Podczas wrześniowej warszawskiej międzynarodowej konferencji naukowej "GeoShale 2014 - Recent advances in geology of fine - grained sediments" jednym z poruszonych tematów była formacja łupków ałunowych. Okazuje się, iż najprawdopodobniej kryje ona w sobie znaczne zasoby gazu ziemnego nie tylko na lądzie, ale i pod dnem Morza Bałtyckiego. Formacja łupków ałunowych ciągnie się od cieśnin Skagerrak i Kattegat, poprzez południową Szwecję, Bornholm, aż po polskie Pomorze i zachodnią Estonię. Wnioskować z tego można o wysokim prawdopodobieństwie występowania niekonwencjonalnych złóż gazu i w Polskiej Wyłącznej Strefie Ekonomicznej. Jaka jest charakterystyka łupków ałunowych i jakie implikacje dla Polski może nieść za sobą potwierdzenie duńskich zasobów – o tym traktuje niniejszy artykuł.
Łupki ałunowe, na co wskazuje sama nazwa, to skały o dużej zawartości minerałów z grupy ałunów. Minerały te powstają w wyniku wietrzenia chemicznego, które sprawia, iż w bogatych w piryt skałach powstaje kwas siarkowy, reagujący z kolei z potasem i glinianami. Łupki tego typu zawierają również dużą ilość substancji organicznej, co wpływa na ich ciemną barwę, ale też metale ciężkie, takie jak np. uran.
Odsłonięcie duńskich łupków ałunowych (źródło: Whatisshalegas?, en.skifergas.dk, Total E&P Denmark B.V., 2014).
Formacja łupków ałunowych jest najstarszą, której dotyczą poszukiwania węglowodorów ze złóż niekonwencjonalnych. Ich powstanie związane jest z sedymentacją osadów na dnie epikontynentalnego morza pokrywającego znaczne obszary kratonu Baltiki w okresie od środkowego kambru do wczesnego ordowiku (tremadok). W tremadoku, gdy transgresja morska przybrała największe rozmiary, depozycja bogatych w materię organiczną mułowców objęła swoim zasięgiem przeszło milion kilometrów kwadratowych.
Ze względu na procesy wynoszenia oraz erozji w krawędziowej części basenu sedymentacyjnego, miąższość łupków maleje od 180 m na północy do 20 m na południu. W późnym ordowiku i sylurze starsze osady zostały przykryte młodszymi i uległy pogrążeniu na głębokość 4-5 kilometrów. Skutkowało to wzrostem temperatury i ciśnienia wywieranego na skały, a co za tym idzie i wzrostem dojrzałości termicznej materii organicznej, która przeszła przez tzw. „okno ropne”, aż do „okna gazowego” (1,6% Ro).
W wyniku połączenia Baltiki z Laurencją we wczesnym dewonie w niektórych miejscach doszło do wyniesienia łupków na głębokość mniejszą niż 1000 metrów, a w innych uległy one znacznym deformacjom tektonicznym.
Aż do Neogenu region ten ulegał nieciągłemu osiadaniu, które zatrzymało się dopiero po okresie plejstoceńskich zlodowaceń, kiedy to, zwolniona od ciężaru lądolodu, skorupa ziemska zaczęła się izostatycznie podnosić. Wszystkie wymienione wyżej procesy geologiczne mogły spowodować ucieczkę gazu z obszarów, gdzie formacja łupków ałunowych zalega na mniejszych głębokościach. Zjawisko to najprawdopodobniej wystąpiło również w szwedzkiej Skanii, gdzie poszukiwania gazu z formacji łupkowych przez koncern Shell zakończyły się porażką.
Obszar kolizji trzech kratonów – Laurencji, Awalonii i Balitiki – mapa tektoniczna na tle dzisiejszego układu mórz i lądów
(źródło: Lassen A., Thybo H.: Neoproterozoic and Palaeozoicevolution of SW Scandinaviabased on integratedseismicinterpretation, www.sciencedirect.com, PrecambrianResearch, Vol. 204-205, Maj 2012).
Za najbardziej perspektywiczne dla poszukiwań gazu z formacji łupków ałunowych uznano skały górnokambryjskie (furong), gdyż w środowisku ich powstawania panowały warunki największego niedoboru tlenu (anoksji).
