Perspektywy wykorzystania zasobów wód termalnych jury dolnej
z regionu niecki szczeciñskiej (pó³nocno-zachodnia Polska)
w ciep³ownictwie, balneologii i rekreacji
Anna Sowi¿d¿a³
1Prospects of use of thermal water resources of Lower Jurassic aquifer in the Szczecin Trough (NW Poland) for space heating and balneology and recreation. Prz. Geol., 58: 613–621.
A b s t r a c t. The paper presents results of a research project entitled Geological analysis and assessment of ther-mal water and energy resources of Mesozoic formations in the Szczecin Trough. The Lower Jurassic aquifer is the most prospective Mesozoic aquifer in the Szczecin Through (NW Poland). Lindal’s diagram was analyzed in order to investigate possibilities of Lower Jurassic geothermal resources utilization in that part of the country. It shows potential directions of thermal water application depending on its temperature. Utilization of geothermal resources for heating purposes is determined mainly by water temperatures and discharge of wells. Characterization of these parameters enabled the evaluation of Lower Jurassic disposable geothermal energy resources in Szczecin Through. Deployment and amounts of disposable geothermal energy resources indicate areas where geothermal installations could be constructed. Water temperature and mineralization have the largest impact on usability of thermal water for recreation and balneological purposes. The final results and summary of the study were presented in the form of map indicating optimal areas for development of geothermal resources for heating, recreation and balneological purposes.
Keywords: geothermal energy, energy resources, Szczecin Through
W ramach pracy przeanalizowano potencja³ geotermal-ny zbiornika dolnojurajskiego pó³nocno-zachodniej czêœci Ni¿u Polskiego. Analizowany obszar jest zawarty pomiê-dzy wspó³rzêdnymi od 52°00' do 54°00' szerokoœci geogra-ficznej N i od 14°00' do 17°15' d³ugoœci geogrageogra-ficznej E (ryc. 1). Powierzchnia analizowanego obszaru wynosi 16 910 km2, co stanowi 6,2% powierzchni Ni¿u Polskiego i 5,4% powierzchni Polski.
Obszar badañ zosta³ scharakteryzowany pod wzglêdem geologicznym, termicznym oraz hydrochemicznym. Prze-prowadzono analizê cech zbiornikowych i parametrów petrofizycznych dolnojurajskiego zbiornika geotermalne-go, co pozwoli³o na oszacowanie wielkoœci zasobów geo-termalnych w ró¿nych grupach zasobowych, a nastêpnie okreœlenie rejonów perspektywicznych do zagospodaro-wania na analizowanym obszarze.
Podstawowe parametry hydrogeotermalne wp³ywaj¹ce na op³acalnoœæ wykorzystania wód geotermalnych
Op³acalnoœæ wykorzystania wód termalnych zale¿y od wielu czynników, m.in. warunków hydrogeotermalnych wystêpuj¹cych na danym obszarze, sposobu obci¹¿enia instalacji geotermalnych, a tak¿e wielu innych okoliczno-œci wp³ywaj¹cych na pozycjê konkurencyjn¹ geotermalne-go noœnika energii oraz na dostêpnoœæ i wartoœæ kapita³u przeznaczonego na inwestycje (Górecki, 2006a).
Jednym z najwa¿niejszych czynników warunkuj¹cych op³acalnoœæ stosowania wód termalnych jest temperatura eksploatacyjna wody, wynikaj¹ca z temperatury z³o¿owej pomniejszonej o wartoœæ spadku temperatury w czasie wydobywania wody na powierzchniê (Górecki, 2006b).
Temperatura wód podziemnych rejonu niecki szczeciñ-skiej zakumulowanych w ska³ach dolnojurajskich zmienia
siê od oko³o 20°C do prawie 90°C (ryc. 1). Najwy¿sza tem-peratura w stropie utworów dolnej jury charakteryzuje osiow¹ czêœæ niecki. Temperaturê powy¿ej 50°C stwier-dzono wzd³u¿ wschodniego obrze¿enia niecki szczeciñ-skiej, w strefie silnego oddzia³ywania tektoniki solnej. Najni¿sz¹ temperaturê (poni¿ej 30°C) zarejestrowano w otworach zlokalizowanych w pó³nocnej czêœci obszaru badañ. Na przewa¿aj¹cym obszarze wystêpuj¹ wody o temperaturze 30–60°C, przy czym najwiêkszy odsetek wód (29%) przypada na przedzia³ temperaturowy 40–50°C. Woda o temperaturze powy¿ej 70°C jest obser-wowana tylko na 6% obszaru badañ (ryc. 2). Podane warto-œci temperatury stanowi¹ wynik przeprowadzonego przez autorkê artyku³u modelowania termicznego mezozoicz-nych powierzchni stropowych (Sowi¿d¿a³, 2009). Materia³ wykorzystany podczas modelowania stanowi³y pomiary temperatury wykonane w 46 otworach wiertniczych. ród³em informacji by³y archiwa BG Geonafta w Warsza-wie, Polgeol w WarszaWarsza-wie, Oddzia³ PGNIG w Pile, a tak¿e
Prace Instytutu Geologicznego
(Jaskowiak-Schoeneicho-wa, 1979; Marek & Pajchlo(Jaskowiak-Schoeneicho-wa, 1997).
Istotnym parametrem wp³ywaj¹cym na op³acalnoœæ budowy zak³adu geotermalnego jest wydajnoœæ. Do obli-czeñ wydajnoœci wykorzystano równanie Darcy’ego-Du-puita stosowane dla nieograniczonego poziomu lub warstwy wodonoœnej eksploatowanej w warunkach stacjo-narnych (Szczepañski i in., 2006):
Q k m S R r =2p× × ln gdzie:
Q РwydajnoϾ otworu eksploatacyjnego [m3/s],
k – wspó³czynnik filtracji [m/s],
m – mi¹¿szoœæ utworów wodonoœnych [m], S – depresja [m],
r – promieñ filtra eksploatacyjnego [m], R – promieñ leja depresji [m].
