Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Nr 111 Politechniki Wrocławskiej Nr 111 Konferencje Nr 43 2005 Paweł P. ZAGOŻDŻON* Katarzyna ZAGOŻDŻON** Kowary, kopalnia Wolność, kartografia geologiczna, tektonika, radioaktywność WYKORZYSTANIE DOSTĘPNYCH WYROBISK BYŁEJ KOPALNI WOLNOŚĆ W KOWARACH JAKO GEOLOGICZNEGO POLIGONU BADAWCZEGO Szereg sztolni, stanowiących do lat 60. ubiegłego wieku, część podziemnej infrastruktury kopalni rud żelaza i uranu Wolność w Kowarach podlega systematycznym badaniom geologicznym. Ich wynikiem są precyzyjne plany wyrobisk oraz ich mapy geologiczne. Szczegółowo dokumentowana jest budowa geologiczna, prowadzone są także pomiary promieniowania radioaktywnego i wypływu wód oraz obserwacje ruchów powietrza. Przedstawiono zarys historii prac górniczych prowadzonych w rejonie Kowar, a także wybrane informacje dotyczące budowy geologicznej złoża rud żelaza i uranu Wolność oraz jego najbliższego otoczenia. Autorzy zwracają uwagę na olbrzymią ilość informacji geologicznych dostępnych w licznych nieczynnych sztolniach dostępnych na terenie Dolnego Śląska. 1. WSTĘP Dolny Śląsk jest obszarem, na którym znane są liczne pozostałości po różnowiekowym górnictwie podziemnym. Są to obiekty rozmaitej skali i o bardzo różnym stanie zachowania, związane z eksploatacją różnorodnych kopalin. Najbardziej znane są m. in. dawne kopalnie w Złotym Stoku, Kletnie, Nowej Rudzie i Wałbrzychu, w rejonie Jawora i Złotoryi, czy na Pogórzu Izerskim [2]. Wyrobiska te mogą stawać się źródłem informacji geologicznych pozwalających na znacznie dokładniejsze rozpoznanie budowy górotworu, niż prace powierzchniowe. W niniejszym opracowaniu przedstawione zostaną wyniki badań geologicznych prowadzonych w niektórych sztolniach rejonu Kowar, na polach górniczych dawnej kopalni Wolność (rysunek). * Politechnika Wrocławska, Instytut Górnictwa, 50-051 Wrocław, pl. Teatralny 2. ** 51-664 Wrocław, ul. Gersona 6/21.
230 2. HISTORIA PRAC GÓRNICZYCH Najstarsza wzmianka o pracach poszukiwawczych w rejonie Kowar jest datowana na rok 1148. Jest to informacja o odkryciu przez mistrza górniczego Wawrzyńca Angelusa złoża rud żelaza. Dopiero w roku 1355 pojawiają się dane o kopalniach i kuźnicy kowarskiej. Okres rozkwitu Kowar jako tzw. wolnego miasta górniczego przypadł na początek i połowę XVI w, gdy w mieście i jego okolicach funkcjonowało 11 kuźnic produkujących około 150 ton żelaza rocznie. Produkowano tu zarówno bogaty asortyment przedmiotów codziennego użytku eksportowanych do Polski, jak też np. lufy armatnie zamówione przez Zygmunta Augusta. Liczne bunty i klęski żywiołowe, które spadły na miasto na przełomie wieków XVI i XVII, a wreszcie wojna trzydziestoletnia spowodowały upadek górnictwa kowarskiego [8, 1]. Dopiero na początku XIX wieku wznowiło działalność tutejsze gwarectwo. Rozpoczęto wydobycie rud ołowiu i srebra w Podgórzu [8], w roku 1811 odkryto nowe złoża rudy żelaza, a w 1839 rozpoczęła działalność kopalnia magnetytu. Od 1856 roku rozpoczął się okres