WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie

Transkrypt

1 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str Ireneusz FELISIAK*, Ryszard FRANKOWSKI**, Grażyna ŚLUSARCZYK***, Leopold Wiktor CZARNECKI** *Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków **Kopalnia Węgla Brunatnego Bełchatów S.A., Rogowiec ***IGO Poltegor-Instytut, Wrocław Rejestracja obserwacji litologiczno-tektonicznych profili wiertniczych w Jednolitej Bazie Danych Geologicznych (JBDG) KWB Bełchatów i ich wykorzystanie przy projektowaniu robót górniczych Streszczenie Tradycyjna analiza wierceń sprowadza się do określenia litololgii i stratygrafii przewierconych skał wraz z podaniem ich upadu i ewentualnie wskazaniem uskoków czy drobnych fałdów dających się zaobserwować w skali rdzenia. Rzadziej czynione są próby pełniejszej analizy mezostrukturalnej, ze względu na brak rdzeni orientowanych, częściej ilościowe niż w pełni genetyczne i zazwyczaj prowadzone dla celów naukowych. Artykuł dotyczy doświadczeń zgromadzonych w trakcie kilkuletnich obserwacji elementów tektoniki i efektów kopalnego wietrzenia, prowadzonych na rdzeniach nieorientowanych, celem wydobycia informacji wspomagających wykonywanie przekrojów i map geologicznych, a także bezpośrednio użytecznych do oceny własności inżynierskich masywów skalnych. Ze względu na ogromną ilość zgromadzonych obserwacji wprowadzenie do bazy danych jest niezbędnym warunkiem ich efektywnego wykorzystania. Przedyskutowano przykładowo przeróżne problemy, na jakie natknęli się autorzy przy realizacji tego zadania. 1. Wprowadzenie Bezpieczne i prawidłowe prowadzenie robót górniczych na obszarze każdego złoża wymaga posiadania pełnej informacji geologicznej dotyczącej jego struktury, litologii, warunków hydrogeologicznych i parametrów geotechnicznych gruntów. Informacja ta jest rozpatrywana w kontekście określonej geometrii odkrywki, której zbocza stałe wykraczają nie tylko poza właściwe złoże (tzn. bilansowe), ale często poza zasięg serii złożowej, w tym przypadku ograniczonej brzegami rowu tektonicznego (Rowu Kleszczowa). Wiercenia są głównym, a na etapie przygotowania do eksploatacji jedynym źródłem tych danych. Po powstaniu odkrywki są one uzupełniane o wyniki kartowania wyrobiska, prowadzonego przez pracowników służb geologicznych Kopalni. Wykonawstwo otworów wiertniczych KWB Bełchatów S.A. zlecała i zleca w dalszym ciągu firmom zewnętrznym. Również obowiązki dozoru geologicznego na wierconych otworach pełnią w oparciu o zawarte z Kopalnią umowy pracownicy firm zewnętrznych. W ramach swych obowiązków m. in. profilują rdzeń wiertniczy wykonując opis litologiczny. Od stycznia 1961 roku rozpoczęcia wiercenia pierwszego otworu GEO2-89/15 opisano prawie 1,5 mln m warstw geologicznych z 10,5 tysiąca wierceń. Ponad 75% uzyskanego metrażu stanowią otwory hydrogeologiczne, z których znaczna część była wiercona bezrdzeniowo. 111