1
Wydzia³ Geologii, Geofizyki i Ochrony Œrodowiska, Aka-demia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków; ansow@agh.edu.pl
Mapê potencjalnych wydajnoœci studni (dubletów) w jurze dolnej wykonano, przyjmuj¹c nastêpuj¹ce za³o¿e-nia (Szczepañski i in., 2006):
œrednica roboczej czêœci filtra otworu eksploatacyj-nego R = 12" (0,305 m),
depresja eksploatacyjna otworu nie przekroczy 100 m,
depresja regionalna nie przekroczy 33 m,
mi¹¿szoœæ ujêtej warstwy wodonoœnej M = 100 m lub mi¹¿szoœæ warstwy stanowi d³ugoœæ czêœci robo-czej filtra.
Wielkoœæ leja depresji obliczono wzorem Sichardta (Szczepañski i in., 2006):
R=3000× ×S k
gdzie:
R – promieñ leja depresji [m], S – depresja [m],
k – wspó³czynnik filtracji [m/s].
Do konstrukcji mapy potencjalnych wydajnoœci studni (dubletów) w jurze dolnej wykorzystano tak¿e mapy mi¹¿szoœci utworów wodonoœnych oraz wspó³czynnika filtracji wykreœlone przez autorkê na podstawie danych otworowych (Sowi¿d¿a³, 2009). Efekt obliczeñ przedsta-wiono na mapie potencjalnych wydajnoœci studni (duble-tów) w jurze dolnej (ryc. 3). Wydajnoœæ zmienia siê w granicach 80–300 m3/h. Maksymalna wydajnoœæ jest zwi¹zana z centraln¹ stref¹ analizowanego terenu. Obszary o najwiêkszych wartoœciach wydajnoœci to obszary o naj-wy¿szej wartoœci wspó³czynnika filtracji. Minimalna wydajnoœæ jest rejestrowana w czêœci pó³nocnej i po³udnio-wo-zachodniej terenu.
Oprócz wydajnoœci i temperatury liczy siê tak¿e sto-pieñ mineralizacji wód. Zasolenie wód wg³êbnych roœnie wraz z g³êbokoœci¹ wystêpowania horyzontów wodo-noœnych. Wzrost mineralizacji wód zwiêksza ich lepkoœæ, przyczyniaj¹c siê do zmniejszenia wydajnoœci, i wp³ywa niekorzystnie na wzrost wartoœci eksploatacyjnego spadku temperatury. W g³êboko pogr¹¿onych strefach centralnych
14 00° ' 14 30° ' 15 00° ' 15 30° ' 16 00° ' 16 30° ' 17 00° ' 54 00°' 53 00°' 53 00°' 52 00°' 220000 270000 320000 370000 5500000 5450000 5400000 5350000 Szczecin Gorzów Wielkopolski Poznañ Pi³a 0 20 40 60 80 100km izotermy stropu utworów jury dolnej [ C]°
isotherms of the top surface of Lower Jurrassic [ C]° 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 [ C]°
granica obszaru badañ
boundaries of studied area
Poznañ wiêksze miasta main cities zak³ady geotermalne geothermal plants mniejsze miejscowoœci smaller towns NIEMCY GERMANY P O L S K A P O L A N D Szczecin Poznañ WARSZAWA
Ryc. 1. Mapa temperatury w stropie utworów jury dolnej na obszarze pó³nocno-zachodniej Polski Fig. 1. Map of temperature at the top surface of Lower Jurassic aquifer in NW Poland
basenu, gdzie korzystnym czynnikiem jest wysoka tempe-ratura z³o¿owa wód, wystêpuj¹ na ogó³ wody wysoko zmi-neralizowane, a ska³y wodonoœne, pochodz¹ce z g³êbszych facji basenu i poddane zmianom diagenetycznym, wyka-zuj¹ gorsze w³aœciwoœci zbiornikowe, co ogranicza wydaj-noœci i mo¿liwoœci zat³aczania wody do warstwy ch³onnej (Górecki i in., 2006).
Wartoœæ mineralizacji wód w górnej partii ska³ zbiorni-kowych jury dolnej jest zmienna, mieœci siê w przedziale 20–150 g/dm3(ryc. 4). Wodê o maksymalnej mineralizacji, kszta³tuj¹cej siê na poziomie 173,9 g/dm3, pobrano z otwo-ru Wolin IG-1 z g³êbokoœci 1238–1307 m p.p.m. (analiza wykonana w Laboratorium Pañstwowego Instytutu Geolo-gicznego – Pañstwowego Instytutu Badawczego). Strefa wystêpowania wód o mineralizacji powy¿ej 100 g/dm3 bie-gnie od pó³nocy wzd³u¿ centralnej czêœci obszaru a¿ do jego wschodniego obrze¿enia. Wartoœci minimalne s¹ obserwowane w strefach brze¿nych.
