Beata WIKTOROWICZ
Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut Badawczy
Oddzia³ Œwiêtokrzyski im. J. Czarnockiego 25-953 Kielce, ul. Zgoda 21
Tel. (041) 361 25 37; e-mail: beata.wiktorowicz@pgi.gov.pl
Technika Poszukiwañ Geologicznych Geotermia, Zrównowa¿ony Rozwój nr 2/2013
MO¯LIWOŒCI I PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA WÓD TERMALNYCH W WOJEWÓDZTWIE ŒWIÊTOKRZYSKIM
STRESZCZENIE
W artykule przedstawiono warunki wystêpowania wód termalnych na obszarze województwa œwiêtokrzys- kiego oraz okreœlono mo¿liwoœci i perspektywy ich wykorzystania. Uzyskane dane pozwoli³y na wyodrêbnienie potencjalnych zbiorników wód termalnych, wystêpuj¹cych w obrêbie jednostek geologicznych, wykazuj¹cych specyficzne cechy strukturalne i litologiczne. Parametry termiczne i w³aœciwoœci hydrogeologiczne zbiorników geotermalnych s¹ tu œciœle zwi¹zane z litologi¹ utworów, ich diagenez¹ oraz procesami erozyjno-tektonicznymi.
Do celów rekreacyjnych kwalifikuj¹ siê g³ównie wody termalne zbiornika cenomanu. Natomiast w balneologii mog¹ byæ wykorzystywane wody zbiornika jury œrodkowej i górnej, triasu i dewonu.
S£OWA KLUCZOWE
Wody termalne, geotermia, województwo œwiêtokrzyskie
* * *
WPROWADZENIE
Dostêpne wyniki (Ney, Soko³owski 1987) badañ geologicznych i hydrogeologicznych wskazuj¹, ¿e wykorzystanie czystych ekologicznie zasobów energii geotermalnej jest realne i ekonomicznie uzasadnione dla wielu obszarów naszego kraju. Obszar województwa œwiê- tokrzyskiego po³o¿ony jest w obrêbie dwóch okrêgów geotermalnych: przedsudecko-pó³noc- no-œwiêtokrzyskiego i sudecko-œwiêtokrzyskiego (Ney, Soko³owski 1987). Jednak warunki geotermalne regionu œwiêtokrzyskiego nie by³y dotychczas przedmiotem szerokiego roz- poznania. Literatura dotycz¹ca opisywanej problematyki nie jest szczególnie bogata. Spo- œród nielicznych prac wymieniæ nale¿y prace Jurkiewicza i Szczerby (1976), Barbackiego (2004), Góreckiego (2006) oraz opracowania Wiktorowicz i in. (2011, 2012).
Przedmiotem niniejszej pracy jest przedstawienie charakterystyki warunków wystê- powania wód termalnych w obrêbie województwa œwiêtokrzyskiego. Obecnie w regionie œwiêtokrzyskim nie funkcjonuj¹ jeszcze zak³ady geotermalne, ale w otworze Busko C-1, zosta³a udokumentowana siarczkowa woda termalna (Gie³¿ecka-M¹dry 2009). Zaprojek- towano równie¿ otwór geotermalny w Ba³towie (Wiktorowicz, Bia³ecka, Herman 2011;
Biernat, Zwierzyñski, Kotko 2011).
Podstawowe Ÿród³o informacji w rozpoznaniu mo¿liwoœci wystêpowania wód geo- termalnych na obszarze województwa œwiêtokrzyskiego stanowi³y archiwalne dane otwo- rowe, pochodz¹ce z Centralnej Bazy Danych Geologicznych Pañstwowego Instytutu Geologicznego – Pañstwowego Instytutu Badawczego oraz materia³y publikowane w po- staci map, przekrojów i opracowañ. W sumie wykorzystano dane pochodz¹ce z 912 otworów wiertniczych wykonanych w celach badawczych, kartograficznych, hydrogeo- logicznych.
1. ZARYS BUDOWY GEOLOGICZNEJ I WARUNKI HYDROGEOLOGICZNE
Obszar województwa œwiêtokrzyskiego charakteryzuje siê du¿ym stopniem skompli- kowania budowy geologicznej, podkreœlonej wystêpowaniem utworów ró¿nego wieku.
W granicach obszaru badañ znajduje siê piêæ zasadniczych jednostek geologicznych (rys. 1).