2 I. FELISIAK i in. Rejestracja obserwacji litologiczno-tektonicznych profili wiertniczych... Przez ponad 40 lat dokumentowania i rozwiercania złoża Bełchatów w opisywaniu profili uczestniczyła grupa geologów z firm zewnętrznych oceniana na około 50 osób. Celem zapanowania nad tym ogromem informacji są one gromadzone już od połowy lat siedemdziesiątych w Jednolitej Bazie Danych Geologicznych (JBDG), tworzonej wspólnie przez IGO Poltegor- Instytut Wrocław i KWB Bełchatów. Przygotowanie słowników do kodowania danych (Ślusarczyk 1986; Ślusarczyk i in. 1989) i opracowanie schematycznych profili złoża (rys. 1.1; Frankowski i in. 2000) pomaga jednocześnie ograniczać dowolność w zawartości opisów wierceń i minimalizować subiektywizm ich autorów. Jest to tym bardziej istotne, że materiał z wiercenia jest po opisaniu likwidowany; nie tylko nie ma czasu, ale nawet możliwości jego późniejszej weryfikacji. 2. Informacje gromadzone w Jednolitej Bazie Danych Geologicznych Podstawową jednostką informacyjną JBDG jest otwór wiertniczy. Do zbiorów bazy wprowadzane są informacje ze wszystkich wierceń wykonanych na złożu, zarówno w okresie rozpoznawania (dla których dokumentacja już istniała w momencie rozpoczęcia prac nad JBDG), jak i wszystkich następnych. Baza ma charakter dynamiczny czyli jest na bieżąco aktualizowana i obecnie (stan na r.) zawiera m. in. informacje o obiektach; to otwory wiertnicze, w których opisano warstw. Gromadzone są w niej m.in. informacje: ogólne o otworach lokalizacja, głębokość otworu, data wiercenia itp., geologiczne dane litologiczne, stratygraficzne, tektoniczne i sedymentologiczne, hydrogeologiczne analizy chemiczne wody, pomiary położenia zwierciadeł wód, właściwości fizyko-chemiczne kopaliny głównej i surowców towarzyszących, geologiczno-inżynierskie dane dotyczące własności fizyko-mechanicznych gruntów, dane techniczne dotyczące zabudowy otworu. Wymienione wyżej grupy (typy) informacji stanowią osobne zbiory określane jako BT. Niektóre z nich zostaną przedstawione bardziej szczegółowo Zbiór warstw geologicznych BT20 W zbiorze tym zapisana jest lokalizacja w przestrzeni i szczegółowy opis litologiczny każdej wydzielonej w otworze warstwy jednostki informacyjnej o rząd niższej niż sam otwór. Do zbioru BT20 wprowadzany jest opis warstw wykonany przez geologa nadzorującego wiercenie. Obejmuje on całość profilu: utwory kenozoiczne zawierające serię złożową wraz z nadkładem oraz ewentualnie skały mezozoicznego podłoża (nawiercanego przez głębsze otwory usytuowane na obszarze Rowu Kleszczowa). Identycznie traktowane są liczne otwory położone na N i S od Rowu, przewiercające profil pozbawiony serii złożowej, często z utworami czwartorzędu leżącymi wprost na skałach mezozoiku. Zbiór BT20 zgodnie z zamieszczoną strukturą (tab. 2.1) zawiera dwie grupy informacji: wprowadzane do zbioru wprost z dokumentu (np. bazowy numer otworu-nr, głębokość stropu warstwy-strop, głębokość spągu warstwy - SPAG, opis litologiczny- OPIS), wprowadzane do zbioru po wcześniejszym zakodowaniu, wykorzystując opracowane słowniki (tab ). 112

3 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys Syntetyczny profil litostratygraficzny pola Bełchatów Fig Generalized lithostratigraphic column of the Bełchatów deposit 113

4 I. FELISIAK i in. Rejestracja obserwacji litologiczno-tektonicznych profili wiertniczych... Struktura Zbioru Warstw BT20 Structure of BT20 File Strata NR POLA NAZWA POLA TYP DANYCH FORMAT ZAWARTOŚĆ POLA 1 NR Character 3 Bazowy numer obiektu 2 LP Numeric 3 Numer warstwy w otworze 3 STROP Numeric 6.1 Strop warstwy 4 SPAG Numeric 6.1 Spąg warstwy 5 SG Numeric 3 Składnik główny (kod) 6 L Numeric 2 Łącznik opisu (kod) 7 SD Numeric 3 Składnik dodatkowy (kod) 8 ODCIEN Numeric 2 Odcień (kod) 9 KOLOR1 Numeric 2 Kolor (kod) 10 KOLOR2 Numeric 2 Kolor (kod) 11 CHSTRAT Numeric 2 Chronostratygrafia (kod) 12 LISTRAT Numeric 2 Litostratygrafia (kod) 13 LISTRATN Numeric 2 Litostratygrafia nowa (kod) 14 TEK Numeric 2 Tektonika (kod) 15 ZAL Numeric 2 Zaleganie (kod) 16 KRAS Numeric 2 Kras (kod) 17 SEDYM Numeric 2 Sedymentacja (kod) 18 OPIS Character 240 Opis Tabela 2.1. Table 2.1. Dokumentem źródłowym danych wprowadzanych do zbioru BT20 jest karta otworu wiertniczego. Zawarte w niej informacje dotyczące kolejno przewiercanych warstw wprowadzane są do bazy w dwojakiej postaci, jak przedstawiono powyżej (tab. 2.1). Sam opis litologiczny warstwy jest wprowadzany podwójnie przenoszony z karty otworu do bazy zarówno wiernie tzn. tekstowo, w całości, z zachowaniem identycznej treści (ograniczonej do 240 znaków) jak i w postaci zakodowanej. Słowniki o nazwach np. SG, L, SD, KOLOR1, KOLOR2, LISTRAT, TEK, SEDYM, KRAS, ZALE itp. umożliwiają zakodowanie tego opisu i dotyczą składnika głównego i zawartych domieszek, koloru i wieku gruntów oraz zjawisk typu tektonika, kras, zaleganie warstw, sedymentacja. Słowniki zostały utworzone po analizie danych wprowadzonych do tej pory do bazy. W razie pojawienia się nowych danych, nie występujących do tej pory, są one aktualizowane. Kodowanie informacji pozwala na szybkie wybieranie, grupowanie, porządkowanie, weryfikowanie i prezentację olbrzymich zbiorów danych (ponad 250 tysięcy rekordów zawierających opisy warstw). Służy do tego oprogramowanie bazy, które zostało opracowane oraz jest w dalszym ciągu rozwijane pod kątem potrzeb wszystkich użytkowników JBDG. Dzięki posiadanemu oprogramowaniu graficznemu istnieje ponadto możliwość wykonywania map i przekrojów geologicznych wraz z przeprowadzaniem na nich interpretacji geologicznej i analizy jakościowej złoża. Wyświetlanie i przeglądanie zawartych w zbiorach bazy informacji odbywa się w kolejnych krokach (zwanych warunkami). Najpierw wykorzystując program Przegląd wybieramy potrzebne nam obiekty (np. otwory konturujące), selekcjonując je ze zbioru otworów BT10 114