Z gospodarczego punktu widzenia najbardziej po¿¹dane jest uzyskanie wód o najwy¿szej temperaturze
1% 2% 4% 5% 14% 20% 29% 25% <20 C° 20-30 C° 30-40 C° 40-50 C° 50-60 C° 60-70 C° 70-80 C° 80-90 C°
Ryc. 2. Procentowy udzia³ wód nale¿¹cych do poszczególnych
klas temperaturowych (°C) zakumulowanych w stropie utworów jury dolnej niecki szczeciñskiej
Fig. 2. Percentage of water belonging to different classes of
temperature (°C), accumulated in top part of the Lower Jurassic aquifer in Szczecin Trough
100 150 200 250 300 14 00° ' 14 30° ' 15 00° ' 15 30° ' 16 00° ' 16 30° ' 17 00° ' 54 00°' 53 00°' 53 00°' 52 00°' 220000 270000 320000 370000 5500000 5450000 5400000 5350000 Gorzów Wielkopolski Szczecin Poznañ Pi³a 0 20 40 60 80 100km [m /h]3 granica obszaru badañ
boundaries of studied area
Poznañ wiêksze miasta main cities zak³ady geotermalne geothermal plants mniejsze miejscowoœci smaller towns izolinie wydajnoœci [m /h]3 isolines of discharge [m /h]3 NIEMCY GERMANY P O L S K A P O L A N D
Ryc. 3. Mapa potencjalnych wydajnoœci studni (dubletów) w jurze dolnej w pó³nocno-zachodniej Polsce Fig. 3. Map of potential discharge of Lower Jurassic aquifer in NW Poland
z³o¿owej i eksploatacyjnej, maksymalnej wydajnoœci w warunkach artezyjskich i o najni¿szej mineralizacji (Górecki, 2006a).
Perspektywy wykorzystania zasobów geotermalnych obszaru badañ
Rozpatruj¹c mo¿liwoœci zagospodarowania zasobów geotermalnych niecki szczeciñskiej przeanalizowano dia-gram Lindala (1973), który wskazuje kierunki zagospoda-rowania wód termalnych, przyjmuj¹c za kryterium ich temperaturê (ryc. 5). Najwiêksze wymagania s¹ stawiane wodom (parom) termalnym stosowanym do produkcji pr¹du elektrycznego.
Maksymalna temperatura w stropie zbiornika dolno-jurajskiego niecki szczeciñskiej kszta³tuje siê na poziomie 85°C (okolice Chociwla) (ryc. 1), co przy uwzglêdnieniu mi¹¿szoœci warstwy w tym miejscu nieprzekraczaj¹cej 500 m i gradiencie geotermalnym na poziomie 3°C/100 m, daje maksymaln¹ temperaturê w najkorzystniejszym
uk³adzie ok. 100°C. Jednak tylko 1% wód zakumulowanych w zbiorniku dolnojurajskim cechuje siê tak wysok¹ tempe-ratur¹. Ponad po³owa wód zgromadzonych w ska³ach dolnej jury charakteryzuje siê temperatur¹ w stropie serii rzêdu 40–60°C (ryc. 2). Jest to wartoœæ zbyt niska, aby mo¿na by³o produkowaæ energiê elektryczn¹. Wed³ug Lindala (1973) temperatura wód wykorzystywanych do tego celu powinna przekraczaæ 100°C. Jakkolwiek istniej¹ propozy-cje zagospodarowania wód termalnych o ni¿szej tempera-turze do produkcji energii elektrycznej, oparte na niskotemperaturowym obiegu Clausiusa-Rankina (Nowak i in., 2004), jednak ze wzglêdu na nisk¹ sprawnoœæ tego systemu nie zosta³y one uwzglêdnione w niniejszych anali-zach. Rozwa¿ono wiêc inne sposoby zagospodarowania zasobów wód termalnych zakumulowanych w ska³ach dol-nojurajskiej.
Zasoby hydrogeotermalne pó³nocno-zachodniej Polski mog¹ znaleŸæ zastosowanie w ciep³ownictwie, a tak¿e do ch³odzenia, klimatyzacji, hodowli zwierz¹t, podgrzewania gleby, rekreacji, balneologii oraz topnienia lodu i œniegu.
14 00° ' 14 30° ' 15 00° ' 15 30° ' 16 00° ' 16 30° ' 17 00° ' 54 00°' 53 00°' 53 00°' 52 00°' 220000 270000 320000 370000 5500000 5450000 5400000 5350000 Gorzów Wielkopolski Poznañ Pi³a 0 20 40 60 80 100km
granica obszaru badañ
boundaries of studied area
Poznañ wiêksze miasta main cities zak³ady geotermalne geothermal plants mniejsze miejscowoœci smaller towns Szczecin izolinie mineralizacji [g/dm ]3
isolines of total dissolved solids [g/dm ]3 25 50 75 100 125 150 [g/dm ]3 NIEMCY GERMANY P O L S K A P O L A N D
Ryc. 4. Mapa mineralizacji wód w stropie utworów jury dolnej w pó³nocno-zachodniej Polsce Fig. 4. Map of the total dissolved solids in top part of Lower Jurassic aquifer in NW Poland
Wody o ni¿szej temperaturze (poni¿ej 60°C) mog¹ byæ wykorzystywane do ogrzewania i ch³odzenia dziêki zasto-sowaniu pomp ciep³a. W celu zwiêkszenia efektywnoœci wykorzystania zasobów geotermalnych dolnej jury propo-nuje siê ich kaskadowe u¿ycie. Po oddaniu ciep³a wodzie sieciowej woda termalna mo¿e byæ wykorzystana do innych celów, np. do hodowli zwierz¹t czy upraw roœlin w pod-grzewanej glebie, a nastêpnie w balneologii lub rekreacji.
Mo¿liwoœci zagospodarowania zasobów wód ter-malnych dolnej jury do celów ciep³owniczych. Wyko-rzystanie energii geotermalnej w celach ciep³owniczych jest zdeterminowane g³ównie przez takie parametry jak temperatura i wydajnoœæ. Ich weryfikacja zosta³a prze-prowadzona podczas obliczania wielkoœci dolnojuraj-skich zasobów dyspozycyjnych niecki szczeciñskiej. Z tego wzglêdu zasiêg i wielkoœæ tych zasobów wyzna-czaj¹ obszary perspektywiczne lokalizacji ujêæ wód dol-nej jury.
