Geneza i chemizm składu gazowego wód podziemnych w bloku górnośląskim

• Autorzy: Różkowski A. , Zawadzka E.

Warianty tytułu

EN

The origin and chemistry of gases dissolved in groundwater in the Upper Silesian Block

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule rozpatrzona została geneza i skład chemiczny gazów rozpuszczonych w wodach podziemnych zapadliska górnośląskiego, położonego w SE części bloku górnośląskiego. W profilu geologicznym zapadliska górnośląskiego stwierdzono kilka poziomów potencjalnego generowania bituminów. Gazy rozpuszczone w wodach powstały w różnych epokach geologicznych, zarówno na skutek termogenicznych procesów uwęglenia, jak i na skutek mikrobialnych procesów redukcji dwutlenku węgla. Dla nasycenia wód metanem podstawowe znaczenie miały termogeniczne procesy uwęglenia substancji organicznej występującej w utworach karbonu produktywnego. W pracy przyjęto, że nośnikiem gazu są wody podziemne, co nie wyklucza migracji gazu wolnego. Nasycenie wód gazami ma charakter regionalny. Wody podziemne znajdują się w basenie sedymentacyjnym w więzi hydraulicznej, przy czym w układ krążenia włączony jest proces migracji gazu. Śledząc rozwój paleohydrogeologiczny zapadliska górnośląskiego można wnioskować, że działalność orogeniczna i wynikające z niej etapy infiltracyjnego rozwoju basenu doprowadzały nie tylko do wymiany wód, lecz również do zmian ich składu gazowego. W zapadlisku górnośląskim zaznacza się wyraźna strefowość gazowa wód, charakterystyczna dla basenów sedymentacyjnych. Są to strefy: azotowa, azotowo-metanowa, metanowa i metanowo-azotowa. Geneza i skład chemiczny gazów rozpuszczonych w wodach poszczególnych stref są wzajemnie odmienne, w zasięgu określonej strefy bywają zróżnicowane. Autorzy pracy skłonni są wiązać występowanie strefowości gazowej wód ze środowiskiem hydrogeochemicznym basenu sedymentacji oraz z położeniem wód w systemie przepływu.

EN

The origin and chemistry of gases dissolved in groundwater of a regional flow system in the Upper Silesian Variscan sedimentary basin are investigated in this paper. In the geological profile of the Upper Silesian sedimentary basin, a few potential sources of gas generation occur. Gases were generated in various geological periods as a result of thermogenic coalification as well as microbial reduction of carbon dioxide. Thermogenic processes of coalification of organic matter occurring in the productive Carboniferous deposits were of the prime importance in water saturation with methane. Water saturation with gases is of a regional character. Individual groundwaters in the sedimentary basin have a hydraulic connection. Migration of gases is included in the groundwater flow system. Taking into account the paleohydrogeological development of the Upper Silesian depression, it could be concluded that the infiltrational stages of the basin development resulted not only in waters exchange but also in a change in their gaseous composition. Within the Upper Silesian depression, a distinct gaseous zonation of waters can be observed, characteristic of sedimentary basins. There are the following zones: nitrogen, nitrogen-methane, methane and methane-nitrogen. The origin and chemical composition of gases dissolved in waters of the individual zones are different, but they may also be different within the range of a particular zone. The authors assumed that the gaseous zonation of waters may be related to their location in the groundwater flow system and is correlated with the hydrogeochemical zonation.

Słowa kluczowe

PL

strefowość hydrogeochemiczna; skład gazowy wód; migracja gazów; blok górnośląski

EN

hydrogeochemical zonation; water gas composition; gas migration; Upper Silesian Block

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2009
• Tom: nr 436, z. 9/2
• Strony: 411--427
• Opis fizyczny: Bibliogr. 54 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Różkowski A.

• Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

autor

Zawadzka E.

• Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

Bibliografia

• [1] BUŁA Z., ŻABA J., 2005 - Pozycja tektoniczna Górnośląskiego Zagłębia Węglowego na tle prekambryjskiego i dolnopaleozoicznego podłoża. Przew. 76. Zjazdu Pol. Tow. Geol.: 14-42. Państw. Inst. Geol. Warszawa.
• [2] DEMBOWSKI Z., RÓŻKOWSKI A., 1967 - Wyniki badań objawów bituminów w otworze Maczki IG I. Kwart. Geol., 11, 2: 285-294.
• [3] DERDZIŃSKA X., RÓŻKOWSKI A., 1963 - Opinia dotycząca perspektyw występowania złóż gazowych w utworach trzeciorzędowych oraz w strefie kontaktowej z karbonem na obszarze ROW. W: Zagrożenie dla górnictwa węglowego w ROW ze strony horyzontów gazowych występujących w miocenie oraz w strefie zwietrzenia karbonu a problem wstępnego odmetanowania górotworu otworami z powierzchni. Praca arch. Pełnomocnik Rządu do spraw odgazowania pokładów węgla w południowej części ROW.
• [4] DERDZIŃSKA X., RÓŻKOWSKI A., 1968 – Warunki hydrogeologiczno-gazowe obszaru Brzezówka-Kaczyce. Biul. Inst. Geol., 5: 211-255.
• [5] FOLPRECHT J., PATTEISKY K., 1928 - Der Kohlenbergbau des Ostrau-Karvina Steinkohlenreviers. Band Ostrau. Mahrisch Ostrau.
• [6] GUNTHER L., 1963 - Geneza a vyskyt zemnich plynu w jużnich oblaste OKR Uhli, 9.
• [7] HOMOLA V., 1959 - Prispevek k hydrogeologii a plynonosnosti pobeskydske casti ostravsko-karvinskeho reviru. Sborn. praci conference o geologii OKR, Ostrava.
• [8] JAWOR E., KOTARBA M., 1991 - Geneza gazu ziemnego zakumulowanego w utworach w paleozoiczno-mezozoicznych utworach podłoża miocenu w zachodniej i środkowej części zapadliska przedkarpackiego - interpretacja geologiczna i izotopowa. Nafta, 47: 149-155.
• [9] KLECZKOWSKI A.S., VU NGOC-KY, 1969 - Vertical succession of hydrochemical zones in the Carboniferous and its overburden in the eastern part of Upper Silesia. Bull. Acad. Pol. Sc. Ser. Sc. geol. geogr., 17, 1: 57-71.
• [10] KLECZKOWSKI A.S., WITCZAK S., 1967 – Permeability and porosity of Carboniferous sandstones as related to depth (east Upper Silesia). Bull. Acad. Pol. Sc. Ser. Sc. geol. geogr., 15, 1: 23-31.
• [11] KONIOR K., 1972 - Prognozy poszukiwań złóż węglowodorów w obszarze Cieszyn-Liplas. Geof. i Geol. Naftowa, 9/10: 257-265.
• [12] KOTARBA M., 1993 - Stable carbon and hydrogen isotope studies of natural gases from the Polish Flysch Carpathian. Intern. Symp. on Applied Isotope Geochemistry. Geiranger, Norway.
• [13] KOTARBA M., 1998 - Composition and origin of gaseous hydro- carbons in the Miocene strata of the Polish part of the Carpathian Foredeep. Prz. Geol., 46: 751-758.
• [14] KOTARBA M.J., 2001 - Composition and origin of coalbed gases of the Upper Silesian and Lublin Basins. Org. Geochem., 32: 163-180.
• [15] KOTARBA M.J. ( red.), 2004 - Możliwości generowania węglowodorów w skałach karbonu w południowej części bloku górno- śląskiego i małopolskiego. Geosfera, Kraków.
• [16] KOTARBA M.J., BURZEWSKI W., JAWOR E., BARAN U., KOSSAKOWKI P., BUŁA Z., 2004 - Generacyjny podsystem naftowy i ocena możliwości akumulacji węglowodorów utworów karbonu w południowej części bloku górnośląskiego i małopolskiego. W: Możliwości generowania węglowodorów w skałach karbonu w południowej części bloku górnośląskiego i małopolskiego: 117-137. Wyd. Akapit, Kraków.
