Migracja metanu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym dyslokacjami dysjunktywnymi

ZESZYTY NAUK OW E P OL ITBCHNKI ŚLĄSKIEJ Seria: GÓR NI C TW O z. 140

1986 Nr kol. 865

Leopold STANIEK

M IGRACJA M E T A N U W GÓ R NO ŚLĄSKIM ZAG ŁĘ BI U WĘGLOWYM DYSLOKACJAMI DYSJUNKTYWNYMI

Streszczenie. Już w roku 1959 Cz. Poborski przypuszcza, że nie­

duża część m e t a n u pochodzi z po kł ad ów węglowych, a większa jego część pr zywędrowała z głębi. Do pływ mógł nast ąp ić szczelinami tekto­

nicznymi. Potwierdza to L. Staniek w ro ku 196P w artykule nie opubli kowanym, opierając s ię na danych z kopalni węgla kamiennego "Sośnica gdzie przy szcze li na c h tektonicznych rośnie występowanie metanu.

W o st atnich l a ta ch zjawisko to występowało w innych kopalniach.

Przykładem tego jest kopalnia "Bolesław Krupiński", gdzie drogami migracji m e t a n u z głębi gó ro tworu jest uskok Jaśkowicki o zrzucie około 100 m na p ołudnie i uskoki łączące się z tym uskokiem.

Jakie jest pochod ze n ie metanu, zagadnienia tego dotychczas nie r o z ­ strzygnięto. J. R os enmann i H. Sosnowski (1964) stwierdzili, że w obszarze p rz y le g ł y m od południa do kopalni "Sośnica" z metanem współ w ys tępuje etan, propan, butan i pentan. Ponad to występuje wodór, co może ws ka z yw ać na p rzebiegające w pobl iż u procesy poetwulkaniczne.

Natomiast w yższe w ę gl o wo do ry wy stępujące w gazie ziemnym nie w y kl u­

czają występowania ga zó w pochodzenia bitumicznego. Geneza M e t a n u \ w G ó r n oś lą sk i m Zagłębiu Wę gl o w y m 'jest jak dotąd nie wyjaśniona.

Na temat w ys tę powania m e t a n u w Zagłębiu Gó rn ośląskim wypowiadało się szereg naukowców, takich jak: K. Tołwiński (1946), Cz. Poborski (1959), J. Tarnowski i J. Sobala (1960), J. Rosenmann i M. Sosnowski (1964), J.

Borowski i Z. Trela (1968), B. Kozłowski (1969), W. Cybulski i Z. Piskor- ska-Kalisz (1969) i inni.

K. Tołwiński (1946) przypuszcza, że już war st w y brzeżne o zmiennym charakterze l i to lo gicznym mo gą być odpowiednim środowiskiem do tworzenia i gr omadzenia bituminów. W p od o bnych warunkach mo że występować ropa nafto­

wa i gaz ziemny p omiędzy kulm em a karbonem górn y m produktywnym. Złoża ropy naftowej i gazu ziemnego mog ą być skoncentrowane w formach struktu­

ralnych, któr y ch szc zy t y zajmuje obecnie metan. Gaz ziemny przechodząc przez strefy u skokowe mógł się oczyścić ze skład ni kó w charakteryzujących gaz ropn eg o pochodzenia i pozostał czysty CH^.

Cz. Poborski (1999) przypuszcza, że nieduża część me tanu pochodzi z p okładów węglowych, a większa część jego przywędrowała z głębi. Dopływ mógł nast ą pi ć szczelinami tektonicznymi. W roku 1963 w artykule znajdują­

cym się w archiwum Instytutu Geologii Stoscwanej W ydziału Górniczego Poli­

techniki Śląskiej autor pracy sugeruje, że me ta n w ystępujący w poziomie 550 m w kopalni "Sośnica" jest doprowadzony szczelinami tektonicznymi uskokowymi z gł ęb sz y ch partii karbonu. W tym s smym roku Cz. Poborski p o ­

50 L. Staniek

wołuje się ns ten artykuł na temat wy st ępowania m et a nu w pobliżu usko kó w kopalni "Sośnica" (na K on gresie G eo lo gicznym w Paryżu).

J. Rosenmsnn i U. Sosnowski (1964) badali gaz z o t wo r ów w rejon i e P a - niówki,;Borowa i Ko c hł ow ic 1 pr zy le ga j ąc ym od południa do kopalni "Sośnica".

