębia "Węglo-wego wiąże się z planowarią budową kopalń eksplo-atujących nowo odkryte zasoby węgla. Została ona zasygnalizowana Zakładowi Geofizyki Instytutu Geo-logicznego przez Oddział Górnośląski IG w Sosnow-cu. Niniejszy artykuł jest próbą rozwiązania proble-m ó w rozpoznania warunków geoterproble-micznych w re-jonie Łęcznej. Zagadnienie to ma szczególne znacze-nie dla kopalnictwa, gdyż budowane tu kopalznacze-nie węgla będą bardzo głębokie, a ich poziomy w y d o -bywcze będą występowały na głębokościach ok. 800—
1000 m (5, 6).
M E T O D Y K A OKREŚLANIA P A R A M E T R Ó W GEOTERMICZNYCH Pomiary geotermiczne w L Z W zostały wykonane w otworach wiertniczych: Dorohucza, Lublin, Łęcz-na, Cyców, Ostrówek, Syczyn i innych, wierconych zarówno z inicjatywy Instytutu Geologicznego, jak i przemysłu węglowego. Pomiary wykonywano ter-mometrami elektrycznymi. W większości przypad-ków były to przyrządy produkcji radzieckiej typu ETS. Przypomnę tylko, że zasada pomiaru tempe-ratur za pomocą takich termometrów opiera sie na zjawisku liniowych zmian oporności elektrycznej czułego elementu pod wpływem temperatury. Dla tego typu termometrów błąd pomiaru temperatury waha się w granicach od 0,1 do 0,3 °C (3). Na głę-bokości końcowej pomiaru wskazania termometru elektrycznego sprawdzane były termometrami ma-ksymalnymi.
Błędy określenia rzeczywistej wartości temperatur wgłębnych wiążą się z faktem zaburzenia stanu równowagi cieplnej w otworze przez procesy wiert-nicze. Stąd też podstawowym warunkiem przepro-wadzenia dokładnych obserwacji rzeczywistej tempe-ratury w odwiertach wiertniczych jest pozostawienie otworu w stanie spokoju, tak abv ustaliła się rów-nowaga cieplna, tzn. by temperatura płuczki wiert-niczej odpowiadała rzeczywistej temperaturze skały na danej głębokości.
W rzeczywistści czas ustalenia sie warunków idealnych jest nieskończony, jednak już PO kilku dniach tzw. stóiki wiertniczej różnice miedzy rze-czywista temperatura skały a temperatura płuczki iest stosunkowo niewielka, gdyż początkową różnica temperatur miedzy nłuczka a skała maleie w rzasi". w przybliżeniu zgodnie 7. funkcja wykładnicza, iak t" poddali Daehnow t Diakonów (9Л oraz Diakonów (3V Autorzy ci podali również zbiorv krzvwvc'i НЬ określenia w snosób przybliżony czasu stóiki w!
<»rt-niczei t- potrzebnego na ustaleni» temnerat.urv
rze-czvwistei z zadanvm błedem. Formuła Dschnowa, Diakonowa ma następującą postać:
ЛТ / r. I
gdzie To — rzeczywista wartość temperatury warstw na zadanej głębokości;
Ti y — temperatura roztworu wypełniającego od-wiert w momencie ukończenia prac od-
wiert-niczych {czas tj),
T f , — temperatura w momencie pomiaru po czasie t2,
a — temperaturowa przewodność środowiska, r — średnica odwiertu.
Diakonow (3), przyjmując wartość a równą prze-wodności temperaturowej wody (0,5 • 10—3 m2/godz.)
i zadając dopuszczalny błąd określenia rzeczywistej wartości temperatury 6T, podał następującą przy-bliżoną zależność, z której określamy czas t2 (czas stójki wiertniczej).
<5T / r2 \
w , = 1 - e x p r ^ r 1 0 ) - - - t 2 ]
Ponieważ mamy dane o czasie pozostawania otworu w spokoju, tj. szacunkowe dane o różnicy temperatur AT między skałą a płuczką w momen-cie czasu t: oraz dane o średnicy odwiertu, istnieje więc możliwość przybliżonego oszacowania błędu ÔT rozwiązanego z nieustaloną równowagą cieplną.
Przyjmując dla badanych otworów wiertniczych wartości r = 7"—9", Лт=25—30 °C, czas stójki
wiert-niczej w granicach 4—11 dób otrzymujemy błędy określenia rzeczywistej wartości temperatury w gra-nicach 0,5—1,5 °C. Są to przybliżone błędy związane z zaburzeniem powodowanym przez nieustalony w sposób idealny stan równowagi cieplnej. Oczywiście
niezależnie od tego mamy błąd samego pomiaru temperatury wahający się w granicach ±0,1—0,3 °C, który wiąże się z dokładnością przyrządu (termo-metru elektrycznego i aparatury rejestrującej).