Geolodzy ze służby geologicznej Stanów Zjednoczonych (USGS) oraz Danii i Grenlandii (GEUS) w swoim raporcie z 2013 roku dotyczącym obszaru Danii, wydzielili dwie jednostki służące szacunkom ilości wydobywalnego gazu ziemnego – jednostkę lądową (onshore) i morską (offshore). Gazonośne łupki ałunowe znajdować się mają na głębokości 1,5-7 km w blokach ograniczonych uskokami. Głównymi obszarami występowania są najprawdopodobniej: północna i środkowa część Półwyspu Jutlandzkiego (Jylland), wyspa Zelandia (Sjælland) oraz obszar Morza Bałtyckiego (cieśniny Kattegat, Skagerrak, okolice wyspy Bornholm). Zasoby gazu ziemnego na obszarze ok. 14 tys. km2 na lądzie (ok. 33% powierzchni Danii) oceniono na średnio 8,2 mld m3 (od 0 do 16 mld m3). Z kolei w przypadku złóż podmorskich na obszarze 21,5 tys. km2 znajdować się ma średnio 14,5 mld m3 (od 0 do 28 mld m3). Wartości podane w przedziałach zaczynających się od zera wskazują, iż są to, jak na razie, tylko szacunki nie poparte działaniami poszukiwawczymi na większą skalę. Jakkolwiek jest pewna szansa, iż sytuacja ta ulegnie zmianie już w najbliższym czasie.
Mapa przedstawiająca jednostki przyjęte do szacunków zasobów wydobywalnego gazu z formacji łupków ałunowych w Danii
(źródło: Hendley II J. W., DiLeo J. S.: UndiscoveredGasResources in the AlumShale, Denmark, www.energy.usgs.gov, USGS, 2013).
Schematyczny przekrój geologiczno-stratygraficzny w północnej części Półwyspu Jutlandzkiego w Danii
(źródło: Hendley II J. W., DiLeo J. S.: UndiscoveredGasResources in the AlumShale, Denmark, www.energy.usgs.gov, USGS, 2013).
W 2010 roku Total E&P Denmark B.V., spółka zależna od francuskiego koncernu, uzyskała dwie koncesje na poszukiwanie i rozpoznanie gazu z formacji łupkowych. Pierwsza z nich, zlokalizowana jest w północnej części regionu Jylland (Nordjylland), zaś druga na wyspie Zelandia (Nordsjælland). Koncesji udzielono na sześć lat, zatwierdzając przy tym bardzo szczegółowy harmonogram prac. Prace wykonywane przez firmę Total mają mieć charakter testowy i pokazać, czy rzeczywiście taka forma eksploatacji węglowodorów jest bezpieczna dla środowiska naturalnego.
Gaz łupkowy, w zamierzeniu duńskiego rządu, zastąpić ma niedobór powstający w wyniku spadku wydobycia ze złóż konwencjonalnych na Morzu Północnym. Chociaż dziś jeszcze produkcja krajowa pokrywa w całości zapotrzebowanie, to bez odkrycia nowych złóż w kolejnej dekadzie Dania stanie się importerem tego surowca energetycznego.
Mimo szeroko zakrojonej kampanii informacyjnej, prowadzonej przez Total oraz duńską służbę geologiczną, a także braku jakichkolwiek problemów, w 2012 roku przeciwnicy szczelinowania hydraulicznego doprowadzili do zmiany polityki władz oraz zawieszenia przyznawania nowych koncesji. Warto przy tym zauważyć, iż państwo duńskie przez cały czas miało realny wpływ na przebieg prac, gdyż obligatoryjnie koncesjobiorcą jest w 20% państwowa spółka Nordsøfonden.
Dotychczas przeprowadzone analizy geologiczne, sejsmiczne i dotyczące rdzeni wiertniczych ze starych otworów, miały wykazać najlepsze metody wykonywania odwiertów oraz szczelinowania hydraulicznego. Według harmonogramu pierwsze prace wiertnicze mają się zacząć pod koniec bieżącego roku, a zabiegi szczelinowania hydraulicznego już w przyszłym. Ponadto, mimo ograniczeń w kwestii wydawania nowych koncesji, po zakończeniu testów firma Total będzie się mogła ubiegać o koncesję wydobywczą.
Duńskie koncesje firmy Total (źródło: The Danish licenses: a step-by-step appraisal, www.total.com, Total, 2014).
Państwem, które podjęło próbę zbadania potencjału łupków ałunowych, była również Szwecja. I w tym przypadku istotną rolę odegrał zagraniczny koncern pod postacią spółki Shell AB. W latach 2008/2009 otrzymał on trzy koncesje poszukiwawcze w regionie Skanii w południowej części kraju. Jednak zaraz po rozpoczęciu prac rozpoczęły się liczne protesty społeczne wywołane przez szwedzkie organizacje ekologiczne, mające silną pozycję. Ponadto brak pozytywnych rezultatów badań w odwiertach (łupki „niedosycone” gazem ziemnym), spowodował, iż Shell zaprzestał dalszych poszukiwań.
