O genezie solanek w górnym karbonie na Górnym Śląsku

R O C Z N I K P O L S K I E G O T O W A R Z Y S T W A G E O L O G I C Z N E G O A N N A L E S D E L A S O C I E T E G E O L O G I Q U E D E P O L O G N E

T o m ( V o l u m e ) X X X V I — 1966 Z e s z y t ( F a s c i c u l e ) 2 K r a k ó w 1966

JA N PAŁYS

0 GENEZIE SOLANEK W GÓRNYM KARBONIE NA GÓRNYM ŚLĄSKU

(4 fig.)

The origin oj salt waters in the Upper Carboniferous of Upper Silesia

(4 Figs.)

PRZEGLĄD LITERATURY DOTYCZĄCEJ W YSTĘPOW ANIA SOLANEK W WARSTW ACH KARBONU N A GÓRNYM ŚLĄ SK U

W ystępow anie wód zm ineralizow anych i solanek na G órnym Śląsku zarów no w młócenie, jak i w karbonie w zbudzało zainteresow anie już od daw na.

Pierw szym autorem , k tó ry szerzej om aw ia to zagadnienie, je st R. M i- c h a e l (1913). W ystępow anie solanek w Zagłębiu w iąże on z obecnością soli w osadach m iocenu w okolicy Żor. Uważa oin, że w południow ej czę­

ści Zagłębia solanki zarów no w utw orach karbonu, jak i m iocenu pochodzą z ługow ania ,złoża soli w Żorach, jak i z w ym yw ania zasolonych osadów m ioceńskich i że są zw iązane z in filtracją ty c h wód w utw ory karbonu.

P onadto tauitor te n stw ierdza, że w ystępow anie solanek w k arb o n ie jest sporadyczne i ograniczone do miejsc, w k tó ry ch in filtracja ta jest m ożli­

wa1 (głównie przez dopływ boczny wód, z miiocenu w row ach tektonicz­

nych do w arstw karbonu). R. R o s ł o ń s k i (1930) uważał, że solanki re­

jonu Goczałkowic zw iązane są z w ystępow aniem m ioceńskich iłów solo- nośnych, a w ięc że pochodzą z ługow ania ty c h iłów w odam i opadow ym i 1 „przesiąkaniem ich w głąb pokładów karbońskich” . P rz y jm u je on, że solanki rejonu Goczałkowic i Jastrzębia należy zaliczyć do „typow ych solanek podkarpackich bez w zględu na ich m iejscow e w ystępow anie w karbonie i stw ierdzić, że n ie są one zw iązane genetycznie z obszarem R ybnika-Ż or-Z aw ady” .

Licznie przeprow adzone w pierw szych latach po drugiej w ojnie św ia­

tow ej w iercenia poszukiw aw cze za w ęglem w południowej części Zagłę­

b ia doprow adziły do stw ierdzenia w ystępow ania tu 'solanek w w arstw ach karbonu na różnych głębokościach. R. P o d i o (1958, 1960) ich genezę sta ra się tłum aczyć in filtra c ją wód m orskich okresu m ioceńskiego w w ar­

stw y karbonu, nie podaje jednak, na czym opiera swój pogląd.

M arginesowo spraw ę genezy wód słonych i solanek porusza K. K o ­ n i o r (1961) w sw ej p ra c y pośw ięconej uzdrow isku w Goczałkowicach.

Stwielrdza on, że wody w karbonie tego rejo n u „nie stanow ią odrębnego chem icznie środowiska, lecz związane są ze środow iskiem nadległym , m ioceńskim ” i że są w odam i m eteorycznym i, m ineralizującym i się w trak cie przepływ u przez w arstw y mioceńskie, na co w skazyw ać m a stopniow y w zrost m in eralizacji wód z głębokością. S tąd au to r w ysuw a

przypuszczenie, że w ody w w arstw ach karbońskich „pow inny być tym silniej zm ineralizow ane, im grubszy jest nad nim i nadkład utw orów 'mio­

ceńskich”.

W ostatnich kilku latach spraw a hydrogeologicznego i hydrochem icz­

nego rozpoznania na G órnym Śląsku 'posunęła się daleko naprzód. Złożyło się n a to w ydanie w roku 1961 rozporządzenia M inisterstw a G órnictw a

i Energetyki, nakładające na w szystkie kopalnie obowiązek sporządzania dokum entacji hydrogeologicznych i system atycznego o.próbowywania wód

kopalnianych.

W oparciu o te dane jak również dane z w ierceń prow adzonych przez K atow ickie Przedsiębiorstw o Geologiczne, G órnośląską S tac ję Terenow ą In sty tu tu Geologicznego i inne jednostki oraz prace prow adzone w G ór­

nośląskiej S tacji Terenow ej Inst. Geol. od k ilk u lat nad m ineralizacją wód podziem nych Górnego Śląska wiadomości na ten. tematt znacznie się zw iększyły 1. W yrazem tego jest szereg opracow ań archiw alnych i p rac publikowanych, z k tó ry ch wym ienić można: ogólną i w stępną ch a ra k te­

ry sty k ę m ineralizacji wód podziem nych regionu Śląsk o-kr akowskiego, przeprow adzoną przez G. K o t l i c k ą (1962), prace nad m ineralizacją wód osadów trzeciorzędow ych A. R ó ż k o w s k i e g o (1962) oraz prace dotyczące m ineralizacji wód i ich strefow ego rozm ieszczenia w karbonie, prow adzone od k ilk u la t iprzez a u to ra (J. P a ł y s 1964, 1966).

Je d n ą iz ostatnich publikow anych prac jest praca R. C z a p 1 i ń s k i e- g o (1963) dotycząca chem izm u odprow adzanych wód kopalnianych. A utor ten podaje, że wody kopalniane wschodniej części Zagłębia są m niej zmi- neralizow ane niż zachodniej oraz że kopalnie głębsze m a ją bardziej zaso­

lone wody niż kopalnie płytsze. Ponadto stw ierdza on, że wody chlorkow e o dużej m ineralizacji wyistęipują w kopalniach o nadkładzie m ioceńskim , wody siarczanow e natom iast odprow adzane są z tych kopalń, gdzie nad­

kład stanow i trias.

