kopalnianego (metanu), a w d³u¿szej do wzrostu wielkoœci jego eksploatacji.
3) Wprowadzenie na obszarze GZW nowych (spraw-dzonych w USA) technologii eksploatacji metanu pok³adów wêgla jako kopaliny g³ównej z zastosowaniem otworów horyzontalnych mo¿e przynieœæ wymierne korzy-œci w postaci niezale¿nokorzy-œci energetycznej. Jednak¿e obec-na sytuacja rynku gazowego w Polsce, jak równie¿ trudny dostêp do taniej technologii wydobywczej nie sprzyjaj¹ inwestowaniu w zagospodarowanie MPW. Tê sytuacjê mo¿e poprawiæ aktywnoœæ pañstwa, które bêdzie wspieraæ inwestycje w gaz niekonwencjonalny oraz odblokuje bariery administracyjne.
4) Cenna jest mo¿liwoœæ wykorzystania otworów poziomych do eksploatacji MPW jako geogeneratorów do podziemnego zgazowania wêgla w z³o¿u, a nastêpnie jako zbiorników podziemnej sekwestracji CO2.
Literatura
Bilans zasobów kopalin i wód podziemnych w Polsce wg stanu na 31
XII 2006 r., 2007. Wyd. PIG. Warszawa.
CAMERON J.R., PALMER I.D., LUKAS A. & MOSCHOVIDIS Z.A. 2007 — Effectiveness of horizontal wells in CBM. International Coal-bed Methane Symposium, Tuscaloosa, Al.
FISHER J. 2005 — CBM is the Place to Be. Oil and Gas Investor, A Supplement, December 2005.
GRUDNIK J. & W¥TOR L. 2000 — Ocena mo¿liwoœci eksploatacji metanu wolnego nagromadzonego przy stropie utworów karbonu w z³o¿u KWK Silesia. Pr. Nauk. G³. Inst. Gór. Ser. Konf. 8.
GRZYBEK I. 1998 — Emisja i wykorzystanie metanu w kopalniach Rybnickiego Okrêgu Wêglowego. Mat. konf. Ochrona œrodowiska w aspekcie gospodarki wodnej oraz gospodarczego wykorzystania odpadów i metanu w Rybnickim Okrêgu Przemys³owym. III Konferencja naukowo-techniczna, Jastrzêbie Zdrój, 26.10.1998. Katowice: 173–178.
KAZUIK H., BROMEK T., CHEÆKO J. & CHUDZICKA B. 1994 — Warunki wystêpowania metanu pok³adów wêgla w Górnoœl¹skim Zag³êbiu Wêglowym i jego zasoby. [W:] Miêdzynarodowa konferencja: Wykorzystanie metanu pok³adów wêgla, Katowice, 5–7.10.1994. Fundacja na rzecz efektywnego wykorzystywania energii, Katowice. KÊDZIOR S., HADRO J., KWARCIÑSKI J., NAGY S.,
M£YNARCZYK M., ROSTOWSKI R. & ZALEWSKA E. 2007 — Warunki naturalne wystêpowania i metody eksploatacji wybranych zag³êbiach wêglowych USA oraz mo¿liwoœci rozwoju eksploatacji tego gazu w Polsce — sprawozdanie z wyjazdu szkoleniowego do USA. Prz. Geol., 55: 565–570.
KONOPKO W. (red.) 1993–2007 — Raporty roczne (1992–2006) o stanie podstawowych zagro¿eñ naturalnych i technicznych w górnic-twie wêgla kamiennego. Wyd. GIG, Katowice.
KOTAS A. (red.) 1990 — Ocena stanu rozpoznania, wystêpowania i zasobów metanu pok³adów wêgla w polskich zag³êbiach wêglowych. CAG Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
KOTAS A. (ed.) 1994 — Coal–bed methane potential of the Upper Silesian Coal Basin, Poland. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 142: 1–81. KRZYSZTOLIK P. & KOBIELA Z. 1992 — Technologia i bezpieczeñ-stwo wydobycia metanu z pok³adów wêgla oraz skutki dla przysz³ej eksploatacji wêgla. [W:] Mat. Konf. “Workshop on the recovery and end-use of coal-bed methane”. Wyd. GIG, Katowice.
KUCHARCZYK J., GRÊBSKI Z. & ZDRZA£EK E. 1965 — Zasoby gazu ROW oraz mo¿liwoœci ich wykorzystania w przemyœle. Pr. Sekr. Nauk. RZPW. Rybnik.
KWARCIÑSKI J. (red.) 2006 — Weryfikacja bazy zasobowej metanu pok³adów wêgla na obszarze Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. CAG Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
PÊKA£A Z. 1992 — Metan pok³adów wêgla Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego — problemy rozpoznawania i okreœlania zasobów. Metan pok³adów wêgla — biuletyn. Fundacja na rzecz efektywnego wykorzy-stania energii. Nr 2. Katowice.