Oprócz zagranicznej spółki koncesje otrzymały również szwedzkie Gripen Gas AB (12 koncesji w środkowej i wschodniej części kraju) oraz Energigas (4 koncesje w centralnej Szwecji). Wiodącym podmiotem w poszukiwaniach stała się pierwsza z wymienionych firm, choć dotychczasowe działania po presją opinii publicznej ograniczono do badań geologicznych oraz płytkich odwiertów. Jednak, aby wypełnić zobowiązania koncesyjne, spółka będzie musiała wykonać otwory o głębokości 1000-2000 metrów, przy czym deklaruje użycie biodegradowalnych płuczek wiertniczych.
Warto również zauważyć, iż, chociaż Szwecja jest największym w Skandynawii konsumentem energii, to popyt zaspokajany jest przede wszystkim przez energetykę jądrową oraz odnawialne źródła energii (OZE). Ponadto jedynie 10% gospodarstw domowych korzysta z gazu ziemnego i nic nie wskazuje na to, by miało się to zmienić. Stąd też najprawdopodobniej - zarówno ze względów geologicznych (płytkie złoża o niskiej zawartości gazu), jak i społeczno-politycznych - Szwecja nie odegra znaczącej roli w eksploatacji gazu ziemnego z formacji łupków ałunowych.
Szwedzkie koncesje firmy Shell w regionie Skanii
(źródło: EIA/ARI World Shale Gas and Shale Oil Resource Assessment. Technically Recoverable Shale Gas and Shale Oil Resources: An Assessment of 137 Shale Formations in 41 Countries Outside the United States, U.S. Energy Information Administration U.S. Department of Energy, 2013).
Jaką rolę w tym wszystkim odgrywa jednak Polska?
W Polsce udokumentowano występowanie łupków ałunowych w północnej części Pomorza Wschodniego. Analizy rdzeni wiertniczych w tej części Polski wykazały, iż skały górnokambryjskie zawierają duże ilości materii organicznej (3-12%) i kerogen II typu. Łupkom tym nadano nazwę „formacji z Piaśnicy”. Przeszkodą w ich komercyjnym wykorzystaniu na lądzie jest jednak duża głębokość zalegania oraz niewielka miąższość (do kilkunastu metrów), uniemożliwiająca skuteczne szczelinowanie hydrauliczne. Jakkolwiek ostatni z parametrów wzrasta w kierunku północno-zachodnim, co sprawia, iż najbardziej perspektywiczne obszary mogą znajdować się pod dnem Morza Bałtyckiego. Miąższość łupków ałunowych na obszarze Polskiej Wyłącznej Strefy Ekonomicznej wynosić może ponad 30 metrów, co daje pewne nadzieje na przyszłość.
Miąższość łupków ałunowych (źródło: Burchardt B., Nielsen A. T., Schovsbo N. H.: AlunSkiferen i Skandinavien, www.2dgf.dk, DanskGeologiskForening, 1997).
Chociaż dziś brak jest jeszcze techniki umożliwiającej prowadzenie ekonomicznie opłacalnej eksploatacji gazu łupkowego spod dna morza, to w perspektywie kilkudziesięciu lat może się to zmienić. Na obszarze lądowym w Polsce główny obiekt poszukiwań stanowią formacje ordowicko-sylurskie. Stąd, jeśli polityka energetyczna Danii znów zostanie nakierowana na gaz ziemny (jako wspierający odnawialne źródła energii - OZE), a wyniki badań, prowadzonych w ramach już przyznanych koncesji, okażą się pomyślne, to ten kraj jako pierwszy zacznie wydobycie gazu z łupków ałunowych.
W przypadku rozpoczęcia przez Duńczyków prac na morzu, obszar potencjalnej eksploatacji obejmie prawdopodobnie również Duńską Wyłączną Strefę Ekonomiczną wokół wyspy Bornholm. Okazuje się jednak, iż granica pomiędzy wyłącznymi strefami ekonomicznymi Polski i Danii nie została ostatecznie określona.
Spór pomiędzy oboma krajami jest najdłużej trwającym sporem, dotyczącym delimitacji granicy morskiej na Bałtyku. Wynika on przede wszystkim ze stosunkowo niewielkiej odległości Bornholmu od polskiej linii brzegowej, a także odmiennej interpretacji Konwencji Narodów Zjednoczonych o prawie morza z 1982 r., której Polska i Dania są sygnatariuszami.
W interesie pierwszego z nich jest delimitacja granicy według tzw. „zasady słusznościowej”, która opiera się m.in. na czynnikach geograficznych, geologicznych i geomorfologicznych (głębokość dna morskiego), a także na tradycji korzystania z danego obszaru. Z kolei Dania opowiada się za metodą tzw. „linii środkowej”, czyli przyjęciem za granicę linii wyznaczającej środek odległości pomiędzy polską a duńską linią brzegową.
