Państwowy Instytut Geologiczny Oddział Karpacki ul

Państwowy Instytut Geologiczny
Oddział Karpacki
ul. Skrzatów 1, Kraków
Wody termalne na Podhalu
oraz praktyczne ich wykorzystanie na przykładzie
Bukowiny Tatrzańskiej
dr inż. Józef Chowaniec
e-mail: [email protected]
VI Międzynarodowe Targi Geologiczne GEOLOGIA 2008, Warszawa 26 luty 2008 r.
Historia odkrycia i wykorzystania wód termalnych na Podhalu
• Źródło wód termalnych odkryte prze L. Zejsznera w 1844 r.
• Jaszczurówka (1958 r.) – nieudana próba uzyskania wód
termalnych o temperaturze wyższej niż w źródle.
• Antałówka (1963 r.) – pierwsza udana próba nawiercenia
wód termalnych (37oC), początkowo wykorzystywane w
basenach kąpielowych, obecnie park wodny.
• Bańska IG-1 (1981 r.) – zalążek wykorzystania ciepła wód
termalnych w systemach grzewczych.
• 3 dalsze otwory + Bańska IG-1 (1987-97 r.) – dublet
otworów eksploatacyjno-chłonnych.
• W chwili obecnej – 14 otworów na terenie niecki
podhalańskiej z wodami termalnymi.
Dlaczego na Podhalu?
• Uwarunkowania geologiczno-strukturalne.
• System zasilania i przepływu.
• Odpowiednia warstwa wodonośna (dolomity, wapienie,
piaskowce).
• Izolacja od powierzchni (łupki i piaskowce fliszu
podhalańskiego).
• Odnawialność zasobów.
Budowa geologiczna niecki podhalańskiej
Niecka podhalańska w kierunku wschodnim przedłuża się na terytorium Słowacji, aż
do strefy uskokowej Rużbachów, obejmując Magurę Spiską. Strefa ta oddziela nieckę
podhalańską od Kotliny Popradzkiej. W kierunku zachodnim, niecka ciągnie się na
terytorium Słowacji do uskoku Krowiarek, który oddziela ją od niecki skoruszyńskiej.
M A G U R S K A
S T K A
J E D N O
Dunajec
Nowy
Targ
T A R S K I E J
- N O W O
S K O
R A W
O
N Y
T L I
K O
K I P A S S K A Ł K O W Y
N I Ń S
E N
G
P I E
O
Szaflary
E
N
un
aje
c
granitoidy i skały metamorficzne
N
I
E
C
A
K
Bia łka
na jec
P
D
O
H
Czarn yDunajec
SuchaWodZkpin iałyDunjecB
Białk
L
A
Ń
S
K
flisz wewnątrzkarpacki
A
serie pienińskiego pasa skałkowego
Bukowina T.
PIG/PNiG-1
od
aW
utwory piaskowcowo-łupkowe jednostki magurskiej
S
h
uc
Zakopane IG-1
Zakopane 2
Zakopane
neogen Kotliny Orawsko-Nowotarskiej
Zazadnia IG-1
By
s tr
a stwierdzone
uskoki
b przypuszczalne
a
b
c i e lis k i
północna granica Tatrzańskiego Parku Narodowego
p . Ko
ś
p .C h o ch oł ow s
ki
a
Siwa Woda
IG-1
A
Poronin
Poronin
PAN-1
Furmanowa
PIG-1
pc.oChłwskiKśel
eocen węglanowy
Biały Dunajec
PAN-1
a
Chochołów
Chochołów
PIG-1
Zakop
SKI
NIŃ
PIE AS
P
Y
OW
K
Ł
SKA
serie osadowe jednostek reglowych
ian ka
Biały Dunajec
PGP-2
Bi ały Du
Cz
a rn
yD
serie osadowe jednostki wierchowej
OprSZKIC EOLGICZNYacowłJ.hnie(20 JEDNOSTKAR04)napodstwiemr IPODHALałówG
J EDNOSTKA MAGURSK Dunajec
GENKOTL PINYORAWSK ENIŃSKPAowyTarg-OWR SKAŁOWIEJ Y serioadgnty wejdnostkirchałymfz
NIŃSK NEO Chocłów BańskPG-1IiłyDunjecAN2KOHSzflr ALŃSK
fliszwenąocęgrad trzkapcinowyejdsglh
PIEASKŁOWY
PIG-1FurmanowChcłóZkpNE aneZzdiIGPAN-1orkp2 -1BukowinaT.PIG/N
neogKtuwrypiasń linyOrawsko-Ntejcłupdmg gurskiej
SiwaWodIG-1
bprastółnocguki zypuscalnewirdoTtńkgPN odweg
SŁ O
267ŁomnicaJA
otwryzdkumenpsc damiterlnywoóBukTzńsgcjłęb aPIG/Ni-1kegorążn
W AC Gerlach2654 TatrzńskŁomnic GZWP41granicpń -Zbiornk(T)apestw
024 6810km
B ystra
Bańska
PGP-1
Bańska IG-1
przypuszczalne kierunki migracji wód głębokiego krążenia
S
otwory z wodami termalnymi
Ł
Łomnica
A
O
W
A
C
J
Gerlach
2654
dokumentowany otwór Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1
2627
granica państwa
Tatrzańska
Łomnica
GZWP 441 - Zbiornik (Tr T) Zakopane
0
2
4
6
8
10 km
Lokalizacja
Paleogeńska niecka podhalańska, w obrębie której wykonano otwór Bukowina
Tatrzańska PIG/PGiG-1, znajduje się w północnej części Karpat wewnętrznych –
między Tatrami na południu i pienińskim pasem skałkowym na północy.