intensywnej eksploatacji, która z przerwami trwała do kryzysu w roku 1875 [8]. W roku 1926 w kopalni Wolność ( Freiheit ) stwierdzono obecność rud uranu, a niedługo potem rozpoczęto ich eksploatację. Wydobycie żelaza zwiększyło się ponownie w latach 1935 1945, gdy wzrosło zapotrzebowanie III Rzeszy na stal [1]. Rysunek. Lokalizacja badanych sztolni na tle pól górniczych kopalni Wolność Figure. Location of studied galleries in the mining fields of the Wolność mine
231 Po II wojnie światowej kopalnię Wolność odwodniono i wznowiono eksploatację rud żelaza, zaś od roku 1948 (po utworzeniu tzw. Zakładów Przemysłowych R-1) rozpoczęto wydobycie rud uranu [8, 9]. Ten stan rzeczy trwał aż do roku 1951, po czym na okres kolejnych 11 lat w kopalni Wolność powrócono do eksploatacji rud żelaza. W roku 1962 uległa ona likwidacji [1, 9]. Niższe poziomy kopalni uległy zatopieniu, w związku z czym dziś dostępne są jedynie wyrobiska położone ponad poziomem rzeki Jedlicy (por. [13, 14]). W późniejszych latach w sztolni nr 19a kopalni Podgórze utworzono jedyne na terenie Polski inhalatorium radonowe (funkcjonujące od połowy lat 70. do przełomu lat 80. i 90.), zaś w jednym z wyrobisk kopalni Liczyrzepa utrzymywane do roku 1993 zaplecze dydaktyczne Politechniki Wrocławskiej [8, 9]. 3. BUDOWA GEOLOGICZNA ZŁOŻA KOWARSKIEGO Rejon Kowar jest bardzo interesujący pod względem budowy geologicznej, której głównym rysem jest obecność strefy kontaktowej rozległego granitowego masywu Karkonoszy z jego wschodnią okrywą metamorficzną. Złoże kowarskie jest usytuowane w obrębie około dwukilometrowej długości soczewy tworzonej przez skały formacji rudonośnej z Podgórza [3, 10]. Jej szerokość określona była na 35 do 190 m, a upad na 80 85º [17]. Formacja ta zbudowana jest z marmurów, skarnów, hornfelsów i różnorodnych łupków oraz nieregularnych ciał magnetytowych i wchodzi w skład tzw. grupy gnejsów z Kowar [3, 5]. Wspomniane skały powstały ze zróżnicowanego zespołu osadowo-wulkanicznego składającego się pierwotnie z iłów, mułowców, piasków kwarcowych, wapieni i kwaśnych wulkanitów [3, 5, 17]. Uległy one dwuetapowemu metamorfizmowi początkowo regionalnemu (w średniociśnieniowych i wysokotemperaturowych warunkach facji zieleńcowej), a następnie termicznemu, związanemu z oddziaływaniem granitu Karkonoszy [3, 5]. Formacja rudonośna z Podgórza kontaktuje od północy z granitami masywu karkonoskiego. Przebieg strefy kontaktowej w rejonie Kowar i Rudaw Janowickich był analizowany zarówno przed II wojną światową, jak i (wielokrotnie) w okresie powojennym (por. [12]). Większość autorów, pomimo istnienia w tej strefie szeregu wyrobisk podziemnych, opierała się jednak wyłącznie na wynikach badań powierzchniowych. Wyjątkiem są tu prace oraz Zimnoch [17], czy Mochnackiej [4, 5]. Złoże kowarskie określane jest jako polimetaliczne, występują w nim dwa niezależne typy mineralizacji: magnetytowy oraz polimetaliczny z uranem [5]. Skupienia magnetytu miały charakter zgodnych z foliacją serii rudonośnej soczew o miąższości przekraczającej niekiedy 1m [6, 17]. Były one zlokalizowane głównie na kontaktach marmurów i łupków amfibolitowych [17]. Poza dominującym magnetytem występował tu maghemit i martyt. Dodatkowo obserwowano obecność siarczków takich jak magnetopiryt, chalkopiryt i piryt [5, 6]. Ruda żelaza eksploatowana do po-
