Usage of chemistry of deep aquifers as an indicator for their suitability for storage of carbon dioxide in Bełchatów region (central Poland)

Jedną z podstawowych cech głębokich poziomów wodonośnych decydujących o ich przydatności do lokowania dwutlenku węgla jest ich szczelność, która uniemożliwia migrację wód w kierunku górnych partii zbiornika. Jedną z metod oceny izolacji głębokich poziomów wodonośnych jest analiza stopnia przeobrażenia składu chemicznego wód. Opisana w tym artykule metoda była używana w pierwszym etapie projektu dotyczącego rozpoznania formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego składowania CO2 wraz z ich programem monitorowania w rejonie Bełchatowa. Możliwości lokowania CO2 w głębokich poziomach wodonośnych w rejonie Bełchatowa były badane za pomocą analizy hydrochemicznej dojrzałości wód i stopnia szczelności zbiornika, których miarą są wskaźniki hydrochemiczne: Na/Cl, Cl/Br i mineralizacja wód. Wydzielono sześć typów genetycznych wód w zależności od stopnia przeobrażenia chemizmu, będącego wskaźnikiem szczelności danego zbiornika, od najmłodszych wód w kontakcie z wodami infiltracyjnymi (typ 1 i 2) do najstarszych, stagnujących, wysoko mineralizowanych solanek (typ 5 i 6). Analizie poddano wodę z poziomów wodonośnych triasu dolnego i górnego, jury dolnej, środkowej i górnej oraz kredy. W przedziale głębokości 518–4530 m mineralizacja wód wynosi od 0,5 do 370 g/l. Jakość tych wód wyklucza ich przydatność do celów pitnych. Stopień przeobrażenia chemizmu wód zależy od głębokości, obecności nieprzepuszczalnego nadkładu, odległości od wychodni oraz obecności drożnych systemów szczelin i uskoków. W poziomach jurajskich występują wody o zróżnicowanych typach, od wykluczających lokowanie dwutlenku węgla typów 1 i 2 do bardziej odpowiednich do lokowania typów 3 i 4. Wody w zbiornikach triasowych są przeważnie typu 5 lub 6, czyli wskazujące na najbardziej odpowiednie warunki do lokowania CO2. Stosowanie opisanej w artykule analizy stopnia przeobrażenia chemizmu wód głębokich poziomów wodonośnych do szacunkowej oceny przydatności zbiorników do lokowania dwutlenku węgla może być szczególnie przydatne we wstępnym etapie poszukiwań potencjalnych kolektorów. Metoda ta jest nie tylko prosta i szybka, ale przede wszystkim pozwala zaoszczędzić czas i ograniczyć nakłady finansowe na szczegółowe analizy zbiorników, które mogą być tą metodą wykluczone z kolejnych etapów badań.Deep, saline aquifers used for the storage of CO2 must be covered by impermeable formations in order to prevent the migration of water into shallow zones. One of the methods of the assessment of the isolation degree of deep aquifers is the study of the chemical composition of waters. This method has been used at the first stage of the research program presented in this paper in the Bełchatów region (central Poland). Within this region several deep saline aquifers have been evaluated with respect to their storage potential represented by the geochemical maturity and isolation of saline waters measured by Na/Cl, Cl/Br ratios and TDS. Six types of groundwaters according to the degree of maturity and isolation have been identified, from the youngest waters with contact to meteoric waters (type 1 and 2) to the oldest, stagnant, highly mineralized brines (type 5 and 6). Saline aquifers of the Lower Triassic, Upper Triassic, Lower, Middle and Upper Jurassic, Cretaceous were examined. Between 518 and 4,530 m depth, these aquifers contain waters of 0.5–370 g/l of total dissolved solids (TDS). These waters are not an underground source of drinking water. The geochemical maturity of waters depends on the depth, the presence of the impermeable cover, the distance from the outcrops and also the presence of faults and fractures. Waters in the Jurassic reservoirs are of different types, from 1 and 2 which are not suitable for CO2 location to 3 and 4 (more suitable for CO2 location). The Triassic reservoirs are mostly of type 5 and 6 which are very suitable for CO2 location. This approach may be applied particularly in the preliminary studies not only due to its simplicity and low time consuming but also due to the savings of cost and time for the further studies of the reservoirs which may be excluded for storage of carbon dioxide using this method

