Potencjał geotermiczny Polski w świetle uwarunkowań geologicznych

Transkrypt

1 Państwowy Instytut Geologiczny- Państwowy Instytut Badawczy Oddział Karpacki ul. Skrzatów 1, Kraków Potencjał geotermiczny Polski w świetle uwarunkowań geologicznych Józef Chowaniec Warszawa, r.

2 Wstęp Rozkład temperatur w skorupie ziemskiej, od którego między innymi zależy temperatura wód podziemnych, jest bardzo zróżnicowany. Podstawowym parametrem, który charakteryzuje pole temperaturowe Ziemi, jest gradient geotermiczny. Określa on przyrost temperatury na jednostkę przyrostu głębokości wewnątrz Ziemi, poniżej strefy termicznie neutralnej. Jego odwrotnością jest stopień geotermiczny, mówiący co ile metrów w głąb Ziemi, temperatura przyrasta o 1 stopień C. Jako średnią wartość stopnia geotermicznego w skali globalnej przyjmuje się wielkość 33 m/1stopień C.

3 Wartości stopnia geotermicznego Wartości stopnia geotermicznego wahają się w szerokich granicach, osiągając w Budapeszcie 15 m/1 o C a w Dregfontein w Republice Południowej Afryki 144 m/1 o C. Wartości te zależą głównie od głębokości zalegania ciał magmowych, przewodnictwa cieplnego skał, tektoniki, ukształtowania powierzchni ziemi, lokalizacji procesów wulkanicznych, promieniotwórczych i geochemicznych, a także od pewnych zjawisk hydrogeologicznych. W Polsce, w zależności od budowy geologicznej, stopień geotermiczny wykazuje duże zróżnicowanie. Ekstremalne wartości stopnia geotermicznego - około 100 m/1 o C zanotowano w północno wschodniej części kraju, co jest związane ze stosunkowo płytkim występowaniem krystalicznego podłoża, natomiast najniższe wartości, rzędu 20 m/1 o C, obserwowane są w Sudetach (Cieplice Śl., Lądek Zdrój). Zmiany wartości stopnia geotermicznego obserwuje się nie tylko w poziomie, ale również w przekroju pionowym.

4 Wody podziemne, krążące w środowisku skalnym, mają różną temperaturę i są w rozmaitym stopniu zmineralizowane w zależności od głębokości występowania i czasu wymiany oraz litologii skał macierzystych. Biorąc pod uwagę te parametry możemy wyróżnić: Rodzaje wód podziemnych wody zwykłe wody mineralne wody termalne wody lecznicze

5 Wody termalne (geotermalne) -gorąca kopalina Ciepło, które niosą wody termalne pochodzi z wnętrza Ziemi. Jego głównym źródłem jest płynna magma, zaś dodatkowym - procesy naturalnego rozkładu pierwiastków promieniotwórczych. W Polsce wodami termalnymi zwanymi również geotermalnymi są wody zwykłe (<1000 mg/dm 3 ) lub mineralne ( 1000 mg/dm 3 ), których temperatura mierzona na wypływie ze źródeł naturalnych lub odwiertów wynosi co najmniej 20 C. W rozumieniu Prawa Geologicznego i Górniczego wody termalne stanowią kopalinę (Dz.U. z 2011 r. nr 163, poz.981).

6 MAPA STRUMIENIA CIEPLNEGO POLSKI (wg J. Szewczyk, D. Gientka, 2007 ) Obszary podwyższonych wartości strumienia, oznaczone na mapie kolorem czerwonym, posiadają największe perspektywy dla pozyskiwania energii geotermalnej. Najlepsze możliwości rozwoju energetyki geotermalnej występują zazwyczaj na obszarach o wysokiej wartości strumienia cieplnego, przy jednoczesnej obecności formacji wodonośnych oraz dobrych warunkach hydrogeologicznych. Na terenie Sudetów i niecki podhalańskiej spełniony jest jedynie drugi warunek.