O statnio opublikowano prace S. M u l a r z a (1964) i S. W i t c z a k a (1964). Pierw sza z nich dotyczy hydrochemiicznej strefow ośei w niecce bytom skiej, druga natom iast chem izm u wód podziem nych rejonu Ryb­

nika.

W związku z przygotow aniem niniejszej pracy pragnę w yrazić m oją wdzięczność panom prof. drow i Z. P a z d r z e, prof. drow i R. K r a j e w - s k i e m u i prof. drow i H. Ś w i d z i ń s k i e m u za cenne uwagi, k ry ­ tyczne przejrzenie m aszynopisu i wiele uwag m erytorycznych.

STREFOWOŚĆ CHEMICZNA WÓD W KARBONIE GÓRNYM

W utw orach karbonu górnego znajdują się wody o różnej m ineraliza­

cji, w ahającej się od dżiesiętnych do ponad 150 g/l. N a obszarze całego praw ie Zagłębia d aje się zaobserwować praw'idłowy w zrost m ineralizacji z głębokością. Szybkość tego w zrostu n ie jest jednak w szędzie jednako­

w a. W obszarach, gdzie b rak izolujących od w pływ u wód opadowych ilastych serij miocenu, wody zm ineralizow ane i silnie zmineralizowaine w ystępują na w iększych głębokościach. Gdy natom iast u tw o ry karbonu pokryte są osadami miocenu, to w ystępujące w nich wody są już z reguły

1 Z tych rówinieź 'jednostek pochodzą załączJone w .pracy analizy 'chemiczne wód.

W Górnośląskiej 'Stacji T erenow ej w ykon an e zolstały one głów nie przez J. B a g ­ n o w s k ą . Skład soln y 'wyliczony został 'przez autora.

— 123 —

siln ie zm ineralizow ane, p rz y czym m in eralizacja ich rów nież rośnie z głę­

bokością.

D la lepszego scharak tery zo w an ia m in eralizacji wód do rozw ażań wy­

dzielono n astęp u jące ich grupy: ¹ g^/1 (wody słodkie), od ¹—5 g /l (wody 0 podw yższonej m in eralizacji) od 5— 50 g /l (w ody słone), od 50— 100 g /l

(solanki) i ponad 100 ig/1 (silne solanki). Pow yższy podział wód pod w zglę­

dem m in eralizacji, m im o że um ow ny, uw zględnia jednak w pew nym stop­

n iu ich sk ład chem iczny. Z ostanie on b liżej om ów iony w w ydzielonych n iżej grupach m in eralizacji.

W o d y o m i n e r a l i z a c j i < 1 g/l ( s ł o d k i e )

G łębokość w ystępow ania wód te j g rupy je st bard zo 'różna, co uzależ­

nione je st od budow y geologicznej obszaru (np. c h a ra k te ru litologicznego karbonu i nadkładu, obecności s tru k tu r w karbonie itp .). W cen traln y ch częściach niecek n ie p rzy k ry ty ch osadam i tru d n o przepuszczalnym i głę­

bokość ich w ystępow ania je st najw iększa.

W Z agłębiu w te j g ru p ie wód m ożna zasadniczo w ydzielić trz y obsza­

ry , w których w ody w arstw karbonu różnią się sw ym składem jonow ym . N ajb ard ziej n a północy (niecka bytom ska) w y stęp u je ty p wód H C 03- -S⁰⁴-C a-M g przechodzący z głębokością w ty p HG^{0 3}-iS^{0 4}-N a. W k ie ru n ­ ku południow ym w ody w ym ienionej g rupy w zbogacają się w jon. S 0 4"

1 przechodzą przew ażnie w ty p S⁰⁴-H C⁰³~Ca-M g. R ów nocześnie udział w w odach jonu H C 0³ s ta je się coraz m niejszy, by w c e n tra ln e j części siodła głów nego i jego południow ego skłonu spaść do ilości podrzędnych.

W ody sta ją się w tedy siarczanow e (lS04-C a-M g). Oba o statn ie ty p y na w iększych głębokościach przechodzą w ty p y H0 0 3-)S04-N a p rzy m in erali­

z a c ji p rzek raczającej już z reg u ły ¹ g /l (an alizy ¹, ², taib. ¹).

P raw ie na całym pozostałym obszarze Z agłębia — z w yjątk iem pół­

nocnej części rejo n u rybnickiego, -gdzie w y stęp u ją w ody S^{0 4}-H C^{0 3}-C a- -Mjg — w ody o m in eralizacji do 1 g /l m ają c h a ra k te r H 'C03-C a-M g, cza­

sam i z niew ielką ilością jonu SO⁴". W m iarę zw iększania się głębokości przechodzą one w ty p H0O3-N a, w yróżniający się m inim alną zaw artością jonów SO4" oraz C a" i M g". S tąd bardzo niska tw ardość ty ch w ód.

W o d y o m i n e r a l i z a c j i o d 1—5 g/l ( o p o d w y ż s z o n e j m i n e r a l i z a c j i )

W ody grupy poprzedniej w m iarę w zrostu głębokości zw iększają stopniow o sw ą m in eralizację, zm ieniając rów nocześnie sw ój c h a ra k te r chem iczny. R ów nież i w te j g ru p ie m in eralizacji w y odrębniają się pew ne obszary, w k tó ry ch w ody różnią się m iędzy sobą in nym i stosunkam i jo ­ now ym i. O bszary te w ogólnych zarysach pokryw ają się z rejonam i w y­

dzielonym i w p oprzedniej grupie, stanow ią w ięc ich k o n ty n u ację.

W ody om aw ianej g rupy są już w dużym sto p n iu w zbogacone w jon chlorkow y. W c a łe j północnej części Z agłębia przew ażają głów nie w ody ty p u C l-S 04- I i0 0 3-N a z w y jątk iem północno-w schodniej części niecki b ytom skiej, gdzie im ają one c h a ra k te r Cl-HOOsnNa z nieco podw yższoną zaw artością SO4" . W c e n tra ln e j części siodła głów nego p rzew ażają w ody S04-CA -M g (analiza 4) przechodzące p rzy w yższych m in eralizacjach (do

10 g/l) w ty p C l-S 04-jNa.