Report of US EPA, 1991 — Poland Coal Bed Methane Report
“Assessment of the Potential for Economic Development and Utilisa-tion of Coalbed Methane Development in Poland”. US Environmental Protection Agency, Washington, DC, USA. EPA/400/1-91/032. ZYCHOWICZ Z. 1964 — Zabezpieczenie kopalñ przed eksploatacj¹ ze szczególnym uwzglêdnieniem odmetanowania. Arch. KWK „Mar-cel”, Wodzis³aw Œl.
Œrodowisko hydrogeologiczne utworów pod³o¿a karbonu produktywnego
w zapadlisku górnoœl¹skim
Andrzej Ró¿kowski
1Hydrogeological environment of the Paleozoic formations beneath the Productive Carboniferous in the Upper Silesian Foredeep. Prz. Geol., 56: 490–494.
A b s t r a c t. The investigations carried out in the deep boreholes Gocza³kowice IG-1 (3353.5 m) and Sosnowiec IG-1 (3442.6 m) in the Upper Silesian Foredeep allow to recognize the hydrogeological environment of the Paleo-zoic strata beneath the Productive Carboniferous. The results of investigations show that geological structure con-trols forming of hydrodynamic and hydrochemical conditions within the Upper Silesian Foredeep and it influences diversification of hydrogeological properties, water-bearing capacity and chemical composition of groundwater of the carbonate Lower Carboniferous-Devonian and siliciclastic Cambrian formations.
Keywords: Upper Silesian Foredeep, deep aquifers, hydrogeological environment
Oddzia³ Górnoœl¹ski Instytutu Geologicznego w Sos-nowcu w latach 70. XX w. realizowa³, zgodnie z koncepcj¹ Kotasa (1969), Projekt wierceñ parametrycznych dla
roz-poznania pod³o¿a utworów produktywnych Górnoœl¹skie-go Zag³êbia WêgloweGórnoœl¹skie-go. Celem zadania badawczeGórnoœl¹skie-go,
oprócz wyjaœnienia wielu problemów wg³êbnej budowy
geologicznej zag³êbia, by³a równie¿ weryfikacja hipotez wystêpowania z³ó¿ bituminów w pod³o¿u utworów karbo-nu produktywnego oraz rozpoznanie jego œrodowiska hydrogeologicznego. W ramach projektu zosta³y odwier-cone dwa najg³êbsze w zag³êbiu otwory wiertnicze: Sosno-wiec IG-1 (3442,6 m) oraz Gocza³kowice IG-1 (3353,5 m). Otwory zosta³y zaprojektowane tak, by osi¹gnê³y pod³o¿e serii terygenicznej dewonu dolnego i w optymalny sposób umo¿liwi³y rozwi¹zanie zadania badawczego (ryc. 1).
1
Wydzia³ Nauk o Ziemi, Uniwersytet Œl¹ski, ul. Bêdziñska 60, 41-200 Sosnowiec; adrozko@o2.pl
Dokumentacje geologiczne wynikowe obu wierceñ zosta³y wykonane w Oddziale Górnoœl¹skim IG (Kotas & Ró¿kowski, 1973a, b; Ró¿kowski & Chmura, 2001). Pod-sumowanie wyników opróbowañ i badañ z³o¿owych oraz hydrogeologicznych zosta³o przedstawione w
Sprawozda-niu z wyników badañ perspektyw wystêpowania bituminów w pod³o¿u Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego (Kotas
i in., 1973). Wyniki badañ zosta³y opublikowane jedynie fragmentarycznie, w zwi¹zku z tym w niniejszym artyku-le zosta³y one wykorzystane, z uwzglêdnieniem wyników nowszych badañ, do przedstawienia ogólnej charaktery-styki formowania siê œrodowiska hydrogeologicznego g³êbokich poziomów wodonoœnych w zapadlisku górno-œl¹skim.
Budowa geologiczna
G³êbokie pod³o¿e bloku górnoœl¹skiego, na którym jest po³o¿one Górnoœl¹skie Zag³êbie Wêglowe (ryc. 1), tworzy masyw o prekambryjskiej konsolidacji. Stanowi on najni¿-sze — metamorficzne piêtro strukturalne (Kotas, 1985, 1994; Bu³a & ¯aba, 2005). Wspomniany masyw jest czê-œciowo przykryty cienkim p³aszczem osadów kambryj-skich, a w czêœci pó³nocno-wschodniej, na kontakcie bloku górnoœl¹skiego z blokiem ma³opolskim, przypusz-czalnie tak¿e osadami ordowicko-sylurskimi. Kompleks staropaleozoiczny stanowi pierwsze osadowo-pokrywo-we, kaledoñskie piêtro strukturalne masywu (Ró¿kowski, 1995).
Cykl waryscyjski w basenie sedymentacyjnym zapa-dliska górnoœl¹skiego rozpoczyna siê l¹dowymi osadami dewonu o mi¹¿szoœciach od kilkudziesiêciu do kilkuset metrów. Osady te s¹ przykryte utworami formacji wêgla-nowej dewonu œrodkowego i górnego oraz karbonu dolne-go. Utwory wêglanowe, o mi¹¿szoœciach od kilkuset do 1200 m, wystêpuj¹ w ca³ym zag³êbiu. Najp³ycej zalegaj¹ w strefie wychodni podneogeñskich w po³udniowej czêœci zag³êbia.