W centralnej czêœci usytuowana jest jednostka trzonu paleozoicznego Gór Œwiêtokrzyskich, któr¹ buduj¹ g³ównie utwory prekambru (mu³owce, i³owce, szarog³azy, arkozy i zlepieñce) oraz paleozoiku (piaskowce, kwarcyty, mu³owce, i³owce i ³upki, wapienie, dolomity).
Jednostkê otaczaj¹ utwory obrze¿enia permsko-mezozoicznego, z³o¿onego g³ównie ze zlepieñców, wapieni, dolomitów, piaskowców, mu³owców i i³owców. Czêœæ zachodni¹ oraz pó³nocno-wschodni¹ stanowi¹ jednostki niecki miechowskiej i brze¿nej, wype³- nione osadami kredy dolnej (piaski i piaskowce) i górnej (margle i opoki). Natomiast w czêœci po³udniowej województwa zlokalizowana jest jednostka zapadliska przedkar- packiego, gdzie w profilu dominuj¹ osady ewaporatowe: wapienie, gipsy, anhydryty (Stup- nicka 1989).
Z³o¿ona budowa geologiczna regionu œwiêtokrzyskiego powoduje wystêpowanie zró¿ni- cowanych warunków hydrogeologicznych. Wœród zwyk³ych wód podziemnych wyró¿nia siê tu (Pra¿ak 2007):
– plejstoceñski poziom wodonoœny, lokalizowany pomiêdzy wychodniami starszego po- d³o¿a,
– kredowe piêtro wodonoœne, wystêpuj¹ce w jednostkach niecki miechowskiej i brze¿nej, z³o¿one z dwóch poziomów: górnokredowego i dolnokredowego,
– jurajskie, triasowe i permskie piêtra wodonoœne, jednostki obrze¿enia permsko-mezo- zoicznego Gór Œwiêtokrzyskich,
– paleozoiczne piêtra wodonoœne, obejmuj¹ce utwory karboñskie, dewoñskie, sylurskie, ordowickie i kambryjskie jednostki trzonu paleozoicznego Gór Œwiêtokrzyskich.
G³êbokoœæ strefy wystêpowania wód s³odkich w obszarze województwa œwiêtokrzy- skiego zosta³a oceniona na 300–600 m. Natomiast pod wzglêdem chemicznym wody zwyk³e charakteryzuj¹ siê tu typami HCO3-Ca i HCO3-Ca-Mg (Pra¿ak 2007).
2. WARUNKI TERMICZNE
Wartoœci gêstoœci strumienia cieplnego w obrêbie województwa œwiêtokrzyskiego kszta³- tuj¹ siê w przedziale od 60 do 98 mW/m2(Szewczyk, Gientka 2009). Dodaæ nale¿y, ¿e s¹ to wartoœci porównywalne z wyznaczonymi œrednimi dla Polski i Europy. Najwy¿sz¹ wartoœæ strumienia cieplnego zanotowano w otworze Radwanów IG-1, po³o¿onym w jednostce niecki miechowskiej, gdzie osi¹ga³ on wartoœæ 98 mW/m2. Wysokie wartoœci parametru obserwowane s¹ równie¿ w obrêbie pó³nocnego obrze¿enia mezozoicznego Gór Œwiêto- krzyskich oraz synklinorium brze¿nego. Natomiast znacznie ni¿sze wartoœci (60 mW/m2) notuje siê w po³udniowo-wschodniej czêœci województwa œwiêtokrzyskiego w obrêbie jednostki trzonu paleozoicznego i zapadliska przedkarpackiego. Uwa¿a siê, ¿e zmiennoœæ gêstoœci ziemskiego strumienia cieplnego nale¿y tu wi¹zaæ g³ównie z wystêpowaniem ska³ pod³o¿a, charakteryzuj¹cych siê ró¿nymi w³aœciwoœciami termicznymi.