5 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie według takich kryteriów jak np. : kontur (obszar o zadanych współrzędnych geodezyjnych), przedział wysokościowy, lista otworów, rodzaj otworu, głębokość otworu, data wiercenia, sposób wiercenia, sposób likwidacji, łańcuch znaków występujących w nazwie otworu. Przykładowe hasła słownika SKŁADNIK GŁÓWNY Examples of entries: dictionary of MAIN COMPONENT kod opis 121. piasek gruboziarnisty pylasty 536. wapień organodetrytyczny / biodetrytyczny 537. wapień detrytyczny z intraklastami 538. wapień onkolitowy 539. wapień oolityczny / oolitowy /biodetrytyczno-oolitowy 540. wapień piaszczysty 541. wapień gruzełkowy / kredowaty) 561. opoka wapnista Przykładowe hasła słownika KOLOR Examples of entries: dictionary of COLOUR kod Opis 0 brak informacji 1. beżowo- 2. Beżowy 3. Białawy 4. Biały 5. biało- 6. brązowawy Tabela 2.2. Table 2.2. Tabela 2.3. Table 2.3. W wyniku wyboru otrzymuje się grupę otworów, w obrębie których możliwe jest dokonanie kolejnego wyboru, tym razem ze względu na rodzaj zbioru. Zadając na przykład Wybór: zbiór BT20 istnieje możliwość dotarcia do poszukiwanych warstw, występujących w wyselekcjonowanych profilach, a cechujących się żądaną litologią czy wiekiem (stratygrafią), określonymi poprzez odpowiedni kod. Można także otrzymać np. analizy chemiczne prób węgla pobranych z danej warstwy Zbiór warstw podłoża BT25 KWB Bełchatów S. A. uznała, że rdzeń wiertniczy uzyskany z przewiercanych warstw podłoża jest zbyt cenny, aby po opisaniu przez dozór geologiczny był likwidowany. Od 1975 r. na zlecenie Kopalni jego szczegółowe opisy wykonuje zespół geologów obecnego Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH Kraków. Badania prowadzone są głównie 115