Jakkolwiek zasoby dyspozycyjne energii geotermalnej zosta³y stwierdzone prawie na ca³ym analizowanym obsza-rze, to strefy najbardziej perspektywiczne s¹ skupione w czêœci centralnej, gdzie w okolicach Stargardu Szczeciñ-skiego, Dobrzan i Chociwla jednostkowe zasoby dyspozy-cyjne maj¹ wartoœæ ponad 35 MJ/m2 (ryc. 6). Jako najbardziej obiecuj¹c¹ strefê budowy instalacji geotermal-nych wskazano obszar zlokalizowany we wschodniej czê-œci rejonu badañ. Strefa ta obejmuje swoim zasiêgiem miasta: Dobra, Maszewo, Chociwel, Iñsko i Dobrzany. Na tym obszarze znajduj¹ siê struktury solne, co mo¿e wp³ywaæ korzystnie na wystêpowanie wysokiej temperatu-ry oraz na lokalne podniesienie stropu utworów jutemperatu-ry dol-nej. Temperatura w stropie ska³ dolnojurajskich w tym rejonie kszta³tuje siê w przedziale 73–85°C. W okolicy miejscowoœci Dobra utwory dolnojurajskie zalegaj¹ bez-poœrednio na wyniesionych osadach cechsztynu, co wp³ywa na zmniejszenie siê g³êbokoœci ich zalegania oraz
mniejsz¹ mi¹¿szoœæ warstw wodonoœnych. Prawdopodob-nie temperatura w stropie warstwy, ze wzglêdu na p³ytsze zaleganie, jest ni¿sza ni¿ w strefach przyleg³ych. Strop dolnej jury zalega na g³êbokoœci 2000–2500 m p.p.m., a w miej-scach wystêpowania struktur solnych znacznie p³ycej (1225 m p.p.m.).
Wyznaczony obszar charakteryzuje siê wysokimi war-toœciami mineralizacji wód dolnej jury (75–125 g/dm3). Tak wysoka wartoœæ tego parametru bêdzie czynnikiem powoduj¹cym intensywne procesy korozyjne i wytr¹canie siê zwi¹zków chemicznych w otworze eksploatacyjnym oraz elementach napowierzchniowej instalacji ciep³owni-czej, dlatego podczas budowy instalacji geotermalnej nale¿y przewidzieæ rozwi¹zanie tego problemu. Wydaj-noœæ dubletów geotermalnych na tym obszarze jest du¿a (ok. 300 m3/h).
Rozpatruj¹c mo¿liwoœci budowy instalacji geotermal-nych, oprócz w³aœciwoœci wód termalnych nale¿y wzi¹æ pod uwagê tak¿e uwarunkowania dotycz¹ce lokalnego rynku ciep³owniczego. Miasta, w których instaluje siê ciep³ownie geotermalne, powinny mieæ odpowiednich odbiorców ciep³a, a ze wzglêdu na znaczn¹ kapi-ta³och³onnoœæ inwestycji geotermalnych lokalny rynek ciep³owniczy powinien byæ na tyle atrakcyjny, aby by³ zdolny do przyci¹gniêcia potencjalnych inwestorów (Górecki, 2006b). W wydzielonym zasiêgu wystêpowania maksymalnych dyspozycyjnych zasobów energii geo-termalnej dolnej jury s¹ zlokalizowane miejscowoœci, w których liczba odbiorców jest niewielka (najwiêkszy Chociwel ma ok. 3300 mieszkañców). Z tego wzglêdu nale¿y zwróciæ uwagê na wiêksze miasta, w których zaso-by dyspozycyjne energii geotermalnej kszta³tuj¹ siê na ni¿-szym poziomie 20–25 MJ/m2 (ryc. 6). Do takich miast nale¿¹: Szczecin (ponad 400 000 mieszkañców), Police (prawie 35 000) i Nowogard (prawie 17 000 mieszkañ-ców). Na obszarze tych miejscowoœci stwierdzono wystê-powanie zasobów energii geotermalnej mo¿liwej do prze-suszenie produktów rolnych
drying of agricultural products suszenie ryb
drying of stock fish
ogrzewanie pomieszczeñ
( )
space heating building and greenhouses ch³odzenie cold storage klimatyzacja air conditioning hodowla zwierz¹t animal husbandry podgrzewanie gleby soil warming hodowla ryb fish farming rekreacja, balneologia, topnienie lodu i œniegu
,
-recreation balneology, de icig
100 20 30 40 50 60 70 80 90 0 [ C]° 10
Ryc. 5. Mo¿liwoœci zago -spodarowania zasobów wód termalnych wed³ug
kryte-rium temperaturowego
(Lindal, 1973)
Fig. 5. Possibilities of
thermal water utilization according to temperature criteria (Lindal, 1973)
mys³owego wykorzystania, jednak nale¿y pamiêtaæ, i¿ oprócz uwarunkowañ hydrogeotermalnych na op³acalnoœæ przedsiêwziêcia geotermalnego wp³ywa wiele innych czynników (m.in. uwarunkowania ekonomiczne, zaintere-sowanie w³adz i spo³ecznoœci lokalnej), których szcze-gó³owa analiza jest niezbêdna na etapie projektowania konkretnej instalacji geotermalnej.