Poza pomiarem temperatury, podstawowymi pa-rametrami służącymi opisowi pola cieplnego Ziemi
<5T
są; gradient geotermiczny, grad T = •—roraz strumień <5H
cieplny Q=K gradT, gdzie К jest wartością prze-wodności cieplnej.
W związku *ze zmianą przewodności cieplnej w profilu odwiertu gradient geotermiczny zmienia się z głębokością. Z tego też względu w niniejszym artykule podano wartości średnie ważone grad T/
2 Hi grad Ti
/gardT/sr, = — = gdzie grad Ti jest war-2 tli
i
tością gradientu pomierzonego w warstwie o małych zmianach przewodności cieplnej (grad Tj=const).
Wobec faktu, że obok transportu ciepła w sposób konduktywny mamy przepływy ciepła w postaci przewodnictwa konwektywnego spowodowanego cyr-kulacją wód, zatem wartość strumienia cieplnego będzie określona związkiem:
Q = К grad T + Kk grad T... [3] gdzie Kk — wartość składowej przewodności
zwia-zanei z cyrkulacją wód podziemnych, К — wartość składowej konduktywnej przewodności cieplnej skał. Inaczej można zapisać:
Q = g r a d T i ? ± grad T hv tg a cn [4] gdzie v — prędkość filtracji wód przenoszących
cie-pło, h — miąższość horyzontu wodonośnego, « — kąt nachylenia warstwy wodonośnej, с — pojemność cie-plna, g — gęstość wody.
1,6 ?,,S 'Ç/Шт t5°C/-IOÛm / U {S'C/Mm <f •17 V W'С/100 m
Ryc. 1. Rokład wartości średnich gradientu geoter-micznego dla nadkładu osadóro karbonu w rejonie
Łęcznej.
Fig. 1. Distribution of mean values of geothermal gradient for the blanket of Carboniferous deposits of
Łęczna region.
Konwektywny transport ciepła ma często miejsce w utworach jury. W obszarze LZW ze względu na przepuszczalność i zawodnienie ciepło może być w nich przenoszone na drodze przepływów wód. Stąd też znaczenie rozpatrzenia tego problemu.
W przypadku, gdyby przepływ ciepła w płasko-równolegle zalegających warstwach skalnych o prze-wodnościach cieplnych Ku K2... Kn odby wał się tylko na drodze przewodnictwa skał mielibyśmy spełnioną równość:
(grad Tj) K, = (grad T2) K2 = , . . . , = (grad T„) K„... |5]
gdzie: grad Ti, i=l,2...n wartości gradientu geoter-micznego dla warstw o przewodnościach cieplnych K j K2...K„. Ciągłość strumienia cieplnego wynikająca z powyższego równania może być zaburzona w przy-padku istnienia przewodnictwa konwektywnego Ku. Stąd też wyliczenie wartości strumienia cieplnego w warstwie o małej przepuszczalności oraz wylicze-nie składowej konduktywnej strumienia w warstwie o dużej przepuszczalności (gdzie istnieje filtracja wód wpływająca w sposób istotny na transport ciepła) pozwala na określenie wielkości składowej konwektywnej strumienia cieplnego dla takiej
war-stwy w badanym rejonie.
Następnym zagadnieniem jest problem określania temperatur na głębokościach, gdzie nie mamy bez-pośrednio danych pomiarowych. W przypadku, gdy nie obserwuje się dużych zmian przewodności ciepl-nej z głębokością można posługiwać się związkiem:
T// = Tffg + /grad Thr АН... [0] gdzie TH — temperatura wyliczona dla głębokości H, T„o — temperatura pomierzona dla danej głębokości H0, Z!H = H—H0 (m). Jednakże wartości temperatury
Л-3
'J.0 Д0Г/Ш»
IS't/iOO* •u
Ryc. 2. Rozkład wartości średnich gradientu geoter-micznego dla karbonu w rejonie Łęcznej. Fig. 2. Distribution of mean values of geothermal gradient for Carboniferous deposits of Łęczna region.
Ю 15 20 25 30 35 40 T'C 10C 20C Э0С 400- 500-600 70C 8ЭС 900 1000 1100 1200 H(m)
Ryc. 3. Charakterystyczne profile temperaturowe w wybranych otworach rejonu LZW.
Fig. 3. Typical temperature profiles of selected bore-holes from the area of Lublin coal basin.