6 I. FELISIAK i in. Rejestracja obserwacji litologiczno-tektonicznych profili wiertniczych... w celu opisu litologii i określenia stratygrafii osadów mezozoicznych, znacznie bardziej monotonnych i miąższych od utworów kenozoicznych (zwłaszcza osady kredowe), a na dokładkę silnie zróżnicowanych facjalnie. Wyniki zawarte są w opracowaniach "Litologia i stratygrafia utworów podłoża mezozoicznego pola Szczerców (Bełchatów); Etap [..]", przekazywanych zleceniodawcy kwartalnie, a ponadto podsumowywanych w cyklu rocznym. Na podstawie wieloletnich badań powstał m. in. zbiorczy profil osadów górnojurajskich pola Bełchatów (Barwicz i Szewczyk 1990) a aktualnie w opracowaniu jest profil dla świeżo rozcinanego pola Szczerców. Ten ostatni będzie uwzględniać ogromny postęp, jaki w ostatnich latach dokonał się w poznaniu warunków sedymentacji jurajskich wapieni rafowych i facji im towarzyszących. Wyniki obserwacji litostratygraficznych były od początku stosowane do sporządzania przekrojów geologicznych, potrzebnych przy projektowaniu obiektów podstawowego systemu odwodnienia oraz przy konstruowaniu kolejnych wersji map podłoża (m. in. Felisiak i Szewczyk 1995; Sowiński i in. 2002). Dostarczyły również materiału do artykułów naukowych nt. szczegółów budowy i genezy Rowu Kleszczowa (Felisiak i Szewczyk 1994), znacznie uzupełnionych o obserwacje we wkopie Kopalni (Felisiak 1999, 2001; Czarnecki i Felisiak 2003). Od paru lat zadaniem w/w zespołu AGH stało się także rozpoznanie tektoniki, przejawów ruchów masowych i procesów wietrzeniowych skał w brzegach rowu. Informacje te uzupełniają dane litostratygraficzne, będące podstawą sporządzania przekrojów geologicznych a także służą do oceny własności masywu skalnego, budującego projektowane zbocza stałe wyrobiska, zwłaszcza pod kątem określenia charakteru oraz stopnia jego dezintegracji. Potrzeba takich analiz wynikła z budowy złoża, albowiem skały mezozoiczne nie tylko złoże podścielają ale i ograniczają je od południa i północy. Wykonuje się w nich większość studni odwadniających. Coraz częściej będą one tworzyć zbocza stałe kopalni, według planów na polu Szczerców na odcinku rzędu 5 km. W przeciwieństwie do osadów kenozoicznych są trudno urabialne. Obecność zaburzeń tektonicznych powoduje silną kierunkową zmienność własności mechanicznych skał mezozoicznych. Wapienie są dodatkowo często skrasowiałe, do pyłu wapiennego o konsystencji pudru włącznie. Rozszerzenie zakresu sprawozdań wykonywanych przez zespół AGH Kraków o wyżej sygnalizowane zagadnienia i szczegółowość tych opisów, zmusiły do rozszerzenia struktury bazy i wprowadzenia odrębnego zbioru warstw podłoża. Zbiór BT25 założono w grudniu 2000 roku. W porównaniu z BT20 ma on rozszerzony do 600 znaków rozmiar pola tekstowego, zawierającego pełny opis litologiczno-sedymentacyjno-tektoniczny wydzielanej warstwy. Do szybkiego przeszukiwania tych informacji opracowano dodatkowe słowniki kodowe, wprowadzone następnie także do zbioru BT20. Hasła wybrane przez autora profilu do zakodowania stanowią pierwszy akapit opisu danej warstwy (tzw. linia boldowana) i wchodzą w skład 600 znaków opisu wprowadzanego wolnym tekstem. Ewentualne informacje dodatkowe pozostają jako opis dodatkowy wyłącznie w tekście sprawozdania złożonego zleceniodawcy Zasady selekcji haseł słownika zbioru BT25 Słowniki opracowali autorzy artykułu selekcjonując hasła z bardzo obszernej listy, przygotowanej przez dr E. Szewczyk na podstawie jej wieloletnich badań prowadzonych z zespołem AGH dla KWB Bełchatów. Służą one do kodowania pierwotnych cech sedymentacyjnych skały i nałożonych na nie później deformacji tektonicznych i zjawisk krasowych (słowniki: TEKTONIKA, SEDYMENTACJA, KRAS). Jednocześnie wprowadzono modyfikacje słownika ZALEGANIE, wcześniej jeszcze uzupełniając słownik SKŁADNIK GŁÓWNY. Jedną z podsta- 116

7 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie wowych zasad konstrukcji słowników był taki dobór haseł, aby ograniczyć stosowanie kodu 0 brak informacji. Jego użycie powinno następować w przypadkach w miarę jednoznacznie wykluczających pominięcie (niedokonanie) przez autora opisu obserwacji struktur czy zjawisk danego typu. Informacja o każdej wyróżnionej warstwie ma być przede wszystkim kompletna. Jednym z celów jest minimalizacja zakresu błędu prognoz stateczności zboczy, wynikającego z niekompletnych danych. Kompletne dane to także mniejsza wieloznaczność interpretacji profili wykorzystywanych do konstruowania przekrojów i map. Z tej przyczyny trzeba było czasem włączyć do słownika hasła nie majace nic wspólnego z jego nazwą (np. gruz w słowniku Sedymentacja; zob. niżej). Podstawowym problemem przy selekcji było wytypowanie tylko tych haseł, które będą rzeczywiście używane do przeszukiwania bazy. Zakodować można wszystkie terminy z danej grupy zjawisk (np. tektonicznych), tylko że poźniejsze przeszukiwanie zbioru kodowanego szczegółowo stałoby się zbyt długie. Jeśli np. wyróżnimy 25 typów brekcji tektonicznych i ich kombinacji, to sprawdzając 5 najczęstszych z nich ryzykujemy, że szereg warstw skał zbrekcjowanych pominiemy. Należałoby dokonywać wyboru 25 razy. Może zatem kodować tylko brekcje ogólnie, bez szczegółowych podziałów? Tracimy jednak przy tym wiele informacji zawartych w opisie. Teoretycznie możemy jeszcze posłużyć się wyszukiwarką jak w klasycznym edytorze tekstowym, ale wtedy pojawiają się problemy z odmianą poszukiwanego słowa (np. szukaj brekcje czy szukaj brekcję). Ponadto samo wyszukiwanie hasła przez komputer przy tej metodzie trwa wielokrotnie dłużej niż z użyciem kodów. Nieuchronny przy rozwiązywaniu tego typu problemów konflikt pomiędzy chęciami i możliwościami zmusił autorów do podjęcia całego szeregu arbitralnych wyborów i kompromisów przy ustalaniu listy kodowanych terminów. Efekt końcowy może być w tej sytuacji miejscami dyskusyjny i wymaga objaśnień. Przykłady takich sytuacji zostaną podane poniżej. Inny nieco problem pojawia się na etapie wyboru elementów opisu warstwy do kodowania, czyli przy ustalaniu "linii boldowanej". Wyboru trzeba dokonywać wg ustalonej hierarchii, gdyż z danej grupy słownika można wybrać tylko jedno hasło, a więc np. ślizgi tektoniczne czy brekcje? Przyjęta hierarchia zakłada priorytet cech bardziej niekorzystnych w przypadku profilowania w danej skale zbocza wyrobiska Słownik TEKTONIKA Wśród struktur deformacyjnych wybranych do słownika TEKTONIKA (tab. 2.4) na plan pierwszy wybijają się brekcje, wręcz pospolite w badanych skałach mezozoicznych (rys. 2.1). Ich podział bazuje na instrukcji Państwowego Instytutu Geologicznego (Achramowicz 1992) z uzupełnieniem o brekcje krasowe, ślizgowe i ukierunkowane. Brekcje tektoniczne w wapieniach bardzo często trudno odróżnić od brekcji krasowych, gdyż w sposób oczywisty strefy spękań tektonicznych stanowią ulubione miejsce przepływu wód podziemnych. Hasła brekcja tektoniczno krasowa łatwo jednak nadużyć, sądząc o intensywności zjawisk krasowych z pospolicie spotykanych w szczelinach brekcji brunatnych pyłów czy iłów węglistych. Szczegółowe obserwacje wskazują częstokroć na brak śladów rozpuszczania ścian szczelin, co dowodzi, iż wody krążące w nich były już silnie nasycone, nie ługowały skały, a więc nie mogły w sposób ewidentny spowodować jej mechanicznego osłabienia. Od głębokości kilku metrów poniżej stropu wapieni, stanowiących dawną powierzchnię terenu, przeważają brekcje tektoniczne. Jak się wydaje brekcje krasowe czystej postaci ograniczają się do słabo tektonicznie zaangażowanych wapieni rafowych mikrobolitowych i koralowych, gdzie o podatności na 117