Mo¿liwoœci zagospodarowania wód dolnej jury do celów balneologicznych i rekreacyjnych. Przydatnoœæ wód termalnych do celów rekreacyjnych b¹dŸ leczniczych jest zdeterminowana g³ównie przez takie parametry jak temperatura i mineralizacja wody. Do warunków, jakie musz¹ byæ spe³nione, aby wody termalne mog³y byæ u¿yt-kowane do k¹pieli balneologicznych i rekreacyjnych, nale-¿y równie¿ zaliczyæ wydajnoœæ ujêcia wody, ciœnienie wody oraz g³êbokoœæ wystêpowania warstwy wodonoœnej (Górecki, 1996). Minimalna wydajnoœæ wody termalnej z ujêcia, dostarczana dla jednego basenu rekreacyjnego,
powinna wynosiæ 3–5 m3/h (Paczyñski & P³ochniewski, 1996).
Wydajnoœæ otworów w jurze dolnej niecki szczeciñ-skiej prawie na ca³ym obszarze jest wiêksza od 100 m3/h (ryc. 3), co oznacza, ¿e jest wystarczaj¹ca do wykorzysta-nia do k¹pieli balneologicznych i rekreacyjnych. Przy za³o¿eniu, ¿e ciœnienie wód jest wysokie i nie bêdzie trud-noœci z wydobyciem wody z okreœlonej g³êbokoœci, naj-istotniejszymi czynnikami s¹ temperatura i mineralizacja.
Zgodnie z wymaganiami stawianymi wodom do k¹pie-li minerak¹pie-lizacja wody wykorzystywanej do celów rekre-acyjnych nie mo¿e przekraczaæ 30 g/dm3(w temperaturze 24–30°C), a do celów leczniczych 50 g/dm3(w temperatu-rze 28–42°C) (P³ochniewski, 1990; Rajchel, 2006; ryc. 7). Wy¿sza dopuszczalna temperatura i mineralizacja wody w basenach leczniczych ni¿ w rekreacyjnych wynika st¹d, ¿e k¹piele lecznicze s¹ bardziej bodŸcowe i powinny odby-waæ siê pod nadzorem lekarza, natomiast k¹piele rekre-acyjne, ze wzglêdu na brak takiego nadzoru, nie powinny
granica obszaru perspektywicznego przy wspó³czynniku obci¹¿enia LF = 1
load factor LF = 1
granica obszaru perspektywicznego przy wspó³czynniku obci¹¿enia LF = 0,7
load factor LF = 0.7
granica obszaru perspektywicznego przy wspó³czynniku obci¹¿enia LF = 0,4
load factor LF = 0.4 10 20 30 40 izolinie jednostkowych dyspozycyjnych zasobów energii geotermalnej [MJ/m ]2
isolines of unit disposable energy resources [MJ/m ]2 14 00° ' 14 30° ' 15 00° ' 15 30° ' 16 00° ' 16 30° ' 17 00° ' 54 00°' 53 00°' 53 00°' 52 00°' 220000 270000 320000 370000 5500000 5450000 5400000 5350000 Gorzów Wielkopolski Poznañ Pi³a 0 20 40 60 80 100km [MJ/m ]2
granica obszaru badañ
boundaries of studied area Poznañ wiêksze miasta
main cities zak³ady geotermalne geothermal plants mniejsze miejscowoœci smaller towns Szczecin NIEMCY GERMANY P O L S K A P O L A N D
Ryc. 6. Mapa jednostkowych zasobów dyspozycyjnych energii geotermalnej zbiornika dolnojurajskiego w pó³nocno-zachodniej Polsce Fig. 6. Map of unit disposable resources of Lower Jurassic aquifer in NW Poland
wykazywaæ wysokiego poziomu bodŸcowego (P³och-niewski, 1990).
Spoœród wód zakumulowanych w dolnojurajskiej serii wodonoœnej najbardziej przydatne do celów bal-neologicznych s¹ wody typu chlorkowo-sodowego, wystêpuj¹ce najczêœciej wœród analizowanych wód ter-malnych. Ich podstawowe dzia³anie sprowadza siê do procesów zachodz¹cych w powierzchniowych war-stwach skóry pod wp³ywem chlorku sodu i towa-rzysz¹cych mu jonów, wp³ywaj¹cych na obni¿enie dolegliwoœci bólowych i ogólnej pobudliwoœci. Wody tego typu mog¹ byæ wykorzystane do k¹pieli solanko-wych, kuracji pitnych lub inhalacji, które s¹ wskazane w chorobach zarówno doros³ych, jak i dzieci (Kochañ-ski, 2002).
Ze wzglêdu na mo¿liwoœæ rozcieñczania wód o wy¿szej mineralizacji ni¿ podana w kryteriach (ryc. 7) przyjêto, i¿ do celów balneologicznych najod-powiedniejsze bêd¹ wody o mineralizacji nieprzekra-czaj¹cej 50 g/dm3, natomiast wody o mineralizacji w przedziale 50–100 g/dm3 bêd¹ stanowi³y grupê o gorszych parametrach, jakkolwiek równie¿ korzyst-nych dla za³o¿onego celu. Do celów rekreacyjkorzyst-nych przyjêto, ¿e najbardziej przydatne bêd¹ wody cechuj¹ce siê mineralizacj¹ poni¿ej 35 g/dm3, a wody o wy¿szej mineralizacji, nieprzekraczaj¹cej jednak 100 g/dm3, bêd¹ stanowiæ grupê wód o korzystnych parametrach i mog¹ byæ wykorzystane w rekreacji. Wody o mineralizacji powy¿ej 100 g/dm3, znacznie utrudniaj¹cej ich u¿ycie do opisywanych celów, zakwalifikowano jako nieprzydatne zarówno w celach rekreacyjnych, jak i leczniczych.
