1 Geologiczne uwarunkowania rozwoju geotermii

Geologiczne uwarunkowania rozwoju geotermii niskotemperaturowej
w rejonie Zgorzelca i Görlitz
dr Wiesław Kozdrój*, dr Janusz Badura*, dr Bogusław Przybylski*, dr Maciej Kłonowski*
*Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Dolnośląski
Streszczenie
W procesie projektowania niskotemperaturowych instalacji geotermalnych, czyli tzw.
gruntowych POMP CIEPŁA, istotne znaczenie ma rozpoznanie budowy geologicznej i własności
termicznych skał podłoża. Dla wydajności energetycznej pomp ciepła o obiegu zamkniętym i układzie
pionowym największe znaczenie ma rodzaj skał w otworze wiertniczym, w którym zostanie ułożona
sonda cieplna.
Skały różnego typu (genezy) posiadają różne własności fizyczne, chemiczne i termiczne.
Podstawowym wskaźnikiem własności termicznych skał jest ich PRZEWODNOŚĆ CIEPLNA,
o wartościach wynoszących zwykle od 0,4 do 7 jednostek wyrażonych w W/m*K. Niskie wartości
posiadają suche, luźne skały osadowe takie jak piaski i żwiry, dobre – większość skał osadowych
i metamorficznych, natomiast wysokie – kwaśne skały magmowe. Najlepszą przewodnością
odznaczają się skały o bardzo dużej zawartości kwarcu (np. piaskowce, kwarcyty), a także skały
silnie zawodnione. Praktycznym wskaźnikiem właściwości termicznych skał używanym do
projektowania (określenia mocy) pomp ciepła jest tzw. WSPÓŁCZYNNIK MOCY CIEPLNEJ
uzyskiwanej z 1 metra głębokości otworu wyrażony w jednostkach W/m i obliczany przy założeniu
1800 lub 2400 godzin pracy pompy ciepła w ciągu roku.
W ramach I-szej, aktualnie trwającej fazy działań projektu TransGeoTherm, dla rejonu
Zgorzelca wykonywana jest przez partnera wiodącego projektu analiza wszystkich źródeł informacji
geologicznej. Dane analogowe zostaną przetworzone na formę cyfrową i zebrane w postaci bazy
danych GIS. Bliźniacze działania wykonywane są przez partnera projektu dla niemieckiej części
obszaru badań (rejon Görlitz). Do analizowanych źródeł danych geologicznych należą: seryjne mapy
geologiczne i hydrogeologiczne w różnej skali oraz dokumentacje archiwalne wykonane na potrzeby
poszukiwań złóż surowców mineralnych (m.in. kruszyw naturalnych, bazaltów, węgli brunatnych),
badań geofizycznych, hydrogeologiczych (np. w celu zlokalizowania ujęć wód) i badań geologicznoinżynierskich (np. wykonanych dla obiektów budowlanych, zapór wodnych, dróg i mostów). Dla
większości dokumentacji wykonano otwory wiertnicze od kilku metrów do ponad 1 km głębokości.
Otwory te – w łącznej liczbie ok. 1300 na obszarze badań projektu – mają kluczowe znaczenie dla
określenia warunków geotermicznych podłoża skalnego.
TransGeoTherm - Energia geotermalna dla transgranicznego rozwoju regionu Nysy. Projekt pilotażowy. POWT SN-PL 2007-2013, Projekt no. 100114097
1
Rejon Zgorzelca i Görlitz leży na styku dwóch nadrzędnych jednostek geologicznych: starszego
cokołu masywu czeskiego (na południu), zbudowanego z proterozoicznych i dolnopaleozoicznych
skał magmowych i metamorficznych i młodszej, permo-mezozoicznej platformy osadowej (na
północy). Utwory obu tych jednostek rozdzielone są tzw. głównym uskokiem łużyckim i odznaczają
się złożoną tektoniką blokową, maskowaną dziś przez zajmujące ponad 90% powierzchni najmłodsze
osady kenozoiczne (trzecio- i czwartorzędowe) o bardzo zróżnicowanej miąższości.
Grubość pokrywy osadów czwartorzędowych (piaski, żwiry, gliny) jest zmienna i wynosi
zwykle od kilku do 30-50m; maksymalnie do ponad 100m w tzw. rynnach subglacjanych
rozpoznanych na północy obszaru. Według wstępnej oceny, warunki termiczne tych utworów są złe
i słabe w stanie suchym, natomiast bardzo dobre w przypadku obecności w nich poziomów
wodonośnych.
