Instytut Geologii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza
Wysadowe struktury solne, zarówno w Polsce, jak i na świecie, wykorzystywane są w coraz większym stopniu nie tylko do pozyskiwania soli, ale również do magazynowania mediów (gaz, produkty naftowe) i składowania odpadów, w tym promieniotwórczych. Warunkiem bezpiecznego wykorzystania tych złóż jest niewątpliwie rozpoznanie warunków hydrogeologicznych. Ponadto warunki te mają zasadniczy wpływ na skalę zagrożeń środowiska w sytuacjach awaryjnych. Przekonuje o tym katastrofalne zatopienie głębinowej kopalni soli w Wapnie, które spowodowało poważne skutki środowiskowe, w tym długofalowe zmiany warunków hydrogeologicznych, wywołujących zagrożenia dla jakości wód podziemnych użytkowych poziomów wodonośnych oraz osiadania powierzchni terenu.
Biorąc pod uwagę, że podobna sytuacja dotyczy również innych wysadów, w tym wykorzystywanych gospodarczo, podjęto badania, których celem było rozpoznanie warunków hydrogeologicznych czap wysadów solnych w aspekcie zagrożeń wodnych obiektów górniczych oraz ich wpływu na otoczenie. Analizę przeprowadzono dla wysadów Wapno, Góra, Mogilno i Inowrocław. Wykorzystano dane archiwalne i publikowane dla wysadów Gorleben w Niemczech oraz Damasławek i Dębina w Polsce. Badania zrealizowane na ww. wysadach obejmowały pomiary hydrodynamiczne, analizy fizyczno-chemiczne i badania izotopowe. Do badań wykorzystano otwory hydrogeologiczne istniejące w rejonie wysadów Wapno, Góra i Mogilno, a także studnie ujęciowe położone w szerszym otoczeniu wysadów.
Badania wykazały, że wysady solne stanowią obiekty o szczególnie skomplikowanych warunkach hydrogeologicznych, co wynika głównie z dużego zróżnicowania litologicznego i strukturalnego utworów występujących w nadkładzie i otoczeniu czap wysadów, a co za tym idzie zróżnicowanych kontaktów wód występujących w nadkładzie czap i czap z otoczeniem. Ponadto występują tu wody o silnie zróżnicowanym zasoleniu: od wód słodkich do nasyconych solanek o mineralizacji >300 g/l.
Warunki zasilania czap są zróżnicowane w zależności od miąższości i litologii utworów występujących w nadkładzie, a także warunków odbioru wód migrujących do głębszych partii czapy przez otaczające utwory. Istotną rolę odgrywa również stopień przeobrażenia warunków hydrogeologicznych w wyniku działalności gospodarczej na wysadach, zarówno górniczej, jak i powierzchniowej. Przykładowo na wysadzie Wapna występują lokalnie warunki do bezpośredniego zasilania czapy wodami opadowymi w strefie wychodni utworów czapy na terenie wyrobiska po eksploatacji gipsów.
Badania czap wysadów solnych wykazały, że cechują się one porowatością kawernowo-szczelinową. Rejestruje się również rozcięcia erozyjne utworów czapy wypełnione utworami piaszczystymi, sięgające niekiedy do lustra solnego. Wykonane badania przepuszczalności metodą Paramex dla czap wysadów Wapno, Góra i Mogilno wykazały zmienność współczynnika filtracji: w strefach dobrze rozwiniętych systemów krasowych uzyskano wartości przekraczające 10-3 m/s, a w strefach o przepuszczalności mikroszczelinowej - 10-6 m/s.
W czapach wysadów solnych Wapno, Mogilno i Góra stwierdzono warunki hydrodynamiczne odzwierciedlające naturalny przepływ wód z górnych partii czap w kierunku lustra solnego i jednocześnie spływ ku częściom brzeżnym. Czapy tych wysadów (oraz wysadu Inowrocław) są w pełni zawodnione i łącznie z występującym ponad nimi nadkładem tworzą lokalne strefy zasilania wód podziemnych. Odmienne warunki stwierdzono jedynie w przypadku czapy wysadu Damasławek cechującej się głębszym zaleganiem i największą miąższością. Stwierdzono jedynie jej lokalne zawodnienie, głównie w partiach stropowych, a także silne związki zawodnienia ze strefami dyslokacyjnymi. W czapie wysadu Wapno wskutek katastrofy kopalni nastąpiło zintensyfikowanie wymiany wody.
W obrębie wszystkich analizowanych czap zaznacza się zbliżony układ warunków hydrogeochemicznych. Chemizm wód z górnych partii czap determinowany jest głównie rozpuszczaniem gipsów z niewielkim udziałem soli chlorkowych. Mineralizacja tych wód wynosi około 4 g/l i wzrasta w głąb czap do około 35-40 g/l, przy zmieniającym się typie wód na Cl-SO4-Na-Ca. W spągowych partiach czap, w wyniku ługowania soli z lustra solnego tworzą się solanki typu Cl-Na o mineralizacji ogólnej mogącej osiągać ponad 300 g/l (wysad Góra).