Rys. 1. Wystêpowanie jednostek geologicznych na obszarze województwa œwiêtokrzyskiego (wed³ug Wiktorowicz i in. 2012)
Fig. 1. Occurrence of geological unit on area of œwiêtokrzyskie provence (based on Wiktorowicz et al. 2012)
Z analizy warunków geotermalnych (wykonanej na podstawie danych archiwalnych pocho- dz¹cych z otworów badawczych) wynika, ¿e na badanym obszarze na g³êbokoœciach (rys. 2):
– 5 m – temperatury wód podziemnych wystêpuj¹ w przedziale od 8,5 do 9,5°C;
– 500 m – uzyskano wody o temperaturze od 20 do 30°C;
– 1000 m – temperatury wód zmieniaj¹ siê w granicach od 30 do 45°C;
– 2000 m – zanotowano temperatury wód w granicach od 40 do 70°C.
Najwy¿sz¹ temperaturê wód podziemnych na terenie województwa œwiêtokrzyskiego stwierdzono w otworze P¹gów IG 1, gdzie na g³êbokoœci 2030 m uzyskano przyp³yw wód o temperaturze 71°C, a ju¿ na 3020 m zanotowano maksymaln¹ wartoœæ równ¹ 102°C (Jurkiewicz, Szczerba 1976).
3. CHARAKTERSTYKA ZBIORNIKÓW WÓD TERMALNYCH
Uzyskane dane geologiczne i hydrogeologiczne pozwoli³y na wyodrêbnienie na terenie województwa œwiêtokrzyskiego wystêpowania potencjalnych zbiorników wód termalnych.
Zaznaczyæ nale¿y, ¿e ze wzglêdu na charakter litologiczny (utwory niewodonoœne, jak np.:
i³owce, mu³owce, kwarcyty), jednostka trzonu paleozoicznego oceniona zosta³a jako obszar nieperspektywiczny pod wzglêdem mo¿liwoœci wystêpowania wód termalnych. W pozo- sta³ych jednostkach obserwuje siê sprzyjaj¹ce warunki hydrogeologiczne.
Rys. 2. Zale¿noœæ temperatury wód termalnych od g³êbokoœci
(na podstawie danych archiwalnych z analiz chemicznych wód z otworów badawczych) Objaœnienia: Wody termalne w utworach: 1 – dewonu, 2 – cenomanu, 3 – jury, 4 – triasu Fig. 2. Relationship between temperature of thermal waters and depth
Explanation: Thermal waters in rocks of: 1 – Dewonian, 2 – Cenoman, 3 – Jurassic, 4 – Triassic
Nawi¹zuj¹c do piêter hydrogeologicznych wyró¿niono potencjalne zbiorniki geoter- malne cenomanu, jury górnej i œrodkowej, triasu i dewonu. Ze wzglêdu na zanotowane temperatury wód oraz w³aœciwoœci kolektorskie utworów uwa¿a siê, ¿e najbardziej korzyst- ne warunki wystêpowania wód termalnych posiadaj¹ obszary jednostek niecki miechow- skiej i zapadliska przedkarpackiego. Zestawienie podstawowych parametrów zbiorników wód termalnych wystêpuj¹cych w obszarze województwa œwiêtokrzyskiego przedstawiono w tabeli 1.
Na obszarze ca³ego województwa œwiêtokrzyskiego powszechne jest zjawisko wystê- powania sta³ego wzrostu mineralizacji ogólnej wraz z g³êbokoœci¹ (rys. 3). Z uzyskanych archiwalnych danych (oko³o 40 g³êbokich otworów badawczych) wynika, ¿e wody termalne wystêpuj¹ce na g³êbokoœci 500 m osi¹gaj¹ mineralizacjê dochodz¹c¹ do 10 g/dm3, na g³êbokoœci 1000 m – oko³o 20 g/dm3, natomiast na 2000 m uzyskano ju¿ ponad 100 g/dm3 (rys. 4).
Podobnie zmienia siê sk³ad chemiczny wód termalnych. Wraz ze wzrastaj¹c¹ g³êbo- koœci¹ zmniejsza siê udzia³ jonów wodorowêglanowych i siarczanowych na korzyœæ chlor- kowych. Wody piêtra kredowego reprezentuj¹ g³ównie typ HCO3-Na, HCO3-Ca-Na oraz HCO3-Cl-Na. Wody termalne wystêpuj¹ce w utworach jurajskich i triasowych charak- teryzuj¹ siê podobnym sk³adem chemicznym, choæ czêsto s¹ tu ju¿ notowane typowe solanki o sk³adzie Cl-Na i Cl-Ca. Dewoñskie wody termalne to ju¿ typowe solanki Cl-Na-Ca, Cl-Ca oraz Cl-Na (dane archiwalne z analiz chemicznych wód z otworów badawczych).