W badanym przez n ic h gazie s twierdzono oprócz meta nu etan, propan, butan, pentan. Ponadto s tw ierdzono wodór, co może w s ka zy wa ć na przebie ga j ąc e w pobliżu procesy postwulkaniczne. W y żs ze w ę g l o w o d o r y wyst ęp uj ąc e w gazie ziemnym nie wyklu cz a ją występowania tutaj g a z ó w pochodzenia bitumicznego.

Po II wojnie światowej pie rw s zy raz stwi er dz o no w y st ę po wa ni e me tanu na kopalni "Sośnica" 9 grudnia 1956 r. w ch odniku i to w pokładzie 410 z p rzecznicy C5 na zachód. Chodnik w tym pok ła dz i e został o ta mowany i za tamą 1 w rześnia 1959 r. stwi er dz o no 1.6856 CH^. Był to maksy ma ln y odczyt wśród kilkunastu w yk on a n y c h w p e wn y ch o d s t ę pa ch czasu. W powietrzu oprócz metanu występował dwutlenek węgla (COg) w ilości 1-356.

Następnie zarejestrowano CH^ w cho dn i ku w pokładzie 408/1 na p r z ec zn ic y C5 w ch odniku d r ą ż o n y m w kierunku zac ho d ni m w rok u 1959, gdzie s t wi e r­

dzono 4 3 , 7 % CH^. W w i e r c o n y m w czole chodnika otworze stwie rd z on o 2 ,2 0%

c o 2 .

Z początkiem ro k u 1957 s t wierdzono w y s t ęp ow en i a CH^ w chodniku w pokładzie 408/4 dr ążonym z pr ze c zn ic y C5 na zachód. A n a l i z y p ow ietrza pobrane spoza tamy zachodniej z chodnika w tym pokładzie w y k a za ł y maksymalne w roku 1959 0 ,4 5% CH^. W czole chodnika zachodniego stwie r dz on o 2, 7 5% COg.

Stwierdzenia m et an u z ro ku 1960 pochodzą z c hodnika pokła d u 412 z p r z e c z n i ­ cy D5 na zachód. S tw ierdzono tutaj 3 4 ,3 % CH^ i 2,94 % C0g. Analiza p o w i e ­ trza pobranego w komor z e wys ok i eg o napi ę ci a na p r z e c z n i c y D5 w pokładzie 407 wykazała 2 0 , 6 % CH^ i 1,8 C0g. Dalsze próbki powietrza p o c h o dz ą z c ho­

dnika po kł adzie 414/2 z p r z ec zn ic y B6 na zachód, pochylni granicznej, gdzie we w r z e ś n i u 1963 r. stwie r dz on o 18,5% CH^, 7 , 4 3 % C0g oraz ślady CO.

W 1964 r. na po tk an o w c hodniku p o kł ad u 405/1 z pr ze cz n ic y B6 na zachód 0 ,6 3% CH^ i 3,18% COg. W rok u 1965 s tw ierdzono w cho d ni ku pokł ad u 404/5 z p rzecznicy B6 na zachód 2 4% CH4 i 0 , 8 5 % COg. W cze rw cu 1964 r. w rejonie uskoku na przekopie b a d a w cz y m BP3Z prób ki powietrza w yk az a ł y 8 , 5 % CH4 i 0,2% COg. Woda solankowa wypływająca ze s zc z el in y wyraźnie bulgotała.

Z wyżej op isanych pom ia r ów zawart oś ci CH^ i COg w po w ie tr zu na poziomie 550 m wynika, że pochodzi on tylko z w y r o b i s k g ór ni c zy ch p o k ł a dó w w r e j o ­ nie przecznic C i D m i e s zc z ąc yc h si ę w p r ze dz ia l e od pokła du 408/1 do p o ­ kładu 412.

W ymienione stwierdzenia wy st ępowania m e t a n u są zlokali zo wa n e w pobliżu uskoków o biegu p ół no c -p oł ud n ie i zrzucie 0-12 m w k i e ru n ku zschodnim.

Pokłady, które tutaj wy st ęp uj ą i c h a r a kt er yz u ją się obecn oś ci ą m et a nu w węglu w z gl ędnie w skał ac h otaczających, choć węgle energetyczne tyc h p o ­ kładowi są typów 32 i 33, a zatem p ow stanie m e t a n u nie może być tłumaczone w iększym stop n ie m uwęglenia węgli w pokładach.