7 Mapa rozkładu temperatury na głębokości 2 km (wg Szewczyka, 2010)

8 Zbiorniki wód termalnych Wody głębokich poziomów wodonośnych, są zawsze wodami termalnymi. Nie wszędzie jednak warto je eksploatować. Aby wydobycie było opłacalne musi być spełnione kilka warunków: wydajność wypływu powinna być możliwie wysoka, mineralizacja możliwie niska dla uniknięcia korozji i zanieczyszczenia, temperatura zadawalająca dla planowanego zastosowania, a głębokość zalegania możliwie niezbyt wielka dla ekonomicznej eksploatacji. Bardzo istotnym czynnikiem jest odnawialność zasobów. Zbiorniki wód termalnych nie są nieograniczonym skarbcem ciepła, z którego można czerpać bez ograniczeń. Ich eksploatacja podlega takim samym ograniczeniom, jak eksploatacja zwykłych wód podziemnych, czyli z warstwy wodonośnej można wydobywać tylko tyle, na ile pozwalają zasady racjonalnej gospodarki zasobami.

9 Występowanie wód termalnych w Polsce

10 Niecka podhalańska Obszar niecki podhalańskiej jest jednym z kilku najważniejszych w Polsce, z wodami o temp C, min. do ok. 3 g/dm 3 i dobrej odnawialności wody. Jest to jednak transgraniczny system wodonośny i dlatego celowym jest rozważanie jego występowania w odniesieniu do parametrów połączonych z nim hydraulicznie niecek przytatrzańskich, położonych na obszarze Słowacji. Dlaczego wody termalne występują w nieckach otaczających Tatry? Ponieważ istnieją korzystne warunki geologiczno-strukturalne: odpowiednie warstwy wodonośne (dolomity, wapienie, piaskowce), posiadające wychodnie w Tatrach oraz Tatrach Niskich; dobra izolacja od powierzchni (flisz); zadawalająca głębokość niecek i dobra odnawialność zasobów. Nigdzie indziej w Karpatach Zachodnich nie ma takiego dobrze wodonośnego podłoża z wychodniami zapewniającymi współczesne zasilanie.

11 Przekrój niecki podhalańskiej A A' [m n.p.m.] S 2000 N [km] krystalinik tatrzański utwory węglanowe Krapat wewnętrznych (mezozoik) flisz podhalański (paleogen) eocen węglanowy (eocen środkowy) pieniński pas skałkowy (kreda - paleogen) utwory fliszowe Karpat zewnętrznych (paleogen) utwory czwartorzedowe Kotliny Orawsko-Nowotarskiej utwory neogenu Kotliny Orawsko-Nowotarskiej kierunki przepływu wód zwykłych kierunki przepływu wód termalnych infiltracja wód opadowych główne uskoki

12 Uproszczona mapa geologiczna niecek przytatrzańskich z zaznaczonymi kierunkami przepływów

13 Wybrane parametry hydrogeologiczne niecek Niecka k [m/s] Q [m 3 /godz] T [ o C] M [g/dm 3 ] Podhalańska 2, , ,22 3,2 Skoruszyńska 3, ,2 1,5 Liptowska 8, , , ,35 4,7 Popradzka (Popradska Kotlina, Levočska Panva) n 10-6 n ,6 3,9

14 Typy chemiczne wód niecek przytatrzańskich Podhalańska SO 4 -Cl-Na-Ca, SO 4 -Ca-Na, HCO 3 -SO 4 -Mg-Na, HCO 3 -SO 4 -Ca-Mg-Na, HCO 3 -Na-Ca, HCO 3 -Ca-Mg, SO 4 -HCO 3 -Cl-Na-Ca Skoruszyńska SO 4 -Ca(Mg), SO 4 -HCO 3 -Ca-Mg-Na Liptowska Popradzka (Levočska Panva) HCO 3 -Ca-Mg, HCO 3 -SO 4 -Ca-Mg, HCO 3 -SO 4 -Ca-Na-Mg, SO 4 -HCO 3 -Ca-Mg HCO 3 -Ca-Mg, SO 4 -HCO 3 -Ca-Mg

