Państwowy Instytut GeologicznyOddział Karpacki

ul. Skrzatów 1, Kraków

Wody termalne na Podhaluoraz praktyczne ich wykorzystanie na przykładzie

Bukowiny Tatrzańskiej

dr inż. Józef Chowaniece-mail: Jozef.Chowaniec@pgi.gov.pl

VI Międzynarodowe Targi Geologiczne GEOLOGIA 2008, Warszawa 26 luty 2008 r.

• 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.

Historia odkrycia i wykorzystania wód termalnych 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.

Dlaczego na Podhalu?

Budowa geologiczna niecki podhalańskiejNiecka 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.

PIENIŃSKIPASSKAŁKOWY

NEOGEN KO TL INYORAWSKO - NOTOWARS KIEJ

Czarny Dunajec DunajecNowyTarg

SzaflaryBiały DunajecChochołówPoronin

BiałkaZakopianka

PI ENIŃSKI PA S SKAŁKOW YJ EDNOSTKA MAGURSKA

NIECKA PODH ALAŃSKA

Zakop aneBystrapc.oChhołowskipK. ościeliski

SŁ OW AC JA TatrzańskaŁomnica2627ŁomnicaGerlach2654

Sucha Woda

SZKIC GEOLOGICZNY JEDNOSTEK TATR I PODHALAOpr acował J. Chowaniec (20 04) na podstawie materi ałów PIG

024 6810 km

granitoidy i skały metamorficzneserie osado we jednostki wierchowejserie osado we jednostek reglowycheocen węgl anowyserie pieniń skiego pasa skałkowegoutwory pias kowcowo-łupkowe jednostki ma gurskiejneogen Kot liny Orawsko-Nowotarskiejuskokiprzypuszcz alne kierunki migracji wód głębo kiego krążeniadokumento wany otwór Bukowina Tatrzańsk a PIG/PNiG-1

flisz wewną trzkarpacki

północna gr anica Tatrzańskiego Parku Nar odowegobaa st wierdzoneb pr zypuszczalne

granica pań stwaotwory z wo dami termalnymiGZWP 441 - Zbiornik (Tr T) Zakopane

ChochołówPIG-1Siwa WodaIG-1

BańskaPGP-1Bańska IG-1Biały DunajecPAN-1Biały DunajecPGP-2PAN-1PoroninZakopane IG-1Zakopane 2 Bukowina T.PIG/PNiG-1Zazadnia IG -1Furmanow aPIG-1

PIENIŃSKI

PAS

SKAŁKOWY

N E O G E N K O

T L I N Y O R A W S K O - N O TO W A R S K I E J

Czar

ny D

unaj

ecDunajecNowy

Targ

Szaflary

Bia

ły D

unaj

ec

Chochołów

Poronin

Bia

łka

Zako

pian

ka

P I E N I Ń S K I P A S S K A Ł K O W Y

J E D N O S T K A M A G U R S K A

N I E C K A P O D H A L A Ń S K A

Zakopane

Bystra

pc

.o

Ch

hoło

wsk

i

pK

i.

ośc

elis

ki

S

Ł

OW A C J

A

TatrzańskaŁomnica

2627

Łomnica

Gerlach

2654

Such

a W

oda

0 2 4 6 8 10 km

granitoidy i skały metamorficzne

serie osadowe jednostki wierchowej

serie osadowe jednostek reglowych

eocen węglanowy

serie pienińskiego pasa skałkowego

utwory piaskowcowo-łupkowe jednostki magurskiej

neogen Kotliny Orawsko-Nowotarskiej

uskoki

przypuszczalne kierunki migracji wód głębokiego krążenia

dokumentowany otwór Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1

flisz wewnątrzkarpacki

północna granica Tatrzańskiego Parku Narodowego

ba a stwierdzone

b przypuszczalne

granica państwa

otwory z wodami termalnymi

GZWP 441 - Zbiornik (Tr T) Zakopane

ChochołówPIG-1

Siwa WodaIG-1

BańskaPGP-1

Bańska IG-1

Biały DunajecPAN-1

Biały DunajecPGP-2

PAN-1Poronin

Zakopane IG-1Zakopane 2

Bukowina T.PIG/PNiG-1

Zazadnia IG-1

FurmanowaPIG-1

LokalizacjaPaleogeńska 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.