Formacja wêglanowa jest oddzielona od utworów kar-bonu produktywnego seri¹ morskich osadów
i³owco-wo-mu³owcowych kulmu, wykszta³conych w facji fliszo-podobnej. Formacja ta, mi¹¿szoœci 400–1500 m, zalega zgodnie na formacji wêglanowej. Na formacji kulmu zale-gaj¹ zgodnie utwory karbonu produktywnego, osi¹zale-gaj¹ce w centralnej czêœci zag³êbia mi¹¿szoœæ 4500 m. Osady m³odszych ogniw stratygraficznych zalegaj¹ niezgodnie na tych utworach, a lokalnie utworach permu i stanowi¹ odrêbne, alpejskie piêtro strukturalne.
Na skutek przebudowy zag³êbia w czasie orogenezy alpejskiej jego przewa¿aj¹ca czêœæ znalaz³a siê w zasiêgu zapadliska przedkarpackiego, wype³nionego molasowymi utworami neogenu, a fragmentarycznie po³o¿ona jest nawet pod nasuniêciem Karpat fliszowych (ryc. 2). Oroge-neza alpejska spowodowa³a odnowienie i przebudowê struktur waryscyjskich oraz powstanie nowych struktur tektonicznych.
Charakterystyka hydrogeologiczna
Zapadlisko górnoœl¹skie w historii geologicznej prze-chodzi³o typowy dla basenów sedymentacyjnych cykliczny rozwój hydrogeologiczny. W profilu hydrogeologicz-nym zapadliska wystêpuj¹ ró¿nowiekowe piêtra i kom-pleksy wodonoœne, od czwartorzêdu po kambr w³¹cznie. Piêtra wodonoœne s¹ poprzedzielane izoluj¹cymi utwora-mi, s³abo przepuszczalnymi lub praktycznie nieprzepusz-czalnymi.
Wyniki dotychczasowych badañ autora (Ró¿kowski, 2003) wykaza³y, i¿ do rozpoznanej badaniami hydrogeolo-gicznymi g³êbokoœci, tj. do ok. 3000 m, w górnoœl¹skim basenie sedymentacyjnym ruch wody odbywa siê g³ównie pod wp³ywem ciœnienia hydrostatycznego i przejœciowego do geostatycznego. Na wiêkszych g³êbokoœciach jest on przypuszczalnie wywo³any g³ównie ciœnieniem geosta-tycznym. Wystêpuj¹ce w zapadlisku górnoœl¹skim wody g³êbokich systemów przep³ywu s¹ g³ównymi noœnikami ciep³a i materii wewn¹trz tej struktury.
W niniejszym artykule rozwa¿aniami objêto wystê-puj¹cy poni¿ej piêtra wodonoœnego karbonu produktywne-go kompleks wodonoœny wapieni i dolomitów serii
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 [m p.p.t.] [m b.g.l.] [m p.p.t.][m b.g.l.]
A Gocza³kowice IG-1 Sosnowiec IG-1 B
0 5 10km
ska³y metamorficzne i magmowe metamorphic and magmatic rocks kambr
Cambrian
formacja wêglanowa (dewon i karbon dolny)
carbonate formations of the Devonian and Lower Carboniferous osady fliszowe (wizen górny-sp¹g namuru A)
Carboniferous flysch deposits (Upper Visean-Lower Namurian A) seria paraliczna (namur A)
Paralic Series (Namurian A)
górnoœl¹ska seria piaskowcowa (namur B-C) Upper Silesian Sandstone Series (Namurian B-C) seria mu³owcowa (westfal A-dolna czêœæ westfalu B) Mudstone Series (Westphalian A-B)
krakowska seria piaskowcowa (czêœæ górna westfalu B-westfal D) Cracow Sandstone Series (Westphalian B-D)
perm-trias Permian-Triassic
utwory autochtoniczne miocenu autochthonic deposits of Miocene
nasuniêcie Karpat fliszowych Carpathian flysch overthrust uskoki
faults strefy nieci¹g³oœci
w cokole masywu górnoœl¹skiego uncorformity zones at the top of the Upper Silesian Massif
S NE
otwór wiertniczy borehole
Ryc. 1. Przekrój geologiczny przez Górnoœl¹skie Zag³êbie Wêglowe (wg Kotasa, 1994) Fig. 1. Geological cross-section of the Upper Silesian Coal Basin (after Kotas, 1994)
wêglanowej karbonu dolnego oraz dewonu górnego i œrod-kowego, jak równie¿ kompleks wodonoœny piaskowców i zlepieñców dewonu dolnego i kambru.