Rys. 3. Zale¿noœæ mineralizacji wód termalnych od g³êbokoœci
(na podstawie danych archiwalnych z analiz chemicznych wód z otworów badawczych) Objaœnienia: Wody termalne w utworach: 1 – dewonu, 2 – cenomanu, 3 – jury, 4 – triasu Fig. 3. Relationship between total dissolved solids of thermal waters and depth
Explanation: Thermal waters in rocks of: 1 – Dewonian, 2 – Cenoman, 3 – Jurassic, 4 – Triassic
Tabela1 Zestawieniepodstawowychparametrówzbiornikówwódtermalnychwystêpuj¹cychwobszarzewojewództwaœwiêtokrzyskiego (napodstawiedanycharchiwalnychpochodz¹cychzotworówbadawczych) Table1 Basicdataontheparametersofthethermalbasinreservoirsoftheœwiêtokrzyskieprovence JednostkaZbiornikgeotermalny
G³êbokoœæ stropuTemperatura wódWielkoœæ przyp³ywuMineralizacja Typchemiczny,sk³adnikispecyficzneParametryzbiornikowe [m][°C][m3/h][g/l](%)mDa Obrze¿enie permsko- -mezozoiczne
Juragórnaiœrodkowa335,0274,03,1HCO3-Na–– Trias1096,0–1346,031,1–52,11,09–5,61,89–91,0HCO3-Ca-Na,Cl-Na-Ca4,0–11,328,3–18,0 Dewon1145,5–2307,654,11,05–3,27,9–238,4Cl-Na-Ca,Cl-Ca,J,Br7,06,5 Synklinorium brze¿ne
Cenoman834,0–940,024,7–300,2–0,40,6–4,7HCO3-Na,Br,J12,0–22,031,0 Juragórnaiœrodkowa627,0–1365,021–340,2–3,00,5–12,1HCO3-Na,Br,J8,0–14,0– Dewon1405,3–1630,630–450,5–1,56,2–73,9Cl-Na,Cl-Ca,HCO3-Na,J,Br6,1223,0 Niecka miechowska
Cenoman462,5–840,021–350,2–36,00,2–17,14HCO3-Na,HCO3-Cl-Na,HCO3-Ca-Na, H2S9,14–32,827,7–1380,0 Juragórnaiœrodkowa201,0–1613,020–410,03–800,00,001–68,13Cl-Na,HCO3-Ca-Na,HCO3-Cl-Na,Br,J, H2S2,7–12,512,7–905,1 Trias899,0–2525,030–710,06–15,41,95–172,8Cl-Na,Cl-Na-Ca,Br,J,Fe1,1–20,02,0–340,0 Dewon1083–3018,030–1020,02–3,067,0–229,0Cl-Na-Ca,Cl-Ca,Br2,5–12,08,0–23,0 Zapadlisko przedkarpackie Cenoman650,0–851,025–357,2–50,013,8–30,8HCO3-Cl-Na,Br,J8,17– Juragórnaiœrodkowa310,0–1360,021–300,27–0,3640,0–67,0Cl-Ca2,1–13,0131,0 Trias1153,0–1203,038–390,2samowyp³yw6,4–11,7Cl-Na,Br,J,Fe–– Dewon2221,0–2430,060–901,0samowyp³yw169,0Cl-Na,Br,J––
Rys.4.Zmianytemperaturzg³êbokoœci¹dlawybranychotworówwiertniczychnaobszarzewojewództwaœwiêtokrzyskiego (napodstawiedanycharchiwalnychpochodz¹cychzotworówbadawczych) Fig.4.Changesoftemperatureswithdepthforselectedboreholesonareaofœwiêtokrzyskieprovince
PODSUMOWANIE
Obszar województwa œwiêtokrzyskiego charakteryzuje siê skomplikowan¹ budow¹ geo- logiczn¹. Parametry termiczne i w³aœciwoœci hydrogeologiczne wyró¿nionych zbiorników geotermalnych s¹ tu œciœle zwi¹zane z litologi¹ utworów, ich diagenez¹ oraz procesami erozyjno-tektonicznymi.