w
ra
O
y
t w
r s
W a
y
w
t
s
r
K
A
Z
a
a
W
W
r
y
stw
ar skie
L
c
y
w
t
s
O
R
E
W
S Z A F
L A
R Y
p
B E D S
i
a
P
A
N
ń
O
E
s
B
k
E
i
D
e
S
ł o w s k i e
h o c h o
d o
H
O
Ł
C
Ó
l
W
C H O
B E
n
Biały Dunajec
D
e
S
a
z
k
o
ł ka
n
oge OF
Ne E
N
NEOGE
l a r s k i
e
B ia
E
TH
K
O
y
lin
ot
n i ń s k i p a s s k a
P i e n i n y
K l i p p
e n ł k o w
e
i
B e l y
Szaflary P
t
A s z a f
T
Biały Dunajec
Cz
ar
n
yD
RA
un
W sk
aje
A- o
c
NO -N
W o
Y
j
skie IN
tar BAS
wo ARG
n
ie
gó
r
k
W
T R O str
Y y
e
.
t.z.w
gów
rze
z B
arstwy
W
h
o
c
ło s
B
R
Z
E
c h o O Ł Ó Ww B E D S
M
O
G
y
B ED S F R
tw
CH
Jurgów
Poronin
rs
HO
Bukowina
a
C
W
Tatrzańska
R Kojsówka
p i a ń s k i
e
o
PE
k
P
Małe
U
Ciche
Zakopane
z
B E D
P A N E
S
K O
t w y
s
A
r
Z
W a
BO N ATE EO
CAR
n
o
w
y
Eoce
a
g
l
ę
n w
i jedn. reg
E
POLAND
ej
h o w G H-TAT R I C l o w y
i eo sad o
ch
I
ierc
w
H
UN
Ser
we jedn.
HE
T
I
T
I ME NTAR
OF
NITS
Kraków
Y SERIES
ED
TAT R I C U
S
UBE S
H
T
D OF
AN
- granica pienińskiego pasa skałkowego
(border od the Pieniny Klippen Belt)
OS
Chochołów
B
SZ EDS
I
- Granice wydzieleń stratygraficznych
(Boundaries of the statigraphics units)
a
- uskoki stwierdzone
(faults)
C
- uskoki przypuszczalne
(presumed faults)
E N
- południowy zasięg występowania wód termalnych w podfliszowych poziomach wodonośnych
(southern extent of thermal waters in sub-flysch aquifers)
Kr
ysta
S
L
O
- otwory wiertnicze z wodami zwykłymi
(wells)
- wywierzyska
(vaucluse springs)
A
A
A
i
lini
k
CR
TAT tatr
YST
A LI R I C z ań
NE
sk
CO
RE
- otwory wiertnicze z wodami termalnymi
(thermal water wells)
K
V
0
1
2
3
4
5 [km]
I
A
A
- linia przekroju
(section line)
Otwór Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG - 1
0.0
150.0
warstwy
chochołowskie górne
warstwy
chochołowskie dolne
warstwy
zakopiańskie górne
1220.0
eocengórny -oligocen
575.0
olistolit
skał węglanowych
2215.0
2225.0
zlepieńce
eocenu węglanowego
2390.0
eocenśrodkowy
warstwy
zakopiańskie dolne
wody termalne
skały węglanowe
jednostek tatrzańskich
3780.0
trias-jura- kreda
2605.0
Historia wykonania otworu Bukowina
Tatrzańska PIG/PNiG – 1 sięga 1987
roku, w którym opracowano „Projekt
badań
geologicznych
określających
zasoby i warunki eksploatacji surowców
energetycznych w niecce podhalańskiej”.