Przyjête kryterium temperaturowe, charakteryzuj¹ce wody przydatne do celów rekreacyjnych i leczniczych, okreœla jedynie doln¹ graniczn¹ temperaturê (30°C). Brak zdefiniowanej górnej granicy przydatnoœci wód termal-nych do tych celów wynika z propozycji kaskadowego zagospodarowania dolnojurajskich wód podziemnych. W zale¿noœci od temperatury wody na wyp³ywie jest mo¿liwe jej zagospodarowanie w celach innych ni¿ balneo-logiczno-rekreacyjne i dopiero po oddaniu wymaganej ilo-œci ciep³a woda o odpowiedniej temperaturze mo¿e byæ stosowana w celach leczniczych b¹dŸ rekreacyjnych.
Przyjmuj¹c kryteria wód przydatnych do celów rekre-acyjnych i leczniczych, oparto siê na zasadach oceny wód zastosowanych przez Góreckiego (1996). W pracy tej stwierdzono, i¿ koniecznoœæ 2–4-krotnego rozcieñczania powoduje, ¿e wody nie mo¿na traktowaæ jako surowca naturalnego, a poza tym jej walory termiczne mog¹ siê oka-zaæ wówczas niewystarczaj¹ce.
Inne sposoby wykorzystania wód dolnojurajskich niecki szczeciñskiej. Wystêpuj¹ce powszechnie na anali-zowanym obszarze wody typu chlorkowego o znacznej mineralizacji zawieraj¹ jod, który jest bardzo ceniony w balneologii (Górecki, 1996). Wody o znacznej zawartoœci jodu (jak równie¿ potasu i magnezu) mog¹ byæ wykorzy-stane równie¿ do innych celów, mianowicie do produkcji cenionych zwi¹zków i pierwiastków chemicznych (Dzie-niewicz, 1990) – odzyskiwanie potasu, magnezu, jodu, produkcja soli leczniczych i soli kosmetycznych.
Temperatura wód dolnojurajskich jest równie¿ odpo-wiednia do ogrzewania ciep³em geotermalnym upraw w szklarniach. Kolejny element kaskadowego wykorzysta-nia energii geotermalnej mog¹ stanowiæ hodowle ryb. Takie zastosowania, oprócz korzyœci ekonomicznych zwi¹zanych ze sprzeda¿¹ produktów ze szklarni czy egzo-tycznych ryb, bêd¹ unikatowe w skali rejonu i mog¹ zostaæ wykorzystane do jego promocji. Z kolei procesy suszenia produktów rolnych, ze wzglêdu na stosunkowo wysok¹ temperaturê wymagan¹ do tego celu, nie s¹ przewidywane na analizowanym obszarze.
Wp³yw wystêpowania struktur solnych na parametry wód podziemnych zakumulowanych w warstwach
otaczaj¹cych
Ze wzglêdu na fakt, i¿ wzd³u¿ niecki szczeciñskiej ci¹gnie siê strefa silnego oddzia³ywania tektoniki solnej (ryc. 8), podczas rozwa¿ania mo¿liwoœci zagospodarowa-nia wód termalnych zbiornika dolnojurajskiego nale¿y zwróciæ uwagê na obecnoœæ struktur solnych w strefach perspektywicznych.
Utwory solne charakteryzuj¹ siê znacznie wiêksz¹ przewodnoœci¹ ciepln¹ ni¿ pozosta³e ska³y osadowe. Taka zwiêkszona przewodnoœæ cieplna soli kamiennej nie pozo-staje bez wp³ywu na parametry termiczne ska³ ota-czaj¹cych. Przejawia siê to zwiêkszon¹ gêstoœci¹ strumienia cieplnego w obrêbie samego wysadu, a tak¿e ska³ otaczaj¹cych, co znajduje bezpoœrednie odzwiercie-dlenie w zwiêkszonej gêstoœci powierzchniowego strumie-nia cieplnego ponad wysadem solnym (Lerche & O’Brien, 1987). Przekazywane do otoczenia ciep³o skumulowane
temperatura wody [ C]° water temperature [ C]° mineralizacja wody [g/cm ] 3 water mineralization [g/cm ] 3 42 32 30 30 28 24 40 50 0 wody stosowane w celach leczniczych
water use for therapeutic purposes
wodystosowane w celach
rekreacyjno-leczniczych
wateruse for recreation
and therapeutic purposes
wody stosowane w celach rekreacyjnych water use for recreation
purposes
Ryc. 7. Wymagania stawiane wodom stosowanym do k¹pieli (Rajchel,
2006)
w strukturach solnych powoduje, ¿e zró¿nicowane litolo-gicznie ska³y otoczenia cechuje wy¿sza temperatura ni¿ podobne utwory zalegaj¹ce na tej samej g³êbokoœci, ale wystêpuj¹ce z dala od wysadów (Jarzyna, 2003).