Wody termalne wystêpuj¹ce na obszarze województwa œwiêtokrzyskiego posiadaj¹ wiele mo¿liwoœci i perspektyw wykorzystania. Przede wszystkim mog¹ stanowiæ intere- suj¹c¹ bazê surowcow¹ dla balneologii i rekreacji, jako zak³ady wodolecznictwa zdrojowego oraz rekreacji – baseny k¹pielowe kryte i otwarte. Ze wzglêdu na osi¹gan¹ temperaturê wód do celów rekreacyjnych kwalifikuj¹ siê g³ównie wody termalne zbiornika cenomanu. Na- tomiast do celów leczniczych mog¹ byæ wykorzystywane wody termalne zbiornika jury œrodkowej i górnej, triasu i dewonu. W badanych wodach stwierdzono wysokie zawartoœci bromu, jodu, siarkowodoru.
Wyniki przedstawionej pracy stanowi¹ istotne uzupe³nienie problematyki geotermalnej województwa œwiêtokrzyskiego oraz mog¹ przyczyniæ siê do wiêkszego rozwoju wyko- rzystania na tym obszarze Ÿróde³ energii odnawialnej.
LITERATURA
BARBACKI A.P., 2004 — Zbiorniki wód geotermalnych niecki miechowskiej i œrodkowej czêœci zapadliska przedkarpackiego. Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energi¹ PAN, Kra- ków.
BIERNAT H., ZWIERZYÑSKI M., KOTKO D., 2011 — Projekt prac geologicznych na wykonanie otworu geotermalnego w Ba³towie. Mat. arch. Przedsiêbiorstwo Geologiczne Polgeol S.A., Warszawa.
GIE£¯ECKA-M¥DRY D., 2009 — Dokumentacja hydrogeologiczna ustalaj¹ca zasoby eksploatacyjne ujêcia leczniczych wód siarczkowych Busko C-1 z utworów kredy górnej. Mat. arch. Hydrogeotechnika Sp. z o.o., Kielce.
GÓRECKI W. (red. nauk), 2006 — Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Ni¿u Polskim.
Wyd. AGH, Kraków.
JURKIEWICZ H., SZCZERBA A., 1976 — Wyniki badañ termicznych centralnej czêœci niecki miechowskiej i przyleg³ego obszaru Gór Œwiêtokrzyskich. Biuletyn Instytutu Geologicznego 296, t. 12, 129–161.
NEY R., SOKO£OWSKI J., 1987 — Wody geotermalne Polski i mo¿liwoœci ich wykorzystania. Nauka Polska nr 6.
PRA¯AK J., 2007 — Subregion œrodkowej Wis³y wy¿ynny czêœæ centralna. [W:] Hydrogeologia regionalna Polski, tom I Wody S³odkie, Pañstwowy Instytut Geologiczny.
STUPNICKA E., 1989 — Geologia regionalna Polski. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa.
SZEWCZYK J., GIENTKA D., 2009 — Terrestrial heat flow density in Poland – a new approach. Geological Quarterly 53, 125–140.
WIKTOROWICZ B., BIA£ECKA K., HERMAN G., 2011 — Ocena mo¿liwoœci wystêpowania wód geoter- malnych w rejonie Ba³towa. Mat. arch. PIG-PIB, Kielce.
WIKTOROWICZ B., BIA£ECKA K., HERMAN G., JANECKA-STYRCZ K., KOS M., M£YÑCZAK T., SALWA S., 2012 — Potencja³ hydrogeologiczny oraz zasoby energii ze Ÿróde³ geotermalnych na terenie województwa œwiêtokrzyskiego. Mat. arch. PIG-PIB, Kielce.
THE POSSIBILITIES AND PROSPECTS FOR THE USE OF THERMAL WATERS IN ŒWIÊTOKRZYSKIE PROVENCE
ABSTRACT
The paper presents the possibilities and prospects for the use of thermal waters in œwiêtokrzyskie provence.
Thermal and geothermal reservoirs the hydrogeological properties of parameters here are closely related to the lithology and erosion and tectonic processes. The data obtained allow to extract the Œwiêtokrzyskie area potential of thermal waters, occurring within the geological units, showing the specific structural characteristics.
For recreational purposes qualify mainly thermal waters of Cenomanian. While in balneology can be used thermal waters of Middle and Upper Jurassic, Triassic and Devonian.
KEY WORDS
Thermal waters, geothermal energy, œwiêtokrzyskie provence