The use of chemistry of deep aquifers in the Polish Lowlands as an indicator of their suitability for storage of carbon dioxide in the preliminary studies

Aby ocenić przydatność zbiorników do składowania CO2 należy przeprowadzić szczegółową analizę warunków hydrogeologicznych i parametrów zbiornikowych w celu zidentyfikowania wszystkich potencjalnych dróg przepływu wód podziemnych. Tego typu badania są jednak drogie i zajmują dużo czasu. Dlatego też, przed ich rozpoczęciem, można przeprowadzić wstępne badania hydrogeochemiczne, polegające na ocenie stopnia przeobrażenia składu chemicznego wód i szczelności badanych zbiorników wodonośnych, na podstawie wskaźników: rNa/rCl i Cl/Br oraz mineralizacji wód. Stopień przeobrażenia chemizmu wód podziemnych zależy od głębokości ich zalegania, obecności nieprzepuszczalnego nadkładu, odległości od wychodni oraz obecności drożnych systemów szczelin i uskoków. W celu uproszczenia interpretacji hydrogeochemicznej na podstawie stopnia przeobrażenia wód wydzielono sześć tzw. typów genetycznych wód. Na Niżu Polskim analizie poddano wody z poziomów wodonośnych permu, karbonu, triasu dolnego i górnego, jury dolnej, środkowej i górnej oraz kredy. W przedziale głębokości 280–4907 m, mineralizacja wód wynosi od 0,5 do 458,4 g/l. W piętrze jurajskim występują wody o zróżnicowanych typach genetycznych, od wykluczających lokowanie dwutlenku węgla typów 1 i 2, do bardziej odpowiednich dla lokowania typów 3 i 4. Wody w zbiornikach triasowych są przeważnie typu 4–6, czyli wskazujące na bardziej korzystne warunki do lokowania CO2. Najlepsze warunki do lokowania występują w wodach piętra permskiego, gdzie dominują typy genetyczne 5 i 6.A detailed study of site hydrogeology, hydraulic properties of formations, and identification of all potential leakage pathways must be performed during an analysis of suitability for carbon dioxide storage. Prior these investigations, a preliminary hydrogeochemical analysis might be carried out, based on investigations of the geochemical maturity of groundwater and isolation of aquifers, measured by TDS, Na/Cl and Cl/Br ratios. Six types of groundwater, according to the degree of geochemical maturity and isolation, have been identified in the Polish Lowlands; from the modern freshwaters that contact with meteoric waters (types 1 and 2), to the oldest, stagnant, highly mineralized brines (types 5 and 6). The Carboniferous, Permian, Triassic and Jurassic aquifers, between 290 and 4907 m depth, contain waters of 0.5–458.4 g/l TDS. The geochemical maturity of waters depends on the depth, presence of impermeable caprock, distance from the outcrops and presence of faults and fractures. The waters in the Jurassic reservoirs are of different types, from types 1 and 2, which are not suitable for CO2 storage, to types 3 and 4, which are more suitable. The Triassic reservoirs are mostly of types 4 and 6, which are more suitable for CO2 storage. The most suitable for CO2 storage are the Permian aquifers of types 4 to 6

Origin and distribution of high fluoride content water in the MGWB no 338 Paczków-Niemodlin

