Stowarzyszenie Naukowe im. Stanisława Staszica Kraków, ul. Garncarska 5/2

Transkrypt

1 Stowarzyszenie Naukowe im. Stanisława Staszica Kraków, ul. Garncarska 5/2 OPRACOWANIE KONCEPCJI WYKORZYSTANIA ZASOBÓW WÓD PODZIEMNYCH REJONU OLKUSKIEGO DLA POTRZEB ZAOPATRZENIA W WODĘ PITNĄ ODBIORCÓW PRZEDSIĘBIORSTWA WODOCIĄGÓW I KANALIZACJI SP. Z O.O. W OLKUSZU Zleceniodawca: Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji sp. z o.o. ul. Kluczewska 4; Olkusz Kierownik opracowania: Prof. dr hab. inż. Jacek Motyka Kraków, czerwiec 2010

2 KARTA INFORMACYJNA OPRACOWANIA Kierownik zespołu: Prof. dr hab. inż. Jacek Motyka Zespół autorski: Dr inż. Mariusz Czop Mgr inż. Wiesław Knap 2

3 SPIS TREŚCI 1. WPROWADZENIE BUDOWA GEOLOGICZNA REJONU OLKUSKIEGO... 6 Prekambr i kambr...6 Sylur...7 Dewon...7 Karbon...7 Perm...8 Trias...8 Jura Czwartorzęd WARUNKI HYDROGEOLOGICZNE W REJONIE OLKUSKIM Piętro czwartorzędowe Piętro jurajskie Piętro triasowe Piętro paleozoiczne INWENTARYZACJA STUDNI UJĘCIOWYCH W REJONIE OLKUSKIM WSTĘPNE ZDJĘCIE HYDROGEOLOGICZNE DLA STUDNI UJĘCIOWYCH PWIK W OLKUSZU Pomiary położenia zwierciadła wody w wytypowanych studniach Opróbowanie i analizy składu chemicznego wód w wytypowanych studniach ujęciowych i źródłach Pomiary w trakcie kontrolnych włączeń i wyłączeń studni ujęciowych MECHANIZM ZMIAN JAKOŚCI WÓD PODZIEMNYCH W OTOCZENIU OLKUSKICH KOPALŃ RUD CYNKU I OŁOWIU

4 7. PROGNOZA ZMIAN JAKOŚCI WÓD PODZIEMNYCH W REJONIE OLKUSKIM PO LIKWIDACJI KOPALŃ RUD CYNKU I OŁOWIU Kierunek przemian geochemicznych wód podziemnych w piętrach wodonośnych rejonu olkuskiego Wpływ likwidacji kopalń cynku i ołowiu na studnie ujęciowe PWiK w Olkuszu PERSPEKTYWY UJĘCIA WÓD PODZIEMNYCH DOBREJ JAKOŚCI PO LIKWIDACJI OLKUSKICH KOPALŃ RUD CYNKU I OŁOWIU Z ISTNIEJĄCYCH STUDNI PWIK W OLKUSZU PERSPEKTYWY UJĘCIA WÓD PODZIEMNYCH DOBREJ JAKOŚCI PO LIKWIDACJI OLKUSKICH KOPALŃ RUD CYNKU I OŁOWIU ZA POMOCĄ STUDNI KIMBERLEY - CLARK PERSPEKTYWY UJĘCIA WÓD PODZIEMNYCH DOBREJ JAKOŚCI PO LIKWIDACJI OLKUSKICH KOPALŃ RUD CYNKU I OŁOWIU ZA POMOCĄ NOWOWYKONANYCH STUDNI Wodonośne piętro czwartorzędowe Wodonośne piętro jurajskie Wodonośne piętro triasowe Wodonośne piętro paleozoiczne PODSUMOWANIE I WNIOSKI WYKORZYSTANE MATERIAŁY Spis rysunków Spis tabel Spis załączników

5 1. Wprowadzenie Zaopatrzenie w wodę pitną mieszkańców rejonu olkuskiego odbywa się obecnie w oparciu o wody dołowe odpompowywane z kopalni Olkusz-Pomorzany. We wspomnianym celu wykorzystywanych jest aktualnie około 15 m 3 /min. odpowiednio wyselekcjonowanych wód kopalnianych o bardzo dobrej jakości. Uzupełniającym źródłem wód pitnych jest kilka studni, ujmujących piętra jurajskie i triasowe, zaopatrujących miejscowości oddalone od Olkusza. Silne uzależnienie zaopatrzenia rejonu olkuskiego w wodę pitną od wód kopalnianych stwarza poważne utrudnienia w kontekście planowanej likwidacji górnictwa rud cynku i ołowiu. Wstępnie zakłada się, że zamknięcie kopalń rud cynku i ołowiu może nastąpić już około roku. Proces likwidacji kopalń pociągnie za sobą zaprzestanie odwadniania górotworu co wywoła proces zatapiania leja depresji i powolnej odbudowy ciśnienia w obrębie zdrenowanego górotworu triasowego. Zjawisko to będzie się manifestować wzniosem zwierciadła wód podziemnych w studniach i piezometrach rozlokowanych w obrębie leja depresji. Poza wspomnianymi powyżej zmianami hydrodynamicznymi zatapianie kopalń rud cynku i ołowiu spowoduje wystąpienia bardzo poważnych przemian hydrogeochemicznych, skutkujących degradacja jakościową znacznych zasobów wód podziemnych w obrębie pietra triasowego. W szczególności nie będzie możliwe dalsze wykorzystywanie wód podziemnych odpompowywanych z kopalń rud cynku i ołowiu w charakterze wody pitnej. Przykłady z Polski i świata wskazują, że stężenia siarczanów w wodach zatapiających kopalnie siarczkowych rud metali mogą osiągnąć poziom rzędu mg/dm 3, zaś pogorszenia jakości wód ma charakter długotrwały, rzędu kilkudziesięciu czy nawet kilkuset lat. Bliska perspektywa zatrzymania funkcjonowania aktualnego systemu zaopatrzenia ludności rejonu olkuskiego w wodę pitną wymusza na Przedsiębiorstwie Wodociągów i Kanalizacji w Olkuszu podjęcie starań dla zabezpieczenia alternatywnego źródła wody pitnej. Opracowanie niniejsze spełnia przedstawione funkcje, gdzie na podstawie szczegółowego rozpoznania warunków geologicznych i hydrogeologicznych oraz w oparciu o dodatkowe badania hydrogeologiczne i hydrochemiczne zaproponowanych zostało kilka stref lokowania ujęć wód podziemnych. W koncepcji starano się w pierwszym rzędzie wykorzystać istniejące studnie i zoptymalizować wykorzystanie dostępnych zasobów wód podziemnych. 5