15 Zasoby eksploatacyjne Lokalizacja/nazwa otworu Wykorzystywane: Zakopane/ Zakopane IG-1 Zakopane/ Zakopane -2 Zakopane/Szymoszkowa GT-1 Bańska Niżna/Bańska IG-1 Bańska Niżna/Bańska PGP-1 Biały Dunajec/ Biały Dunajec PAN-1 Biały Dunajec/ Biały Dunajec PGP-2 Bukowina/Bukowina Tatrz.PIG/PNiG-1 Murzasichle/Zazadnia IG-1 Białka/Białka Tatrzańska GT-1 Q eks [m 3 /h] Temp. [ o C] Min. [g/dm 3 ] , , , , , (chłonność) 82 2,6 400 (chłonność) 86 2, , ,0 0, ,79 Będące w trakcie budowy: Witów/Chochołów IG-1 Poronin/Poronin PAN-1 Niewykorzystywane: Zakopane/Furmanowa IG-1 Witów/Siwa Woda-IG , , ,5 0,58 4,0 20 0,42

16 Zasoby dyspozycyjne W 1997 r. zostały udokumentowane zasoby dyspozycyjne niecki podhalańskiej (dla obszaru 350 km 2 ) w ilości: m 3 /24 h (983 m 3 /h). Ponownie, w 2011 r. zostały udokumentowane zasoby niecki podhalańskiej (dla obszaru 445 km 2 ) w ilości: m 3 /24 h (980 m 3 /h). Sumaryczne zasoby eksploatacyjne, dla dotychczas wykonanych wierceń, wynoszą:1 259 m 3 /h z czego: dla istniejących obiektów: 991 m 3 /h oraz 700 m 3 /h dla otworów chłonnych, dla obiektów będących w budowie: 190 m 3 /h. Niewykorzystywane zasoby: 110 m 3 /h (bez zatłaczania).

17 Mapa geologiczna Karpat polskich

18 Karpaty zewnętrzne Parametry hydrogeologiczne fliszu Karpat zewnętrznych są zdecydowanie niższe od parametrów utworów budujących podłoże niecki podhalańskiej. Wody termalne na tym obszarze są rozpoznane punktowo, a skomplikowana budowa geologiczna ogranicza uzyskanie większych ich ilości. Występują one w zbiornikach zamkniętych i dlatego ich zasoby są ograniczone. Z dotychczasowych badań wynika, że flisz zewnętrznokarpacki jest mało perspektywicznym kolektorem dla uzyskania wód termalnych w znaczących ilościach. Najkorzystniej wypada rejon Poręby Wielkiej, gdzie uzyskano z pojedynczego ujęcia do 12,1 m 3 /h wody o min. 21,8 g/dm 3 i temp. 42 o C na wypływie oraz w Wiśniowej koło Strzyżowa, stwierdzając wody termalne o temp. 84 o C i mineralizacji ok. 7,0 g/dm 3. Wody te zostały nawiercone okazjonalnie podczas poszukiwań ropy naftowej. Dlatego nie było możliwości określenia zasobów eksploatacyjnych, stąd przedwczesne są opinie o możliwości wykorzystania tych wód do celów grzewczych.