Strefa silnego oddzia³ywania tektoniki solnej na obsza-rze niecki szczeciñskiej nie pozostaje wiêc bez wp³ywu na w³aœciwoœci termiczne obszaru. Zlokalizowane tu wysady solne, stanowi¹ce atrakcyjne Ÿród³o energii, wp³ywaj¹ na
parametry termiczne utworów otaczaj¹cych, z³o¿onych ze ska³ osadowych mezozoiku. W tym œwietle na uwagê zas³uguj¹ warstwy mezozoiczne le¿¹ce ponad wysadami solnymi. W wiêkszoœci analizowanych przypadków s¹ to ska³y jurajskie, zalegaj¹ce bezpoœrednio ponad strukturami solnymi (Cz³opa, Goleniów i Grzêzno), lokalnie tak¿e utwory triasu górnego (Drawno). Nale¿y siê zatem spo-dziewaæ w strefach wystêpowania struktur solnych, a wiêc
14 00° ' 14 30° ' 15 00° ' 15 30° ' 16 00° ' 16 30° ' 17 00° ' 54 00°' 53 00°' 53 00°' 52 00°' 220000 270000 320000 370000 5500000 5450000 5400000 5350000 Gorzów Wielkopolski Poznañ Pi³a 0 20 40 60 80 100km Szczecin zasiêg wystêpowania wód o temperaturze powy¿ej 30 C°
extent of occurence of thermal water with temperatures above 30 C°
obszary o korzystnych warunkach do wykorzystania wód termalnych w rekreacji
areas of favorable conditions of thermal water utilization for recreation purposes
izolinia mineralizacji wód dolnej jury 35 g/dm3
isoline of total dissolved solids of the top of Lower Jurassic aquifer equal 35 g/dm3
izolinia mineralizacji wód dolnej jury 50 g/dm3
isoline of total dissolved solids of the top of Lower Jurassic aquifer equal 50 g/dm3
izolinia mineralizacji wód dolnej jury 100 g/dm3
isoline of total dissolved solids of the top of Lower Jurassic aquifer equal 100 g/dm3
struktury solne
salt structures
obszary o bardzo korzystnych warunkach do wykorzystania wód termalnych w balneologii
areas of most favorable conditions of thermal water utilization for balneological purposes
obszary o korzystnych warunkach do wykorzystania wód termalnych w balneologii
areas of favorable conditions of thermal water utilization for balneological purposes
obszary o bardzo korzystnych warunkach do wykorzystania wód termalnych w rekreacji
areas of most favorable conditions of thermal water utilization for recreation purposes
miejscowoœci o wysokiej wartoœci geotermalnych zasobów dyspozycyjnych
towns with high value of unit disposable energy resources
obszary optymalne do wykorzystania wód termalnych do celów ciep³owniczych – zasoby dyspozycyjne powy¿ej 35 MJ/m2
optimal areas for thermal water utilization for heating purposes – unit disposable energy resources above 35 MJ/m2
NIEMCY
GERMANY
P O L S K A P O L A N D
Ryc. 8. Optymalne strefy wykorzystania wód i energii geotermalnej z formacji dolnojurajskiej w pó³nocno-zachodniej Polsce Fig. 8. Optimal areas for use of Lower Jurassic geothermal resources in NW Poland
wzd³u¿ wschodniego obrze¿enia niecki szczeciñskiej, lokalnych dodatnich anomalii temperaturowych w war-stwach jurajskich b¹dŸ te¿ triasowych.
Tak jak w przypadku pola temperaturowego, tak¿e na wartoœæ mineralizacji wód podziemnych niecki szczeciñ-skiej wp³ywaj¹ struktury solne zlokalizowane we wschod-niej i pó³nocnej czêœci obszaru badañ. Przeprowadzane na Kujawach badania wskazuj¹ na wyraŸny wp³yw struktury solnej na ska³y nadk³adu, przejawiaj¹cy siê ich silnym zasoleniem (Prochazka, 1970). Wody o najwy¿szej mine-ralizacji nie wystêpuj¹ bezpoœrednio nad struktur¹ soln¹, lecz w niewielkiej odleg³oœci od niej (ok. 1 km), tworz¹c aureolê geochemiczn¹ nad z³o¿em.
Jednak¿e lokalnie, w strefie oddzia³ywania tektoniki solnej, nale¿y spodziewaæ siê miejsc o anomalnie wyso-kich wartoœciach mineralizacji wód równie¿ w utworach zalegaj¹cych powy¿ej wysadów solnych.
Podsumowanie
W efekcie przeprowadzonych analiz powsta³a mapa wskazuj¹ca optymalne strefy wykorzystania ciep³a z dolno-jurajskich wód termalnych (ryc. 8). Strefy wystêpowania wód przydatnych do celów rekreacyjnych pokrywaj¹ siê z obszarami, w których mo¿na zastosowaæ wody podziem-ne w balpodziem-neoterapii. Najodpowiedniejsze parametry, zarów-no do celów rekreacyjnych, jak i leczniczych, charakteryzuj¹ wody termalne zakumulowane w utworach dolnojurajskich w po³udniowej czêœæ niecki szczeciñskiej, w okolicach Poznania. Mniej korzystne warunki, jednak wskazuj¹ce na przydatnoœæ wód dolnej jury do tych celów, wystêpuj¹ w strefie rozci¹gaj¹cej siê na po³udnie od Szcze-cina oraz wzd³u¿ wschodniego obrze¿enia niecki szczeciñ-skiej, gdzie mineralizacja wód nie przekracza 100 g/dm3, a temperatura jest wy¿sza od 30°C.
Podczas rozwa¿ania mo¿liwoœci zagospodarowania dolnojurajskich wód termalnych nale¿y zwróciæ uwagê na obecnoœæ struktur solnych w strefach perspektywicznych. Fakt ten mo¿e wp³ywaæ na lokalne podniesienie wartoœci mineralizacji wód podziemnych. Wody stosowane w celach balneologicznych wymagaj¹ szczegó³owej anali-zy sk³adu chemicznego, aby okreœliæ zawartoœci sk³adni-ków swoistych, których obecnoœæ determinuje profil leczniczy. Sk³ad chemiczny, a szczególnie du¿e stê¿enie ogólne rozpuszczonych sk³adników mineralnych i obec-noœæ niektórych zwi¹zków (np. siarki czy radonu), ograni-czaj¹ mo¿liwoœæ wykorzystania wody termalnej w basenach ogólnodostêpnych (Latour, 2008).