6 2. Budowa geologiczna rejonu olkuskiego W rejonie olkuskim, na podstawie rozpoznania około 2000 otworów wiertniczych, stwierdzono występowanie skał paleozoicznych, mezozoicznych i kenozoicznych. Paleozoik jest reprezentowany przez utwory kambru (lub prekambru), syluru, dewonu i karbonu, mezozoik przez utwory triasu i jury, a kenozoik przez utwory czwartorzędowe. Mapa geologiczna rejonu olkuskiego została przedstawiona na rysunku nr 1. Rys. 1. Mapa geologiczna rejonu olkuskiego Legenda: 1 - utwory węglanowe (D-C1), 2 - zlepieńce (P), 3 utwory węglanowe (T1,2), 4 iły i iłowce (T3), 5 wapienie i margle (J), 6 główne uskoki, 7 wyrobiska górnicze, 8 zasięg występowania utworów kajpru T3 pod wapieniami jurajskimi; 9 kierunki przepływu wód podziemnych w utworach jurajskich; 10 linie przekrojowe. Prekambr i kambr Utwory najwyższego prekambru i dolnego kambru zostały nawiercone w północnowschodniej części rejonu olkuskiego. Są to głównie piaskowce krzemionkowe i szarogłazowe oraz iłowce, mułowce i łupki ilaste z wkładkami tufitów. Są one silnie 6

7 zaburzone tektonicznie i mają miejscami ślady słabego metamorfizmu (Ekiert, 1978; Buła, 2000). Według Buły (1994) utwory dolnego kambru zostały stwierdzone wierceniem w Sułoszowej, a także istnieją przesłanki, aby osady klastyczne, nawiercone w otworze Klucze-1, zalegające poniżej utworów dolnego dewonu zaliczyć do kambru. Sylur Wśród utworów syluru dominują różnego rodzaju silnie zdiagenezowane łupki ilaste z przeławiceniami zlepieńców i brekcji. Często spotyka się w skałach sylurskich intruzje porfirowe lub porfirytowi. Skały sylurskie zostały nawiercone we wschodniej części rejonu olkuskiego. Dewon Dewon jest reprezentowany przez różne odmiany wapieni i dolomitów z wkładkami cienko ławicowych łupków marglistych. Górna część tego piętra stratygraficznego (famen) jest zbudowana z wapieni detrytycznych, gruzłowych i organodetrytycznych z ławicami zlepieńców śródformacyjnych oraz formacji łupkowo-wapiennej. Niższą część omawianego piętra stratygraficznego budują wapienie gruzłowe i margliste z wkładkami łupków marglistych. Zostały one nawiercone w zachodnich peryferiach dokumentowanego obszaru, gdzie występują w osiowej partii pradoliny Przemszy, bezpośrednio pod utworami czwartorzędowymi (Wilk, Motyka, 1977). Miąższość utworów dewonu w rejonie olkuskim nie jest znana, ponieważ nie zostały one przewiercone. Karbon Karbon jest dwudzielny pod względem litologicznym. Jego dolna część wykształcona w facji wapienia węglowego a górna w facji ilasto-piaszczystej. Węglanowe skały wapienia węglowego stwierdzono otworami wiertniczymi bezpośrednio pod utworami triasu i jury we wschodniej części rozpatrywanego obszaru, na wschód od Olkusza. Ilastopiaszczyste utwory górnego karbonu o miąższości 63 m, stwierdzono w spągowej części szybu Chrobry pod zlepieńcami permskimi. 7

8 Perm Perm jest wykształcony w facji kontynentalnej jako utwory molasowe. W rozpatrywanym obszarze występują one pod utworami triasowymi lub lokalnie, na jego zachodnich peryferiach, w osi pogrzebanej doliny Przemszy, bezpośrednio pod utworami czwartorzędu. Utwory permskie, zaliczane do czerwonego spągowca, są reprezentowane przez zlepieńce typu myślachowickiego z wkładkami iłów, łupków oraz podrzędnie dolomitów i wapieni. Są one barwy czerwonej, a lokalnie, w strefach spękań lub uskokowych, barwy szarej i jasnoszarej. Składają się one głównie z otoczaków skał węglanowych, tzn. wapieni i dolomitów dewonu i karbonu dolnego oraz kwarcytów i porfirów, spojonych lepiszczem tufowo-ilasto-wapnistym. W rejonie kopalni Olkusz- Pomorzany zlepieńce permskie są na ogół gruboziarniste, źle obtoczone i wysortowane, choć zauważa się pewną poziomą gradację uziarnienia, typową dla stożków napływowych. W dokumentowanym obszarze skały permskie nie zostały przewiercone, natomiast w otoczeniu na wschód i zachód od tego obszaru utwory permu mają miąższość od 27 do 210 m (Szostek i in., 1982). Trias W rejonie olkuskim występują utwory triasu dolnego, środkowego i górnego. W triasie dolnym wydziela się dwa odrębne poziomy litostratygraficzne: niższego pstrego piaskowca i górnego pstrego piaskowca (retu). Niższy pstry piaskowiec jest wykształcony w postaci piaskowców różnoziarnistych, szarych iłów, mułków z okruchami skał węglanowych i kwarcu. Pstre piaskowce barwy białej, szarej lub wiśniowej, są źle wysortowane i mają lepiszcze ilaste i ilastodolomityczne. Występują one w formie płatów różnej wielkości, wypełniając najczęściej obniżenia morfologiczne w stropie starszego podłoża, zbudowanego z lądowych utworów permskich. Górny pstry piaskowiec (ret) jest reprezentowany przede wszystkim przez różne odmiany dolomitów. Często w spągu utworów retu występują łupki ilaste, margliste lub dolomityczne, na których leżą dolomity ilaste z wkładkami zlepieńców. W wyższych partiach profilu retu występują dolomity krystaliczne, kryptokrystaliczne i bardzo porowate odmiany ziarniste, tzw. dolomity jamiste lub komórkowe. Dolomity retu obfitują w liczne skamieniałości. Miejscami występują w nich minerały siarczkowe cynku i ołowiu o znaczeniu przemysłowym oraz siarczki żelaza. Rudy cynku i ołowiu, występujące 8

9 w dolomitach retu były do niedawna eksploatowane w kopalni Bolesław (tzw. poziom retu ). Wapień muszlowy w całym rejonie olkuskim dzieli się na trzy części (Assmann, 1944; Siedlecki, 1949): górny wapień muszlowy, który nie występuje na dokumentowanym obszarze, środkowy wapień muszlowy, do którego należą warstwy tarnowickie i dolomity diploporowe, dolny wapień muszlowy, do którego należą warstwy olkuskie i gogolińskie. Zgodnie z propozycją Śliwińskiego (1961) warstwy olkuskie obejmują warstwy karchowickie, terebratulowe i górażdżańskie, które w rejonie olkuskim wykazują niewielkie różnice litologiczne i praktycznie trudno je od siebie odróżnić. Dolna część wapieni gogolińskich, o miąższości około 12 m, składa się z cienkoławicowych wapieni płytowych, zbitych, drobnokrystalicznych, barwy szarej i jasnoszarej z cienkimi wkładkami margli. Wyżej zalegają wapienie pelityczne, o budowie falistej (tzw. wapień falisty I), przechodzące ku górze w wapienie płytowe. Górną część wapieni gogolińskich rozpoczynają wapienie zlepieńcowate (zlepieniec śródformacyjny), grubokrystaliczne, jasnoszare z klastami jasnoszarych wapieni kryptokrystalicznych. Powyżej poziomu zlepieńcowatego zalega wapień falisty II, który często nie występuje, ponieważ jest zastępowany przez wapienie płytowe. Wyższe partie profilu warstw gogolińskich, wśród których występuje wapień falisty III nie występują w dokumentowanym obszarze. Warstwy olkuskie są wykształcone w postaci wapieni o miąższości m. Często są one zastąpione przez dolomity kruszconośne, w wyniku działania roztworów hydrotermalnych. Szczególną pozycję w profilu utworów triasu zajmują dolomity kruszconośne. Zastępują one różne ogniwa dolnego wapienia muszlowego, a częściowo także górnego pstrego piaskowca (retu) i dlatego nie stanowią odrębnego poziomu stratygraficznego. Są to dolomity drobnokrystaliczne, zbite i zwięzłe. Mają barwę szarą, a w strefie utlenienia rdzawo-żółtą. W związku z tym, że są to dolomity wtórne, powstałe w wyniku zastępowania wapieni, cechują się one bardzo zmienną miąższością, która w zazwyczaj zawiera się w przedziale od około 30 m do ponad 80 m. Środkowy wapień muszlowy reprezentują dolomity diploporowe i warstwy tarnowickie. Dolomity diploporowe są skałami gruboławicowymi, przy czym charakterystyczne są tu odmiany ziarniste, często oolitowe, niekiedy krystaliczne lub zbite. 9