/ •',])-1 ^ «152 .о
Ryc. 4. Rozkład wartości temperatur dla głębokości 0,2 km w rejonie Łęcznej.
Fig. 4. Distribution of temperature values for the depth of 0.2 km in Łęczna region.
uzyskane w ten sposób dla głębokości, gdzie nie mamy pomiarów T są bardzo przybliżone, gdyż nie uwzględnia się tu zmiany przewodności cieplnej z głębokością przyjmując ją za stałą. Ekstrapolacji ta-kiej można dokonać jedynie do niewielta-kiej głębo-kości w obrębie warstwy o małych zmianach war-tości K. W przypadku wielowarstwowego profilu skał osadowych temperatura na głębokościach N może być wyliczona ze związku:
\4 Hi
T „ = T t 7 ]
i
gdzie: Q — wielkość gęstości powierzchniowego stru-mienia cieplnego, Hi — miąższość kolejnej warstwy w profilu wiercenia, Ki — przewodnictwo cieplne skał danej warstwy. Również i w tym wzorze nie uwzględnia się produkcji ciepła przez warstwy pię-tra osadowego, stąd także i w tym przypadku okre-ślenia temperatury można dokonać ze związku [7] dla niewielkich głębokości (rzędu kilku kilometrów). Posługując się wzorem [6], przy znajomości tempe-ratury stropu karbonu i wartości średniego gradien-tu geotermicznego, można określić przybliżoną tem-peraturę dla głębiej leżących warstw karbońskich. W przypadku badań geotermicznych w LZW mamy wiele bezpośrednich danych pomiarowych do głębo-kości 1000—1400 m.
C H A R A K T E R Y S T Y K A POLA GEOTERMICZNEGO
OBSZARU L Z W
Pierwsze szersze opracowanie danych geotermicz-nych z obszaru SE Polski zawdzięczamy S. Depow-skiemu, I. Sapule (6) oraz S. Plewie (10) dla obszaru całej Polski. Fakt, że LubelsKie Zagłębie Węglowe zalega na SW krańcu platformy wschodnioeuropej-skiej (4, 12) ma znaczenie dla geotermiki tego obsza-ru, jako że obszarami o najdogodniejszych dla ko-palnictwa warunkach termicznych są właśnie
plat-SPIS OTWORÓW Z REJONU L. Z. W. W KTÓRYCH WYKONANO BADANIA GEOTERMICZNE Nazwa otworu ]»4orwal pomiaru
ti^ mporat liry
Stójka wif rtniczfl w dobach Dor,(huczą IG-2 01 J .40(1 4 Dorohuc/.a 1С-4 55 1170 10 Syezvn IG-1 05 1100 3 Cyców IG-4 75 - 1100 10 Cyców IG-0 10 - 1249 11 Cyców IG-7 81 - 1200 9 Ostrówek IG-2 94 —1094 8 Lublin 4 05 1040 4 Lublin 3 75 - 025 4,5 Lublin 7 08 100!» 4,5 Lublin 8 25 - 785 5.5 Lublin 13 35 — 920 4 Lublin 14 30 - 1040 5,5 Lublin 20 55 — - 725 5 Lublin 21 45 - 975 4 Lublin 23 85 -1121 4 Lublin 25 53 - 1 0 7 0 4 Lublin 24 40 -1055 4 Lublin 27 72,5 - 880 4 Lublin 28 34 953 (i,5 Łęczna IG-4 45 —1090 8 Łęczna Ki-9 40 -1410 8
Л
.159 \ .2Q2 / . 1 8 , 6 192 ) / / '196 / •o '9Ryc. 5. Rozkład wartości temperatur dla głębokości 0,5 km w rejonie Łęcznej.
Fig. 5. Distribution of temperature values at the depth of 0.5 km in Łęczna region.