W strefie centralnej, gdzie utwory dolnojurajskie zale-gaj¹ najg³êbiej, ze wzglêdu na du¿e zasolenie wód pod-ziemnych nie wskazano stref perspektywicznych do zagospodarowania zasobów termalnych dolnej jury w celach balneologicznych lub rekreacyjnych. Jest to nato-miast obszar wystêpowania wód o maksymalnej tempera-turze, wskazuj¹cej na ich wysok¹ przydatnoœæ do celów ciep³owniczych. Optymalnej lokalizacji, umo¿liwiaj¹cej kaskadowe zagospodarowanie ciep³a geotermalnego zbiornika dolnojurajskiego, nale¿y wiêc szukaæ w strefie wschodniego obrze¿enia niecki szczeciñskiej, gdzie stwierdzono obszary korzystne zarówno do celów ciep³owniczych, jak i rekreacyjno-leczniczych.
Praca naukowa zosta³a sfinansowana ze œrodków na naukê w latach 2007–2009 jako projekt badawczy promotorski; umowa nr 9004/B/T02/2007/33 z 29.10.2007 r. o wykonanie projektu badawczego promotorskiego Nr N N525 2347 33, umowa AGH nr 18.18.140.620.
Literatura
DZIENIEWICZ M. 1990 – Mo¿liwoœci wykorzystania wód geotermal-nych jako surowca do produkcji jodu, bromu i ingeotermal-nych pierwiastków. [W:] Mo¿liwoœci wykorzystania wód geotermalnych w Polsce ze szczególnym uwzglêdnieniem synklinorium mogileñsko-³ódzkiego. Konferencja. Œlesin k. Konina, 26–27.10.1990 r. Wyd. AGH, Kraków: 265–290.
GÓRECKI W. (red.) 1996 – Studium mo¿liwoœci inwestycyjnych nad wykorzystaniem energii geotermalnej w zbiornikach dolnojurajskim i dolnokredowym w synklinorium mogileñsko-³ódzkim na Ni¿u Pol-skim. Arch. ZSE AGH, Kraków.
GÓRECKI W. (red.) 2006a – Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Ni¿u Polskimm. AGH, Kraków.
GÓRECKI W. 2006b – Energia geotermalna energi¹ przysz³oœci. Posiedzenie wyjazdowe komisji Rolnictwa i Ochrony Œrodowiska Senatu Rzeczypospolitej Polskiej, Kraków 26–27 paŸdziernika, 2006. JARZYNA J. 2003 – W³asnoœci cieplne ska³ wokó³ wysadów solnych. [W:] Bujakowski W. (red.) Termiczna charakterystyka górotworu w rejonie wysadów solnych. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków. JASKOWIAK-SCHOENEICHOWA M. (red.) 1979 – Budowa geologiczna niecki szczeciñskiej i bloku Gorzowa. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 96.
KOCHAÑSKI J.W. 2002 – Balneologia i hydroterapia. Wyd. AWF, Wroc³aw.
LATOUR T. 2008 – Aktualny stan i dalsze mo¿liwoœci wykorzystania w Polsce wód termalnych do celów leczniczych, profilaktycznych oraz rekreacji. [W:] Ogólnopolski Kongres Geotermalny „Geotermia w Polsce – doœwiadczenia, stan aktualny, perspektywy rozwoju”, Radziejowice, 17–19 paŸdziernika 2007 r. Tech. Poszuk. Geol., 46, 2: 63–67.
LERCHE I. & O’BRIEN J.J. 1987 – Dynamical geology of salt and related structures. Academic Press.
LINDAL B. 1973 – Industrial and other applications of geothermal energy, except power production and district heating. [In:] Amstead H.C.H. (ed.) Geothermal energy: review of research and development. Paris, UNESCO, LC, 72-97138: 135–148.
MAREK S. & PAJCHLOWA M. (red.) 1997 – Epikontynentalny perm i mezozoik w Polsce. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 153.
NOWAK W., STACHEL A. & BORSUKIEWICZ-GOZDUR A. 2004 – Propozycje rozwi¹zañ binarnych elektrowni geotermalnych ma³ej mocy dla warunków Ni¿u Polskiego. [W:] Miêdzynarodowe Dni Geotermalne Polska 2004 – mat. konf. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków-Skopje.
PACZYÑSKI B. & P£OCHNIEWSKI Z. 1996 – Wody mineralne i lecznicze Polski. Pañstwowy Instytut Geologiczny, Warszawa. P£OCHNIEWSKI Z. 1990 – Perspektywy zwiêkszenia eksploatacji wód termalnych do celów balneologicznych i rekreacyjnych. [W:] Mo¿liwoœci wykorzystania wód geotermalnych w Polsce ze szczególnym uwzglêdnieniem synklinorium mogileñsko-³ódzkiego. Konferencja. Œlesin k. Konina, 26–27.10.1990 r. Wyd. AGH, Kraków: 209–215.
PROCHAZKA K. 1970 – Wp³yw wysadowych struktur solnych K³oda-wy i Uœcikowa na zasolenie ska³ nadk³adu i wód studziennych (Kuja-wy). Wyd. Geol., Warszawa.
RAJCHEL L. 2006 – Zastosowanie wód geotermalnych w balneotera-pii i rekreacji. [W:] Górecki W. (red.) Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Ni¿u Polskim. AGH, Kraków.
SOWI¯D¯A£ A. 2009 – Analiza geologiczna i ocena zasobów wód i energii geotermalnej formacji mezozoicznej niecki szczeciñskiej. Arch. AGH, Kraków.
SZCZEPAÑSKI A., HA£ADUS A. & HAJTO M. 2006 – Metodyka analizy podstawowych parametrów hydrogeologicznych zbiorników wód geotermalnych na Ni¿u Polskim. [W:] Górecki W. (red.) Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Ni¿u Polskim. AGH, Kraków.
Praca wp³ynê³a do redakcji 19.03.2010 r. Po recenzji akceptowano do druku 26.04.2010 r.