10 Mają barwę żółtawo-szarą, szarą, a niekiedy brunatną. Ich miąższość najczęściej mieści się w przedziale rzędu 5 50 m. Często dolomity diploporowe podlegały w przeszłości erozji, wobec czego ich miąższość jest miejscami zredukowana. Warstwy tarnowickie są wykształcone jako zazwyczaj margliste dolomity płytowe, o strukturze pelitycznej. Miąższość warstw tarnowickich jest zmienna i zawiera się w przedziale od 10 do 20 m. Trias górny jest reprezentowany w rejonie olkuskim głównie przez utwory kajpru lub retyko-kajpru. Są one wykształcone w postaci pstrych iłów, łupków ilastych, przewarstwionych wapieniami marglistymi i rzadziej dolomitami oraz piaskowcami. Ich miąższość jest bardzo zmienna ze względu na gęstą sieć uskoków i urozmaiconą morfologię spągu utworów czwartorzędu. Miejscami utwory kajpru zostały wyerodowane i tam nie występują. Na pozostałym obszarze ich miąższość zmienia się zazwyczaj od 5 m do 70 m. Jura Utwory jury występują na wschodniej części rejonu olkuskiego. Zgodnie z podziałem Różyckiego (1953) należą one do jury środkowej (doggeru) i górnej (malmu). Jura środkowa (dogger) jest reprezentowana przez margle płytowe ilaste o barwie jasnoszarej, szarej, miejscami czerwonej. Miąższość utworów jury środkowej zmienia się od kilku do kilkunastu metrów. Jura górna (malm) rozpoczyna się marglami ilastymi, łupkowatymi o barwie szarej lub ciemnoszarej, wśród których sporadycznie spotyka się konkrecje fosforytów. Miąższość serii marglistej, w rozpatrywanym terenie, wynosi około m. Wyższą część malmu budują pelityczne wapienie płytowe i okruchowe, barwy jasnoszarej, miejscami beżowej. Miąższość wapieni malmu na peryferiach dokumentowanego obszaru sięga 50 m. Czwartorzęd Utwory czwartorzędu występują na całym dokumentowanym obszarze. Ze względu na to, że osady czwartorzędu sedymentowały na powierzchni urozmaiconej pod względem rzeźby, ich miąższość jest bardzo zmienna. Omawiany poziom stratygraficzny budują głównie drobnoziarniste, fluwioglacjalne piaski kwarcowe, na ogół dosyć czyste. Często 10

11 w spągowej części występują żwirki kwarcowe, których miąższość dochodzi do 4 m Szostek i in., 1982). W zagłębieniach morfologicznych w stropowej powierzchni utworów przedczwartorzędowych występują niekiedy iły i mułki z okruchami skał triasowych lub jurajskich. Miąższość osadów czwartorzędowych jest zmienna i zależy od ukształtowania stropu starszych utworów. W pradolinie Przemszy, która przebiega przez centralną część rejonu olkuskiego, miąższość utworów czwartorzędowych przekracza 50 m, a poza pradoliną mieści się najczęściej w przedziale m. 11

12 3. Warunki hydrogeologiczne w rejonie olkuskim W rejonie Olkusza występują cztery piętra wodonośne: czwartorzędowe, jurajskie, triasowe i karbońsko-dewońskie, które ze względu na podobieństwo litologiczne obu pięter stratygraficznych, przyjęto nazywać paleozoicznym piętrem wodonośnym. Piętro czwartorzędowe Czwartorzędowe piętro wodonośne budują różnoziarniste piaski, żwiry i rumosze. Znaczenie dla kształtowania warunków przepływu wód podziemnych utwory czwartorzędowe mają w tych obszarach, gdzie występują większe zagłębienia erozyjne, w których piaski żwiry czwartorzędowe osiągają dużą miąższość. Są to przede wszystkim pogrzebane doliny rzeczne, z których największą jest pradolina Przemszy, która w badanym obszarze biegnie z północy na południe wzdłuż kuesty jurajskiej (Wilk, Motyka 1977, Motyka 1988). Ważną rolę odgrywają także jej pogrzebane, słabo rozpoznane dopływy o przebiegu równoleżnikowym, a także wąska, ale głęboka pradolina, biegnąca z południa na północ, mniej więcej wzdłuż linii kolejowej Olkusz Jaroszowiec. W osiowych partiach tych pradolin miąższość utworów czwartorzędowych sięga 50 m, a lokalnie nawet około 60 m. Piaski i żwiry czwartorzędowe tworzą zbiornik wód podziemnych typu porowego i cechują się bardzo dobrą przepuszczalnością. Na podstawie wyników próbnych pompowań w tych utworach stwierdzono, że ich współczynnik filtracji jest najczęściej rzędu n 10-4 m/s, a jego geometryczna średnia wartość jest równa 2, m/s (Motyka, Wilk 1976). Lokalnie wśród piasków i żwirów czwartorzędowych występują wkładki utworów zastoiskowych: iłów, mułów i glin, które rozdzielają je na odrębne warstwy wodonośne lub też izolują je od zalegających pod czwartorzędem starszych pięter wodonośnych. W rejonie olkuskim czwartorzędowe piętro wodonośne, które pokrywa starsze utwory mezozoiczne i paleozoiczne, na przeważającym obszarze jest zasilane wyłącznie przez infiltrację opadów atmosferycznych. W północno-wschodniej i wschodniej części rejonu, gdzie utwory czwartorzędu wypełniające pradolinę Przemszy osiągają miąższość rzędu kilkudziesięciu metrów, a jednocześnie kontaktują się lateralnie z wapieniami malmu w strefie przylegającej do kuesty jurajskiej, woda z tych wapieni przepływa do piasków i żwirów czwartorzędowych wzbogacając je dodatkowo w wodę podziemną. 12