8 I. FELISIAK i in. Rejestracja obserwacji litologiczno-tektonicznych profili wiertniczych... krasowienie zadecydowała wysoka porowatość pierwotna. Sporadycznie zdarzają się ciekawostki wydające się być błędem opisu - brekcje krasowe w skałach niekrasowiejących. Dotyczy to skał najczęściej marglistych budujących strop kawerny, który zaczęła się zapadać. W zależności od stopnia zaawansowania procesu są to brekcje krasowe z osiadania lub zawaliskowe. Rys Brekcje tektoniczne typu okruchowego; otwór 1457B bis Fig Fault breccia; 1457B bis borehole Przykładowe hasła słownika TEKTONIKA Examples of entries: dictionary of TECTONICS kod Opis 0 brak informacji 1. brekcja o nieustalonej genezie 3. brekcja ukierunkowana 6. brekcja spękaniowa 8. brekcja krasowa 9. brekcja tektoniczno - krasowa 41. ślizgi częste Tabela 2.4. Table 2.4. Brekcje zajmują pierwsze miejsce w hierarchii kodowania struktur tektonicznych, a wśród nich na czoło wysuwają się brekcje ukierunkowane, potem okruchowe i ślizgowe, jako wskaźniki większych stref uskokowych. W miarę oddalania się od dużych uskoków w rdzeniu 118