• [17] KOTAS A., 1972 - Ważniejsze cechy budowy geologicznej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego na tle pozycji tektonicznej i budowy głębokiego podłoża utworów produktywnych. W: Problemy geodynamiki tąpań, l: 5-55. Kom. Górn. PAN, Kraków.
• [18] KOTAS A., 1985 - Structural evolution of the Upper Silesia Coal Basin (Poland). Compt. Rend. 3, X Congr. Int. Strat. Geol. Carb.: 459-469. Madrid.
• [19] KOTAS A. (red.), 1994 - Coal-bed methane potential of the Upper Silesian Coal Basin, Poland. Pr. Państw. Inst. Geol., 142.
• [20] KOTAS A., RÓŻKOWSKI A., KARWASIECKA M., 1973 - Sprawozdanie z wyników badań perspektyw występowania bituminów w podłożu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Oddz. Sosnowiec.
• [21] LABUS K., 2003 - Chemizm i pochodzenie wód kopalnianych w południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Inst. Gosp. Sur. Miner. i Energią PAN, Kraków.
• [22] LABUS K., 2007 - Identyfikacja procesów formujących chemizm wód podziemnych w warunkach drenażu górniczego w południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Zesz. Nauk. PŚI., 1769.
• [23] NEY R., KOTARBA M. (red.), 1995 - Opracowanie modeli oraz bilansu generowania i akumulacji gazów w serii węglonośnej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. PPGSMiE PAN, Kraków.
• [24] OSZCZYPKO N., 1981 - Wpływ neogeńskiej przebudowy przedgórza Karpat na warunki hydrodynamiczne i hydrochemiczne zapadliska przedkarpackiego. Biul. Inst. Geol., 325: 5-87.
• [25] PACZYŃSKI B., 1980 - Podstawy systematyki regionalnej wód podziemnych w Polsce. Pr. Hydrogeol. Ser. sp.,12. Warszawa.
• [26] PAŁYS J., 1966 - O genezie solanek w górnym karbonie na Górnym Śląsku. Rocz. Pol. Tow. Geol., 36, 2: 121-154.
• [27] PLUTA I., 2005 - Wody kopalń Górnośląskiego Zagłębia Węglowego - geneza, zanieczyszczenia i metody oczyszczania. Pr. Gł. Inst. Górn., 865.
• [28] PLUTA I., KOTARBA M., 2007 - Pochodzenie wód i gazów z karbonu KWK Morcinek oraz miocenu w południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. W: Geologia formacji węglonośnych Polski: 109-116. AGH, Kraków.
• [29] PLUTA I., ZUBER A., 1995 - Origin of brines in the Upper Silesian Coal Basin (Poland) inferred from stable isotope and chemical data. Applied Geochem., 10: 447-460.
• [30] PLUTA I., ZUBER A., GRABCZAK J., ŚLASKI R., BEBEK M., 1993 - Pochodzenie solanek w południowej części GZW na przykładzie KWK Morcinek. W: Współczesne problemy hydrogeologii, t. 6: 95-100. Wrocław.
• [31] ROGOŻ M., POSYŁEK E., 2000 - Problemy hydrogeologiczne w polskich kopalniach węgla kamiennego. Wyd. Gł. Inst. Górn., Katowice.
• [32] ROSENMAN J., 1968 - Geneza gazu w południowej części GZW. Prz. Geol., 16, 4: 170-176.
• [33] ROSENMAN J., SOSNOWSKI M., 1964 - Metodyka i dotychczasowe wyniki badań składu chemicznego gazów występujących w GZW ze specjalnym uwzględnieniem zawartości helu. Techn. Poszuk. Geol., 4, 11: 12-17.
• [34] RÓŻKOWSKI A., 1965 - Charakterystyka hydrogeologiczna górnego karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Biul. Inst. Geol.: 104-154.