Wapienno-dolomityczny oœrodek skalny kompleksu wodonoœnego karbonu dolnego oraz dewonu górnego i œrod-kowego jest niejednorodny, nieci¹g³y i anizotropowy. Sieæ hydrauliczna oœrodka skalnego sk³ada siê z trzech syste-mów hydraulicznych: porowego, szczelinowego i kraso-wego (Ró¿kowski A. & Ró¿kowski J., 2008). Badania prowadzone w otworach Gocza³kowice IG-1 i Sosnowiec IG-1 (ryc. 1 i 2) wykaza³y, ¿e pod mi¹¿szym nadk³adem m³odszych utworów górotwór serii wêglanowej jest szczelny i praktycznie nieprzepuszczalny. W sieci hydrau-licznej oœrodka skalnego dominuje porowatoœæ matrycy skalnej. Szczeliny i kawerny s¹ z regu³y zabliŸnione kalcy-tem. System szczelin mo¿e jedynie lokalnie przewodziæ wodê. Nieznaczne skawernowanie masywu wêglanowego zaobserwowano w pobli¿u powierzchni niezgodnoœci for-macji fliszowej i wêglanowej, w zasiêgu strefy starej powierzchni denudacji przedpóŸnowizeñskiej.
Porowatoœæ otwarta przestrzeni porowej, okreœlona badaniami laboratoryjnymi, wynosi 0,01–5,4%. Jednak¿e w 85% próbek wapieni wartoœæ tego parametru jest mniej-sza ni¿ 1%, a dolomitów ni¿ 2%. Profilowanie karota¿owe wykaza³o, ¿e porowatoœæ otwarta jest ok. 2%.
Badania przepuszczalnoœci ska³ wêglanowych metod¹ laboratoryjn¹ dowodz¹, ¿e, jeœli uwzglêdni-my wy³¹cznie przestrzeñ porow¹, s¹ to ska³y prak-tycznie nieprzepuszczalne, charakteryzuj¹ce siê wartoœci¹ wspó³czynnika filtracji poni¿ej 10–9m/s, lokalnie dochodz¹c¹ do 1,6 × 10–8m/s. Na wystêpo-wanie nieznacznego zawodnienia kompleksu ska³ wêglanowych wskazuj¹ wyniki badañ prowadzo-nych w otworach Sosnowiec IG-1 i Gocza³kowice IG-1. Dop³ywy solanki do otworu po perforacjach wynosi³y do kilkudziesiêciu litrów na dobê, by po kwasowaniu górotworu, w trakcie pompowañ, wzrosn¹æ maksymalnie do ok. 0,4 m3/h, przy depre-sji 250 m.
Rozwój paleogeograficzny i paleohydrogeo-logiczny regionu górnoœl¹skiego pozwala wniosko-waæ, ¿e w jego centralnej czêœci karboñsko-dewoñ-ska seria osadów wêglanowych nie podlega³a inten-sywnym procesom denudacji, w tym krasowieniu ska³, po denudacji przedwczesnowizeñskiej. Wyda-je siê, i¿ brak tych procesów ma zasadniczy wp³yw na bardzo ma³¹ przepuszczalnoœæ i wodonoœnoœæ górotworu wêglanowego w tej czêœci regionu.
Odmiennie przedstawia siê rozwój geologiczny basenu górnoœl¹skiego w czêœci po³udniowej, na tektonicznie wyniesionym bloku Cieszyna, gdzie utwory karbonu górnego s¹ silnie zredukowane lub ich brak. Dotyczy to równie¿ utworów mezozoicz-nych. Dobrze rozwiniête s¹ tu jedynie osady neo-geñskiej serii molasowej i fliszu nasuniêcia karpac-kiego. Obserwowana w karboñsko-dewoñskim kompleksie wêglanowym zwiêkszona porowatoœæ i przepuszczalnoœæ górotworu jest tu nastêpstwem starych, kopalnych procesów krasowych i innych procesów wietrzeniowych, które dzia³a³y w historii geologicznej tego obszaru (Michalik, 1973; Oszczypko, 1981). Objawy krasowienia kompleksu wêglanowego zaobserwowano m.in. w otworach Ustroñ-3, Kêty-7, Kozy MT-3. Zjawisko paleokrasu w kompleksie wêglanowym mia³o regionalne rozprzestrzenienie. W póŸ-nym karbonie, permie i ca³ym mezozoiku obszar bloku Cieszyna, jako wypiêtrzony l¹d, podlega³ erozji, a wêgla-nowy kompleks krasowieniu (Michalik, 1973). Procesy denudacji masywu wêglanowego przerwa³a transgresja morza mioceñskiego. Badania Oszczypki (1981) wyka-za³y, i¿ przed wczesnym badenem przedgórze Karpat by³o obszarem w znacznym stopniu zrównanym. Wody pod-ziemne w górotworze by³y wys³odzone do g³êbokoœci kil-kuset metrów.
W³aœciwoœci hydrogeologiczne i wodonoœnoœæ kom-pleksu wêglanowego bloku cieszyñskiego zosta³y rozpo-znane w kilkunastu otworach badawczych. Szczególne znaczenie maj¹ jednak kompleksowe wyniki badañ prowa-dzonych w otworach Krasna IG-1 (Niemczyk i in., 1994) oraz Kozy-TM3 (Chowaniec i in., 1997). Badania te wyka-za³y, ¿e w obrêbie bloku Cieszyna górotwór wêglanowy charakteryzuje siê strefow¹, podwy¿szon¹ przepuszczal-noœci¹ i wodonoœprzepuszczal-noœci¹, na skutek wystêpowania wtórnej porowatoœci zwi¹zanej ze spêkaniem i skawernowaniem ska³.