9 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie obserwuje się początkowo częste a poźniej rzadkie ślizgi (tzn. 1-2 na metr rdzenia), a w jeszcze dalszej kolejności spękania częste przechodzące w coraz rzadsze. Aby zabezpieczyć się przed przeoczeniem obserwacji tektonicznych przez autora opisu przewidziano hasło BDT (jak Brak Deformacji Tektonicznych). Stosowanie kodu 0 brak informacji - jest w przypadku opisu tektoniki skał podłoża wręcz niedozwolone. Brak deformacji tektonicznych ma dość często miejsce w miejsce w profilach odległych od Rowu Kleszczowa i nie stwarza to problemów przy informatyzacji danych. Dwuznaczne interpretacyjnie są jedynie słabo zwięzłe a nawet luźne piaskowce kredowe nie zachowają się w nich żadne struktury tektoniczne a więc BDT? Z drugiej strony skała rozsypuje się jak większość brekcji tektonicznych, a więc może kodować brekcję choć nic nie wskazuje na sąsiedztwo uskoku? W tym przypadku poźniejsza interpretacja danych wyselekcjonowanych z bazy nie może się dokonywać automatycznie. Geolog musi porównać informację z pola Tektonika z litologią z pola Składnik główny Słownik ZALEGANIE Upady warstw kodowane są w generalnie 10 stopniowych klasach określonych w słowniku ZALEGANIE (tab. 2.5). Początkowo dziwnym może się wydać w nim połączenie warstw poziomych z nachylonymi do 4 stopni włącznie. Po pierwsze jednak niewielka szerokość rdzenia zasadniczo utrudnia ocenę kąta upadu powierzchni warstwowania słabo nachylonych i z natury często nierównych. Po drugie brak jest danych o skrzywieniu profilowanych otworów, które może być przyczyną pozornego nachylenia o pojedyncze stopnie. Osobna klasa upadów 5-10 stopni, podyktowana domknięciem przedziału do 10 oznacza, że niewielki upad jest w tym przypadku pewny. Jest to istotne gdyż w sytuacji sprzyjającej poślizgowi wzdłuż powierzchni uławicenia zasięg poziomy i objętość ewentualnego osuwiska będą znaczne. Przykładowe hasła słownika ZALEGANIE Examples of entries: dictionary of DIP ANGLE kod opis 0 brak informacji 1. upady 5-10 stopni 2. upady stopni 3. upady stopni 14. poziome 0 4 stopnie Tabela 2.5. Table 2.5. Tylko jeden kod przewidziano dla warstw odwróconych niezależnie od ich nachylenia. Daje to możliwość ich specjalnego zaznaczenia i potem wyszukania w każdym przypadku, nawet gdy kąt upadu jest niemierzalny (skały masywne, luźne piaski czy brekcje tektoniczne okruchowe itp). Kodowanie wielkości upadu warstw miałoby w tym przypadku znaczenie drugorzędne, gdyż ta szczególna sytuacja i tak zawsze wymaga osobnego rozpatrzenia. Podobnie jak przy warstwach poziomych termin warstwy odwrócone musi być traktowany elastycznie. W złożu bełchatowskim w ścisłym znaczeniu sytuacja taka występuje względnie często w osadach kenozoicznych ale na krótkich odcinkach i na stosunkowo ograniczonej przestrzeni (kolejne warstwy pakietu odwróconego są ku górze coraz starsze). Znacznie częstszymi są powtórzenia, czasem wielokrotne, warstw leżących w normalnym następstwie stratygraficznym. W osadach kenozoicznych mogą to być np. osuwiska utworów trzeciorzędu (Tr), tworzących brzegi doliny, na osad czwartorzędowy (Q) wypełniający leżącą 119

10 I. FELISIAK i in. Rejestracja obserwacji litologiczno-tektonicznych profili wiertniczych... niżej terasę włożoną. Przypadki takie znacznie komplikują wykonywanie cyfrowych map wgłębnych zadanych powierzchni, w tym przykładzie mapy granicy Q/Tr. Dane są pobierane wprost z bazy i ponieważ może to być tylko jedna powierzchnia (wymogi programu obliczającego mapę), trzeba wytypować jedną granicę Q/Tr. Komputer otrzymuje polecenie wybierania w takim przypadku spągu najniższego wystąpienia czwartorzędu w danym otworze, z jedno-czesnym zaznaczeniem wszystkich otworów, gdzie ta sytuacja ma miejsce. Wiercenia mające być specjalnie oznaczone są rozpoznawane na podstawie kodu 12 warstwy odwrócone który faktycznie oznacza w tym przypadku warstwy powtórnie występujące w profilu. Utwory trzeciorzędowe leżące powyżej ostatniego wystąpienia osadów czwartorzędu są do nich na tej mapie włączane. Zasada wyboru ostatniego wystąpienia poszukiwanej granicy w przypadku powtórzenia warstw jest stosowana odnośnie łatwo urabialnych osadów kenozoicznych. Odwrotnie postępuje się w przypadku powtórzenia następstwa warstw mezozoicznych i trzeciorzędowych - ostatnio coraz częściej spotykanego także na nowym polu Szczerców (rys. 2.2). Aby uniknąć włączenia w obręb osadów łatwo urabialnych twardych skał podłoża, mogących uszkodzić koparkę, granica trzeciorzęd/podłoże jest stawiana w stropie najwyższego z wystąpień mezozoiku. Dodatkową zaletą tego rozwiązania jest względne wyrównanie stropu podłoża przez uniknięcie automatycznego wykreślania na mapie kuriozalnie głębokich dziur wypełnionych utworami trzeciorzędowymi. Najczęściej bowiem wypełniają one kawerny krasowe czy szczeliny sięgające do 100 metrów poniżej stropu mezozoiku ale mające bardzo ograniczone rozmiary poziome. Przykładowo węgle wypełniające szczelinę szerokości poniżej 1 m osiagają około 3 m miąższości jak na rysunku 2.2 na skutek jej bardzo stromego ułożenia. Rys Powtórzenie następstwa warstw kredy (białe) i trzeciorzędu (czarne) w otworze G40P Fig Repetition of Cretaceous (white) / Tertiary (black) succession in the G40P borehole Słownik KRAS Najbardziej nieprzewidywalne co do lokalizacji i sposobu występowania są zjawiska ujęte w słowniku KRAS (tab. 2.6). Sieci szczelinowych kanałów krasowych, powstałych zazwyczaj 120