Wody występujące w czapach mogą spływać do otaczających poziomów wodonośnych, przy czym można wyróżnić:
- spływ wód z górnych i środkowych partii czapy nie kontaktujących się ze strefą lustra solnego,
- spływ wód z subrozji lustra solnego.
Spływ wód z subrozji lustra solnego do otaczającego poziomu wodonośnego został jednoznacznie stwierdzony jedynie w przypadku wysadu Wapno, gdzie w otworze położonym w odległości około 50 m od wysadu w dolnych partiach poziomu mioceńsko-oligoceńskiego wykryto solankę o stężeniu 304 g/l, a w świetle badań izotopowych jest to woda wieku holoceńskiego. Solanki o zróżnicowanym stopniu zasolenia stwierdzono też w głębokich otworach w rejonie wysadów Mogilno i Damasławek, lecz ich geneza może być związana zarówno z migracją wód z subrozji lustra solnego, jak i ługowaniem bocznym ciała solnego.
Spływ wód z czapy z partii nie kontaktujących się ze strefą lustra solnego rozpoznano w rejonie wysadów Wapno, Góra i Inowrocław. W przypadku wysadów Góra i Inowrocław zaznacza się wpływ wód z czapy zarówno na poziomy czwartorzędowe, jak i na poziom w utworach mioceńsko-oligoceńskich, co odbywa się za pośrednictwem przywysadowych utworów jury. Stopień oddziaływania na chemizm wód jest tu jednak przestrzennie zróżnicowany, bowiem zależy od przepuszczalności utworów mezozoiku oraz warunków infiltracyjnego zasilania poziomów wodonośnych. W związku z tym w studniach otaczających te wysady obserwuje się zarówno wody słodkie, jak i o wyraźnie podwyższonej mineralizacji (do 2 g/l). w trakcie badań po katastrofie kopalni zarejestrowano w poziomie mioceńsko-oligoceńskim aureolę wokół czapy o zasoleniu 3-5 g/l. Z kolei w rejonie wysadu Wapno w wyniku katastrofy nastąpiło strefowe udrożnienie kontaktu pomiędzy dolną partią czapy a poziomem mioceńsko-oligoceńskim, co skutkuje wzrostem zasoleniem wód w poziomie użytkowym z 3-5 do 10-35 g/l.
Wyniki badań wskazują, że stan rozpoznania i monitoringu warunków hydrogeologicznych wysadów solnych jest w większości niewystarczający dla zapewnienia bezpieczeństwa ich eksploatacji. Dotyczy to zarówno kopalń głębinowych, jak i otworowych, powiązanych z magazynowaniem substancji. W przypadku kopalń głębinowych analiza zagrożeń wodnych sprowadza się przede wszystkim do obserwacji przejawów zawodnienia w wyrobiskach, a podejście takie, jak się okazało, nie było niewystarczające dla zapobieżenia katastrofie kopalni soli w Wapnie. Istotne zagrożenia środowiskowe istnieją jednak również przy eksploatacji otworowej złóż soli i magazynowaniu mediów. W tym ostatnim przypadku pojawia się nowe zagrożenie: przedostawania się niebezpiecznych substancji (np. węglowodorów) do środowiska hydrogeologicznego.
Biorąc pod uwagę powyższe zagrożenia w pracy przedstawiono kryteria oceny zagrożenia wodnego związane z pozyskiwaniem soli i magazynowaniem mediów oraz omówiono czynniki mające wpływ na te zagrożenia. Przedstawiono również potencjalne i realne geośrodowiskowe skutki sytuacji awaryjnych. Ten ostatni problem, a więc skutki rzeczywiste, zobrazowano na podstawie ciągle monitorowanych skutków katastrofy kopalni soli w Wapnie. Natomiast zagrożenia potencjalne pokazano na przykładzie działających kopalń/magazynów mediów funkcjonujących na wysadzie Góra i Mogilno.
W ostatnim rozdziale monografii przedstawiono zalecenia dotyczące zasad prowadzenia rozpoznania hydrogeologicznego i monitoringu eksploatowanych otworowo i wykorzystywanych do magazynowania mediów wysadów solnych. Zalecenia te opracowano uwzględniając problematykę zagrożenia, jakie wody podziemne stanowią dla samej kopalni/magazynu oraz oddziaływania obiektów na środowisko. Biorąc pod uwagę aktualne rozpoznanie i monitoring hydrogeologiczny tych obiektów oraz wymagaia prawne, istnieje pilna potrzeba wypracowywania metodyki badań warunków hydrogeologicznych wysadów solnych, a autorzy mają nadzieję, że przedstawiona koncepcja będzie zaczątkiem służącym temu celowi.