13 Piętro jurajskie Jurajskie piętro wodonośne występuje w północno-wschodniej i wschodniej części rejonu olkuskiego. Budują go przede wszystkim wapienie płytowe, skaliste i kredowate górnej jury, tworzące poziom wodonośny malmu. Lokalnie pod marglistymi utworami dolnej części malmu i górnej doggeru (kelowej) występują zlepieńce (zlepieniec parczowski) i piaskowce jury środkowej, tworzące poziom wodonośny doggeru. Nie mają one jednak większego znaczenia, jeśli chodzi o wpływ na ogólne warunki przepływu wód podziemnych, i dlatego przyjęto, że w rejonie olkuskim tylko poziom malmu reprezentuje jurajskie piętro wodonośne (Wilk, Motyka 1977, Wilk 2003). Wapienie górnej jury są zbiornikiem wód podziemnych typu szczelinowokrasowego, chociaż niewielką rolę w przewodzeniu i magazynowaniu wody ma także przestrzeń porowa. Zgodnie z wynikami badań właściwości hydrogeologicznych matrycy skalnej na 166 próbkach wapieni jurajskich z rejonu olkuskiego (Bielec 1999) porowatość otwarta tych skał mieści się w przedziale od 0,0064 do 0,22, wynosząc średnio (średnia arytmetyczna) 0, 103, przy czym wyraźnie większą porowatość wykazywały wapienie kredowate. Współczynnik filtracji przestrzeni porowej badanych próbek wapieni jurajskich zawiera się w przedziale wartości od 2, do 7, m/s, przy czym średnia geometryczna jego wartość wynosi 7, m/s. Około 70% badanych próbek nie oddało wody pod wpływem grawitacji, tzn. nie wykazało zdolności do jej odsączania. Maksymalny współczynnik odsączalności osiągnął wartość 0,0123, a średnia arytmetyczna wartość tego parametru dla wszystkich zbadanych próbek wapieni jest równa 0,00063 (Bielec 1999). Porowatość szczelinowa i kawernowa wapieni górnej jury w rejonie olkuskim nie była badana. W zlewni Wiercicy, w okolicach Częstochowy mieści się ona w przedziale od 0,0012 do 0,0278 (Liszkowska, Pacholewski 1989), a według J. Różkowskiego (2006) od 0,001 do 0,0278. Ten sam autor, po dyskusji wyników badań własnych i zaczerpniętych z literatury zaproponował, żeby przyjąć reprezentatywną wartość współczynnika kawernistości wapieni jurajskich równą około 0,01, choć Nowak (1993) na podstawie wyników wierceń w rejonie Częstochowy podał średnią wartość współczynnika porowatości kawernowej tych skał, równą 0,002. Współczynniki filtracji wapieni jurajskich, zbiornika wód podziemnych o charakterze szczelinowo-krasowym, określone na podstawie wyników próbnych pompowań w łącznie 24 otworach wiertniczych i studniach, mieszczą się w kilku rzędach wartości, a średnia geometryczna wartość tego współczynnika dla zbadanej populacji jest równy 1, m/s. 13

14 Współczynniki te charakteryzują przestrzenie szczelinową i kawernową w wapieniach jurajskich. Wapienie jury górnej budują najwyższe wzniesienia w rozpatrywanej części rejonu olkuskiego. Taka ich pozycja hipsometryczna powoduje, że jurajskie piętro wodonośne jest zasilane niemal wyłącznie przez infiltrację opadów atmosferycznych, a drenowane w sposób naturalny przede wszystkim ucieczkami wody do wspomnianego wyżej piętra czwartorzędowego oraz do starszych utworów mezozoicznych (triasu) i paleozoicznych w strefach bezpośrednich więzi hydraulicznych (Wilk, Motyka 1977, Motyka i in. 2006). Ważnym składnikiem naturalnego drenażu wapieni jurajskich jest odpływ wody licznymi źródłami, z których wiele było wcześniej obiektami badań naukowych. Piętro jurajskie jest także drenowane studniami ujęć wód podziemnych, z których są zaopatrywani w wodę mieszkańcy mniejszych miejscowości. Piętro triasowe Triasowe piętro wodonośne w olkuskim rejonie kopalnictwa rud jest wyraźnie dwudzielne pod względem litologicznym. W dolnej części budują go pstre piaski i piaskowce dolnego i środkowego pstrego piaskowca, wśród których występują przeławicenia utworów ilastych, a w górnej dolomity i wapienie górnego pstrego piaskowca (retu) oraz wapienia muszlowego. W rejonie olkuskim utwory niższego pstrego piaskowca występują w formie płatów o miąższości dochodzącej do kilku metrów, a więc nie mają większego wpływu na warunki przepływu wód podziemnych. Węglanowe skały triasowe tworzą zbiornik wód podziemnych typu porowo-szczelinowo-krasowego (Motyka 1998, Krajewski, Motyka 1999). W ramach rozpoznania warunków hydrogeologicznych olkuskich złóż rud cynku i ołowiu oraz oceny zasobów ujęć wód podziemnych w węglanowych skałach triasowych, wykonano około 200 próbnych pompowań w węglanowych skałach triasowych. Średnia geometryczna wartość współczynnika filtracji dla całego kompleksu węglanowych skał triasowych, obliczona na podstawie wyników tych pompowań jest równa 6, m/s (Motyka, Wilk 1976). Wyraźnie zaznacza się jednak dwudzielność przepuszczalności tych skał, ponieważ utwory wapienia muszlowego są lepiej przepuszczalne niż górnego pstrego piaskowca (retu). Według cytowanych autorów modalna wartość współczynnika filtracji dolomitów i wapieni środkowego triasu jest równa 9, m/s, a utworów retu 7, m/s. 14

15 Warunki przepływu wód podziemnych w utworach wodonośnych triasu są najlepiej rozpoznane. Na obszarach wychodni węglanowych skał triasowych na powierzchnię terenu lub pod piaskami i żwirami czwartorzędowymi są one zasilane w wodę poprzez infiltrację opadów atmosferycznych, bezpośrednią na wychodniach lub pośrednią, poprzez utwory wodonośne czwartorzędu, leżące na węglanowych skałach triasowych. Wodonośne utwory triasu są także zasilane przez wodę infiltrującą z wapieni jurajskich w strefach bezpośrednich kontaktów hydraulicznych jury górnej i środkowego triasu (Motyka 1988, Motyka i in., 2006) oraz pośrednio przez wodę spływającą z wapieni jurajskich do piasków czwartorzędowych, a następnie przez okna erozyjne do utworów wapienia muszlowego. W południowo-wschodniej części rejonu olkuskiego ważną składową zasilania wodonośnych utworów triasu jest przepływ wody z wapieni górnej jury poprzez skomplikowane strefy kontaktów hydraulicznych typu sedymentacyjno-transgresywnego pomiędzy piętrami: jurajskim, triasowym i paleozoicznym (Rys. 2). Woda podziemna w obszarach, gdzie wapienie jurajskie leżą bezpośrednio na węglanowych skałach karbońskich i dewońskich infiltruje z utworów jurajskich do tych skał, a następnie dopływa do wodonośnych utworów triasu w obszarach kontaktów hydraulicznych między wodonośnymi piętrami triasowym i paleozoicznym (Motyka 1988, Motyka i in., 2006). Rys. 2. Schemat warunków krążenia wód podziemnych w olkuskim rejonie kopalnictwa rud cynku i ołowiu Legenda: 1 - utwory węglanowe (D-C1), 2 - zlepieńce (P), 3 utwory węglanowe (T1,2), 4 iły i iłowce (T3), 5 magle (J2), 6 wapienie (J3), 7 piaski (Q), 8 składowiska odpadów, 9 kierunki przepływu wód podziemnych, 10 kierunki przesiąkania wód, 11 wyrobiska podziemne kopalń rud cynku i ołowiu. 15