Składchemicznywód

<c O)

.a

cd

id/bm

3{lUUięZD|OdSM

>a

fi

Wo

'OCO

Xc/3 wo

oo ^CS!

c i

coOd

0° (O

r-T c i oo lO ^{0 5 c o}

O 0=

U n

® w

§ o

° o

U n

s

S U

o ow

co

co ^ oo' 1-H

w N *«~N**. N W

rs

o C?

O O O

O w

O u

ffi O

W u

w u

w

O**

co u ffi

CO CO CO CO no co CO

O O- O U 'M U U

>>

FHC ow T3ca W

co

<c

^ > W) c a A

Wo

oo co^ oo co" co~ -H

CO « IO

lf) n W ^{in ®}_C-— Ifi C"-* ^ ^ °®

N fi w" 00 CD O^

O? CO ⁰⁰

00

co co «

•<i O O «* 0

O O pH O O O O p 1 O

O C/3

ffi O w

w w O Ui_N

W O W

co cd CO cO cd CO CO cd cO cO cdM

£ £ £ £ £ £ £ 53 £ 55

bJD

H H n O

U L) w

£ U tuO

OO w oUl

O 0500

oooo' ^CD

OO

<»

ta

co ta i> co

CD t—<

^ O o u ^ w

rt ⁰⁵ ef

& 5? §

co CD 00 tr~ 05 05 D™ 00 T*

o in o CM C<1 oo io IM co H

t> t- CO IO co <M 00 H co

t£0 ŁO c~ H <N

IC CO 00 co ia co t- ia 05 05 O o

O) CD *“•4 co co IO o ca I> 00 t> cq

05 T—1 00 05 CO o 00

00 1-H CD 00

05 ^la oo Tf* IO IO l>

CQ o CM CM oo ^IO ia

OO t> to TH 05 co

00 co 00

ł—< 00

►>

co co

W

^ > tuo fi a 5

w+

£CD

co CM LQ co co 00 ia ^{c- co H} CO

[> CM ia CD o CM 05 CO Cd

00 05 IA 05 00 05 ca 05 co oo

CM CM ł-H

i-H ia co

cm

0) i 05 c a h # a M

g f-l N

O

Cvf

CMm ir^

c i Tf* ^c-oo CO ⁰⁰00 ⁰⁰00

CM o rT

oo

t>

c— 00

co ⁰⁰00

05₀₅ IO

co

00

co

00

» 'S

° iS

* 3 ^O)co

T}< to

ł—ł t—ł

Tji ^

o la

co

c ic-

CS]

CD9\

co^ I> 00 co o

cT •—4 IO co o

o IO r- I> i—4

co ^CM co

°°.o*

CM

ocg

*o

§ £ s

o

oco o

IO

toH ^o ia _co ^o00

oI

>>

£

•+JcoCS

Q

5^*

cm

CM o 05 ^{H H}

co co ta co co co

05 O) 05 05 05 05

H H

• . , • • «

CM Ttł 00 CM CM

H

o co r*

H co H w CM

ca co IO «D

— 125 —

00 см 00 ю оо со 05

00 ł—1 £> |>

о о о o ' о о о*

CN СО 1-4

о" 1-4 о o ' O*4 о

О

о и м S

'ас ьс

ОU

W'cO

и

оо

и ,ьо ^Омcd

О О

и W■w

ьо

Осо

UD

05 СО СО а Г см

оо ^о05

со да w со о С ““ г Н

со00

t -

с- -oi

o ' сГ О Tf ^ О)

« to » Г-~ асГ СО

Ł> 1-Н

СО 05 00^

00 СО* ■4* ОЭ СО

00 -г 05_1-1

»—1 I—( - V

О О О

аз ей £Р

Й О § ■

г н О о о и %сб cd Й Й

ьо U О и

со л «в Й О §

1—1 I—I - V

2

я S

a о й

, М О

U o W

£ rt hr й о ^ьв

1—1 Т—I г V

3 3 S Й и g

о и О

л св *>

й о § Го

о S

соо ю

СОСО

rt<

со о

ю

(М

w 05

t - со

00|> 05

УЭ05

СО

1£Э00 00

см °Ł

in со

05 Г- Ю

о тР

со 00 О со

00 05 О О

СМ 05 О 05

со О

1-4со

О О 00 05

О О N 05

см О О 05

05 со

1-4 о

г -

О О СО 05

о Ю см 05

ю 05 со 05

г- смсм

со со

о о о

со о о о

см о ю о

—* i-ч tr- ł-H

СО СМ

о *-■

1> 05 Ол о см см со т-Н со CD О^ °я.

1П ю с-*4 см со 00 н о io Ł-" О оо" 05"

СО со 05 с - ■Чр t» см 05 00 С- О CN

05 со со см ю ю ч*

Ю со 05 н СО С*'

СМ см со Т* СО ю ю

СМ

00

csT °1 ^{О 05^ со Ож О D- 05 00}

00 н © оГ оГ !> 05 СО

с*- со и ГГ см см

см тГ 05 н 00

н см 1-Н *—»

00т? ю_со

сосо

со05“

C O O C I O О) OJ^ О О CM t o o 05 О 05 о Г СО t-H СО 00 о l O ^ СО СО СО О i-'

00 СО 05 00 ł—( o о ł-H ю f-H СО 1—'

С О С 0 0 5 С О О Ю О Ю

С М с о С М с о о t *

00t- ⁰⁰ю

05 сосо

со СМ

(всо"

00

сосо ^ою ⁰⁰ю

со

«о ^о1Г5

см 00

оо»

00

о00

ю

о05 со

о о о со ю ю

со

с» ₀₀Ci

о 05 СО

со со m СО

05 05 05 05

ł-H н

СО 00 to СО

. в •

ю тг о Tf«

н см

|> 00 05 о

05 СМ 03 со

Ю со со 40

05 05 05 05

ł-H н

. •

ю Tf 00 е<|

• . щ н,

w СО со

»-н см

см со

iH т-Н и

C ały pozostały — południow y obszar Z agłębia — z w y jątk iem .znów północnej części rejo n u rybnickiego o w odach przew ażnie ’ Ć l-S 0⁴-H C 0 s- -N a ch a ra k te ry z u je obecność wód głów nie C l-H C 0³-N a, czasam i z n ie­

w ielk ą zaw artością S 0 4" (analiza 3). W ody południow ej części rejo n u rybnickiego ró żn ią się jed n ak nieco iod w yżej w ym ienionego ty p u zupeł­

nym b rak iem joinu S 0 4" i pojaw ieniem się w nich jo n u B a”, zw łaszcza p rzy w yższych m in eralizacjach .