11 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie przez mechaniczne rozwarcie a rzadziej rozługowanie spękań tektonicznych, są wręcz pospolite nie tylko w wapieniach. Rzadziej trafiają się pojedyncze wielometrowe kawerny czy komory lub kanały o przekrojach zaokrąglonych. Ich ścisła kwalifikacja wg kształtu jest zazwyczaj niemożliwa, gdyż są to formy trójwymiarowe a rdzeń praktycznie jednowymiarowy. Z tego powodu są traktowane łącznie jak widać w tabeli 2.6. Rodzaj i stopień ich wypełnienia osadem są istotne dla analiz hydrogeologicznych, co jest podkreślane osobnymi kodami dla form bez wypełnienia, wypełnionych i braku danych o wypełnieniu. Ten ostatni przypadek jest b. częsty ze względu na wiercenie w warunkach ucieczki płuczki, ale jak się wydaje zdecydowana większość przewiercanych erozyjnych form krasowych jest wypełniona. Dla oceny wytrzymałości górotworu informacje o wypełnieniu nie mają specjalnego znaczenia, gdyż dominują osady słabo zwięzłe pyły i iły zawęglone, piaski kwarcowe, piaski i pyły wapienne. Występowanie pustek krasowych zawsze oznacza osłabienie skały. Piaski i pyły wapienne powstały w wyniku daleko posuniętej dezintegracji granularnej wapieni, które przy mniejszym zaawansowaniu procesu kruszą się na gruz różnej wielkości. Zjawisko to ma miejscami znaczny zasięg przestrzenny, przez co jest osobno kodowane (dezintegracja: słaba, silna, całkowita). Piasek i pył wapienny trzeba było uzupełnić w słowniku Składnik główny. Kod 0 (brak informacji) jest w polu Kras dopuszczalny tylko przy skałach niekrasowiejących. W wapieniach obowiązuje w odpowiednim przypadku zastosowanie hasła BZK (jak Brak Zjawisk Krasowych). W rejonie złoża intensywność tych procesów była jednak tak znaczna, że tradycyjny podział na skały krasowiejące i niekrasowiejące czasami się nie sprawdza. W efekcie w bazie można znaleźć tylko pozornie błędne rekordy o obecności w marglach sieci kanałów krasowych wypełnionych, czy kawerny krasowe pośrodku kilkudziesięciometrowych kompleksów marglistych. Przykładowe hasła słownika KRAS Examples of entries: dictionary of KARST kod opis 0 brak informacji 1. pustka krasowa / kawerna krasowa / komora krasowa / kanał 2. pustka kras./kawerna kras./komora kras./kanał bez wypełn. 3. pustka kras./kawerna kras./komora kras./kanał wypełniony 8. sieć kanałów/kawern krasowych z wypełnieniem Tabela 2.6. Table Słownik SEDYMENTACJA Wyeksponowanie w osobnym słowniku gęstości powierzchni warstwowania wynikło z potrzeby oceny własności geomechanicznych górotworu. Im mniejsza miąższość warstw tym gęściej są one spękane prostopadle do warstwowania (cios katetalny) i częściej wzbogacone w minerały ilaste lub przedzielane warstewkami ilastymi. Wiadomo ponadto że powierzchnie oddzielności ławicowej są podstawowym typem nieciągłości wykorzystywanym jako powierzchnia ślizgu osuwisk. Z tej przyczyny w słowniku SEDYMENTACJA (tab. 2.7), obok haseł dotyczących grubości ławic, znajduje się rodzaj kontaktu spągowego między danymi wydzieleniami (kontakt stropowy w tym schemacie jest opisany jako spąg poprzedniego interwału). Nazwa słownika jest w gruncie rzeczy umowna, gdyż pierwszeństwo w kodowaniu ma obecność ślizgu tektonicznego w spągu wydzielenia (spąg zlustrowany i jego nachylenie). Jest 121