Wyniki badañ laboratoryjnych próbek rdzeni œwiadcz¹, ¿e matryca ska³y wêglanowej jest praktycznie nieprzepusz-czalna. Porowatoœæ efektywna ska³ kszta³tuje siê w
prze-Katowice Opole Czêstochowa Kraków Bielsko--Bia³a Ostrava monoklina œl¹sko-krakowska Silesia-Cracow Monocline 0 25 50km niecka miechowska Miechów Trough granica GZW boundary of the USCB
pliocen pokrywy platformy paleozoicznej Pliocene deposits of the Paleozoic platform miocen zapadliska przedkarpackiego Miocene of the Carpathian Foredeep mezozoik i kenozoik Karpat zewnêtrznych Mesozoic and Cenozoic of the Outer Carpathians
p³aszczowina œl¹ska Silesian Nappe p³aszczowina magurska Magura Nappe kreda Cretaceous jura Jurassic trias Triassic
górny paleozoik platformy paleozoicznej Upper Paleozoic of the Paleozoic platform
G
S
otwór Gocza³kowice IG-1 borehole Gocza³kowice IG-1 otwór Sosnowiec IG-1 borehole Sosnowiec IG-1
Ryc. 2. Pozycja Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego na tle jednostek alpejskiego kompleksu strukturalnego (wg Kotasa, 1994)
Fig. 2. Regional setting of the Upper Silesian Coal Basin within the Alpine structural complex (after Kotas, 1994)
dziale od poni¿ej 0,1% do 4,2%. Przepuszczalnoœæ ska³, w œwietle badañ laboratoryjnych, wynosi poni¿ej 10–9m/s, a lokalnie dochodzi do 1,5 × 10–8m/s. Wspó³czynnik filtra-cji uzyskany w trakcie próbnych pompowañ, po zabiegu kwasowania, wzrasta³ do 4 × 10–7m/s, co wskazuje na pod-stawow¹ rolê szczelin i kawern w przewodzeniu wody. Próbnymi pompowniami uzyskano wydajnoœci strefowe rzêdu 41,4 m3/h.
Kompleks piaskowcowo-mu³owcowy dewonu i kam-bru charakteryzuje siê ma³¹ i œredni¹ porowatoœci¹ — 4–16%. Punktowo rozpoznana przepuszczalnoœæ oœrodka skalnego wynosi od 9,8 × 10–9do 4,1 × 10–7m/s. Zwiêk-szone w³aœciwoœci hydrogeologiczne górotworu notuje siê wy³¹cznie w bloku Cieszyna. Nieliczne bezpoœrednie badania hydrogeologiczne wykaza³y ma³¹ wodonoœnoœæ tego kompleksu.
Œrodowisko hydrogeochemiczne
W kompleksach wodonoœnych serii wêglanowej dol-nego karbonu i dewonu oraz doldol-nego dewonu i kambru w po³udniowej czêœci regionu górnoœl¹skiego wystêpuj¹ pogrzebane solanki typu Cl-Na-Ca (Ró¿kowski, 2002). Mineralizacja wynosi 116,1–223,6 g/dm3. Obserwuje siê wzrost mineralizacji wód i stê¿eñ g³ównych jonów z g³êbo-koœci¹. Nie dotyczy to jonów wodorowêglanowych i siar-czanów. Odczyn pH solanek mieœci siê w przedziale 5,2–7,2. Twardoœæ ogólna jest rzêdu 728 mval/dm3.
Reprezentatywny sk³ad chemiczny solanek okreœlono na podstawie analizy chemicznej wód pobranych z otworu Gocza³kowice IG-1, z g³êbokoœci 2035–2060 m (wg wzoru Kur³owa): M J Br Cl HCO SO Na Ca Mg K 174 477 99 0,79 0,21 68,5 23 8 0,5 10 3 4
Wartoœci wskaŸników hydrochemicznych rNa+/rCl– kszta³tuj¹ siê w badanym kompleksie w przedziale 0,64–0,8, natomiast (rSO42–×100)/rCl– s¹ zmienne w granicach
0,14–1,14. Wartoœci wskaŸników hydrochemicznych i sk³ad gazowy wód œwiadcz¹ o zaawansowanej diagenezie, izola-cji oraz wystêpowaniu solanek w œrodowisku redukcyjnym, w strefie stagnacji hydrodynamicznej. Solanki charaktery-zuj¹ siê podwy¿szon¹ zawartoœci¹ jodu, bromu i ¿elaza. Zawartoœci bromków wynosz¹ 127–586 mg/dm3, a ich stê-¿enie wzrasta z g³êbokoœci¹. Jodki wystêpuj¹ w solankach w iloœci 3–586 mg/dm3. Na uwagê zas³uguje podwy¿szone stê¿enie radionuklidu 226Ra w solance badanej w otworze Kozy MT-3, wynosz¹ce 34,663 kBq/m3.