M i g r a c j a m e t a n u w ¡Górnośląskim Zagłębiu.. 51

W r e j o n i e w y s t ę p o w a n i a m e t a n u nad k a r b o n e m w y s t ę p u j e izolacja ilasta t r z e c i o r z ę d u o m i ą ż s z o ś c i ok. 300 m, która m o ż e n i e pr ze p u ś c i ć m e t a n u do n ad kładu. I z o la cj ę t a k o w ą m a j ą r ó w n ie ż inne p a r ti e karbonu, gdzie metanu n ie stwie rd zo n o. Stąd wniosek, że Izolacja i l as t a ut ru dniająca o dp ły w m e ­ tanu n i e m i a ł a b y w tym w y p a d k u de cy du j ą c e g o znaczenia. Z a sa dn i c z ą rolę dla m i g r a c j i m e t a n u i jego sk u mu l o w a n i a s i ę w p o k ł a d a c h w ę g l o w y c h spełn ia ­ ją s z c z e l i n y t ek t oniczne. P rz yp u s z c z e n i e to p ot w ie rd za r ó w ni eż opisane wyżej w y s t ę p o w a n i e m e t a n u w s z cz el i ni e u s k o k u na p r z e k o p i e BP 3Z i to w rejonie, gd z ie nad k a r b o n e m w y s t ę p u j e bra k i zo la c j i ilastej. Na g łę bszych p o z i o m a c h 6 5 0 i 750 m st wi e rd za s i ę zagę sz c ze ni e s p ę k a ń w s k a ł a c h s t ro po ­ w y c h i s p ą g o w y c h p o k ł a d ó w w ę g l o w y c h w r e j on ie t a ki c h pokładów, jaks 404/5, 405/1 i 414/2. S z c z e l i n y te k o n t a k t u j ą s i ę z uskokami. Wz r as t a j ą c a z g ł ę ­ b o k o śc i ą t em p er a t u r a p o w o du je w i ę k s z ą p r ę żn o ść metanu, k t ó r y z usko kó w s z c z e l i n a m i d o s ta je s i ę do t y c h po kładów. D l a te go na poz i om ie 650 i 750 st w ie rd za się, że "W p o k ł a d a c h 404/5, 405/1 i 4 14 / 2 rów n ie ż w y s t ę pu je metan.

R ea su m u j ą c ze s ta w i e n i a w y s t ę p o w a n i a CH^ na k o p a ln i "Sośnica", trzeba z a ­ znaczyć, że jest on d o pr ow a d z a n y szcze li na m i te k to ni cz n ym i z głę b sz yc h w a r s t w do w y r o b i s k górn ic zy ch . Czy jest on p o c ho dz en i a ropnego, czy z w i ą ­ zany je st z t e r m i c z n y m i zmia n am i w p o k ł a d a c h głębiej leżących, tego bez d o d a t k o w y c h b a d a ń i z o t o p o w y c h ok r eś l i ć s ię nie da. Bad a ni a i z otopowe mog ą o k r e ś l i ć r ó w n i e ż pochodzenie'. COg, k t ó r y może b yć z w i ąz a ny z działal no śc i ą w u l k an ic zn ą . .

W trak ci e w i e r c e n i a o t w o r ó w b a d a w c z y c h dla kopa ln i "Suszec" (obecnie K o p a ln ia " B o l e s ł a w K r u p i ń s k i ")w y k o n a n o bad an ia g a z o w e w 23 o tw or a c h w i e r ­ tniczych.

W y k o n a n o o z n a c z e n i e z a wa rt oś c i g a z u w 262 p r ó b k a c h węgla p o b r an y ch ze s t r e f y g ł ę b o k o ś c i 1 00-1500 m. W 4 o t w o ra ch p r o w a d z o n o badan ia desor bo m e- tryczne. Stano wi to n i e w ą t p l i w i e b o g a t y mat er ia ł r o z p o z n a w c z y tym c e n n i e j ­ szy, że w y p r z e d z a j ą c o i n fo rm ow a ł o w a r u n k a c h g a z o w y c h przyszłej kopalni.

Na p r z y k ł a d z i e k o pa ln i "Krup iń sk i " w yk a zano, że za wa rt o ść m e t a n u rośnie w k i e r u n k u u s k o k u r ó w n o l e ż n i k o w e g o t e ns yj ne g o o zrzu ci e około 100 m na południe, s t a n o w i ą c e g o g r a ni cę p o ł u d n i o w ą o b s z a r u i jest p o dw y żs zo na przy u s k o k a c h ł ą c z ą c y c h si ę z tym uskokiem. Ąrsunek 1 obra zu j e wyższe z a g r o ż e ­ nie g a z ow e w p o b l i ż u te g o uskoku.