W szystkie w ody te j .grupy m ają w skaźnik N a/C l>-1,0, a ich sk ład so l­

ny je s t n astęp u jący : obok ch lo rk u sodu, przew ażającego w południow ej części Z agłębia, w północnej często przew ażają siarczan y w apnia i m ag­

nezu lu b sodu. R zadziej w ęglany sodu, k tó re w ystępow ały raczej w gru­

pie poprzedniej.

W o d y o m i n e r a l i z a c j i o d 5—50 g /l ( s ł o n e )

W ody te j grupy, w y stęp u jące poniżej wód grupy poprzedniej różn ią się m iędzy sobą sw oim składem jonow ym w bardzo szerokich granicach.

W dalszym ciągu zaznacza się w yraźna różnica m iędzy północną a połud­

niow ą częścią Z agłębia. C echą w spólną dla całego Z agłębia je st to , że p rzy m in eralizacji w ód od ^{10— 20} g /l w sposób bezw zględny zaczyna w nich przew ażać ch lo rek sodu. R óżnice m iędzy n im i polegają jiuż ty lk o na stosunkach jonow ych. W (południow ej części Z agłębia, ogólnie rzecz biorąc, p rzy m in eralizacji wód pow yżej 10 g/l, stosunek N a/C l zaczyna być niższy od jedności (analiza 5). W w adach ta k ich pró cz ch lo rk u sodu zaczyna się pojaw iać ch lo rek m agnezu j w apnia. W północnej n ato m iast dopiero przy w yższych m in eralizacjach wód (czasam i pow yżej ²⁰ g/l) stosunek N a/C l osiąga w artość jed en (analiza 6). W ody o ta k ie j m in erali­

zacji prócz ch lo rk u zaw ierają jeszcze w dużych ilościach siarczan y sodu, a czasam i rów nież m agnezu i w apnia.

W te j g rupie m in eralizacji zaczyna się rów nież w yodrębniać pew na różnica m iędzy w schodnią a zachodnią częścią Z agłębia. U w idacznia się ona zw łaszcza na północy.

We w schodniej części Z agłębia (w ty m rów nież skraj-nie w schodniej części niecki b y to m sk iej) już w pew nych przypadkach p rzy m in eralizacji wód pow yżej 5 g /l w spółczynnik N a/C l zaczyna być m n iejszy od jedności.

P rzy w yższych m in eralizacjach spada on tu do n isk ich w artości (an ali­

za 7). W k ieru n k u zachodnim (północna część Z agłębia) p rzy sto su n k u N a/C l = 1 m in eralizacja wód rośnie.

W sk rajn ie zachodniej części Z agłębia p rzy te j sam ej w artości w spół­

czynnika N a/C l m in eralizacja p rzek racza już 50 g /l (analiza ⁸). O znacza to, że naw et p rzy ta k w ysokich m in eralizacjach sód tw orzy połączenia rów nież z ininym i niż ch lo r jonam i, głów nie z jonem SO⁴" .

W ody o stosunku jonow ym N a/C l = 1 n ajg łęb iej zn a jd u ją się w od­

k ry ty ch , nieckow atych częściach Z agłębia. N ajpłycej ■natom iast w obsza-

F.ig. 1. Schem atyczny szkic pionow ego rozm ieszczenia wód o w ielk ości w sp ółczy n ­ nika N a/C l = 1 ; 1 — osady nam uru A; 2 — osady namuru iB, C i w estfalu A, B;

3 — osady 'W estfalu C, D 1 stefanu; 4 — głębokość w ystęp o w a n ia wód o w ielkości w spółczynnika Na/Cl = 1; 5 — w ielk ość iminera'lizaciji w ód w g/l iprzy w sp ó łczy n ­

niku 'Na/iGl = 1: 6 — n asun ięcie Tniehałkowićkie i orłow sk ie

Fig. 1. .Schematic diagram o f the vertical distrib u tion o f w aters w ith Na/C l ratio v alu e = 1. 1 — N am urian A; 2 — Natmurian B, C and Westphalian A, B; 3 — W est­

phalian C. D and Stephanian; 4 — deipth at w hich th e N a/C l ratio reaches th e v a lu e 1; 5 — m ineralization, 'grams -per litre at th e N a/C l ratio = 1; 6 — M ichałko­

w i ce and Orłowa overthrust

m■

— 127 —

E

rach, gdzie w arstw y k arb o n u p o k ry te są nadkładem m ioceńskim (z w y­

jątk iem n iek tó ry ch zachodnich rejonów Z agłębia). N ajw iększe głębokości w ystępow ania wód o ty m w spółczynniku w ynoszą od 600 do 700 m , n a j­

m niejsze n ato m iast ponad ¹⁰⁰ m (fig. ¹).

W opisanej g ru p ie wód (5— 50 g/l) w ielkość w spółczynnika N a/C l, w aha się w dość szerokich gran icach , od około 1,3 do 0,79.