P g Ю 0 0 о т ч 1 „н со i 1 O C5 С a : С - - f L— ' ~1 1 0 1 i t i . ! J . ! , 1 Й Д «M со T t 2
=
! 0-1 j " 1 ' N O l t o O l co O l O l 1С œ 0 4 X 0 4 « t o co I -t-t o 1С д I g • , j , J , J , ! 1 s S N " 1 S s СО T t X (M -Ю c . c o * œ t o j t o - t t o I— 1С T t t - 0 o S ^ Й Д 2 J L— 1 — X эо e n О ! о (M I N O l <N O 0 4 O l co O l Ó l 0 4 j ó3 œ 0 4 r -0 4 X O l ô i CO j t o ! 0 4 T f CO с о c o • , я X 1С 1 - г - . X o co ^ co X 0 4 с - ас 0 •""i M g ( N t o 1 T t ю 'JD X X 2 - Г i I N 0 4 0 4 c o O l 0 4 5 5 X O l j S t o 0 4 t o с о T t 1С CO C_) о со" - t t o о j С 1 ' M X о S 3 X - Г i -O l O l o i O l o i 0 4 - t O l 0 4 co 0 4 о , I cc o î |co со с о T t t o O l a s CO X CO ' ^ ! I ю СО O l о X c o o X - 0-1 X LC Q о ю t - 0 — с о o '6" - ® U О i ! 2 1 ! 2 i ! 2 f - X œ - н o I N O l O l co O l CO O l TC 0 4 O 0 4 O l - OJ t o t o t o s 1С t o CO c o CO о § l O г о - t X сг О C l œ o ' « N 0 4 0 ) I N о . co' O , co' O l ' t O l Ł— 1С O l L -0 4 CO X O l « t o CO -T t 0 0 с. 1С со 5C CO œ i • 1 ЛА 'Л - О с 0 4 О £ x с о i c - t ' ' M jc i c i— 1С ^ X I N 2 t ^ O l 1С O l O l 0 4 O l CO e s T f 0 4 co -J5 0-1 1С O l 1С O l s 1С Î -O l 1 i i • 2 Я о о о г - СО ^ O I I N t - I— X t o c o_
» 1 . 1 . • 2 Я о о 2 X X ô 5 0 5 я I N O l I N 0 4 c o c o O l O l 1С 0 4 s c : 0 4 о со t o • é c i -J = " со С4! С ! со со со X Ю X T i - 0 4 X X • é c i -J = " со - X г » ô î 0 0 1 I N I N я O l O l co c o 0 4 O l - Ф 1С 0 4 я Г— 0 4 1 • S c o t O X T t е i— (M X ю O usrt
T t ł 1С со O T t О О • S c o - t ^ X 2 S 5 5 5 я ( N I N I N O l O l c o O l c o 0 4 O l 1С O l О } o i có t o O l T t со - 2 я - * - î ' - Я O l M œ ю со ю C - o c o _ 4 t o o - t [ - со О - 2 я - * - î ' - Я O l M 2 r - X X s S s S O l O l c o ОЧ co O l TC 0 4 1С 0 4 0-1 ZD CA X œ O-l t o 0 4 с о T t CO 1 1 1 • 2 я « T t ! - t o t— (M ! - о c o o ^ 1С 0 4 ! - œ o i c X_
О 0 4 • 2 я « со со О 1 - t— X X О ! CS 0 0 1 0 4 O l 0 4 O l t o O l T t 0 4 o 0 4 0 4 X 0 4 со t o CO CO à Я - H Я ^ о ч ^ i c X T t о T t o i t— I N X o Tt< 0 4 « T t CD S i 1 -à Я - H Я ^ о ч i c 1С 1С СО t— I - X X O l o 5 O l 0 4 O l CO 0 4 O l T t 1С 0 4 ! 0 O l X 0 4 ! 1 1 1 1 ! • é Я О со X i c T t 0 4 о OS t— O o 1С • é Я О 0 4 0 1 со T t ю 2 F-H ! - ao 2 o 0 4 0 4 O l 0 4 1 1 1 1 1 1 • j a - »Ś
" " " 0 0 [ -1(5 0 0 0 1 0 5 » 0 4 T f CN ОД 0C I N I N « 5 t o ' O l t o O l T t 0 4 I -1С 0 4 O l î -CO 0 4 m 1С « 0-1 t o 0 0 i i i • 2 . Я t o_
1С 0-1 г - . СО со а «О 1— 1С œ œ • 2 . Я t o о со 1 - X x C i о « s O l 0<1 0 4 CO O l O l 1С 0 4 1 -O l œ 0-1 t ó 1 ! i 1 1 l • 2 . я оо T t н o s I N O o_
t ^ t -• 2 . я оо со X 2 2 о с ч CN o g e i ' c o 0 4 -t< 0 4 i f oq 1С O l j 1 1 1 1 1 1 1 i-.s^ о о ^ œ оо со ю « o OS ^ O c o 1С T t 1С X t Ł : X i-.s^^
CM 2 2 T t 1С о X X o 0 4 0 4 O l 0 4 O l CO 0 4 1С O l [ -0 4 X O l « 0 4 CO 1 i i i i о Ю о , i - -J4_
^ I N X * * o c o 0 4 I N X о t o p - S J ~ ' I— сс Р-Н X - t о О ) я ! N I N 0 4 O l 0 0 O l CO 0 4 ( N 1С O l » O l 1 -O l ô i с 0 4 t o i 1 1 1 I ] 1 1С ^ о со г : со Ć3 -X ОС СП s Ô i I N 0 4 I N O l |co ОЧ j o i ! 1 1 1 1!