232 łowy lat 30 XX wieku zawierała średnio 50% Fe (maks. do 60% Fe), później pozyskiwano również rudy uboższe. Szacuje się, że sumarycznie, w okresie pomiędzy XII wiekiem, a rokiem 1947 wydobyto niemal 3 mln. ton tego surowca [17]. Drugi typ mineralizacji miał charakter polimetaliczny, składało się nań kilkadziesiąt różnorodnych minerałów. Za najistotniejszy minerał kruszcowy uznano smółkę uranową (nasturan), ponadto opisano m.in. chalkopiryt, piryt, sfaleryt, cynober, kowelin, galenę i inne minerały Cu, Ag, Ni, Co, Bi, As, Hg [4, 6]. Strefy okruszcowania polimetalicznego występowały najczęściej w zachodniej części kopalni (pole Wulkan ). Miały one charakter sztokwerkowy (ciała w formie kominów o średnicy 5 45 m i wysokości do kilkuset metrów) oraz żyłowy (wyraźne żyły lub sieci drobnych żyłek węglanowych z minerałami kruszcowymi) [4, 6]. Położenie stref okruszcowania polimetalicznego wykazywało związek z dyslokacjami niższego rzędu o biegu zbliżonym do E W, w rejonach kontaktów różnych odmian litologicznych [5]. Szczegółowe badania pozwoliły na opisanie w polimetalicznym złożu kowarskim przypowierzchniowej 150-metrowej strefy utlenienia oraz strefy pierwotnej na głębokości poniżej 250 metrów [4]. Wyróżniono trzy główne okresy formowania się tego złoża: 1) metamorfozę pierwotnego osadu żelazistego, 2) utworzenie części okruszcowania siarczkowego w wyniku termicznego oddziaływania granitowej intruzji Karkonoszy oraz 3) późniejszą (2-etapową) polimetaliczną mineralizację żyłową. Wiek drugiego z tych okresów oszacowano na ok. 300 mln lat, zaś mineralizacja żyłowa (wg datowania wieku bezwzględnego smółki uranowej) powstała ok. 265 i 70 mln lat temu [6]. Panujące wówczas warunki termiczne określono na 200 300 ºC. 4. WSPÓŁCZESNE BADANIA GEOLOGICZNE W SZTOLNIACH KOWAR GÓRNYCH Zasadniczym tematem badawczym realizowanym przez autorów artykułu w tym rejonie jest szczegółowa analiza formy i charakteru kontaktu granitowego masywu Karkonoszy z osłoną metamorficzną. Są one prowadzone od roku 1996, a impulsem do ich rozpoczęcia była chęć uszczegółowienia wyników prac powierzchniowych [11]. Pierwszym i najdokładniej rozpoznanym wyrobiskiem jest Sztolnia Górna usytuowana na zboczu góry Rudnik, której otwór wejściowy znajduje się tuż przy głównym wjeździe na teren byłego zakładu Z.D. Hydromet (rysunek, [12]). Dane archiwalne wskazują, że powstała ona w latach 1882 1883 [9]. Główny korytarz sztolni, o długości ok. 160 m., biegnie ku ESE, w początkowej i końcowej części odchodzą od niego krótkie chodniki ku N i S. Badania własne prowadzone w Sztolni Górnej pozwoliły na wyjątkowo szczegółowe zbadanie zmienności litologicznej oraz tektoniki górotworu. Najbardziej interesującym i najlepiej widocznym zjawiskiem okazała się przykontaktowa zmienność granitu, wyrażająca się stopniowym spadkiem wielkości kryształów, wywołanym