Sk³ad chemiczny solanek z kompleksu wodonoœnego dewonu dolnego i kambru okreœlono na podstawie wyni-ków badañ przeprowadzonych w otworach Kêty-3, Andry-chów-4, Bielsko-5 i Gocza³kowice IG-1. Badane wody nale¿¹ do typu hydrochemicznego Cl-Na-Ca. Mineraliza-cja wód mieœci siê w przedziale 132,2–223,5 g/dm3.
Sk³ad chemiczny wód wystêpuj¹cych w utworach kambru w otworze Gocza³kowice IG-1 na g³êbokoœci 3063–3078 m zosta³ przedstawiony wzorem Kur³owa:
M J Br Cl SO HCO Na Ca 586 0,125 0,01 63,2 30 223 59 9 07 99 68 4 3 , , , ,1 5,68 0,82 Mg K
Odczyn pH wód badanego kompleksu wynosi 5,6–6,2. Zawartoœæ soli CaCl2 i MgCl2 w wodach z utworów
kambru stanowi 37% ogólnego sk³adu solnego. Wartoœci wskaŸników hydrochemicznych rNa+
/rCl–
= 0,64 i (rSO42–×100)/rCl– = 0,13 oraz obecnoœæ w sk³adzie
gazowym wêglowodorów wskazuj¹ na wody stagnuj¹ce, izolacjê kompleksu wodonoœnego oraz redukcyjnoœæ œro-dowiska.
Badania Karwasieckiej (1996) wykaza³y podwy¿szony œredni stopieñ geotermiczny w zapadlisku górnoœl¹skim (3,15°C/100 m) w stosunku do notowanego na platformie waryscyjskiej (2,8°C/100 m). Wyniki tych badañ wskazuj¹ równoczeœnie, ¿e poszczególne jednostki geotektoniczne zapadliska górnoœl¹skiego maj¹ ró¿ne pola geotermiczne, w których gradienty temperatury i strumieñ cieplny s¹ zró¿nicowane. Na mapach œrednich gradientów geoter-micznych najni¿sze wartoœci s¹ we wschodniej czêœci zag³êbia, natomiast wysokie w po³udniowej czêœci niecki g³ównej. Temperatura stropowej czêœci górotworu serii wêglanowej dolnego karbonu oraz górnego i œrodkowego dewonu, na g³êbokoœci ok. 2000 m, wynosi 58–76°C. Bez-poœrednie pomiary temperatury górotworu w otworze Sosnowiec IG-1 wykaza³y, i¿ w górotworze wêglanowym na g³êbokoœci poni¿ej 2000 m temperatura wzrasta od ok. 78 do 98°C (Kotas & Ró¿kowski, 1973a; Ró¿kowski, 1996). W otworze Gocza³kowice IG-1, gdzie seria wêgla-nowa zalega p³ycej, temperatura górotworu wêglanowego wynosi³a od 76,5°C na g³êbokoœci 1652,5 m do ponad 85°C na g³êbokoœci ok. 2900 m. W bloku Cieszyna, gdzie seria wêglanowa le¿y jeszcze wy¿ej, temperatura górotwo-ru jest ni¿sza: przyk³adowo w otworze Ustroñ IG-1 na g³êbokoœci 855,2 m wody maj¹ 43,6°C.
W kompleksie serii terygenicznej dewonu dolnego i kam-bru temperatura górotworu jest wy¿sza. Najwy¿sz¹ zmie-rzono w poziomie wodonoœnym kambru w otworze Gocza³kowice IG-1. Temperatura wód w interwale 3113–3133,2 m wynosi³a 100,5°C (Ró¿kowski & Chmura, 2001).
Jeœli siê uwzglêdni zró¿nicowan¹ budowê geologiczn¹ i rozwój paleohydrogeologiczny zag³êbia, to mo¿na przyj¹æ, ¿e w obszarze badañ wiek wód paleoinfiltracyj-nych w utworach kompleksu wodonoœnego karbonu dolne-go oraz dewonu górnedolne-go i œrodkowedolne-go mo¿e byæ zró¿nicowany. W zasiêgu niecki g³ównej wystêpuj¹ wody paleoinfiltracyjne z okresu permsko-wczesnotriasowego. Natomiast w zasiêgu wyniesionego bloku Cieszyna s¹ to wody tego samego wieku oraz wody pochodz¹ce z etapów infiltracyjnych wczesnojurajskiego i paleogeñskiego.
Najstarsze pogrzebane paleoinfiltracyjne solanki perm-sko-wczesnotriasowego etapu infiltracyjnego, wg Pluty i Zubera (1995), maj¹ wartoœcid18O od –2,9 do –0,9‰ idD od –28 do –12‰. Wody pobrane z serii wêglanowej, ba-dane w otworze Gocza³kowice IG-1, charakteryzowa³y wartoœcid18O = –1,98 orazdD = –15,9; natomiast wody z utworów kambru —d18O = –1,48 orazdD = –19,9 (Ró¿-kowski & Przew³ocki, 1974).