Trudno uznać drugą z opcji za sprawiedliwą, zważywszy na stosunek zarówno długości linii brzegowej, powierzchni kraju, jak i liczby ludności Polski w odniesieniu do Bornholmu. Toczące się od lat 70-tych XX wieku negocjacje do dziś nie przyniosły żadnych wiążących uzgodnień. Przy tym warto zauważyć, iż spór dotyczy obszaru aż 3,4 tys. km2, który jest bardzo bogaty w zasoby rybne. Polscy rybacy, łowiący w tej strefie, uzyskują z niej ok. 10% całej kwoty połowowej dla tego kraju.
W perspektywie kilkudziesięciu lat przybyć może jeszcze jeden czynnik sporny w postaci zasobów gazu z formacji łupków ałunowych. W historii znanych jest wiele przykładów, w których za przyczyną nieuregulowanego podziału dostępu do surowców naturalnych wybuchały konflikty polityczne, ale i zbrojne. Aby ich uniknąć, należałoby jak najszybciej dokonać delimitacji granicy polsko-duńskiej.
Sporny obszar między Polską a Duńską Wyłączną Strefą Ekonomiczną (źródło: Strefa ekonomiczna, ivloken.republika.pl, Bałtyk, 2014)
Łupki ałunowe w perspektywie kilkunastu lat mają szansę stać się głównym źródłem gazu ziemnego w Danii. W przypadku opracowania technik umożliwiających pozyskanie tego surowca spod dna morza, niewykluczone jest, iż będzie on eksploatowany także na Bałtyku. Jako że występowanie łupków ałunowych stwierdzono również na obszarze Polskiej Wyłącznej Strefy Ekonomicznej, polsko-duński spór, dotyczący delimitacji granicy morskiej, w perspektywie kilkudziesięciu lat może nabrać nowego znaczenia. Warto, więc powrócić do negocjacji, by na przyszłość uniknąć niepotrzebnych zatargów.
Szczególnie, że geologia w tym przypadku może się ściśle łączyć z geopolityką.
13.11.2014 r.
autor: Wojciech Labuda - Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH w Krakowie, Wydział Prawa i Administracji Uniwersytetu Warszawskiego, Szkoła Główna Handlowa w Warszawie
Bibliografia:
- Assessment Of European Shale-Gas Play Takes Social Acceptance Into Account, Journal of Petroleum Technology, Sierpień 2012
- Becker V., Werner A.: One Step Forward, One Step Back: Shale Gas in Denmark and Sweden, Journal of European Management & Public Affairs Studies, Vol. 1, No. 2, 2014
- Burchardt B., Nielsen A. T., Schovsbo N. H.: AlunSkiferen i Skandinavien, www.2dgf.dk, Dansk GeologiskForening, 1997
- Deep History: Scandinavia's Alum Shale, www.naturalgaseurope.com, Natural Gas Europe, 2011
- Derski B.: Konflikt morski z Danią ogranicza obszary dla farm wiatrowych, www.ioze.pl, IOZE, 2012
- EIA/ARI World Shale Gas and Shale Oil Resource Assessment. Technically Recoverable Shale Gas and Shale Oil Resources: An Assessment of 137 Shale Formations in 41 Countries Outside the United States, U.S. Energy Information Administration U.S. Department of Energy, 2013
- Hendley II J. W., DiLeo J. S.: Undiscovered Gas Resources in the Alum Shale, Denmark, www.energy.usgs.gov, USGS, 2013
- Kiersnowski H., Dyrka I.:Potencjał złożowy ordowicko-sylurskich łupków gazonośnych w Polsce: omówienie dotychczasowych raportów i propozycje udoskonalenia metodyki zasobów w raporcie w 2014 r., Przegląd Geologiczny, 61, s. 354-373, 2013
- Lassen A., Thybo H.: Neoproterozoic and Palaeozoic evolution of SW Scandinavia based on integrated seismic interpretation, www.sciencedirect.com, Precambrian Research, Vol. 204-205, Maj 2012
- Łukaszuk L.: Współpraca i spory międzynarodowe na morzach. Wybrane zagadnienia polityki morskiej i ochrony środowiska, Wydawnictwo Difin, Warszawa 2009
- Mizerski W., Sylwestrzak H.: Słownik geologiczny, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002
- Poprawa P.: Potencjał występowania złóż gazu ziemnego w łupkach dolnego paleozoiku w basenie bałtyckim i lubelsko-podlaskim, Przegląd Geologiczny, 58: 226-249, 2010
- Shale gas in Denmark, en.skifergas.dk, Total E&P Denmark B.V., 2014
- Strefa ekonomiczna, ivloken.republika.pl, Bałtyk, 2014
- The Danish licenses: a step-by-step appraisal, www.total.com, Total, 2014
- What is shale gas?, en.skifergas.dk, Total E&P Denmark B.V., 2014