szybkim chłodzeniem tej strefy [12]. Kontakt granitu z osłoną metamorficzną w Sztolni Górnej stał się najlepiej opracowanym stanowiskiem tego rodzaju na całym odcinku Rudaw Janowickich. Szczegółowo rozpoznano zespół dostępnych do obserwacji skał formacji rudonośnej z Podgórza hornfelsy, skarny i marmury. Wykazano obecność kilku bloków tektonicznych oddzielonych wyraźnymi strefami uskokowymi [12]. W jednej z żył aplitowych przecinających tą formację skalną natrafiono na zespół tzw. wskaźników kierunku ruchu porwaków informujących o kierunku wnikania magmy [16]. Zjawisko tego rodzaju nie było nigdy opisywane na terenie granitowego masywu Karkonoszy i ich metamorficznej osłony. Innym zagadnieniem analizowanym w Sztolni Górnej był poziom promieniowania radioaktywnego. W trakcie prac terenowych prowadzonych w latach 1995 1996, dla stwierdzenia czy wartości promieniowania nie zagrażają zdrowiu, wykonywano systematyczne pomiary emisji gamma [12]. Okazało się, że uzyskane wyniki bardzo wyraźnie ukazują zróżnicowanie poszczególnych odmian litologicznych i pozwalają na wykreślenie jednoznacznych profili. Na tej podstawie można stwierdzić, że wartości promieniowania obserwowane w obrębie granitu są około dwukrotnie wyższe niż w osłonie metamorficznej, co jest świadectwem braku okruszcowania związkami uranu w tej strefie formacji rudonośnej. Wyniki badań są na tyle jednoznaczne, że kontakt granitu ze skałami metamorficznymi można zlokalizować wyłącznie na podstawie takich pomiarów [12]. W Sztolni Górnej prowadzone były też badania stężenia radonu w powietrzu z wykorzystaniem detektorów śladowych LR 115 typ II [7]. Najwyższe wartości uzyskano na stanowisku obserwacyjnym w obrębie granitu karkonoskiego, co uznano za dowód produkcji radonu przede wszystkim w obrębie tej odmiany litologicznej. Wyniki kilkumiesięcznych obserwacji wyraźnie ukazują też wpływ rocznych wahań temperatury na intensywność cyrkulacji powietrza w sztolni, wyrażającą się niskimi wartościami stężeń radonu w okresie jesiennym. Strukturalne badania powierzchni kontaktowej rozszerzono na kolejne dostępne wyrobiska Sztolnię Główną i Starą, położone odpowiednio około 70 m poniżej i 20 m powyżej Sztolni Górnej. Pierwsze z tych wyrobisk jest dostępne do badań na odcinku ponad 800 metrów, natomiast drugie zachowane jest w sposób szczątkowy [13, 14]. W przyotworowej części Sztolni Starej stwierdzono obecność interesującej brekcji intruzyjnej dużej ilości fragmentów gnejsu spojonych granitem [14]. W Sztolni Głównej sytuacja okazała się bardziej złożona powierzchnia kontaktowa jest tam przecinana trzykrotnie, zróżnicowany jest jej charakter oraz orientacja [13]. Wyniki wstępnej analizy strukturalnej nie były jednoznaczne [14] i dopiero zastosowanie metod cyfrowego modelowania przestrzennego pozwoliło na wiarygodne zinterpretowanie posiadanych wyników [15]. Wieloletnie prace terenowe prowadzone w rejonie pól górniczych byłej kopalni Wolność pozwoliły ponadto na określenie dostępności i stanu zachowania innych sztolni. Spenetrowane zostały trzy dalsze wyrobiska: sztolnia N4 (wg oznaczenia na 233