W o d y o m i n e r a l i z a c j i o d 50—100 g /l ( s o l a n k i )

W ody o pow yższej .m ineralizacji p o jaw iają się już od głębokości około 250 m . W ystępują one n a obszarze całego Z agłębia, na różnych jed y n ie głębokościach.

iSkład jonow o-solny ty ch wód, podobnie jalk w poprzednim przypadku, różni się dość znacznie rw zależności od rejo n u . P raw ie w tszystkie w ody te j g ru p y odznaczają się ju ż w ielkością w spółczynnika N a/C l<Cl (anali­

za 7), z w yjąjtkiem sk ra jn ie zachodniej części Z agłębia, gdzie w rejo n ie Szczygłow ic, np. p rzy w ielkości m in eralizacji 58,2 g/l, w arto ść jego w y­

nosi ^1,1 (analiza ⁸). W ty m też rejo n ie n ajp ły cej (250 m) w y stę p u ją w ody o ta k dużej m in eralizacji. N a całym p raw ie południow ym obszarze Z agłę­

bia w ody o podobnej m in eralizacji zn ajd u ją się g łębiej i m ają in n y skład jonow y (N a/iC l< l). O bok ch lo rk u sodu w w odach ta k ic h w y stęp u je chlo­

rek w apnia w ilościach czasam i do 16% ogólnej ilo ści zaw artych w w odzie so li o raz podw yższona ilość ch lo rk u m agnezu, k tó reg o n ajczęściej jed n ak je st m lniej niż ch lo rk u w apnia, i rzad k o k ied y go przew yższa. W ody te m ają w spółczynnik N a/C l poniżej 0,87, sp ad ający czasam i aż do w arto ści 0,72 (analiza 9).

Z północno-zachodniej części Z agłębia (niecki bytom skiej) :br.ak je st danych o w odach te j g ru p y , ale n a podstaw ie an aliz wód z w iększych głębokości o w yższej m in eralizacji m ożna przypuszczać, że i tu ta j w ody te j g ru p y należeć Ibędą do ty p u chlorkow o-sodow o-w apniow ego o w spół­

czynniku N a/C K 0 ,8 7 . Jed y n ie w re jo n ie K nurow a, D ęibieńska i ich n a j­

b liższej okolicy w artość tego w skaźnika p rzek racza 0,90 do głębokości, z k tó ry ch są daine ;(fig. i3).

G łębokość w ystępow ania wód o w spółczynniku Na/Cl<C0,87 je s t róż­

na. N ajg łęb iej w ody te zn ajd u ją się w o d k ry ty ch nieckow atych częściach Z agłębia, n ajp ły cej n ato m iast w obszarze w ystępow ania m iooenu, z w y­

jątk iem rejo n u iD ębieńsko — K nurów , gdzie n a bard zo dużych głębokoś­

ciach p rzy w ysokich m in eralizacjach w spółczynnik N a/C l jeslt w yższy od 0,87 (fig. 2).

W o d y o m i n e r a l i z a c j i p o w y ż e j 100 g/l ( s i l n e s o l a n k i ) W te j g rupie w ód m in eralizacja sięga 180 g /l. P odobnie jak w 'poprzed­

n iej g ru p ie ta k i w te j na całym p raw ie obszarze Z agłębia w y stęp u ją w ody o w spółczynniku Na/Cl<C0,87. S ą to w ięc przew ażn ie w ody ch lo r- kow o-sodow io-w apniow e, czasam i z podw yższoną zaw artością m agnezu.

Fig. 2. Sch em atyczn y sakic p ionow ego rozm ieszczenia rwód o w ielk o ści w sp ó łczy n ­ nika N a/O i = '0,87; 1 — oisady marmuru A; 2 — osądy inaimuru B, C i w estfa lu A , B;

3 — osady w estfa lu iC, ID i stefanu; 4 — głębokość w y stęp o w an ia w ód o w ielkości w spółczynnika N a/C l = 0,87; 5 — n asun ięcie im ichałkowickie i orło w sk ie Fig. 2. S ch em atic diagram o f vertical dis'triibultion o f w aters w ith N a/C l ratio v a lu e = 0,87. 1 — N am urian A; 2 — .Natmiurian B, C and W estphalian A, B;

3 —■ W estphalian IC, D and Stelphanian; 4 — d epth o f occurrence o f w aters w ith Na/Cl ratio v a lu e = 0,87; 5 — Mich alkow ie e and Orłowa overth ru st

9 R o c z n ik

Jo n y S 0 4" i H C O g ' w y stęp u ją bard zo częsta w ilościach śladow ych lub n aw et b ra k ich .zupełnie (analizy 10, 12, 13, 14).

Jed y n ie w rejo n ie D ębieńska — K nurow a, a zw łaszcza D ębieńska, do bardzo dużych głębokości i sk ra jn ie w ysokich m in eralizacji w y stęp u ją w ody o w spółczynniku N a/C l> 0 ,8 7 (analiza 11).

W iDębieńsfcu inp. n a głębokości 690 m przy m in eralizac ji w ód 177,6 g /l w spółczynnik N a/C l = 0,95. W m iarę oddalania się od D ębieńska -współ­

czynnik te n jed n ak m aleje i np. ju ż w K nurow ie n a głębokości 650 m, p rzy m in eralizacji w ód 112 g /l, w artość jego w ynosi już 0,89. D aje się to rów nież zaobserw ow ać p rzy oddalaniu się w k ieru n k u południow ym , np. w O tw orze D ębieńsko 36, n a głębokości 450 m p rzy m in eralizac ji wód

110 g /l, w spółczynnik N a/C l = 0,93, a już w rejo n ie R ybnika na głębo­

kości około 680 m p rz y m in eralizac ji wód 155 g /l m a on już w artość 0,82.

W otw orze ty m d a je się rów nież zauw ażyć obniżanie się w ielkości tego w spółczynnika z głębokością; na głębokości 820 m p rzy m in eralizacji 180,5 g /l w ynosi on ju ż '0,79.

Ja k w idać z tego, w ody rejo n u D ębieńska w p rzeciw ieństw ie do in ­ nych obszarów odznaczają się dużą procentow ą zaw artością ch lo rk u sodu, n isk ą k o n cen tracją ch lo rk u w apnia i m agnezu oraz podw yższoną ilością siarczanów , rów now ażną zazw yczaj z m agnezem .

P i e r w i a s t k i ś l a d o w e

Do tego czasu n ie b y ły prow adzone badania wód podziem nych pod kątem w idzenia w ystępow ania w n ich m ikroskładników . T ylko w k ilk u sporadycznych przypadkach b y ły one przeprow adzone, stą d n iew ielk a ich ilo ść, a sto p ień w iarytgodności n ie zb y t d u ży (an alizy 1, i2, 3, taib. 2).