Objawy ropo- i gazonoœnoœci
Wyniki badañ perspektyw ropo- i gazonoœnoœci górotworu, prowadzonych w Oddziale Górnoœl¹skim IG w Sosnowcu w ramach projektu wierceñ parametrycznych
s³u¿¹cych rozpoznaniu pod³o¿a karbonu produktywnego w GZW, zosta³y przedstawione w niepublikowanych opra-cowaniach Kotasa i in. (1973) oraz Depowskiego i in. (1974). W trakcie wierceñ i pobierania próbek z otworów wiertniczych nie stwierdzono wiêkszych nagromadzeñ bituminów, lecz zaobserwowano wy³¹cznie ich objawy w postaci zgazowania p³uczki wêglowodorami oraz wystê-powanie mikroobjawów bituminów sta³ych i p³ynnych lokalnie w rdzeniach.
Zró¿nicowanie zawartoœci wy¿szych wêglowodorów w sk³adzie gazowym solanek w profilu hydrogeologicz-nym otworów Sosnowiec IG-1 oraz Gocza³kowice IG-1 wskazuje na obecnoœæ ró¿nych genetycznie typów gazów. Ma³a koncentracja wy¿szych wêglowodorów w czystym sk³adzie gazowym solanek wystêpuj¹cych w utworach kul-mu sugeruje ich pochodzenie g³ównie z degazacji uwêglo-nych szcz¹tków organiczuwêglo-nych i pozwala zaliczyæ do gazów ziemnych bezgazolinowych.
W serii terygenicznej dewonu dolnego stwierdzono wystêpowanie gazu ziemnego bezgazolinowego. Zawar-toœæ metanu jest zmienna i wynosi 88,1–98,7%.
Zarejestrowana w otworze Gocza³kowice IG-1 du¿a koncentracja CO2(52%) w sk³adzie gazowym solanki
w trakcie przewiercania utworów kambru dowodzi obec-noœci procesów utleniania wêglowodorów. Te procesy wystêpuj¹ z procesami redukcji siarczanów, co wskazuje na wystêpowanie w przesz³oœci nagromadzeñ bituminów.
Szczególnie intensywne nasycenie bituminami rdzeni zaobserwowano w trakcie przewiercania utworów kulmu. Mniejsze nasycenie bituminami zaobserwowano w serii wêglanowej oraz terygenicznej.
Badania bituminów metod¹ absorpcji w podczerwieni, wykonane w rdzeniach z otworów Gocza³kowice IG-1 i Sosnowiec IG-1, wykaza³y ich silne zmetamorfizowanie w utworach kulmu. Natomiast w ska³ach formacji wêgla-nowej i osadach kambryjskich s¹ silnie zmienione i zawie-raj¹ ma³e iloœci wêglowodorów. Œwiadczy to, ¿e ska³y odda³y g³ówn¹ masê wêglowodorów we wczeœniejszych okresach geologicznych.
Z przeprowadzonych rozwa¿añ wynika, ¿e wody pod-ziemne w utworach paleozoiku wystêpuj¹ w hydrodyna-micznie powi¹zanych systemach przep³ywu, przy czym w uk³ad kr¹¿enia wód jest w³¹czony proces migracji bitu-minów. Rozwój hydrogeologiczny zapadliska górno-œl¹skiego pozwala wnioskowaæ, ¿e ruchy górotwórcze i zwi¹zane z nimi etapy paleoinfiltracyjne doprowadza³y do wymiany wód oraz przemieszczania, a tak¿e niszczenia nagromadzeñ bituminów. Podobn¹ rolê odegra³y rozwój paleotemperatury i wspó³czesne pole geotermiczne. Z badañ metamorfizmu wêgla w GZW wiadomo, ¿e na znacznych obszarach zag³êbia mamy do czynienia z wielokrotnym przegrzaniem ca³ego górotworu, które doprowadzi³o do zmetamorfizowania substancji organicznej. Ogólnie przyj-muje siê, ¿e strop wêgli koksuj¹cych stanowi doln¹ granicê wystêpowania z³ó¿ bituminów ciek³ych.
Jeœli uwzglêdni siê rozk³ad stopnia geotermicznego oraz wyniki pomiarów termicznych, przeprowadzonych w otworach Sosnowiec IG-1 oraz Gocza³kowice IG-1, jak równie¿ budowê geologiczno-strukturaln¹, to mo¿na
za³o¿yæ, ¿e w zachodniej i we fragmencie œrodkowej czêœci struktury niecki g³ównej wysoka temperatura — powy¿ej 120°C — i ciœnienie oraz niskie parametry zbiornikowe nie stwarzaj¹ na wiêkszych g³êbokoœciach warunków do aku-mulacji z³ó¿ gazów w ska³ach zbiornikowych utworów paleozoicznych starszych od karbonu produktywnego.