16 Utwory triasowego piętra wodonośnego są obecnie drenowane na wielką skalę wyrobiskami olkuskich kopalń rud cynku i ołowiu w celu odwodnienia tych złóż dla umożliwienia ich eksploatacji. Maksymalna ilość wody pochodzącej z drenażu górniczego jest równa 5 6 m 3 /s (Adamczyk Z., Motyka 2000). W wyniku drenażu górniczego wokół kopalń wytworzył się rozległy lej depresji (Adamczyk A.F. 1990) i pierwotne, naturalne kierunki przepływu wód podziemnych w utworach wodonośnego piętra triasowego uległy radykalnej zmianie. Pierwotnie głównymi ośrodkami drenażu piętra triasowego były cieki powierzchniowe: Biała Przemsza i Sztoła wraz z ich dopływami, a podrzędnie nieliczne źródła, występujące w zachodniej części rejonu olkuskiego. W obszarze objętym zasięgiem wpływu odwadniania olkuskich kopalń rud źródła zanikły, a cieki powierzchniowe straciły swój pierwotny, drenujący charakter i tracą wodę, która infiltruje do podłoża, zbudowanego z węglanowych utworów triasu lub piasków czwartorzędowych leżących na wodonośnych skałach triasowych. Przykładem może tu być infiltracja wody z Białej Przemszy i jej dopływów do podłoża na odcinku między Golczowicami a Sławkowem (Prussak 1981, Adamczyk Z., Motyka 1997, Motyka, Różkowski K. 2003). Ilość wody infiltrującej z tej rzeki do podłoża jest istotnym składnikiem bilansu wodnego olkuskich kopalń rud cynku i ołowiu. Piętro paleozoiczne Paleozoiczne piętro wodonośne budują węglanowe skały dolnego karbonu (facja wapienia węglowego) oraz dewonu. Jest ono słabo rozpoznane pod względem hydrogeologicznym. Właściwości hydrogeologiczne omawianych skal są poznane tylko fragmentarycznie. Na rdzeniach wiertniczych, pobranych z czterech otworów złożowych, wywierconych w rejonie Klucz, wykonano badania właściwości hydrogeologicznych przestrzeni porowej dolomitów i wapieni dewońskich (Motyka i in., 1998). Wykazały one, że skały te mają nikłe zdolności do przewodzenia i magazynowania wody podziemnej. W nielicznych otworach wiertniczych stwierdzono występowanie pustek krasowych, a więc węglanowe skały paleozoiczne są zbiornikiem wód podziemnych typu szczelinowokrasowego. Wykonano w nich dwa próbne pompowania i na podstawie wyników tych pompowań obliczono współczynniki filtracji, które były równe 7, oraz 7, m/s. Węglanowe skały paleozoiczne nie wychodzą na powierzchnię terenu w olkuskim rejonie kopalnictwa rud, a na dodatek są słabo rozpoznane pod względem hydrogeologicznym. Bez wątpienia w południowo-wschodniej części rejonu olkuskiego, 16

17 w strefach więzi hydraulicznych wodonośnego piętra jurajskiego z węglanowymi skałami paleozoicznymi woda podziemna z wapieni jurajskich infiltruje do paleozoicznego podłoża. Niemniej jednak warunki zasilania i drenażu w obrębie węglanowych skał paleozoicznych należy rozważać w szerszej, regionalnej skali, ponieważ głębokie krążenie wody w tych utworach ma istotne znaczenie. Omawiane skały są drenowane w strefach, wspomnianych wcześniej, kontaktów hydraulicznych typu sedymentacyjnotransgresywnego z triasowym piętrem wodonośnym. 17

18 4. Inwentaryzacja studni ujęciowych w rejonie olkuskim W ramach realizacji niniejszego opracowania wykonana została szczegółowa inwentaryzacja studni ujęciowych znajdujących się w rejonie olkuskim, tj. zlokalizowanych na terenie gmin Bukowno, Klucze i Olkusz. Inwentaryzacja studni związana była z pozyskaniem danych: wiertniczych (głębokość, średnica, przedział części filtrowej itp.); geologicznych (profil otworu); hydrogeologicznych (głębokość nawierconego i ustabilizowanego zwierciadła wód podziemnych, wyniki próbnych pompowań); hydrochemicznych (jakość wód podziemnych, czasowa zmienność wybranych wskaźników fizyko-chemicznych ujmowanych wód); eksploatacyjnych (wydajność studni oraz wielkość zatwierdzonych zasobów wód podziemnych). Szczegółowa baza danych obejmująca w/w dane dla poszczególnych studni położonych na terenie gmin Bukowno, Klucze oraz Olkusz stanowi załącznik do niniejszego opracowania. Zawiera ona karty otworów, z informacjami dotyczącymi warunków wiertniczo-geologicznych, hydrogeologicznych oraz wielkości zasobów wód podziemnych. W przypadku dostępności wyników badań składu chemicznego wód podziemnych ujmowanych w studniach zostały one przedstawione za okres ostatnich 10 lat (Zał. 1). Najważniejsze informacje zgromadzone w trakcie inwentaryzacji dla studni ujęciowych znajdujących się w gestii PWiK w Olkuszu, przedstawione zostały w zamieszczonych poniżej zbiorczych tabelach (Tab. 1 i 2)., 18

19 Podstawowe dane techniczne dotyczące ujęć PWiK w Olkuszu, zlokalizowanych na terenie gmin Bukowno i Klucze Tabela 1. Lp. Ujęcie wody Studnia głębinowa Rok budowy Głęb. studni [m] Śr. studni [mm] Zwierciadło wody Nawiercone statyczne [m ppt] Nawiercone dynamiczne [m ppt] Zwierciadło wody 2008 r. Statyczne [m ppt] Dynamiczne [m ppt] Zasoby eksploatacyjne Pozwolenie wodnoprawne Zasoby [m3/h] [m3/d], decyzja Termin ważności Agregat pompowy Typ agregatu, śr wydajnoś, nr inwent. Głęb. montażu [m] 1 Bór Biskupi GMINA BUKOWNO Bukowno-Podlesie Bydlin H T m npm. Cieślin H T m npm. Kolbark H T m npm. Góry Bydlińskie H T m npm. GMINA KLUCZE Permska 10.2 m 3 /h s e=8.3 m WS /2002 Starosta Olkuski r. Permska 30 m 3 /h s e=3.4 m Ek.V /77/96 Urząd Wojewódzki w Katowicach r. Jurajska 47 m 3 /h s e=3 m WS /2003 Starosta Olkuski r. Triasowa 16 m 3 /h s e=3 m WS /2000 Starosta Olkuski r. Triasowa 25 m 3 /h s e=0.3 m WS /2000 Starosta Olkuski r. Jurajska 6 m 3 /h s e=12.7 m WS /2000 Starosta Olkuski r. 9.6 m 3 /h WS /06 z Starosta Olkuski 12 m 3 /h WS /06 z Starosta Olkuski 47 m 3 /h 1128 m 3 /d WS /02/03 z Starosta Olkuski 16 m 3 /h 100 m 3 /d O.Ś.III-IV /2000 z Wojewoda Małopolski 25 m 3 /h 250 m 3 /d O.Ś.III-IV /2000 z Wojewoda Małopolski 6 m 3 /h 20 m 3 /d O.Ś.III-IV /2000 z Wojewoda Małopolski Grundfoss SP BA15 8 m 3 /h H=62 m Grundfoss SP m 3 /h H=63 m Grundfoss SP m 3 /h H=48 m 2800/441 Pompy poziome Grundfoss SP m 3 /h H=105 m 2606/ G60 XII