W w odach w arstw karlbonu zn ajd u ją się n astęp u jące p ierw iastk i śla­

dow e: jod, brom , b ar, stro n t, lit.

Z aw artość jodu je st z reg u ły niew ielk a i p rzy p u szczaln ie rzad k o prze­

k racza 20 g /l. Ilość jego w w odach zm ineralizow anych n ie je s t w szędzie jednakow a. N ajm niej zn ajd u je się go w zachodniej części Z agłębia, zw łaszcza w rejo n ie D ębieńska, gdzie z reg u ły k o n cen tracja jego w ynosi k ilk a m g /l i przypuszczalnie w północnej części Z agłębia (do głębokości, do k tó ry ch są dane). W w iększych ilościach w y stęp u je praw dopodobnie

w południow ej części Z agłębia.

B rom zn ajd u je się w w odach zm ineralizow anych w w iększych iloś­

ciach niż jod. Z aw artość jego w zrasta na ogół z głębokością.

N ajw iększe znane jego k o n cen tracje w ynoszą ponad 200 m g /l (an ali­

za 2). W ystępuje go n ajm n iej p rzy puszczalnie w rejo n ie D ębieńska. W pół­

nocnej części Z agłębia zaw artość jego w ynosi około 100 m g/l, p rzy ślado­

w ych ilościach jodu.

W skaźnik C l/B r w aha się w p rzedziale od ponad 500 do praw ie 1200.

W w iększości jed n ak przypadków zn ajd u je się w g ran icach od 500 do 600.

Porów nanie tego w skaźnika ze w spółczynnikiem N a/C l w sk azu je ty lk o na n iew ielką ich w spółzależność. Jask raw ą d y sp ro p o rcję w idać w w odzie otw oru K obiór, gdzie w spółczynnik N a/C l = 0,78, a w skaźnik C l/B r =

= lii 90. P rzyczyną teg o m aże być n iezb y t dokładne oznaczenie brom u w w odzie.

B ar dotychczas sp o ty k an y b y ł praw ie ty lk o w w odach południow ej części Z agłębia. N ajw iększe jego ilości, dochodzące do ponad 600 m g/l,

znane są z południow o-zachodniej części Z agłębia (analiza 3).

— 131 —

CM

Cd

Ф

•Q cd H

O)

£o

'Oсо

U)

CS

O.

>5 Сo

■»H

С

<

^ >

?P S

>>

с

w

~ >

5? ⁶ o

M

i _{fl »—}^{. i}_I

r*-J CO

^ Sn tUO

4->cd

CO D

o co co csf oCS|

CO ¹-H ^

©^ ©^ co

oo4 o ' co o

CM Ю00

oTЮ

CM

©_{T“ł O CD}

ЮCO Ю CM

ЮCM

CM TP O 05 О I

© ^ © I

© © co © 'ф

0 0 © © © © Ł—

0 0 © Ю © 0 0 ©

T * c ~ co

Ю Г - rH

CM тг rH

©©Ift ©

cm oo4

©

oo

© CM

00 Ю ©^CM

© © © CM

С* K9

co

©co

t> ^cm"

©^ « co

IQ csT 10 CO^{T tT}

t -TOCO CM^{^H t >} ©l > 00 i-H co co

CM

CM©^00 co Ю CM00

©* 00" ł-H © © co

co 00

Ю ^CM

rH

© ©rHco co CM

't- 00 rH (O

СО 4* rH©

rt CM

H

co CM ©

© r- ©

CM CM

©© ©_{C__5}

Ю

co © rH

Ю co Ю

© ^{© ©}

rH rH rH

Ю rH t>

rH

t> có 00 CM

<D

• иЧ

£

яУЗ(н cd

£

£

• Hco

£o

73S-l

N P

a

łr43

UO cdu

&o

cd

<L>

MС cdS-ł -p

ЙO L>

<1>N M(-4 Л 0) cdС ao

£

>>

• HN rHcd

Й

t-ł CM co <

B arow i w w odach zd aje się tow arzyszyć podw yższona zaw arto ść s tro n tu i litu . N ajw yższe stw ierd zo n e ilości stro n tu w ynoszą lii ⁰ m g/l, a litu 17 m g /l (analiza 1). W ody te p rzy p u szczaln ie odznaczają się pod­

w yższoną radoczynnością.

B iezsiarcz ano w e sło n e w ody barow e w zetk n ięciu się z w odam i zaw ie­

rający m i siarczan y w y trą c a ją b ia ły osad, k tó ry cech u je podw yższona ra -

•doczyniność. W ykonana w jednym p rzy p ad k u an aliza chem iczna osadu w ykazała n astęp u jący jego sk ład : BaiS04 — 86,42%, S r — 7,76%, F e203 — 0,48%, A1²0³ — ⁰,H⁶% o raz pew ną ilość tlenków ziem alk aliczn y ch i a l- k a lii.

P o d s u m o w a n i e

Ja k w ynika z podanej ch a ra k te ry sty k i, n a te re n ie Z agłębia W ęglow e­

go da się w yróżnić dw a odm ienne obszary, w k tó ry ch w y stęp u ją w ody o innym c h a ra k te rz e m in eralizacji.

W północnej części, będącej z p u n k tu w idzenia hydrogeologicznego obszarem odkrytym , w y stęp u ją w ody typow e d la środow iska! u tle n ia j ą - -cego. S ą to w ięc w przew ażającym sto p n iu w ody siarczanow e,t w k tó ry ch jo n S 0 4" w y stęp u je początkow o w pow iązaniu z jonem C a” M g", a w m ia­

rę w zrostu głębokości z jonem Na* (S. K o t l i c k a , 1962). P rz y w ięk­

szych głębokościach w zrasta zaw artość jonu chlorkow ego; tw o rzy się ju ż w ted y chlorkow y ty p w ód. In filtra c y jn y w pływ w ód sięga tu dość głębo­

ko, czem u sp rzy ja m iędzy innym i 'głęboko sięg ająca ek sp lo atacja górnicza (S. M u l a r z , 1964). P o tw ierd za to rów nież głębokie w ystępow anie wód o w spółczynniku Na/Cl<C0,87.