Badania geologiczno–litofacjalne, petrograficzne, stratygraficzne, geochemiczne
oraz analiza wyników pomiarów laboratoryjnych i badań hydrogeologicznych
zostały wykonane w Oddziale Karpackim
Państwowego Instytutu Geologicznego.
Kompleksowe badania hydrogeologiczne
wykonała w 1998 roku Geonafta Kraków,
natomiast
dokumentację
zasobową
opracowano na zlecenie Bukowiańskiego
Towarzystwa Geotermalnego w roku
2004 (Chowaniec i in., 2004,).
Przekrój geologiczny przez
otwór Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1
S
N
2000
T
Y
Y
W
N
Hala Jaworzyna
Rusinowa
E
I
W
E
C
N
K
Ę
T
A
R
P
Z
O
D
N
H
PIENIŃSKI PAS
SKAŁKOWY
E
A
L
A
Ń
S
Bukowina Tatrzańska
K
KARPATY ZEWNĘTRZNE
A
Białka Tatrzańska
Nowa Biała
Łopuszna
D un ajec
A
B ia łka
R
P
R ozto ka
R yb i P o to k
2500
T
Wodogrzmoty Mickiewicza
C zarny S ta w
po d R ysa m i
Wołowa
Turnia
A
R
B ia łka
T
A
P o ron iec
K
1000
150
500
K r y s t a l i n i k
-500
-1000
-1500
Pła
szc
Pła
zow
szc
ina
zo
reg
win
low
aw
ad
ier
oln
ch
a
ow
a
1000
5
6
575
0
500
4
7
1220
3
2
y
owin
zcz
płas dol.
u
p
j
ie ty we
Ser reglo
2215
2225
-2000
1
2960
3220
-2500
2000
1500
Otw.
Bukowina T. PIG/PNiG-1
1500
2500
3780
0
żwirowo-piaszczyste osady fluwioglacjalne i aluwialne oraz gruzowo-gliniaste osady morenowe (Q)
1
2
1
3
4
5 km
0
-500
Pieniński Pas
Skałkowy
-1000
Płaszczowina magurska
pu
ie ty y
Ser czowin j
e
sz
pła rchow
wie
-1500
-2000
-2500
zlepieńce, wapienie, dolomity, mułowce, piaskowce - eocen węglanowy
7
piaszczysto-ilaste osady Kotliny Orawsko-Nowotarskiej (neogen)
piaskowce, łupki, zlepieńce - serie płaszczowiny magurskiej (kreda-paleogen)
6
kompleks łupkowy - warstwy chochołowskie górne tzw. warstwy z Brzegów (oligocen)
wapienie, margle, radiolaryty, piaskowce, mułowce, łupki - utwory PPS (jura, kreda, trzeciorzęd)
5
kompleks piaskowcowo-łupkowy - warstwy chochołowskie dolne (oligocen)
wapienie, dolomity, piaskowce, łupki - serie płaszczowiny reglowej dolnej (trias, jura, kreda)
4
kompleks łupkowo-piaskowcowy - warstwy zakopiańskie górne (oligocen)
wapienie, dolomity, łupki - serie płaszczowiny wierchowej (trias, jura, kreda)
3
kompleks łupkowy z wkładkami piaskowców z Kozińca - warstwy zakopiańskie dolne (eocen górny-oligocen)
granitoidy-krystalinik tatrzański (prekambr-paleozoik)
2
kompleks piaskowcowo-łupkowy - warstwy szaflarskie (eocen środkowy-eocen górny)
Schemat zasilania i przepływu wód termalnych w niecce podhalańskiej
[m n.p.m.]
S
N
2000
ZAKOPANE
1500
1000
500
0
-500
-1000
-1500
-2000
-2500
-3000
-3500
-4000
0
-4500
-5000
-5500
1
2
3 [km]
BIAŁY DUNAJEC
Wyniki badań hydrogeologicznych
Głównym celem badań hydrogeologicznych było ustalenie zasobów eksploatacyjnych
wód termalnych ujętego poziomu wodonośnego oraz określenie parametrów
filtracyjnych kompleksu warstw wodonośnych i warunków dopływu.
Podczas badań hydrogeologicznych określono następujące parametry hydrodynamiczne
kolektora wody termalnej: przepuszczalność (współczynnik filtracji), model złoża
i zasięg oddziaływania otworu, wydajność jednostkową, ewentualne bariery, uskoki w
pobliżu odwiertu i średnią przewodność warstwy.