20 Podstawowe dane techniczne dotyczące ujęć PWiK w Olkuszu, zlokalizowanych na terenie gminy Olkusz Tabela 2. Lp. Ujęcie wody Studnia głębinowa Rok budowy Głęb. studni [m] Śr. studni [mm] Zwierciadło wody Nawiercone statyczne [m ppt] Nawiercone dynamiczne [m ppt] Zwierciadło wody 2008 r. Statyczne [m ppt] Dynamiczne [m ppt] Zasoby eksploatacyjne Pozwolenie wodnoprawne Zasoby [m3/h] [m3/d], decyzja Termin ważności Agregat pompowy Typ agregatu, śr wydajność, nr inwent. Głęb. montażu [m] Braciejówka H T m npm. Podlesie Rabsztyńskie H T m npm. Kosmolów H T m npm. Zadole Kosmolowskie H T m npm. Troks H T m npm. Gorenice H T m npm. GMINA OLKUSZ Jurajska 12 m 3 /h s e=0.4 m WS /99 Starosta Olkuski r. Jurajska 26 m 3 /h s e=6 m WS /99 Starosta Olkuski r. Jurajska 9 m 3 /h s e=10.5 m WS /99 Starosta Olkuski r. Jurajska 5.5 m 3 /h s e=4 m WS /99 Starosta Olkuski r. Jurajska 9.6 m 3 /h s e=8 m WS /99 Starosta Olkuski r. Triasowa 60 m 3 /h s e=3.5 m OS.VI.7441/2/2000/JS Wojewoda Małopolski r. 12 m 3 /h 288 m 3 /d O.Ś.III-IV /2000 z Wojewoda Małopolski 26 m 3 /h 200 m 3 /d O.Ś.III-IV /2000 z Wojewoda Małopolski 9 m 3 /h 210 m 3 /d O.Ś.III-IV /2000 z Wojewoda Małopolski 5.5 m 3 /h 30 m 3 /d O.Ś.III-IV /2000 z Wojewoda Małopolski 60 m 3 /h 600 m 3 /d O.Ś.III-IV /2000 z Wojewoda Małopolski Grundfoss SP 14A m 3 /h H=99 m Grundfoss SP m 3 /h H=83 m Grundfoss SP m 3 /h H=91 m Grundfoss SP 8a-25 Grundfoss SP 8A-37 8 m 3 /h H=151 m Grundfoss SP

21 Podstawowe dane techniczne dotyczące ujęć PWiK w Olkuszu, zlokalizowanych na terenie gminy Olkusz Tabela 2 cd. Lp. Ujęcie wody Studnia głębinowa Rok budowy Głęb. studni [m] Śr. studni [mm] Zwierciadło wody Nawiercone statyczne [m ppt] Nawiercone dynamiczne [m ppt] Zwierciadło wody 2008 r. Statyczne [m ppt] Dynamiczne [m ppt] Zasoby eksploatacyjne Pozwolenie wodnoprawne Zasoby [m3/h] [m3/d], decyzja Termin ważności Agregat pompowy Typ agregatu, śr wydajność, nr inwent. Głęb. montażu [m] 7 Witeradów źródła H T m npm. GMINA OLKUSZ Jurajska 53 m 3 /h s e=12.7 m OŚ.V /52/98 Wojewoda Katowicki r. 53 m 3 /h WS /05 z Starosta Olkuski

22 5. Wstępne zdjęcie hydrogeologiczne dla studni ujęciowych PWiK w Olkuszu W ramach realizacji niniejszego opracowania przeprowadzone zostały wstępne badania (zdjęcie) hydrogeologiczne dla potrzeb rozpoznania potencjalnych obszarów występowania zasobów wód podziemnych dobrej jakości, możliwych do pozyskania w warunkach przyszłej likwidacji górnictwa rud cynku i ołowiu. Badania hydrogeologiczne zrealizowane w I półroczu 2010 r. obejmowały: pomiary położenia zwierciadła wody w wytypowanych studniach; opróbowanie wytypowanych studni ujęciowych i źródeł; wykonanie analiz fizyko-chemicznych pobranych próbek wody ze studni ujściowych i źródeł; pomiary reakcji wytypowanych studni ujęciowych na pompowanie z nich wody oraz ich wyłączenie. Pomiary położenia zwierciadła wody w wytypowanych studniach Pomiary położenia zwierciadła wody zostały wykonane w studniach użytkowanych przez Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji w Olkuszu. Aktualnie są one użytkowane w różnym stopniu stąd pomiary obejmują zarówno zwierciadło statyczne (w warunkach przerwy w pracy pompy) jak i dynamiczne (zmierzone w trakcie pompowania). W poniższej tabeli dla każdej ze studni przedstawiono wyniki pomiarów położenia zwierciadła wody w okresie styczeń-kwiecień 2010 r. Jednocześnie został określony charakter zwierciadła wody w trakcie pomiaru (Tab. 3). Wcześniejsze wyniki pomiarów położenia zwierciadła wody we wspomnianych studniach za okres , zamieszczone zostały w formie wykresów w załączniku nr 1 obejmującym dane z inwentaryzacji studni na terenie gmin Bukowno, Klucze i Olkusz. Zwierciadło wody w przypadku wszystkich studni wykazuje w trakcie całego zestawionego okresu pomiarowego typowe wahania zarówno sezonowe jak i wieloletnie. 22

23 Tabela 3. Wyniki pomiarów zwierciadła wód podziemnych w studniach PWiK w Olkuszu Studnia Rzędna pow. terenu [m npm.] Data pomiaru Głęb. zw. wód podz. [m] Rzędna zw. wód podz. [m npm.] Charakter zw. wód podz. Bór Biskupi dynamiczne Bukowno- Podlesie Bydlin Cieślin Kolbark Góry Bydlińskie dynamiczne statyczne dynamiczne statyczne 6 m H dynamiczne 6 m H statyczne dynamiczne statyczne dynamiczne statyczne Braciejówka dynamiczne Podlesie Rabsztyńskie dynamiczne statyczne Kosmolów dynamiczne Zadole Kosmolowskie Troks dynamiczne statyczne dynamiczne statyczne Gorenice dynamiczne Opróbowanie i analizy składu chemicznego wód w wytypowanych studniach ujęciowych i źródłach W ramach realizacji opracowania w maju 2010 r. dokonano opróbowania wybranych studni ujęciowych eksploatowanych przez PWiK w Olkuszu. Wynik analiz składu chemicznego wszystkich próbek zostały przedstawione w kolejnej tabeli (Tab. 4). Dla potrzeb niniejszego opracowania w połowie marca 2010 r. wykonane zostały również badania w zakresie składu chemicznego źródeł jurajskich w Witeradowie, Żuradzie oraz na Mazańcu i Czarnej Górze. Wyniki tych oznaczeń zostały przedstawione w kolejnej tabeli (Tab. 5). 23