W c i ą g u p i e r w s z y c h lat b u do wy kopa l ni "B. K r u p i ńs k i przebad an o ponad 40 p o k ł a d ó w węgla. W s z y st ki e w y r o b i s k a u d o s t ę p n i a j ą c e i przygot o wa wc ze d rąż o ne są w o b rę bi e w a r s t w orzeskich, stąd p o r ó w n y w a n e wyniki b a d a ń d o ­ tyczą t ylko p o k ł a d ó w węgla tej serii stratygra fi c zn ej . Z a l ed wi e dwa wyniki u zy sk an e z p r ó b e k kopa l n i a n y c h (jeden z poz. 420 i j ed en 620) w ys zł y poza tę granicę, p o z o s t a ł e 55 o z n a c z o n e m e t a n o n o ś n o ś c i ą m i e s z c z ą s ię w g r a n i c ac h o k r e ś l o n y c h b a d a n i a m i w o t w o r a c h wie r tn ic zy c h. Is tnieje za te m pewna z go d ­ ność w y n i k ó w b a d a ń u z y s k a n y c h w o t w o r a c h i w y r o b i s k a c h dołowych.

— --- — --- — --- --- - 1. Staniek

« o 3* 4 * o O O S

> ÍXSJ3

4» O

O I fl o S3 3 Ö se * en

O o - p J d í e o o 4> e N Æ O

> £ > © * © r*W O *H

© bOóflfl o

■H ©-H CV

B I flrH VJD o a o

•H VD-O N 1-4

N -H ®

O • © >

CX 3 H I «

H T3 rH

a o cr\

t í Se o © 4» bo • O Ä O © £ bO 4»

g 03 ©

* a o * C 0 5 O O

£ o 4» a 1 O'-v O Œ e « r^ +» x>

'O ITV h 0 # ©

•o ex S t í a - o £

r*W © « rH

Jrf »H 3 "O -H « o o © se 3 o ex ex © o © o

k Q -*3 t í « J4S 0 O «H

O O O M O

►> Ti * fl tO

? c o s a o a « tí N «

ß h O -H

Œ bO © 4» • H 4> ß © -H O

« i a S M be

6 4» O ©

>J-H ÖC 4»

S 3 63 © ©

« * 0 0 4 » o 4 rlT3

O M O * M 4»

H O O © bC -rM -H ©

œ œ £ o N N 3 œ T3 tí

O 4»

•H I 3

•h 4 > J4 a H rH'-* © oo O <"H *H t í tü » B í 4*

© • H O ©

4> ^M H E

© *H >>

M tí© * Vt

S3 *H O

© O tC£ íx t í ©• ex

© o » -H «

5 * *

•H 3 Ä

• 73 S3 •

«“ >i CU H *“

ex«*« ex

• o M •

© J4 o © t>0

> , © e x o j ł

K 63 © P4

H S3 i-a ex'® ©

I flis CM O I SÄ

• O GOfl

>5 fl tí a *

>»4» © N © rn

Mi g ra cj a m e ta n u w G ór n ośląskim iZagłębiu.. 53

Rejon kopalni "B. Krupiński" jest więc nowym przykł ad em w zachodniej części GZW na to,że drogami migracji m et an u z głębi górotworu aą uskoki, w tym prz y pa dk u u skok równole ż ni ko wy o zrzucie około 100 m i łączące się z n i m inne uskoki.

Wobec pr ze ja wó w w u lk a ni zm u w kopalni "Sośnica" i wobec stwierdzenia wód termalnych na p rzecznicy B7 przy u s ko ku kłodn ic k im w kop. "Sośnica" nie można w y k l uc zy ć wydobywania się me tanu z głębi ziemi. Biorąc pod uwagę, że m et an wy st ę pu je w s tosunkowo m ł od yc h pok ła da c h wa rstw orzeskich i ru d z­

kich o to cz on y ch skałami iłowcowymi, można to wy tłumaczyć w yg aszaniem się usko kó w w w ar st wa c h młodszych. Genezę m e ta nu w tej części Górnośląskiego Z agłębia W ę g lo we go uważać n a le ży za otwartą.

LITERA TU R A

•

Borowski J. i Trela Z.: W pł yw występowania m et a nu na tle obrazu uwęglanis p o k ł a d ó w w połudn io wo - zachodniej części GZW. Przegląd Górniczy 7/66.

- Katowice.

Bo rowski J . ; P r o b l e m uwęglania p o k ł a dó w i pochodzenia meta nu na tle w u l ­ k a n i zm u w południowej części Zagłębia Górnośląskiego. Przegląd Górniczy 4 /6 8 - Katowice.

Poborski Cz.s W ys t ępowanie m e t a n u w GZW. Przegląd Geologiczny nr 4 - W a r ­ s zawa 1959.