Literatura
BU£A Z. & ¯ABA J. 2005 — Pozycja tektoniczna Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego na tle prekambryjskiego i dolnopaleozoicznego pod³o¿a. [W:] Mat. 76. Zjazdu PTG: Geologia i zagadnienia ochrony œrodowiska w regionie górnoœl¹skim. PIG, Warszawa: 14–42. CHOWANIEC J., MACUDA J., NAGY S., ZAWISZA L. & W¥TOR L. 1997 — Dokumentacja hydrogeologiczna otworu badawczo-t³ocznego Kozy MT-3. Arch. Kopalni Silesia, Czechowice
DEPOWSKI S., KOTAS A. & RÓ¯KOWSKI A. 1974 — Perspektywy ropo- i gazonoœnoœci utworów paleozoiku w Górnoœl¹skim Zag³êbiu Wêglowym. Arch. OG Pañstwowego Instytutu Geologicznego, Sosno-wiec.
KARWASIECKA M. 1996 — Atlas geotermiczny Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. Wydaw. Kartograf. Polskiej Agencji Ekologicznej SA, Warszawa.
KOTAS A. 1969 — Projekt wierceñ parametrycznych dla rozpoznania pod³o¿a utworów produktywnych Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowe-go. Arch. OG Pañstwowego Instytutu Geologicznego, Sosnowiec. KOTAS A. 1985 — Structural evolution of the Upper Silesian Coal Basin (Poland). [In:] X Congress Int. Stat. Geol. Carb. Compt. Rend. 3 Madrid: 459–469.
KOTAS A. (ed.) 1994 — Coal-Bed Methane Potential of the Upper Silesian Coal Basin (Poland). Pr. Pañstw. Inst. Geol., 142.
KOTAS A. & RÓ¯KOWSKI A. 1973a — Dokumentacja geologiczna wyników otworu strukturalno-parametrycznego Sosnowiec IG-1. Arch. OG Pañstwowego Instytutu Geologicznego, Sosnowiec.
KOTAS A. & RÓ¯KOWSKI A. 1973b — Dokumentacja geologiczna wyników otworu strukturalno-parametrycznego Gocza³kowice IG-1. Arch. OG Pañstwowego Instytutu Geologicznego, Sosnowiec. KOTAS A., RÓ¯KOWSKI A. & KARWASIECKA M. 1973 — Spra-wozdanie z wyników badañ perspektyw wystêpowania bituminów w pod³o¿u Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. Arch. OG Pañstwowego Instytutu Geologicznego, Sosnowiec.
MICHALIK A. 1973 — Hydrogeologiczne wyniki kwasowania otworu Ustroñ IG-2. [W:] Z badañ hydrogeologicznych w Polsce, 3. Biul. Inst. Geol.: 211–216.
NIEMCZYK B., TALIK J. & WRÓBEL R. 1994 — Nowe spojrzenie na ch³onnoœæ utworów dewonu w œwietle badañ uzyskanych w otworze Krasna 1. Prz. Geol., 9: 777.
OSZCZYPKO N. 1981 — Wp³yw neogeñskiej przebudowy przedgórza Karpat na warunki hydrodynamiczne i hydrochemiczne zapadliska przedkarpackiego. Biul. Inst. Geol., 325, 3: 5–87.
PLUTA I. & ZUBER A. 1995 — Origin of brines in the Upper Silesian Coal Basin (Poland) inferred from stable isotope and chemical data. Applied Geochemistry, 10: 447–460.
RÓ¯KOWSKI A. 1995 — Factors controlling the groundwater condi-tions of the Carboniferous strata in the Upper Silesian Coal Basin, Poland. Ann. Soc. Geol. Pol., 24: 53–66.
RÓ¯KOWSKI A. 1996 — Warunki wystêpowania wód termalnych w masywie górnoœl¹skim. Tech. Poszuk. Geol., 3-4: 9–12.
RÓ¯KOWSKI A. 2002 — Solanki Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowe-go. Biul. Pañstw. Inst. Geol., z. 4: Hydrogeologia: 191–213.
RÓ¯KOWSKI A. 2003 — Warunki hydrogeologiczne Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. [W:] Wilk Z. (red.) Hydrogeologia polskich z³ó¿ kopalin i problemy wodne górnictwa, cz. 1. Wyd. AGH, Kraków: 57–145. RÓ¯KOWSKI A. & CHMURA A. 2001 — Wyniki badañ poziomu zbiornikowego otworu Gocza³kowice IG-1. Arch. OG Pañstwowego Instytutu Geologicznego, Sosnowiec.
RÓ¯KOWSKI A. & PRZEW£OCKI K. 1974 — Application of stable environmental isotopes in mine hydeogeology taking Polish coal basins as an example. Isotope Techniques in Groundwater Hydrology, vol. 1. International Atomic Energy Agency, Vienna: 481–502.
RÓ¯KOWSKI A. & RÓ¯KOWSKI J. 2008 — Hydrogeology of the Carboniferous-Devonian formation within the Upper Silesian Block. Kras i Speleologia, t. 12 (21): 77–92.