P ołudniow a, z a k ry ta '(na znacznym obszarze) część Z agłębia odznacza się red u k cy jn y m środow iskiem w ystępow ania w ód. Z n ajd u jące się tu w ody są początkow o przew ażnie w odorow ęglanow e, w k tó ry ch jo n H C 03' w y stęp u je n ajp ierw w połączeniu z jonem Ca** i M g", a n a w iększych głębokościach z jonem Na*. P rzy dalszym zw iększaniu się głębokości w ody w zbogacają się w jom chlorkow y, którego n ad m iar w sto su n k u do sodu d a je ju ż n a n iew ielk ich głębokościach połączenia ch lo ru z w apniem i m ag­

nezem (iS. W i t c z a k , 11964). W spółczynnik N a/C l je s t w ted y z reg u ły niższy od 0,87.

P ró cz pow yżej przedstaw ionych praw idłow ości, polegających n a zw iększaniu się m in eralizac ji w ód z głębokością, n a obszarze Z agłębia stw ierd zić m ożna jeszcze dw ie in n e praw idłow ości w rozm ieszczeniu wód o różnej m in eralizacji i sk ład zie chem icznym .

P ierw szą z n ich jesit bard zo szybki w zrost m in eralizacji w ód¹ w k ie­

ru n k u zachodnim n a te j sam ej głębokości. N ajw yższą m in eralizację m ają w ody w re jo n ie D ębieńska — K nurow a (fig. 3).

Fig. 3. S ch em atyczn y iszkic rozm ieszczenia w ód o różnej m in eralizacji na .głębokości 800 m . 1 — osady n amur u A; 2 — osady nam uru B i C i w estfa lu A, B; 3 — osady w estfa lu C, D i stefanu; 4 — Przekrój geologiczny; 5 — lin ie ró.wneij m in eralizacji w ód w g/l; 6 — lin ie rów nej w ielkości w spółczynnika Na/Cl; 7 — n asun ięcie m i-

ch a łk ow ick ie i orłow skie

Fig. 3. Schem atic diagram o f the distribution o f w aters w ith d iffere n t m ineraliza­

tion at the depth of 800 m. 1 — Namuriam A; 2 — Nam urian B, C and W estphalian A , B; 3 — W estphalian C, D and Stephanian; 4 — geological cross-section , 5 — is o li- a es o f w ater m ineralization, grams per litre: 6 — iso-lines o f N a/C l ratio; 7 — M i-

chałkbw ice and Orłowa overthrust

kOO .

— 133 —

P onadto w re jo n ie Szczygłow ic stw ierd zo n o an o rm aln e odchylenie w obserw ow anym n a obszarze całego Z agłębia praw idłow ym w zroście m in eralizacji w ód iz głębokością. Na głębokości 250 m w w arstw ach k a r- bonu p rzy n iew ielk iej pionow ej odległości od n ad k ład u m ioceńskiego, m in eralizacja w ód w ynosi 58,2 g /l, w spółczynnik N a/C l —¹,¹, n a głębo­

kości n ato m iast 350 m m in eralizacja obniża się do 48,3 g /l, p rz y w skaźni­

ku N a/C l = 0,95. G łębiej m in eralizacja w zrasta już praw idłow o. P odobną sy tu a cję m am y p rzy p u szczaln ie rów nież w okolicy M akoszow ych.

N ieco in n y przypadek zaobserw ow ano w otw orze w W iśle W ielkiej w południow o-zachodniej części Z agłębia. S tw ierdzono tu , że w osadach m iocenu istn ie je praw idłow y w zrost m in eralizacji wód z głębokością, na pierw szych n ato m iast m etrach w karbotnie (ok. 12 m ) d a je się zauw ażyć obniżenie m in eralizacji. G łębiej o tw ó r n ie b y ł badany, ale: n a podstaw ie analogii z sąsiednim i otw oram i n ależy przypuszczać, że głębiej m in erali­

zacja będzie d alej w zrastać. W ody o statn ich m etrów m iocenu n a głębo­

kości 463—465 m osiągnęły m in eralizację 60,6 g /l, w spółczynnik N a/C l =

— 0,79, a w ody w k arb o n ie n a głębokości 508—520 m (spąg m iocenu na głębokości 496 m) m iały m in eralizację 55,2 g /l i w spółczynnik N a/C l =

= 0,78.

D rugą praw idłow ością w rozm ieszczeniu m in eralizacji wód podziem ­ nych — obserw ow aną ty lk o w południow ej części Z agłębia, p o k ry te j n ie­

przepuszczalnym i osadam i m iocenu — jiest zm niejszenie się m in eralizacji w ód n a te j sam ej głębokości w k ieru n k u południow o-zachodnim . Z jaw isku tem u tow arzyszy p rzypuszczalnie rów nież pew na zm iana c h a ra k te ru te j m in eralizacji, w y rażająca się w obniżeniu w spółczynnika N a/C l.

W ody teg o rejo n u , ja k już w spom niano, ró żn ią się od pozostałych (przy obecnym , słabym sta n ie rozpoznania) stosunkow o dużą zaw arto ścią pew ­ nych p ierw iastków śladow ych, zw łaszcza jonu B a”, k tó rem u tow arzyszy często podw yższona ilość stro n tu i litu .

POCHODZENIE WÓD PODZIEMNYCH W UTWORACH KARBONU GÓRNEGO

W utw orach k arb o n u górnego m am y do czynienia zarów no z w odam i słodkim i lub o podw yższonej m in eralizac ji — pochodzenia n iew ątp liw ie in filtracy jn eg o , jak i siln ie zm ineralizow anym i i zm etam orfizow anym i w odam i będącym i przy p u szczaln ie sta ry m i pogrzebanym i solankam i.

Jak w ynika z w cześniejszych rozdziałów te j pracy, w ody podziem ne w w arstw ach k arb o n u górnego rozm ieszczają się w sposób strefo w y . U w i­

daczniająca się tu hydrochem iczna strefow ość dotyczy ta k ogólnej m ine­

ra liz a c ji ty c h w ód, ja k i ich sk ład u chem icznego.