j i i 1 Ń ^ O l X « О ) r - X t o ( N o 0-1 œ o О x 0 4 ! ! & Й О h J l-H - t , T t о t— X —H s n i " ' O l l o i 0 4 0 4 0 4 CT co 0 4 1С 0 4 t o O l 1--0 4 I ®l o i 2 1 ô i ! • 1 ! 1 1 Łęcz -na IG 9 s o с о ' t 1С T t (M L— CM 0 0 1 OS 0 0 C Î L— 5 5 I N co o i O l h CO O l [ O^ - t ' 0 4 1С 1С 0 4 О 1— 0 4 с œ ' о , SO t ô i О t o ' t o CO T t T t CO t o i 0 CO т ч i к * T f - t T t T t * r -M о S-* О 1С О О ! 1Q O l О со " О со l!5 o l O •o Ю§
1С O O 1С X TO С .2
1С 1С 0 1СS
1^9 !
Ryc. 6. Rozkład wartości temperatur dla głębokości 1 km w rejonie Łęcznej.
Fig. 6. Distribution of temperature values at the of 1 km in Łęczna region.
He
3 '
Ryc. 7. Rozkład wartości temperatur dla stropu kar-bonu w rejonie Łęcznej.
Fig. 7. Distribution of temperature values at the top of the Carboniferous in Łęczna region.
formy prekambryjskie (7, 8). Jest to przyczyna, iż w Ьл; rolsce obserwuje się stosunkowo niskie tem-peratury wgłębne i niskie średnie wartości gradien-tu geotermicznego (7, 8).
Wartości gradientu geotermicznego LZW w bada-nym rejonie Łęcznej w utworach karbońskich różnią się wyraźnie od wartości w nadkładzie osadów kar-bońskich. Wartości grad T w karbonie są dużo wyż-sze od wartości w jego nadkładzie. Wniosek ten nasuwa się bardzo wyraźnie po analizie map war-tości średnich gradientu geotermicznego. Mapy grad T wykonano dla nadkładu osadów karboń-skich oraz dla karbonu. Wartości grad T określono z krzywych profilowań temperatury posługując się wzorem na średni gradient geotermiczny. Z przed-stawionych map (ryc. 1 i 2) wynika, że wartości grad T w osadach karbońskich w badanym obsza-rze są wysokie i sięgają maksymalnie wartości 3,1 °C/100 m wahając się w granicach (2,3 °/100 m — 3,1 °C/100 m), natomiast dużo niższe, niekiedy trzy-krotnie mniejsze wartości grad T, obserwujemy w utworach nadkładu karbonu (kenozoik, trias, jura, kreda), gdzie mamy wartości minimalne ok. 1,1 °C/100 m, a maksymalne 2—2,4 °C/100 m. Daje się też zauwa-żyć, że najniższe wartości dla nadkładu karbonu mamy w pewnej określonej strefie rozciągającej się z N na S. Wartości wzrastają w kierunkach na E, SE i najprawdopodobniej na W od strefy najniż-szych wartości grad T (ryc. 1). Różnicę między gra-dientem geotermicznym w nadkładzie karbonu a po-niżej stropu karbonu widać również na załączonych wybranych profilach temperatur z otworów Łęczna 4, Lublin 28, Cyców 4, Cyców 6, Dorohucza 4. Przyrosty temperatury ze wzrostem głębokości są dużo większe poniżej stropu karbonu niż to się obserwuje w jego nadkładzie (ryc. 3).
W celu przestrzennego prześledzenia zmian tem-peratur dla danych głębokości zarówno w nadkładzie osadów karbońskich, jak też w karbonie w y -konano mapy geoizoterem dla głębokości 0,2 km, 0,5 km, 1 km oraz dla głębokości zalegania stropu karbonu (ryc. 4—7). Z analizy map wykonanych dla jednego poziomu głębokościowego 0,2 km, 0,5 km lub 1 km wynika, iż charakter zmian przestrzennych wartości temperatury dla głębokości 0,2 i 0,5 km, czyli w obrębie utworów nadkładu osadowego kar-bonu jest różny od charakteru zmian przestrzennych
wartości temperatur dla głębokości 1 km, czyli w obrębie utworów karbońskich. Dla głębokości 1 km izollnie wartości temperatur mają ogólnie przebieg o kierunku NW—SE. Jak wynika z przedstawionej mapy geoizoterm dla stropu karbonu (ryc. 7) war-tości temperatur zmieniają się tu w granicach 21,5— 26,3 °C. Dla głębokości 1 km temperatury zmieniają się w granicach 27,2—35,9 (ryc. 6).