Biał

y D

u naj

e c

Biał

ka

Czarn

y Dun

ajec

Neo

j

gen K

No

otliny

Oraw

sko-

wotarskie

NEOGE

AS

NE OF THE O

RAWA

WY

-NO

TARG B IN

W

s

a r s

S

t w y z ae Z

f

l a r s k i S

E D

A F L A R Y B

W a r s tyw z a k o p i a ń

ksi e

Z A OK P A N E B E D S

Wa r

ws th o

y cc o łh o w s k i e d o l n

eL O W E R C H O C H O Ł Ó W B E D S

t.z.w.

Warstwy z e

B r z g ó w

BED OS F R M BRZEGI

W

arstwy

Ostr

yskie

OSTR

YSZ BEDS

Wa r s t

w y c h o c h wo ł o s k i e górne

U P

R P E

CH

COH O Ł WÓ B E D S

W a

r s t

i

w y

o

k

za

p a ń s k i e

Z A K O P A N BE E D S

En

o

Nc e

B

E

w ę

gO

l aA

n o w y E

A C

R O T CE

N

E

S e r i ee

o

s a d o ew

d r e

j

j

d

n . w i e r c wh o e j i e n . g l o w y c h

S E D I S ME

ET

E

T A

N T

A R Y S

R I

R I E O F G

HT H I H - C U N I T

A N

A I T

D

C

O F H E B -

T

R S U T T I U N S

K

a

r y s t n ia l i k t t r z a ń s k i

T A T R I CC R Y S TA L I N

CE OR ES

L OV

A KI

A

P i e n i n y K l i p p e n B e l t

P i e n i ń s k i p a s s k a ł k o w y

POLAND

Kraków

Kojsówka

ZakopaneMałeCiche

JurgówBukowinaTatrzańska

Biały Dunajec

Poronin

Chochołów

Szaflary

- granica pienińskiego pasa skałkowego(border od the Pieniny Klippen Belt)

- uskoki stwierdzone(faults)

- uskoki przypuszczalne(presumed faults)

- Granice wydzieleń stratygraficznych(Boundaries of the statigraphics units)

- otwory wiertnicze z wodami termalnymi(thermal water wells)

- otwory wiertnicze z wodami zwykłymi(wells)

- wywierzyska(vaucluse springs)

- linia przekroju(section line)

A A

- południowy zasięg występowania wód termalnych w podfliszowych poziomach wodonośnych(southern extent of thermal waters in sub-flysch aquifers)

A

A

0 1 2 3 4 5 [km]

Historia wykonania otworu Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG – 1 sięga 1987roku, w którym opracowano „Projekt badań geologicznych określających zasoby i warunki eksploatacji surowców energetycznych w niecce podhalańskiej”. Badania geologiczno–litofacjalne, petro- graficzne, stratygraficzne, geochemiczne oraz analiza wyników pomiarów labo-ratoryjnych 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,).

Otwór Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG - 1

2390.0

2605.0

olistolitskał węglanowych

0.0

150.0

575.0

1220.0

2215.02225.0

3780.0

warstwychochołowskie górne

warstwychochołowskie dolne

warstwyzakopiańskie górne

warstwyzakopiańskie dolne

zlepieńceeocenu węglanowego

skały węglanowejednostek tatrzańskich

wody termalne

eoce

n gó

rny - oligoc

eneo

cen środ

kowy

trias

- jura -

kred

a

Przekrój geologiczny przez otwór Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1

żwirowo-piaszczyste osady fluwioglacjalne i aluwialne oraz gruzowo-gliniaste osady morenowe (Q)

piaszczysto-ilaste osady Kotliny Orawsko-Nowotarskiej (neogen)

kompleks łupkowy - warstwy chochołowskie górne tzw. warstwy z Brzegów (oligocen)

kompleks piaskowcowo-łupkowy - warstwy chochołowskie dolne (oligocen)

kompleks łupkowo-piaskowcowy - warstwy zakopiańskie górne (oligocen)

kompleks łupkowy z wkładkami piaskowców z Kozińca - warstwy zakopiańskie dolne (eocen górny-oligocen)

zlepieńce, wapienie, dolomity, mułowce, piaskowce - eocen węglanowy

piaskowce, łupki, zlepieńce - serie płaszczowiny magurskiej (kreda-paleogen)

wapienie, margle, radiolaryty, piaskowce, mułowce, łupki - utwory PPS (jura, kreda, trzeciorzęd)

wapienie, dolomity, piaskowce, łupki - serie płaszczowiny reglowej dolnej (trias, jura, kreda)

wapienie, dolomity, łupki - serie płaszczowiny wierchowej (trias, jura, kreda)

granitoidy-krystalinik tatrzański (prekambr-paleozoik)

kompleks piaskowcowo-łupkowy - warstwy szaflarskie (eocen środkowy-eocen górny)