R o s e nm a nn J. i Sosnowski H.s M etodyka i dotychczasowe wyniki badań składu c he micznego g a z ó w wy s tę p u j ą c y c h w GZW ze specjalnym uwzględnieniem, helu. Technika p o sz uk i w a ń nr 11, Warszawa 1964.

Niem c zy k B.s Rozpoznanie gazonośności złóż w ę g l o w yc h otworami wiertniczymi i p ra k ty cz ne potwier dz e ni e w y n ik ów badań na przykładzie kopalni "Kru­

p i ń s k i ” . Technika po s zu ki wa ń 4 - Warszaws 1964.

Recenzent: Prof. dr hab. inż. Józef Sztelak

Wpły n ęł o do Redakcji w m a j u 1985 r.

M HTPAUHH

1

P e 3 n u e

y*e b 1959 ro*y 9. IloÓopcKH Aonyczaei, *ito t o z ł k o seóojiBmoe icoaaHecTso MeTaHa npoacxo,SHT c yroabHKr 3azez:e8. Bojibmaa xe ero lacrb apasza ¡¡3 rayoaH.

3to uorjio npoH3ofiTH nyieM npoxoAa ra3a uepe3 TeKTOHHiecKKe nera. CaKT stoi noTBepjaaei JI. CiaHea H a ocaoBe ashhhx H3 m a x m xaueHaoro yrza Gocbsana, r^e npa leKioHHHecKax nexax pacibi KoaanectBo ueraHa.

Ł. Staniek

U nocJieAHHe roAa _{k b i}lea a e a ro HaOjiujajioct a b ipynii maxTax. £ xaqeciBe npauepa nycTŁ cxyxzx maxxa "Eoxecxas K p y n a a b C X H " , rjie nyxaua MHrpamiH Meiana M3 HeAp ropoodpasoBaHaa HBjuajxca He bk obhiucbh Cryneat c 6oxee 100 m Beanaa- uott b kuchom HanpasjieHHE a raicuce ciyneHh coeAHKREmaeca c axo8 ciynenbc.

Oahsko Ac cax nop ae pemeH Bonpoc xaxoBo npaacxoxAeaae MexaHa.

.4. Fo3eHMaHH z X . Cochobckh (1964) noxasBXH, łio a a xeppaxopaa npHxeraxnefi c era X maxxe Cocbsbub suecxe c aexaHOU Bucxynaex sxaa, nponaa, 6yxaa a neRTaB. Kpoae stoto HMeexca boaopoa, qxo aoxex yjca3UBaiL aa npoxexazmae b0ah3h nocTByaicaHKRecxae npouecca. Ilpa stom aeoCxoABMo oTueTZTL, qxo Bucmae yrxepoAu, B u c x y n a m m e b seaaoa ra3e, ae acKjnoqacx aajuntaa ra30B CaxyuBqec- xoro npoacxosAeHaa. IIpoHcxoxAeHae aexaaa b Bepxaecaaescaoa yrojibaoa Eaccei- ae AO cax nop ae o 6 M C H e a o .

MIGRATIONS OF M E T H A N E THRO UG H D I S JU NC TI V E DISLOCATIONS IN TH E U P P E R S I LE SI A C O A L BA SI N

S u m m a r y

Alre ad y i n 1959 Cz. Poborski thinks that only a small part of methane comes fr om coal beds and a greater one f r o m the depth. The i n f l o w could have taken place thro ug h tectonic fissures. This was confirmed i n an u n p u ­ blished paper by L. Staniek in 1962, on the basie of data from the Sośnica coal mine where the occurence of m e t ha n e i nc reases beside tectonic c r e v i ­ ces. In the recent years, this ph en om e n o n appeared in other mines. An example here is the m in e "B olesław K r u pi ńs ki " where the path of me thane mi gr a ti on is the Jaskowice fault w i t h a throw of about 100 m to the S outh and the faults j o i ni ng this leap. What is the origin of m e t h an e? The q u e ­ stion has not b s yet be en answered. J. Rosenmann and H. Sosnowski (1964) found out that i n the area a d jo i n i n g f r o m the S outh the Sośnica mine, ethane, propane, pentane, butane appear together w i t h methane. H ydrogen occurs as well, w h i c h may point at p o st v ol ca ni c processes in the vicinity.

However, h i gh er hydro ca r bo ns occ ur i ng in n a t u r a l gas do not exclude the occurrence of gases of bitumi no us origin. The genesis of m e t h a n e i n the Upper Silesia Coal B aa in has not as yet been explained.