W trakcie testu hydrodynamicznego otrzymano następujące rezultaty:
Q1 = 20 m3/h
s1 = 10 m + 35m*
T1 = 57,1 oC
q1 = 0,44 m3/h/1m
t1 = 24h,
Q2 = 40 m3/h
s2 = 45 m + 35m*
T2 = 64,5 oC
q2 = 0,50 m3/h/1m
t2 = 24h
Q3 = 58 m3/h
s3 = 83 m + 35m*
T3 = 67,2 oC
q3 = 0,49 m3/h/1m
t3 = 24h
* wartość 35 m związana jest ze zmianami gęstości wody w trakcie próbnego pompowania na skutek wyrównania
temperatury wody w całym otworze.
Wykres próbnego pompowania w otworze Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1
(bez uwzględnienia efektu zmienności temperatury)
3
Q[m /h]
70
60
50
40
30
20
10
T[°C]
70°
60°
T1=57,1°C
T2=64,5°C
T3=67,2°C
Q3=58m3/h
50°
Q2=40m3/h
40°
30°
3
Q1=20m /h
20°
10°
t
0
20
40
21.10.98
22.10.98
49mnpt
23.10.98
24.10.98
25.10.98
26.10.98
43mnpt
s1=10m
60
s2=45m
80
100
s3=83m
120
Gł. do zw. wody
[m]
Wykres zależności wydajności od depresji
Wykres zależności wydajności jednostkowej od depresji
q=f(s)
Q=f(s)
10 20 30 40 50 60 70
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Q [m3/h]
10
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
60
70
70
80
80
90
90
100
100
110
110
120
120
S
[m]
S
[m]
q1=0,44 m3/h/1m
q2=0,50 m3/h/1m
q3=0,49 m3/h/1m
q[m3/h/1m]
głębokość [m]
Rozkład ciśnienia w odwiercie Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1
0
0
50
100
150
200
ciśnienie [bar(a)]
250
300
500
1000
1500
2000
2500
Do obliczeń własności hydrodynamicznych przyjęto miąższość warstwy wodonośnej
m = 215,0 m, promień filtra r = 0,084 m oraz Q (Q1=20 m3/h, Q2=40 m3/h, Q3=58 m3/h) z
próbnego pompowania przy trzech depresjach (s1 = 45 m, s2 = 80 m, s3 = 118 m). Uzyskano
dla poszczególnych stopni próbnego pompowania następujące wartości współczynników
filtracji: k1 = 9,2 · 10 –7 m/s, k2 = 9,24 · 10 –7 m/s, k3 = 8,6 · 10 –7 m/s, kśr = 9,0 · 10 –7 m/s.
Przewodność warstwy wodonośnej obliczono ze wzoru: T = m · kśr = 1,9 · 10 –4 m2/s
Bilans jonowy głównych składników wody termalnej z
otworu Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1
Charakterystykę hydrochemiczną przeprowadzono w oparciu o rezultaty badań laboratoryjnych dwóch prób
wody pobranych w trakcie trwania testu hydrodynamicznego. Analizy fizyko-chemiczne zostały wykonane w
Centralnym Laboratorium Chemicznym PIG w Warszawie.
próba nr 1
mg/l
mval/dm3
% mval
19.00
0.49
2.24
175.50
7.63
35.24
0.11
0.01
0.03
Suma
KiA
mval/dm3
próba nr 2
mg/l
KATIONY
K+
Na
+
NH4+
mval/dm3
% mval
KATIONY
21.66
K+
19.00
0.49
2.20
Na+
178.00
7.74
34.98
NH4+
0.17
0.01
0.05
Ca2+
191.70
9.57
43.25
Ca2+
186.70
9.32
43.03
Mg2+
51.20
4.21
19.44
Fe2+
0.07
0.00
0.02
Mg2+
52.50
4.32
19.51
Mn2+
0.02
0.00
0.00
Fe2+
0.07
0.00
0.02
Mn2+
0.02
0.00
0.00
ANIONY
Cl
170.00
4.80
20.27
HCO3-
211.00
3.46
14.61
SO4
736.00
15.32
64.74
1.71
0.09
0.38
-
2-
F Mineralizacja
ogólna
1493
Suma
KiA
mval/dm3
22.13
ANIONY
23.66
Cl-
173.00
4.88
20.69
HCO3-
214.00
3.51
14.87
SO4
725.00
15.09
64.00
F-
1.98
0.10
Mineralizacja
ogólna
1497
0.44
2-
23.58
Zgodnie z formułą Kurłowa, analiza wody termalnej z otworu Bukowina Tatrzańska
PIG/PNiG-1 przedstawia się następująco:
dla próbki nr 1 (I depresja)