Fig. 4. Przekrój geologiczny przez północną część Zagłębia. 1 — najw yższa część nam uru A: iłołupiki i p iask ow ce z 'pokładami w ęgla; 2 — nam ur B, C: .piaskowce z iłołuipkaimi i pokładam i w ęgla; 3 — w estfa l A: piaskow ce i iłołupiki z pokładam i

■węgla; 4 — w e stfa l B: iłołupiki z podrzędnym i wkładkalmi p iask ow ców i polkładaimi w ęgla; 5 — osad y nadkładu: trias — iły , w a p ien ie .i dolom ity, imitocen — iły, czw a r­

torzęd; 6 — 1,5, 50, 10*0, 150 — m ineralizacja w ód w g/l

Fig. 4. Cross-isection of the northern part of the Coal Basin. 1 — uperm ost N am u- rlaxL A — clayey shales and sandstones w ith coal seam s; 2 — Namuriain B, C — sandstones w ith clayey sh a les aind coal seam s; 3 — W estphalian A — sandstones and 'clayey sh ales With coal sea m s; 4 — W estphalian B — clayey shales w ith in ter­

calations o f sandstones and coal seam s; 5 — overburden o f the C arboniferous series:

Triassic — clays, lim eston es and dolom ites, M iocene — clays, Quarternary;

6 — 1,5, 50, 100, 150 — m ineralization o f w aters, grams per litre

— 135 —

+ i i i

W szystkie w ydzielone n a podstaw ie ogólniej m in er a lizać j i stre fy h ydro­

chem iczne w k arb o n ie m ożna stw ierdzić w północnej, o d k ry tej pod w zglę­

dem hydrogeologicznym części Z agłębia. W części n ato m iast południow ej, z a k ry te j, często n a .znacznych obszarach b ra k je st pierw szych s tre f ‘(głów­

n ie stre fy o m in eralizacji < ¹ g /l i ¹—5 g /l, a n iek ied y i n astęp n ej).

W tak ich p rzy padkach stre fy te przechodzą do przypow ierzchniow ych p a rtii osadów m iocenu, pokryw ających w arstw y k arb o n u (fig. 4).

Z aznaczająca się strefow ość w ód podziem nych w k arb o n ie je st w yni­

kiem z jed n ej stro n y dynam iki wód podziem nych, z d ru g iej n ato m iast historyczno-geologicznych w arunków rozw oju istn iejący ch w Z agłębiu s tru k tu r hydrogeologicznych. W yrazem te j strefow ości je st. zachow anie się w niższych p a rtia c h s tru k tu r siln ie zm ineralizow anych i zm etam o rfi- zow anych w ód pogrzebanych, k tó re n a m niejszych głębokościach u leg ły zm ieszaniu z w odam i in filtra c y jn y m i. S tre fy przypow ierzchniow e są za­

ję te przez w ody in filtra c y jn e . P odobna sy tu a cja stw ierd zo n a zo stała w w arstw ach m iocenu rejo n u T arnobrzega (R. K r a j e w s k i , 1962).

G łębokość w pływ u w ód in filtra cy jn y c h , czy li granica m iędzy w odam i zm ieszanym i a w odam i daw nym i, je st tru d n a do u stalen ia. N ie je st ona o stra . Istn ie je p rzy p u szczaln ie oała stre fa , w k tó re j sto su n ek obu ro d za­

jów w ód je st różny. W m iarę jed n ak pow iększania się głębokości udział wód in filtra c y jn y c h m aleje, na co w sk azu je obniżanie się w arto ści w spół­

czynnika N a/C l.

W o d y i n f i l t r a c y j n e

W ody w k arb o n ie zn ajd u jące się w pobliżu w iększych se rii w ęglano­

w ych lu b w sk ałach zaw ierający ch w ęglany m ają p rzew ażnie sk ład H C 03- -C a-M g z n iew ielk ą ilo ścią siarczanów . D latego też w ody w schodniej części Z agłębia odznaczają się tak im w łaśnie składem . P o n iżej, w seriach zaw ierający ch sk ały ila ste p o jaw iają się w ody HC03-N a. Ich obecność stw ierdzona została przew ażnie w pobliżu lub w seriach zaw ierający ch sk ały ila ste , np. w w arstw ach brzeżnych i orzeskich w schodniej i c e n tra l­

n ej części Z agłębia. M in eralizacja w ód w odorow ęglanow ych je st niew y­

soka i z re g u ły n ie p rzek racza 1,5 g /l (J. P a ł y s, 1966). W p ółnocnej czę­

ści Z agłębia, głów nie n a obszarze n ieck i bytom skiej i siodła głów nego, .gdzie w w yniku głębokiego zasięgu spękań pow stałych m iędzy innym i na sk u tek siln ie ro zw in iętej ek sp lo atacji górniczej w pływ w ód in filtra c y j­

ny ch sięga stosunkow o głęboko, m in eralizacja je st w yższa w porów naniu z w odam i in filtra c y jn y m i w schodniej części Z agłębia (w odorow ęglano­

w ych). P rócz sikał ługow ane są bow iem rów nież w y stęp u jące tu liczn ie w w ęglu łatw o rozpuszczalne siarczk i żelaza.

W północnej części Z agłębia obserw uje się w ystępow anie, wód siarcza­

now ych ty p u S 04-C a-M g do zn aczn y ch . głębokości. M in eralizacja ich w zrasta tu n iek ied y do 5 g /l. P rzew ażnie jed n ak przy m in eralizac ji rzęd u k ilk u g /l w ody tego ty p u przechodzą w ty p S 0⁴-N a.

W zachodniej części Z agłębia, p o k ry tej osadam i .m iocenu w ykształco­

nym i w fa c ji chem icznej (iły gipso- i solonośne), m in eralizacja wód w k a r- bonie już n a n iew ielk ich głębokościach je st stosunkow o duża, a w skaźnik N a/C l w ysoki. N a głębokości do 300 m m in eralizacja w ód dochodzi do 50 g /l, a w spółczynnik N a/C l często przek racza w arto ść jeden, (w ody te o d znaczają się 'Oprócz d u żej ilo ści chlorków rów nież zw iększoną koncen­

tra c ją siarczanów ). B iorąc pod uw agę oba te fak ty , tzn . n iew ielk ą głębo­