1

2

3

4

5

6

7

2500

2000

1500

1000

500

0

-500

-1000

-1500

-2500

-2000

2500

2000

1500

1000

500

0

-500

-1000

-1500

-2500

-2000

S N

KARPATY ZEWNĘTRZNEPIENIŃSKI PASSKAŁKOWY

T A T R Y N I E C K A P O D H A L A Ń S K A

K A R P A T Y W E W N Ę T R Z N E

Cza

rny

Staw

pod

Rys

ami

Ryb

i Pot

ok

Roz

toka

Poro

niec

Biał

ka

Biał

ka

Dun

ajec

Wodogrzmoty Mickiewicza Hala JaworzynaRusinowa

Bukowina Tatrzańska Białka Tatrzańska Nowa Biała ŁopusznaWołowaTurnia

Otw.Bukowina T. PIG/PNiG-1

7

1

23

4

56150

575

1220

2215

2225

29603220

3780

K r y s t a l i n i kP i e n i ń s k i P a s

S k a ł k o w yP ł a s z c z o w i n a m a g u r s k a

Płaszczowina wierchowa

Płaszczowina reglowa dolna

Serie typu płaszczowiny

reglowej dol.

Serie typu

płaszczowiny

wierchowej0 1 2 3 4 5 km

Schemat zasilania i przepływu wód termalnych w niecce podhalańskiej

0 1 2 3 [km]

2000

1500

1000

500

0

-500

-1000

-1500

-2000

-2500

-3000

-3500

-4000

-4500

-5000

-5500

S N[m n.p.m.]

ZAKOPANE 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

Wykres zależności wydajności od depresji Wykres zależności wydajności jednostkowej od depresji

(bez uwzględnienia efektu zmienności temperatury)

0

20

40

60

80

100

120

10

20

30

40

50

60

70

10°

20°

30°

40°

50°

60°70°

21.10.98 22.10.98 23.10.98 24.10.98 25.10.98 26.10.98t

Q m h[ / ]3 T[ ]°C

Gł. do zw. wody[ ]m

49mnpt s1=10m

s2=45m

s3=83m

43mnpt

Q1=20m /h3

Q2=40m /h3

Q3=58m /h3T1=57,1°CT2=64,5°C T3=67,2°C

10 20 30 40 50 60 70

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Sm[ ]

Q m /h [ ]3

Q f s= ( )0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

S[ ]m

q m /h/1m[ ]3

q f s= ( )

q =0,44 m /h/1m13

q =0,50 m /h/1m23

q =0,49 m /h/1m33

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

Rozkład ciśnienia w odwiercie Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1

0 50 100 150 200 250 3000

500

1000

1500

2000

2500

ciśnienie [bar(a)]

głęb

okoś

ć [m

]

próba nr 2 mg/l mval/dm3 % mvalSuma K i A

mval/dm3

KATIONY

K+ 19.00 0.49 2.20

22.13

Na+ 178.00 7.74 34.98

NH4+ 0.17 0.01 0.05

Ca2+ 191.70 9.57 43.25

Mg2+ 52.50 4.32 19.51

Fe2+ 0.07 0.00 0.02

Mn2+ 0.02 0.00 0.00

ANIONY

Cl- 173.00 4.88 20.69

23.58HCO3

-214.00 3.51 14.87

SO42-

725.00 15.09 64.00

F- 1.98 0.10 0.44

Mineralizacjaogólna 1497

  

próba nr 1 mg/l mval/dm3 % mvalSuma K i A

mval/dm3

KATIONYK+ 19.00 0.49 2.24

21.66

Na+ 175.50 7.63 35.24

NH4+ 0.11 0.01 0.03

Ca2+ 186.70 9.32 43.03

Mg2+ 51.20 4.21 19.44

Fe2+ 0.07 0.00 0.02

Mn2+ 0.02 0.00 0.00

ANIONY

Cl- 170.00 4.80 20.27

23.66HCO3

- 211.00 3.46 14.61

SO42- 736.00 15.32 64.74

F- 1.71 0.09 0.38Mineralizacja

ogólna 1493  

        

   

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.

Zgodnie z formułą Kurłowa, analiza wody termalnej z otworu Bukowina Tatrzańska PIG/PNiG-1 przedstawia się następująco:

dla próbki nr 1 (I depresja)

dla próbki nr 2 (III depresja)

1.5744.1924.3203.43

61.143

27.2074.6445.1 T

MgNaCaHCOClSO

M

2,6751.1998.3425.43

87.143

69.2000.6445.1 T

MgNaCaHCOClSO

M

Badania izotopoweBadania 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