M 1.5
dla próbki nr 2 (III depresja) M 1.5
SO464.74Cl 20.27 HCO314.61
Ca 43.03 Na 32.24 Mg 19.44
SO464.00Cl 20.69 HCO314.87
Ca 43.25 Na 34.98 Mg 19.51
T 57.1
T 67 , 2
Badania izotopowe
Badania izotopowe wykonano na Wydziale Fizyki i Techniki Jądrowej Akademii
Górniczo – Hutniczej w Krakowie a wyniki zinterpretowali A. Zuber, J. Grabczak i
M. Duliński (Chowaniec i in., 2004 ).
W wyniku tych badań stwierdzono, że woda z otworu w Bukowina Tatrzańska
PIG/PNiG-1 jest wyraźnie starsza, niż woda z otworów Poronin PAN-1, Chochołów
PIG-1 i Furmanowa PIG-1. Według ww. badaczy skład izotopowy wody jest
wynikiem efektu wysokościowego, który niestety, w Tatrach nie jest dobrze
rozpoznany. Wg wcześniejszych oszacowań skład ten odpowiada średniej wysokości
obszaru zasilania na poziomie około 1500 – 1600 m n.p.m. Natomiast brak
przesunięcia izotopowego δ18O od światowej linii opadów (δD18O = +10) świadczy
także o stosunkowo młodym wieku wody (holoceńskim) i niezbyt wysokich
temperaturach systemu skalnego. Wspomniany wcześniej wiek wody, porównywalny
z wiekiem wody w otworze Bańska IG-1, świadczy o kilkakrotnie wolniejszym
przepływie na kierunku zasilania wody w otworze Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1.
Zasoby eksploatacyjne
W wyniku interpretacji wszystkich uzyskanych rezultatów z lat 1992 – 2004
zatwierdzono w roku 2005 dla otworu Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1 zasoby
eksploatacyjne w wysokości Q = 40,0 m3/h przy depresji s = 45m + 35 m (w odniesieniu
do zwierciadła statycznego - 869 m n.p.m.) o temperaturze wody na wypływie 64,5oC
(Chowaniec i in., 2004).
Przewiduje się, iż woda wydobywana z otworu eksploatacyjnego Bukowina Tatrzańska
PIG/PNiG-1 po odebraniu energii cieplnej w basenach kąpielowych i na wymiennikach
ciepła zamontowanych w celu ogrzania obiektów towarzyszących będzie odprowadzana,
po dodatkowym schłodzeniu, do płynącego w sąsiedztwie potoku Poroniec, ewentualnie,
w przyszłości będzie zatłaczana do przewidywanego otworu chłonnego Bukowina
Tatrzańska BTG-1.
Kompleks wodny Terma Bukowina Tatrzańska
• Pomysł stworzenia w Bukowinie Tatrzańskiej jednego z
najnowocześniejszych w Europie kompleksów wodnych zrodził
się na początku lat dziewięćdziesiątych, kiedy wykonany w
okolicach Klina odwiert umożliwił dostęp do bogatych zasobów
wód geotermalnych.
• W 2001 r. zawiązała się spółka, która podjęła kroki w kierunku
ich wykorzystania.
• Obecnie Bukowiańskie Towarzystwo Geotermalne Sp. z o.o.
liczy 51 udziałowców. Przed przystąpieniem do działania
dokładnie przeanalizowano obiekty geotermalne istniejące na
terenie Europy.
• Projety branżowe i wykonawstwo powierzono renomowanym
firmom niemieckim i austriackim. Terma Bukowina Tatrzańska
stanie zatem w szeregu najlepszych europejskich ośrodków
tego typu.
Projekt basenów TERMA BUKOWINA TATRZAŃSKA
Projekt basenów TERMA BUKOWINA TATRZAŃSKA
Projekt basenów TERMA BUKOWINA TATRZAŃSKA
Projekt basenów TERMA BUKOWINA TATRZAŃSKA
Projekt basenów TERMA BUKOWINA TATRZAŃSKA
Realizacja – kwiecień 2007
Realizacja – maj 2007
Realizacja – czerwiec 2007
Realizacja – lipiec 2007
Realizacja – sierpień 2007
Realizacja – wrzesień 2007
Realizacja – październik 2007
Realizacja – październik 2007
Realizacja – listopad 2007
Realizacja – grudzień 2007 - styczeń 2008
Realizacja – luty 2008
Zaproszenie – grudzień 2008
Dziękuję za uwagę