• [35] RÓŻKOWSKI A., 1971 - Chemizm wód w utworach trzeciorzędowych Zagłębia Górnośląskiego. Biul. Inst. Geol., 249: 7-63.
• [36] RÓŻKOWSKI A., 1995 - Factors controlling the groundwater conditions of the Carboniferous strata in the Upper Silesian Coal Basin, Poland. An. Soc. Geol. Pol., 64: 53-66.
• [37] RÓŻKOWSKI A., 1999 - Origin of mine waters based on the isotopic and hydrochemical composition (USCB, Poland). IMWA Congress. Proc., vol. 1: 98-103. Sevilla, Spain.
• [38] RÓŻKOWSKI A., 2002 - Solanki Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Biul. Państw. Inst. Geol., 404: 191-214.
• [39] RÓŻKOWSKI A., 2003 - Warunki hydrogeologiczne Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. W: Hydrogeologia polskich złóż kopalin i rejonów górniczych (red. Z. Wilk), t. l: 42-145. AGH, Kraków.
• [40] RÓŻKOWSKI A., 2008a - Środowisko hydrogeologiczne utworów podłoża karbonu produktywnego w zapadlisku górnośląskim. Prz. Geoł , 56, 6: 490~94.
• [41] RÓŻKOWSKI A., 2008b - Historia badań i stan rozpoznania hydro- geologicznego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego i obszarów przyległych. Wyd. UŚI. Katowice.
• [42] RÓŻKOWSKI A. (red.), 2004 - Środowisko hydrogeochemiczne karbonu produktywnego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wyd. UŚl. Katowice.
• [43] RÓŻKOWSKI A., CHMURA A., 2001 - Wyniki badań poziomów zbiornikowych otworu Goczałkowice IG 1. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Oddz. Sosnowiec.
• [44] RÓŻKOWSKI A., PRZEWŁOCKI K., 1974 - Application of stable environmental isotopes in mine hydrogeology taking Polish coal basins as an example. Isotope Techniques in Groundwater Hydrology, Vol. 1: 481-502. Vienna.
• [45] RÓŻKOWSKI A., RÓŻKOWSKI J., 2008 - Hydrogeology of the Carboniferous-Devonian carbonate formation within the Upper Silesian Block. Kras i Speleologia, 12: 77-92.
• [46] RÓŻKOWSKI A., RUDZIŃSKA T., BUKOWY S., 1979 - Thermal brines as a potential sources of the ore mineralization of the Silesian-Cracow area. Pr. Inst. Geol., 9S: 59-85.
• [47] TARNOWSKI J., 1971 - Występowanie metanu w złożu południowej części Rybnickiego Okręgu Węglowego. Pr. Gł. Inst. Górn., Komunikaty, 541.
• [48] TARNOWSKI J., 1983 - Występowanie, pochodzenie i rozmieszczenie gazów w złożu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Prz. Górn., 39, 7-8: 281-293.
• [49] TARNOWSKI J., 1989 – Geologiczne warunki występowania metanu w Górnośląskiej Niecce Węglowej. Zesz. Nauk PŚl., Górnictwo, 166.
• [50] TEPER L., 2008 - O wykształceniu strukturalnym Górnośląskiego Zagłębia Węglowego - urywki dyskusji bez-zakończenia. Prz. Geol., 56, 6: 481-485.
• [51] TOTH J., 1995 - Hydraulic continuity in large sedimentary basins. Hydrogeol. J., 3, 4: 4-16.
• [52] WILK Z. (red.), 2003 - Hydrogeologia polskich złóż kopalin i problemy wodne górnictwa. T. l. AGH, Kraków.
• [53] ZAWADZKA E., 2008 - Skład gazowy wód podziemnych zapadliska górnośląskiego. Maszynopis. Arch. Zakładu Hydrogeologii UŚl., Sosnowiec.
• [54] ZORKIN L.M., 1963 - Regionalnyje zakonomiernosti gazonasyszczenija płastowych wod njeftogazonosnych basseinow. Sowjetskaja gieołogia, 2.