24 Tabela 4. Skład chemiczny wód ze studni ujęciowych PWiK w Olkuszu Lokalizacja Cieślin Kolbark Bydlin Witeradów Braciejówka Góry Bydlińskie Kosmolów Podlesie Rabsztyńskie Zadole Kosmolowskie Obiekt studnia studnia studnia źródło główne studnia studnia studnia studnia studnia Litologia trias trias jura jura jura jura jura jura jura Data poboru maj 2010 maj 2010 maj 2010 maj 2010 maj 2010 maj 2010 maj 2010 maj 2010 maj 2010 Przewodność właściwa [µs/cm] ph HCO SO Cl NO NO NH Ca Mg Na K SiO Fe Mn Al B Ba Pb PO Sr Zn

25 Tabela 5. Skład chemiczny wód ze źródeł jurajskich, położonych na południe od Olkusza Lokalizacja źr Czarna Góra źr Mazaniec źr Witeradów Młyn źr Witeradów główne źr Żurada Data poboru marzec 2010 marzec 2010 marzec 2010 marzec 2010 marzec 2010 Przewodność właściwa [µs/cm] T [ o C] ph HCO SO Cl NO NO NH Ca Mg Na K SiO Fe Mn Al B Ba Pb PO Sr Zn Przeprowadzone badania hydrochemiczne wykazały, że zarówno wody ze studni jak i źródeł spełniają normatywy dla wód pitnych, w zakresie stężeń wskaźników fizykochemicznych. W odniesieniu do stężeń kluczowego wskaźnika jakim są azotany, stwierdzono że są one znacząco niższe od 50 mg/dm 3 i wahają się zazwyczaj w przedziale mg/dm 3. Należy zwrócić uwagę, że aktualnie zabudowa mieszkalna objęła swym zasięgiem bezpośrednie sąsiedztwo większości ujęć i źródeł. W przypadku dalszego ich użytkowania lub podjęcia decyzji o ich uruchomieniu należy podjąć działania dla zapobiegania przenikania zanieczyszczeń do strefy stanowiącej obszar zasilania poszczególnych ujęć i/lub źródeł. Przykładem w tym względzie może być przypadek miejscowości Witeradów, gdzie w związku z wykonaniem kanalizacji, nie powinno występować przenikanie do wód podziemnych nieoczyszczonych ścieków bytowych. 25

26 Pomiary w trakcie kontrolnych włączeń i wyłączeń studni ujęciowych W ramach prac związanych z wytypowaniem studni ujęciowych o potencjalnej rezerwie zasobów wód podziemnych, gdzie możliwe wydaje się znaczące zwiększenie poboru, przeprowadzone zostały kontrolne włączenia i wyłączenia studni. Badanie to polega na obserwacji czasowych zmian położenia zwierciadła wody w trakcie normalnego reżimu eksploatacji studni ujściowej. Schemat ten związany ze stosunkowo niewielką zmianą ciśnienia wody w górotworze pozwala na oszacowanie parametrów hydrogeologicznych warstwy wodonośnej. W zakresie interpretacji, tego typu stosunkowo krótkotrwałych a w konsekwencji mało kosztownych badań zaliczanych do grupy testów ze skokową zmianą potencjału (ang. slug test) istnieje bogata literatura fachowa. Wykresy opadania zwierciadła wody w badanych studniach (kolejno Kolbark, Troks i Bydlin) po ich uruchomieniu a następnie podnoszenia się zwierciadła po wyłączeniu pompy przedstawiono na kolejnych rysunkach (Rys. 3-5). Rys. 3. Wykres zmian zwierciadła wody w studni ujęciowej w Kolbarku w trakcie prowadzonych badań hydrogeologicznych 26

27 Rys. 4. Wykres zmian zwierciadła wody w studni ujęciowej w Troksie w trakcie prowadzonych badań hydrogeologicznych Rys. 5. Wykres zmian zwierciadła wody w studni ujęciowej w Bydlinie w trakcie prowadzonych badań hydrogeologicznych 27

28 Studnia ujęciowa w Kolbarku była pompowana z wydajnością 0,28 m 3 /min. tj. 16,8 m 3 /h przez okres 21 minut do osiągnięcia depresji równej 0,07 m liczonej od poziomu wyjściowego zwierciadła wody na głębokości 20,7 m. Po wyłączeniu zwierciadło wody w studni podnosiło się przez kolejne 43 minuty i osiągnęło poziom na głębokości 20,71 m. Współczynniki filtracji dla studni w Kolbarku ujmującej piętro triasowe wyniosły w graniach 4, m/s 2, m/s. Zarejestrowana wartość współczynnika filtracji jest stosunkowo wysoka, jednocześnie mieści się ona w przedziale zarejestrowanym dla węglanowych skał triasowych. Studnia ujęciowa w Troksie była pompowana ze zmienną wydajnością 0,112-0,155 m 3 /min. tj. 6,72-9,3 m 3 /h przez okres 259 minut do osiągnięcia depresji równej 1,59 m liczonej od poziomu wyjściowego zwierciadła wody na głębokości 67,4 m. Po wyłączeniu zwierciadło wody w studni podnosiło się przez kolejne 40 minuty i osiągnęło poziom na głębokości 68,0 m. Współczynniki filtracji dla studni w Troksie ujmującej piętro jurajskie wyniosły w graniach 1, m/s 3, m/s. Wartości te należy uznać za mieszczące się nieco poniżej średniej dla utworów jurajskich występujących w rejonie olkuskim. Studnia ujęciowa w Bydlinie była pompowana ze zmienną wydajnością 0,12 m 3 /min. tj. 7,2 m 3 /h przez okres 14 minut do osiągnięcia depresji równej 1,51 m liczonej od poziomu wyjściowego zwierciadła wody na głębokości 0,68 m. Po wyłączeniu zwierciadło wody w studni podnosiło się przez kolejne 29 minuty i osiągnęło poziom na głębokości 0,68 m. Współczynniki filtracji dla studni w Bydlinie ujmującej piętro jurajskie wyniosły w graniach 2, m/s 4, m/s. Wartości te są mieszczą się nieco poniżej średniej dla piętra jurajskiego w rejonie olkuskim. Duża zmienność współczynnika filtracji jest charakterystyczną cechą szczelinowo-krasowych zbiorników wód podziemnych. Wykonane badania studni w Troksie, Bydlinie i Kolbarku miały na celu wstępne określenie własności hydrogeologicznych ujmowanego przez nie górotworu. Parametry hydrogeologiczne, w tym głównie współczynnik filtracji mają decydujące znaczenie dla obliczenia ilości wody możliwej do pozyskania studniami. Interpretacja włączeń i wyłączeń studni wykonana została z zastosowaniem programu Aquifer Test, firmy Schlumberger Water Services (SWS) w schematach analitycznych próbnego pompowania Theisa, próbnego pompowania Theisa-Jacoba oraz wzniosu wody po zakończeniu próbnego pompowania wg Theisa. 28

29 Wyniki przeprowadzonych badań wykazały średnie parametry hydrogeologiczne utworów jurajskich, przy czym studnia w Bydlinie ma wyraźnie lepsze parametry od ujęcia w Troksie. Z kolei uzyskane wyniki parametrów hydrogeologicznych dla studni triasowej w Kolbarku są wyraźnie o blisko dwa rzędy wielkości wyższe od ujęć jurajskich. Wynik ten jest zgodny z oczekiwaniami i potwierdza wysoką wodozasobność piętra triasowego w rejonie olkuskim. 29