Temperatury pomierzono dla większych głębo-kości (tab. II), m. in. w otworach Łęczna IG-9, Do-rohucza IG-2 oraz Cyców 6. Wskazują one na fakt, że zaobserwowany dla' głębokości 1 km charakter zmian w karbonie utrzymuje się. W otworze Doro-hucza IG-2 na głębokości 1250 m mamy 35,7 °C (dla głębokości 1 km 28,7 °C), w otworze Cyców 6 na głębokości 1250 m mamy temperaturę 41,3 °C (dla 1 km — 34,5 °C), dla otworu Łęczna IG-9 — 1250 m — T=40,7°C, (dla 1 km T = 33,6 °C). Na głębokości 1350 m temperatura dla otworu
Dorohu-cza IG-2 wynosi 41,1 natomiast dla głębokości 1,4 km w otworze Łęczna IG-9 — 46,1 °C.
Z punktu widzenia problemów eksploatacji na-leży zauważyć, że już na głębokości 1 km tempe-ratury przekraczają w badanym obszarze wartości „temperatur krytycznych" przyjmowanych w górnic-twie (dla wyrobisk, w przypadku kopalni wilgotnej, nie więcej niż 28 °C). Wartości temperatur pomie-rzonych w badanym rejonie przedstawiono w
ta-beli II.
Interpretacja wyżej zaobserwowanych charaktery-stycznych różnic w parametrach geotermicznych cha-rakteryzujących karbon oraz jego nadkład może być dokonana na podstawie znajomości wielkości prze-wodnictwa cieplnego osadów karbońskich i nadkła-du oraz wartości gęstości powierzchniowego stru-mienia cieplnego Q.
Badania parametrów cieplnych skał w zagłębiach górniczych prowadzone były w Polsce przez K. Chmurę (1). W LZW badania przewodnictwa ciepl-nego skał prowadzone były przez T. Mazaka (9), który stwierdził, że w nadkładzie średnia wartość przewodnictwa cieplnego skał wynosi 1,536 kcal/m?i0C, natomiast w karbonie wartość średnia przewodności cieplnej wynosi 2,423 kcal/mh°C. Tak duża różnica w wartości przewodności cieplnej skał karbonu i jego nadkładu wskazuje również na fakt, że osady
kar-Ryc. 8. Profil temperatury, przewodnictwo cieplne i gradient geotermiczny w otworze Łęczna IG-9. Fig. 8. Temperature profile, heat conductivity and geothermal gradient in the borechole Łęczna IG-9.
bonu i jego nadkładu będą różniły się wyraźnie wartościami składowej konduktywnej strumienia cieplnego, szczególnie gdy wziąć pod uwagę fakt,
iż wartości średnie grad T w utworach nadkładu są dużo niższe niż wartości średnie gard T w war-stwach karbońskich, jak to wykazano powyżej.
Potwierdzeniem tej tezy są badania strumienia cieplnego w otworze Łęczna IG-9. Wyliczono średnią ważoną wartość grad T dla nadkładu osadów kar-bonu (grad T = 1,67 °C/100 m) oraz dla karkar-bonu (grad T = 2,95 °C/100 m) w tym otworze. Średnie wartości przewodnictwa cieplnego są następujące: dla nadkładu osadów karbonu K = l,54 kcal/m7i°C, natomiast dla karbonu К = 2,22 kcal/mh°C.
Korzystając ze wzoru na strumień cieplny wyli-czono wartości składowe dla osadów karbonu i jego nadkładu. Dla nadkładu wartość strumienia QN = = 0,70-10—6 cal/cm2s, natomiast dla karbonu Qc=
= 1,79-10—15 cal/cm2s. Wartości te są wyraźnie różne,
widać więc, że nie zachodzi tu ciągłość składowych strumienia cieplnego według związku [5].
Analiza krzywej temperatury dla omawianego po-miaru (ryc. 8) wskazuje, że w nadkładzie karbonu ma ona bardzo wyrównany charakter, a zmiany temperatury z głębokością są bliskie prostoliniowym. Jednocześnie, jak to już wspomniano, mamy tu bar-dzo niską wartość grad T, zatem prawdopodobnie nastąpiło pewne wyrównanie ciepła w pionie. Brak ciągłości interwałowych wartości strumienia cieplne-go konduktywnecieplne-go Q N = £ Q C , Q N < Q C może świadczyć 0 tym, że w nadkładzie osadowym oprócz przewod-nictwa cieplnego występuje zjawisko transportu cie-pła na drodze ruchów wód zawartych w porach skał nadkładu (w utworach kenozoicznych oraz jurze 1 kredzie) obok zjawiska przewodzenia ciepła w sposób konduktywny. Stąd wartość całkowita stru-mienia cieplnego w nadkładzie jest sumą składowej konduktywnej Qn=0,7 • 10—6 cal/cm2s i
konwektyw-nej, jak to wynika ze związku [3].