19 Uproszczony przekrój geologiczny przez zachodnią część Karpat polskich S TATRY KARPATY WEWNĘTRZNE PIENIŃSKI PAS SKAŁKOWY NIECKA PODHALA FLISZ KOTLINA ORAWSKO NOWOTARSKA KARPATY ZEWNĘTRZNE FLISZ N ZAPADLISKO PRZEDKARPACKIE 2000 szczwy chlorkowe chloride CO2-rich waters solanki diagenetyczne diagenetic chloridewaters szczwy zwykłe CO2-rich waters CO 2 CO zmineralizowane (do 3 g/dm ) wody termalne 3 thermal waters mineralized up to 3 g/dm 3 wody diagenetyczne diagenetic chloride waters solanki paleoinfiltracyjne paleoinfiltration brines solanki synsedymentacyjne connate marine brines czwartorzęd i neogen Kotliny Orawsko-Nowotarskiej Quaternary and Neogene sediments of Orawa Basin flisz podhalański (paleogen) Paleogene of Podhale flysch węglanowe utwory mezozoiku i eocenu Mezozoic and Eocene carbonates krystalinik tatrzański Tatras cristallinic pieniński pas skałkowy Pieniny Klippen Belt flisz zewnętrznokarpacki flysch of Outer Carpathians miocen Miocene mezozoik i paleozoik podłoża Mezozoic and Paleozoic basement prekambr pre-cambrian strefa występowania wód zwykłych boundary of fresh water penetration granice głównych nasunięć boundaries of main overthrusts granica nasunięcia Karpat boundary of Carpathian overthrust wybrane uskoki selected faults

20 Wg. W. Górecki-red. (2013) Atlas geotermalny Karpat Wschodnich

21 Przekrój geologiczy przez rejon Ustronia (wg. J. Chowańca, 1993) Objaśnienia: 1 utwory miocenu, 2 utwory jednostki śląskiej (cieszyńskiej), 3 utwory jednostki podśląskiej, 4 utwory karbonu górnego, 5 utwory karbonu dolnego, 6 utwory dewonu, 7 utwory podłoża krystalicznego, 8 uskoki, 9 zwierciadło wód podziemnych:, a nawiercone, b ustalone, 10 otwór chłonny Ustroń C S A U-2 U-1 U-3 U-3a C-1 (z-370,8 mnpm) 1216,7m 1368m (z-413 mnpm) (z-413,8 mnpm) 1837m 1753m Przekrój A-B (z-355 mnpm) 1700m N B [m] 8 b a 9 C-1 10

22 Wg. W. Górecki (2011) Atlas zasobów wód i energii geot. Karpat Zachodnich

23 Zapadlisko przedkarpackie Wody termalne nawiercono również w zapadlisku przedkarpackim. Pochodzą one z utworów mioceńskich oraz ze spękanych i porowatych skał podłoża. Wody te charakteryzują się zróżnicowaną temperaturą, od 20 do ponad 60 o C. Większość ich jest wysokozmineralizowana. Głębsze wody piętra mioceńskiego są typu Cl-Na o mineralizacji nawet do około 260 g/dm 3. Najbardziej obiecujący jest zbiornik dewoński o miąższości utworów wodonośnych do 1000 m i temperaturze o C. Generalnie wody utworów dewonu i starszych są słabo rozpoznane, a należące do nich wody typu Cl-Na mają średnią mineralizację około 100 g/dm 3.

24

25 Wg. W. Górecki-red. (2012) Atlas geotermalny ZAPADLISKA PRZEDKARPACKIEGO

26 Sudety W Sudetach powszechnie spotykamy wody termalne wyłącznie w skałach krystaliczych o mineralizacji poniżej 1g/dm 3. We wschodniej części Sudetów wody termalne charakteryzują się niską mineralizacją, w granicach 0,18 0,21 g/dm 3, temperaturą w przedziale C oraz wydajnością 1,2-108 m 3 /h. Zawierają one siarczki, fluorki, kwas krzemowy i często są radoczynne. Wody termalne Lądka-Zdroju charakteryzują się specyficznym typem chemicznym HCO 3 -Na-F oraz temperaturą sięgającą 45 C. W zachodnich Sudetach wody termalne charakteryzują się wyższą temperaturą od 22 do 87,6 C (otwór C-1 w Cieplicach Śląskich- Zdroju) i mineralizacją (0,52-0,69g/dm 3 ), nie zawierają siarkowodoru lecz siarczany, fluorki i kwas krzemowy. Najczęściej są typu SO 4 -HCO 3 -Na.