Stężenie fluoru w wodach pitnych jest obiektem zainteresowania wielu ośrodków badawczych na świecie, ponieważ szkodliwy dla ludzi jest nie tylko jego niedobór (poniżej 0,8 mg/l), powodujący próchnicę zębów, ale również nadmiar (powyżej 1,5 mg/l), który może przyczyniać się do rozwoju fluorozy i osteoporozy. W Oddziale Górnośląskim PIG prowadzono badania dotyczące rozprzestrzenienia anomalii fluorowej w wodach neogeńskiego piętra wodonośnego w GZWP nr 338 Paczków Niemodlin. Zawartość fluoru w wodach podziemnych w tym rejonie jest wysoka i sięga od 6 do 11,5 mg/l, przekraczając wartości dopuszczalne dla wód pitnych około 10 razy. Największa anomalia występuje w rejonie Nysy. Badania potwierdziły wzrost zawartości fluoru wraz ze spadkiem rzędnej stropu poziomów wodonośnych. Najwyższe stężenia tego pierwiastka stwierdzono w poziomach zlokalizowanych na rzędnych 30-80 m n.p.m.The problem of fluoride in drinking water is currently the subject of study of many research centres in the world, because not only deficit of fluorine (below 0.8 mg / l), which causes teeth caries, but also its excess (above 1.5 mg / l), which may cause fluorosis and osteoporosis, are harmful to human being. A hydrogeochemical study conducted in the Upper Silesian Branch of the PGI lead to detailed recognition of hydrogeological and chemical conditions as well as the extent of fluoride anomaly in Neogene aquifer water in the Paczków-Niemodlin basin. The fluoride content in groundwater of the basin is high and ranges from 6.0 to 11.5 mg/l, exceeding about 10 times the permissible values for drinking water. The highest concentrations of fluoride are observed in the Nysa region. The investigations confirmed the increase of fluoride content with decreasing altitude of the aquifer top. The highest concentrations are found in the aquifer whose top is situated at 30-80 m a.s.l

Possibility of usage of groundwater resources in Poland assuming different scenarios of economic development during the period of the next 20 years

W artykule przedstawiono ocenę stopnia wykorzystania wód podziemnych w zależności od przyjętych scenariuszy rozwoju gospodarczego. Prognozę przeprowadzono dla najbliższych dwudziestu lat. Spośród proponowanych w literaturze kilkunastu scenariuszy rozwoju gospodarczego, jako najbardziej prawdopodobne dla Polski przyjęto trzy scenariusze: rynkowy, regionalny i zrównoważony globalnie. Prognozę stanu rezerw zasobów wód podziemnych dostępnych do zagospodarowania przeprowadzono dla obszarów bilansowych wód podziemnych, odpowiadających podziałowi regionów wodnych na zlewnie bilansowe. Stan rezerw wód podziemnych w przyjętych scenariuszach spodziewanych zmian gospodarki wodnej zdefiniowano za pomocą wskaźnika, który określa stopień wykorzystania zasobów wód podziemnych. W artykule przedstawiono również wpływ przemysłu i górnictwa na zasoby wód podziemnych w poszczególnych scenariuszach.This paper presents the evaluation of the degree of usage of groundwater resources in Poland assuming different scenarios of economic development. The time period for this prediction has been taken on the next 20 years. Three scenarios of development have been chosen: commercial; regional and sustainable. The prediction of the quantity of groundwater resources available for usage has been performed for the groundwater balance areas representing water regions in Poland. Groundwater resources for each scenario have been defined by an indicator which expressed the degree of usage of groundwater resources. The impact of mining and industry on groundwater resources for each scenario has also been taken into account

Modelling of multi-layered groundwater basins; a case study of MGWB No. 338 Paczków-Niemodlin

The objective of this paper is to present the advantages and problems related to the application of a multi-layer model in hydrogeological investigations, exemplified by the Main Groundwater Basin No. 338. The main aquifer in this basin is Neogene, but Quaternary, Cretaceous and Palaeozoic-Proterozic aquifers have also been identified there. Due to the presence of numerous permeable layers, separated by impermeable ones of irregular distribution in the Neogene aquifer, 27 model layers have been distinguished, including 10 water-bearing horizons. A large number of model blocks caused the increase of the computational time, and a large number of layers have lengthened the calibration time of the model. However, anthropogenic or geologic threats to multi-layer structures have justified such a large number of layers, enabling the water balance for the selected part of the basin orfor the selected depth intervals with groundwater of good or bad status