Miąższość osadów trzeciorzędowych (iły, piaski, żwiry, węgle brunatne) jest zmienna i wynosi
zwykle od kilku do 60-100m; maksymalnie do ponad 300 m w dawnych basenach w formie rowów
lub zapadlisk, np. niecka Berzdorf – Radomierzyce. Złoże Radomierzyce (po stronie polskiej) – to
złoże udokumentowane (ok. 100 otworów wiertniczych), lecz nie eksploatowane. Bliźniacze złoże
Berzdorf (po stronie niemieckiej) jest złożem wyeksploatowanym i zrekultywowanym, tworzącym
obecnie zbiornik wodny w miejscu dawnego wyrobiska. Warunki termiczne osadów
trzeciorzędowych są w zasadzie dobre, lecz znacząco słabsze w przypadku obecności grubszych
pokładów węgla brunatnego.
Pojawiające się na powierzchni wyspowe wystąpienia trzeciorzędowych skał wulkanicznych
w formie intruzji bazaltowych lub skał piroklastycznych spotyka się tylko w południowej części
obszaru badań. Ich warunki termiczne jak dla większości wylewnych skał bazytowych są słabe.
Występujące na północy obszaru skały permo-mezozoicznej platformy osadowej, lokalnie
wynurzające się spod osadów kenozoiku, należą do tzw. depresji północno-sudeckiej. Budują je skały
górnego karbonu i permu (zlepieńce, piaskowce, mułowce, ewaporaty) oraz triasu i górnej kredy
(piaskowce, mułowce, margle, wapienie). Warunki termiczne tych skał można określić jako dobre.
W podłożu podkenozoicznym środkowej część obszaru projektu dominują lekko przeobrażone
skały osadowe dolnego paleozoiku i proterozoiku. Pierwsze z nich w wieku od kambru po dolny
karbon należą do tzw. kaczawskiego kompleksu metamorficznego zbudowanego z różnorodnych
łupków ilastych, mułowcowych i piaszczystych, rzadziej zlepieńców, szarowak i wapieni.
Przedłużeniem metamorfiku kaczawskiego po stronie niemieckiej jest jednostka tektoniczna
synklinorium Görlitz. Proterozoiczne skały osadowe reprezentują po obu stronach granicy tzw.
szarogłazy łużyckie. Warunki termiczne wymienionych utworów dla instalacji pomp ciepła są dobre,
zwłaszcza tam gdzie skały te bezpośrednio odsłaniają się na powierzchni.
Podłoże południowej część obszaru projektu budują najstarsze, dolno-paleozoiczne
i proterozoiczne skały magmowe i metamorficzne masywu czeskiego. Reprezentują je głównie tzw.
granodioryty zawidowskie i granity rumburskie masywu łużyckiego, oraz w małym fragmencie
granity i gnejsy izerskiego kompleksu metamorficznego. Warunki termiczne obszaru południowego są
bardzo dobre dla rozwoju geotermii niskotemperaturowej, z uwagi na fakt, że dominujące tu kwaśne
skały magmowe odsłaniają się na powierzchni lub zalegają na płytkich głębokościach. Negatywnym
wyjątkiem jest tylko wspomniany rejon Radomierzyc, wypełniony kenozoicznymi iłami, piaskami
i żwirami z pokładami węgla brunatnego.
TransGeoTherm - Energia geotermalna dla transgranicznego rozwoju regionu Nysy. Projekt pilotażowy. POWT SN-PL 2007-2013, Projekt no. 100114097
2
Uszczegółowienie i dokładne wskazanie obszarów o wyższym lub niższym wskaźniku mocy
cieplnej zostanie wykonane w II-fazie działań projektu TransGeoTherm. Odpowiednio zakodowane
profile otworów wiertniczych posłużą do opracowania modelu trójwymiarowego budowy
geologicznej (przy użyciu oprogramowania gOcad), a następnie do wykonania obliczeń wartości
wskaźnika mocy cieplnej dla tworzących model jednostek skalnych i opracowania map potencjału
geotermicznego dla poziomów: 40m, 70m, 100m, i 130m poniżej poziomu terenu.
TransGeoTherm - Energia geotermalna dla transgranicznego rozwoju regionu Nysy. Projekt pilotażowy. POWT SN-PL 2007-2013, Projekt no. 100114097
3