30 6. Mechanizm zmian jakości wód podziemnych w otoczeniu olkuskich kopalń rud cynku i ołowiu Drenaż górniczy piętra triasowego realizowany dla potrzeb odwodnienia górotworu i wyrobisk kopalń rud Zn-Pb spowodował powstanie młodej, głębokiej strefy aeracji w rudonośnych skałach triasowych. Odwodnione węglanowe skały triasowe, pierwotnie znajdujące się w warunkach redukcyjnych lub na pograniczu warunków oksydacyjnoredukcyjnych, znalazły się w strefie oksydacyjnej. Rozpoczął się lub uległ znacznemu przyspieszeniu proces utleniania minerałów siarczkowych - markasytu, sfalerytu i galeny. Szczególnie niekorzystne jest wietrzenie siarczków żelaza (pirytu, markasytu), gdyż reakcje ich utleniania powodują znaczne obniżenie odczynu ph tworzących się roztworów. Utlenianie pirytu i markasytu przebiega według następującej reakcji (Singer, Stumm, 1970): FeS 2 + 3,5 O 2 + H 2 O Fe SO H + Przy udziale bakterii następuje utlenianie żelaza dwuwartościowego do trójwartościowego, a następnie skomplikowany proces redukcji tego żelaza do formy dwuwartościowej. Zachodzą następujące reakcje (Singer, Stumm, op. cit): bakterie Fe ,25 O 2 + H + 0,5 H 2 O + Fe 3+ Fe 3+ + FeS H 2 O 2 Fe SO H + Bardzo podobne reakcje zachodzą w przypadku wietrzenia innych minerałów siarczkowych obecnych w złożu, tzn. sfalerytu i galeny. W wyniku każdej z tych reakcji wzrasta stężenie jonów wodorowych, co oznacza spadek odczynu ph, a więc wzrost kwasowości wody. Znacząco wzrasta również stężenie siarczanów, a w związku ze znacznie większą mobilnością metali w kwaśnym środowisku rośnie także ich koncentracja. Problem tworzenia się kwaśnych wód (ang. acid mine drainage AMD) w otoczeniu kopalń siarczkowych rud metali, węgla kamiennego i brunatnego należy do jednych z poważniejszych środowiskowych wpływów działalności górniczej. W przypadku środowiska skał węglanowych, takich jak wapienie i dolomity kwasowość wody może być szybko zneutralizowana w wyniku procesu buforowania. Proces buforowania w wapieniach postępuje według reakcji: 2 CaCO H + 2 Ca 2+ + HCO CO 2 + H 2 O 30

31 Przy obecności jonu siarczanowego (SO 4 2- ) tworzy się siarczan wapnia (gips, anhydryt), którego rozpuszczalność jest znacznie większa niż węglanów wapnia, przez co w roztworze rośnie stężenie wapnia i siarczanów. Proces ten przebiega zgodnie z reakcją: CaCO 3 + H + + SO 4 2- CaSO 4 + HCO 3 - W próbkach wody, w których zachodzą obydwie wymienione powyżej reakcje obserwuje się, prócz zwiększonej zawartości siarczanów, także podwyższone stężenia jonu wodorowęglanowego. W sprzyjających warunkach może nastąpić wytrącanie się z roztworu gipsu (CaSO 4 2 H 2 O). W środowisku dolomitów, w których występują olkuskie złoża rud cynku i ołowiu, proces buforowania przebiega według następującej reakcji (Fernandez - Rubio, 1986): CaMg(CO 3 ) 2 + 2H SO 4 MgSO 4 + Ca HCO 3 MgSO 4 Mg SO 4 W wyniku tego procesu powstają siarczany magnezu o bardzo dużej rozpuszczalności, rzędu około 350 g/dm 3 (większej niż sól kuchenna). Należy zwrócić uwagę, że proces przekształcenia geochemicznego strefy aeracji w skałach zawierających siarczki metali jest znacznie bardziej złożony niż to opisano powyżej. W odwodnionej i natlenionej części złoża, zazwyczaj przy udziale bakterii tworzą się skomplikowane formy mineralogiczne, charakterystyczne dla wietrzenia złóż siarczkowych. Żabiński (1963) i Kubisz (1964) wymieniają następujące minerały, powstałe w strefie wietrzenia siarczków metali w kopalni Bolesław : gips - CaSO 4 2 H 2 O heksahydryt - MgSO 4 6 H 2 O epsomit - MgSO 4 7 H 2 O bianchit - ZnSO 4 6 H 2 O (odmiana żelazowo-magnezowa) melanteryt - FeSO 4 7 H 2 O pseudokopiapit cynkowy - (Mg 0,72, Zn 0,15, Fe 0,13 )SO 4 6 H 2 O Nowsze badania wykonane w latach pozwoliły na zidentyfikowanie w obrębie strefy wietrzenia wytworzonej prze odwodnienie olkuskich kopalń rudy cynku i ołowiu następujących minerałów: gips - CaSO 4 2 H 2 O heksahydryt - MgSO 4 6 H 2 O 31

32 epsomit - MgSO 4 7 H 2 O melanteryt - FeSO 4 7 H 2 O bieberyt - CoSO 4 7 H 2 O halit potasowy - K 0,2 Na 0,8 Cl goslarit - ZnSO 4 7 H 2 O epploit - (Co, Mn, Ni)SO 4 4 H 2 O jarosyt - KFe 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 Najważniejsze z punktu widzenia kształtowania składu chemicznego wód podziemnych w młodej strefie aeracji w dolomitach i wapieniach triasu są siarczany wapnia (gips), magnezu (heksahydryt, epsomit) i żelaza (melanteryt). Występują one powszechnie w wyrobiskach olkuskich kopalń rud (Fot ) i są dobrze lub bardzo dobrze rozpuszczalne. Poniżej podano rozpuszczalności niektórych minerałów typowych dla środowiska strefy wietrzenia siarczków metali w skałach węglanowych (wg Lide, 2001): węglan wapnia CaCO 3-6,6 mg/l węglan magnezu MgCO mg/l siarczan wapnia CaSO mg/l siarczan magnezu MgSO mg/l siarczan żelaza FeSO mg/l Obecność siarczanów magnezu i żelaza, powszechna w strefie wietrzenia siarczków w środowisku dolomitów, powoduje wzrost stężenia jonów siarczanowych i magnezowych oraz zawartości pierwiastków śladowych w wodach przedostających się do tej strefy. Wody mogą mieć genezę zarówno infiltracyjną tj. pochodzić z opadów atmosferycznych jak również ich dopływ może być związany ze zmianami położenia zwierciadła wód podziemnych w obrębie odwadnianego górotworu. W rejonie olkuskim zjawisko, wzrostu stężenia siarczanów w trakcie podnoszenia się zwierciadła wody podziemnej zostało zaobserwowane i udokumentowane w strefach ujęcia w Łazach Błędowskich (A. F. Adamczyk i in., 2000). Systematyczne podnoszenie się zwierciadła wody w studniach tego ujęcia, związane z malejącym poborem wody, począwszy od 1992 roku powodowało nasycenie wodą strefy aeracji, w której występowały produkty wietrzenia siarczków. W rezultacie stężenie siarczanów w wodach zbiorczych ujęcia w Łazach Błędowskich wzrosło do ponad 200 mg/l, okresowo sięgając 300 mg/l (A. F. Adamczyk i in., 2000). 32