234 archiwalnej radzieckiej mapie w skali 1:5000 oraz sztolnie Marta i Wulkan. Pierwsza z nich (o długości zaledwie 70 metrów) była prowadzona w obrębie monotonnej serii gnejsowej i kończy się ślepo. Sztolnia Marta jest dostępna na odcinku zaledwie 25 metrów, ponadto posiada niemal pełną obudowę betonową, w związku z czym nie przedstawia większej wartości dla badań geologicznych. Sztolnia Wulkan dostępna jest jedynie na około 50-metrowym, prostoliniowym odcinku. Na ociosach obserwuje się wyłącznie typowy, silnie zwietrzały granit karkonoski. [14] Wyrywkowe obserwacje dotyczyły także przybliżonych wartości wypływów wód wewnątrz sztolni oraz z ich otworów wejściowych, a także poziomu zwierciadła wody w zalanych odcinkach wyrobisk [14]. 5. POTENCJALNE ZNACZENIE OBIEKTÓW PODZIEMNYCH DLA PROWADZENIA BADAŃ GEOLOGICZNYCH Geologiczne badania wyrobisk podziemnych pozwalają na znacznie bardziej szczegółowe poznanie budowy górotworu, niż ma to miejsce w przypadku badań powierzchniowych. W dawnych wyrobiskach dostępne są ciągłe, nierzadko wielosetmetrowe profile skalne. Wyrobiska te są, na większości odcinków, dobrze zachowane, a ich penetracja i badania (przy zachowaniu elementarnych zasad bezpieczeństwa) nie rodzą niebezpieczeństwa. Skały na ociosach są z reguły nie zwietrzałe, jedynie w strefach przyuskokowych stają się rozsypliwe. Wyjątkiem jest tu grubokrystaliczna odmiana granitu karkonoskiego powszechnie wykazująca objawy wyraźnego zwietrzenia, często rozpadająca się na tzw. kaszę granitową. W nieczynnych sztolniach rejonu Kowar dostępna jest olbrzymia ilość informacji geologicznych, mogących posłużyć do szczegółowych analiz z zakresu mineralogii, petrografii i petrologii, tektoniki, stratygrafii oraz hydrogeologii. Możliwe jest ponadto prowadzenie badań radioaktywności skał, czy emisji radonu. Szczególnie wskazana była by precyzyjna, geochemiczna analiza zmian egzo- i endokontaktowych w sztolniach Górnej i Głównej. Warta podkreślenia jest także dostępność w Sztolni Głównej doskonale zachowanego, prostopadłego do foliacji, profilu gnejsów kowarskich z licznymi wkładkami ciemnych skał zbliżonych do amfibolitów, o długości ponad 400 m. Możliwe było by więc przeprowadzenie szczegółowego studium petrologicznego zmienności grupy gnejsów z Kowar. Wskazane jest prowadzenie systematycznych badań inwentaryzacyjnych, które pozwolą na określenie stanu dostępności wyrobisk i ich budowy geologicznej. Dzięki temu wytypowane zostaną obiekty nadające się do prowadzenia wymienionych powyżej szczegółowych badań geologicznych. Inwentaryzacja powinna stopniowo objąć obszar całego Dolnego Śląska, ze względu na istnienie licznych, dobrze zachowanych wyrobisk podziemnych umożliwiających badanie różnych jednostek geologicznych.