Przyjmując, że strumień cieplny pomierzony w stosunkowo słabo przepuszczalnych utworach kar-bońskich odpowiada wartości całkowitej tego para-metru (nie mamy tu istotnego konwektywnego prze-wodzenia ciepła), można na podstawie związku '(3] określić, iż wielkość konwektywnej składowej stru-mienia dla nadkładu wynosi Qc—QN=1,09 • 10—6
cal/cm2s.
Jak już wspomniano, podobne zjawisko obserwo-wane jest w całym obszarze, gdyż pomierzone war-tości grad T w nadkładzie karbońskim są mniejsze od wartości grad T dla karbonu i jednocześnie prze-wodność średnia skał karbońskich jest wyższa od przewodności cieplnej skał nadkładu (wyłączając z tego węgle charakteryzujące się bardzo niskimi war-tościami przewodnictwa cieplnego).
ZAKOŃCZENIE
Zachodzi więc pytanie, jak wygląda charaktery-styka geotermiczna karbonu w rejonie Łęcznej na tle geotermiki całego obszaru SE Polski. Pomierzone wielkości grad T w karbonie w tym rejonie wska-zują na to, że najwyższe wartości grad T dla kar-bonu mamy właśnie w LZW, najbardziej zasobnym w węgiel. W obszarze tym (ryc. 2) wartości grad T dla karbonu sięgają 3,1 °C/100 m i w przeważającej większości są wyraźnie wyższe od wartości 2,6 °/100
metrów.
Wartości grad T dla karbonu w utworach leżą-cych w SE Polsce, poza obszarem najbardziej za-sobnym w węgiel (wg mapy Z. Dembowskiego, 5), są dużo niższe. W otworach tych mamy następujące wartości grad T: dla Żebraka IG-1 — 2,2°C/100 m, dla Żyrzyna — 1,8°C/100 m, dla Tomaszowa Lubel-skiego — 2,4 °C/100 m, dla Tyszowców IG-1 — 2,2 °C/100 m, dla Dorohuczy IG-1 — 2,3 °C/100 m, dla Radzynia IG-1 — 2,2 °C/100 m, dla Magnusze-wa IG-1 — 2,1 °C/100 m. Odpowiadający tym Magnusze- war-tościom gradientu strumień cieplny byłby bliski prze-działowi wartości 0,9—1,4 • 10—6 cal/cm2s, a więc
niż-szy od wartości strumienia cieplnego stwierdzonego w otworze Łęczna IG-9 (Q=l,8 • 10—6 cal/cm2s). Tak
więc obszar zagłębia węglowego w rejonie Łęcznej (szczególnie w strefie najbardziej produktywnej) cha-rakteryzuje się wysokimi w stosunku do obszarów
otaczajqcych wartosciami strumienia cieplnego i war-tosciami srednimi gradientu geotermicznego dla kar-bonu.
Podsumowujqc stwierdzic nalezy, iz warunki geo-termiczne w omawianym rejonie LZW Sq
stosunko-wo sprzyjajqce. W warstwach karbonu do gl~bokvsci
1 km, czyli w interwale, gdzie b~dzie nast~powala
eksploatacja, temperatura waha si~ srednio od 22
do 24 QC dla stropu ka,rbonu i 28-35 QC na glGbo-kosci 1000 m, a wfGc w poblizu "temperatury
kry-tycznej" dla kopalnictwa. Dla wit:~kszych g!<:bokosci
temperatura wzrasta srednio 2,5-3,0 QC na kazde
100 m. Temperatura na gl~bokosciach ok. 1,5 k:n
b~dzie najprawdopooobniej bliska 50 QC.
Na zakonczenie aut~r chcialby podzi~kowac mgr
inz. T. Mazakowi z Oddzialu G6rnoslqskiego IG n
udostGpnienie danych 0 przewodnosciach cieplnych
skal w otworze L~czna IG-9.
LITERATUHA
1. Ch mu r a K. - Wlasnosci fizyko-termiczne skai
niekt6rych polskich zagl~bi g6rniczych. Wyd.
Siqsk, Katowice, 1970.
2. D a c h now W. N., D i a k 0 now D. 1. -
Tier-miczeskije issledowanija skwazin. Gostoptiechiz-dat, Moskwa, 1952.