27 Sudecki region geotermiczny SGR (J. Dowgiałło 2001)

28 Występowanie wód termalnych w Polsce

29 Niż Polski Na Niżu Polskim wody termalne występują w obrębie rozległych struktur synklinalnych, w których wykształcone są dwa główne zbiorniki o największym znaczeniu użytkowym: zbiornik dolnojurajski i zbiornik dolnokredowy. Wody termalne występują w ośrodku porowo-szczelinowym wykształconym w postaci piasków i piaskowców z przewarstwieniami utworów słabo przepuszczalnych: iłowców, iłowców piaszczystych, mułowców i mułowców piaszczystych. Zasilanie ma miejsce głównie na podkenozoicznych wychodniach w brzeżnych strefach struktur synklinalnych. W mniejszym stopniu zasilanie odbywa się poprzez półprzepuszczalne utwory czwartorzędowe lub paleogeńskoneogeńskie oraz przez okna hydrogeologiczne. Wody termalne są na ogół typu chlorkowo-sodowego, o mineralizacji od poniżej 1 do ponad 100 g/dm 3, z zawartością jodu, bromu i kwasu metaborowego. Potencjalna wydajność ujęć często dochodzi do 65 m 3 /h, niekiedy przekraczając 250 m 3 /h a temperatura do 67 C.

30 Wykorzystanie Wody termalne wykorzystywane są głównie do: celów grzewczych w dubletach geotermalnych, celów grzewczych z wykorzystaniem wymienników ciepła, celów balneologicznych i rekreacyjnych. Wody termalne Podhala wykorzystywane są do: celów grzewczych z wykorzystaniem dubletu geotermalnego, celów grzewczych z wykorzystaniem wymienników ciepła, celów rekreacyjnych i balneologicznych, suszenia drewna, hodowli ryb, uprawy warzyw. Na obszarze Słowacji wykorzystywane są jedynie do rekreacji.

31 Wg. W. Górecki (2011) Atlas zasobów wód i energii geot. Karpat Zachodnich

32 Wg. W. Górecki (2011) Atlas zasobów wód i energii geot. Karpat Zachodnich

33 Jaszczurówka

34 Woda termalna z otworów w Zakopanem (Zakopane IG-1 i Zakopane-2) wykorzystywana jest do rekreacji w Aqua Parku

35 Białka Tatrzańska Terma Bania

36 Bukowina Tatrzańska Terma Hotel Spa

37 Woda termalna z otworu PIG/AGH-2 w Uniejowie wykorzystywana jest w systemie grzewczym i do rekreacji w Aqua Parku

38 Wypływ wody termalnej z otworu PIG/AGH-2 w Uniejowie

39 Zagrożenia Największym zagrożeniem zasobów wód termalnych jest nadmierna eksploatacja, zwłaszcza na małym obszarze niecki podhalańskiej, a w szczególności jej północno-wschodniej części, gdzie duże wieki świadczą o słabej odnawialności. Pewnym zagrożeniem jakości wód są zmiany składu chemicznego obserwowane w niektórych otworach. Istotnym problemem jest wytrącanie wtórnych związków mineralnych, które obok korozji, jest jednym z głównych problemów towarzyszących eksploatacji wód termalnych i powodujących kolmatację instalacji i skał zbiornikowych. Ocena tendencji do wytrącania osadów stanowi jeden z podstawowych elementów badań, który powinien być uwzględniony już na etapie instalacji geotermalnej, udostępniania i testowania złóż wód termalnych, a także na etapie ich wydobywania i zatłaczania.

40 Podsumowanie Wody termalne na obszarze Polski wykorzystywane są głównie do celów grzewczych, rekreacyjnych i balneologicznych. Niecki przytatrzańskie stanowią zarówno na obszarze Polski jak i Słowacji znakomite zbiorniki wód termalnych nadających się do celów rekreacyjnych i tak głównie wykorzystywanych. Stwierdzona ostatnio słaba odnawialność wód w północno-wschodniej części niecki podhalańskiej powinna być przedmiotem szczególnej troski w zarządzaniu tymi wodami i planach zagospodarowania tego rejonu.

41 za uwagę Dziękuję