235 LITERATURA [1] ADAMSKI W., Kowarskie kopalnie rud żelaza i uranu, [w:] Grodzicki A., Lorenc M.W., Uczniowie Agricoli, materiały z konferencji górniczej w Kowarach z 1999 roku, Jelenia Góra, 2002, 136 153. [2] MADZIARZ M., SZTUK H., Relikty dawnych robót górniczych na Dolnym Śląsku źródło wiedzy i zagrożenie, Mies. WUG nr 1, 2005, 22 27. [3] MAZUR S., Strukturalna i metamorficzna ewolucja wschodniej okrywy granitu Karkonoszy w południowej części Rudaw Janowickich i Grzbiecie Lasockim, Geol. Sud. Vol. 29, 1, 31 98, 1995. [4] MOCHNACKA K., Minerały kruszcowe złoża polimetalicznego w Kowarach (Dolny Śląsk), Pr. Min. 4, 1966, 5 66. [5] MOCHNACKA K., Geologia polimetalicznego złoża w Kowarach (Dolny Śląsk), Pr. Geol. 40, 1967, 5 60. [6] MOCHNACKA K., Mineralizacja polimetaliczna wschodniej osłony metamorficznej granitu Karkonoszy i jej związek z geologicznym rozwojem regionu. Biul. Inst. Geol. 341, 1982, 273 285. [7] PRZYLIBSKI T. A., Wybrane uwarunkowania występowania radonu-222 w Sudetach, praca doktorska, Instytut Geotechniki i Hydrotechniki Politechniki Wrocławskiej, Raport Ser. PRE nr 577, Wrocław, 1997. [8] STAFFA M. (red.), Słownik geografii turystycznej Sudetów, Karkonosze, Wyd. PTTK Kraj, Warszawa Kraków, 1993. [9] SZTUK H., ADAMSKI W., GAWOR F., Inwentaryzacja uszkodzeń środowiska na skutek prowadzenia poszukiwań i eksploatacji rud uranowych, Arch. Inst. Górn. PWr., 1992. [10] TEISSEYRE J., Skały metamorficzne Rudaw Janowickich i Grzbietu Lasockiego, Geol. Sud, vol. 8, 1973, 7 111. [11] ZAGOŻDŻON K., Charakterystyka zmian endo- i egzokontaktowych związanych z granitem karkonoskim na odcinku Janowice Wielkie Kowary, Praca magisterska, niepublikowana, 1995. [12] ZAGOŻDŻON K., ZAGOŻDŻON P., Kontakt masywu Karkonoszy z osłoną metamorficzną w sztolni w Kowarach Górnych, Przegl. Geol., vol. 45, nr 1, 1997, 414 418. [13] ZAGOŻDŻON K., ZAGOŻDŻON P., Wybrane sztolnie Sudetów w aspekcie możliwości ich udostępnienia, Pr. Nauk. Inst. Górn. Polit. Wr. 85, Studia i Materiały 27, 1998, 139 147. [14] ZAGOŻDŻON K., ZAGOŻDŻON P., Stan obecny niektórych sztolni kopalni Wolność w Kowarach, [w:] Grodzicki A., Lorenc M.W., Uczniowie Agricoli, materiały z konferencji górniczej w Kowarach z 1999 roku, Jelenia Góra, 2002, 167 174. [15] ZAGOŻDŻON K., ZAGOŻDŻON P.P., The 3-D visualisation of Karkonosze granite contact surface in the environs of Kowary Górne, Pr. Spec. PTMin., vol. 20, 2002, 237 239. [16] ZAGOŻDŻON K., ZAGOŻDŻON P.P., Wskaźniki kierunku ruchu w skałach żyłowych i następstwo zjawisk tektonicznych w granicie karkonoskim, [w:] Ciężkowski W., Wojewoda J., Żelaźniewicz A., Przewodnik do wycieczek LXXIV Zjazdu PTG, Wrocław, 2003, 46 47. [17] ZIMNOCH E., Seria magnetytowa Kowar, Biul. Inst. Geol. 171, 1961, 7 75.
236 ADITS OF THE ANCIENT WOLNOŚĆ MINE (KOWARY) AND THEIR APPLICATION FOR GEOLOGICAL STUDIES Several adits that in the sixties of the last century were part of the underground strucure of uranium and iron mine Wolność in Kowary are continously geologically studied. As result, very precise plans and geological maps were prepared. Geological strusture, measurements of radiation, water outflow, and movements of the air are documented in great details. The article shows a review of mining works in the vicinities of town Kowary as well as selected information about geological structure of both uranium and iron ores in the Wolność mine and in its close surroundings. Authors indicate a great number of geological information that is still available in numerous abandoned adits in the Lower Silesia.