3. D i a k 0 now D. J. - Gieotiermija w nieftianoj
gieologii, Ibidem, Moskwa, 1958. SUMMARY
The paper presents the characteristics of geothelr-mal field, geoisotherm maps and mean values of geothermal gradient for the area of newly disCQve-red Lublin coal basin. The studies have shown that the values of the geothermal gradient a,re much greater in Carboniferous strata than in the blanket deposits. The differences a,re interpreted in terms of the effect of conective heat flow ,in permeable and water-bearing Jurassic, Cretaceous and Tertiary strata. The temperature conditions prevailing at the depths at which the coal exploitation is planned, 0.8-1 km depths, appear to be advantageous. The temperatures do not exceed 36 QC at 1 km depth. The value of heat flow calculated for the area studied is relatively high, equal 1.79 NFV. The geothermal conditions under which Carboniferous strata occur here are anomalous in respect to those prevailing in the neighbouring areas 0 the Lublin
region.
4. De m bow ski Z. - Warunki
geologiczno-g6r-nicze w Lubelskim Zagl~biu W~glowym, Kwart.
geol., 1974, nr 3.
5. De ID bow ski Z. - W~giel kamienny,
Lubel-skie Zagl~bie W~glowe. Biul. lnst. Geol., 1970,
251.
6. De pow ski S., Sap u 1 a I. - Wyniki badan
termicznych wykonanych w poludniowo-wschod-niej cZGsci Nizu Polskiego. Kwart. geol., 1969, nr 1.
7. M a j 0 row i c z J. - Obraz pola cieplnego
Zie-mi w obszarze Polski, Roczn. Pol. Tow. Geol., 1974, z. 2-3.
S. M a j 0 row i c z J. - Heat flow in Poland and
its relation to the geological structure. Geother-mics, Pisa, 1973, no. 1.
9. M a z a k T. - WstGpne wyniki badan
termicz-nych serii wGglonosnej zloza wGgla kamiennego
okolicy L~cznej, Kwart. geol., 1972, nr 2.
10. P le waS. - Regionalny obraz parametrow
geotermicznych Polski. Wyd. Geof. Geol. Naft. Kra'k6w, 1966.
11. W G s i e r s k a M. ~~ A study of terrestrial heal
flux density in Poland. Mat. i Pr. lnst. Geofiz., v. 60, Warszawa, 1973.
12. Z nos k 0 J. - Pozycja tektoniczna Polski na
tle Europy. Biul. Inst. Geol., 1970, 251.
PE3IOME
B CTaThC ~aHa xapaKTepJ1CTHKa reoTepMwlecKoro
nOJIR B patiol!e HOBOBhIRBJIeIiHOrO JIlO6JIHHCKOro yrOJIh-!loro 6accel4lIa. IIpJ1JIOmeHhl KapThl reoJ130TepM H
npJ1-Be~ellhl cpef\IIHe BeJIW-IJ1Hhl reOTepMHQeCKOrO rpa~J1ell
Ta B 3TOM patioHe. OTMe'IeHhl HaMHoro BhIClllJ1e
3Ha-'leHJ1R reoTepMWleCKoro rpaf\J1eIlTa B rrop0.L\ax Kap60Ha
no cpaBHeHMIO c nepeKphIBaIO~HMJ1 OTJIOmellJ1RMJ1.
3Ta pa3HJ1l\a 06'bRC'IREoTCR KOllBeKTJ1BHhIM
TerrJIo06Me-JlOM B npOHJ1l\aeMhIX J1 BOf\OHOCHhIX rropo~ax IOPhl,
Me,rra H Tpel'J1QHCI4 CJ1CTeMhl. Ha r JIy6J1HaX
npOeKTJ1-pyeMol4 ~06LlqJ1 yrJIel4 (-0,8 - 1 KM) TeMnepaTYPHhle
YCJIOBHR CpaBlIJ1TeJIbEO 6JIarOrrpJ1RTHhl. Ha rJIy6mle
r:opR~Ka 1 KM TeMnepaTYPhl He npeBhllllalOT 36QC.
BeJIWIHHa TenJIOBOrO nOT'OKa B pawoHe 6accetiHa, pac-nOJIaralOlllerOCR B 3ana,llH0I4 nepmpepW!eCKoti 30He
,1'OKeM6pJ1WCK0I4 mIaTcPoPMhI, BhlCOKaR 11 ,lIOCTJ1raeT
1.79 HFU. reoTepMWleCKJ1e YCJIOBHR Kap60Ha B 6accel4-lie allOMaJIbllbI no OTHOllleHHlO K reoTepMwlecKMM
YCJlOn1J1M H Kap60lle npJ1JIeralO~J1x pawoIlOFl