12 I. FELISIAK i in. Rejestracja obserwacji litologiczno-tektonicznych profili wiertniczych... to informacja, że cały nadległy pakiet warstw może w sprzyjających warunkach, na tej już istniejącej płaszczyźnie poślizgu, osunąć się do wkopu. Jeśli spąg wydzielenia jest sztuczny, wyznaczony końcem skrzynki na rdzenie, a 10 cm wyżej występuje lustro tektoniczne, to jego parametry są przypisywane samemu spągowi, gdyż może ono spełnić tą samą rolę. Niebezpieczne są zwłaszcza zlustrowania połogie, stwarzające możliwość powstania rozległych osuwisk. Z tego powodu hasło to posiada kilka różnych kodów, zależnie od kąta upadu zlustrowanego spągu podzielonego na klasy. Klasa ślizgów poziomych rozciąga się aż do 5 stopni z powodów omówionych już w słowniku ZALEGANIE. Potencjalnie najbardziej niebezpieczne ślizgi słabo nachylone to przedział upadów 6-15 stopni. Z kolei ślizgi strome tworzą jeden obszerny przedział powyżej 60 stopni, bo takie ułożenie ogranicza zasięg poziomy ewentualnego oswiska. Przykładowe hasła słownika SEDYMENTACJA Examples of entries: dictionary of SEDIMENTATION kod Opis 7. spąg zlustrowany do 5 st. 8. spąg zlustrowany 6-15 st. 9. spąg zlustrowany st. 10. spąg zlustrowany st. 11. spąg zlustrowany st. Tabela 2.7. Table 2.7. Przykładem potencjalnych utrudnień związanych z typowymi dla skał podłoża powierzchniami nieciągłości są wyniki profilowania otworu 1457B bis (rys. 2.3). Środkową i dolną część profilu osadów kredy, położoną poniżej planowanego dna wkopu, tworzą brekcje typu okruchowego mechanicznie słabe ale osypujące się ze ściany stopniowo jako obrywy o dość ograniczonym zasięgu. W górze zalegają masywne mułowce umożliwiające wyprofilowanie stromego i jedocześnie stabilnego zbocza. Niestety właśnie w nich stwierdzono na głębokości 66,1 i 65,6 m wkładki czarnych, silnie plastycznych iłów grubości do 2 cm, o ostrych choć jeszcze nie zlustrowanych granicach i nachyleniu odpowiednio 25 i 57 stopni. Brak orientacji rdzenia wyklucza na obecnym etapie ocenę stopnia zagrożenia projektowanych skarp. Będzie ona możliwa poprzez dodatkowe obserwacje struktur w nadległym trzeciorzędzie i pośrednią ocenę kierunków upadu warstw. Dopiero gdy brak jest zlustrowania w spągu interwału do kodowania typujemy rodzaj przejścia w skały podścielające (stopniowe czy ostre łatwo ulegające ścięciu), a przy braku danych w tej materii (granica na końcu skrzynki lub ubytek rdzenia) grubość ławic ewentualnie oddzielność. Zastosowane ograniczenie miąższości ławic do 3 klas (cienkie, średnie, grube) z punktu widzenia sedymentologii jest błędem ale dla oceny właściwości mechanicznych górotworu wystarczające, pozwalając zmniejszyć ilość haseł. Często nie jesteśmy wogóle w stanie podać jaka była miąższość skał silnie zbrekcjowanych. W tych przypadkach przewidziano hasło gruz/rumosz, jakkolwiek z sedymentacją nie ma ono nic wspólnego. Możemy w ten sposób podkreślić fakt braku danych o warstwowaniu bez stosowania kodu 0 (brak informacji) zabezpieczając się i tu przed pominięciem obserwacji. 122

13 WARSZTATY 2004 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys Cienkie wkładki iłów w gruboławicowych mułowcach kredowych (strzałki), stanowiące potencjalne powierzchnie poślizgu; otwór 1457B bis. Fig Thin clay intercalations in Cretaceous thick-bedded mudstones providing the potential slip surfaces (arrows), 1457B bis borehole 3. Podsumowanie Intensywność procesów tektonicznych i krasowych w rejonie złoża wielokrotnie wykracza poza schematy i może sprawić wiele niepożądanych niespodzianek. Dostosowując się do tej sytuacji a więc również wykraczając poza utarte tory postępowania, liczne informacje o potencjalnych utrudnieniach udaje się wydobyć z wierceń. Danych nowego typu jest jednak bardzo dużo i istnieje niebezpieczeństwo, że z tego powodu pozostaną częstokroć przeoczone. Przedstawione wyżej prace nad ciągłym udoskonalaniem struktury Jednolitej Bazy Danych Geologicznych dają szansę aby temu zapobiec. Publikacja została dofinansowana z prac statutowych Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie. Literatura [1] Achramowicz S. 1992: Skały kataklastyczne. Instrukcje i metody badań geologicznych 51: PIG, Warszawa. [2] Barwicz W. i Szewczyk E. 1990: Profil dolnego kimerydu w rejonie Kleszczowa. Spraw. z Pos. Kom. Nauk. PAN w Krakowie. [3] Czarnecki L. W. i Felisiak. I 2003: Ruchy masowe generowane uskokami zrzutowymi w rejonie Rowu II rzędu. Mat. Konf.: Neotektonika a morfotektonika: Metody badań. Komisja Neotektoniki KBC PAN i ING UJ. Kraków, , [4] Felisiak I. i Szewczyk E. 1994: Tektonika osadów mezozoiku w rejonie złoża Bełchatów. Mat. 123

14 I. FELISIAK i in. Rejestracja obserwacji litologiczno-tektonicznych profili wiertniczych... Konf.: Tektonika rowu Kleszczowa stan badań i główne zadania w aspekcie eksploatacji górniczej. Bełchatów, [5] Felisiak I. i Szewczyk E. 1995: Mapa tektoniczna podłoża mezozoicznego w rejonie linii dokumentacyjnych NS. Reinterpretacja wykształcenia litologicznego i tektoniki podłoża mezozoicznego w rejonie linii NS złoża Bełchatów, wraz z opracowaniem mapy strukturalnej i przekrojów geologicznych. Arch. KWB Bełchatów. [6] Felisiak I. 1999: Południowy Uskok Główny porównanie koncepcji z rzeczywistością na podstawie obserwacji we wkopie KWB Bełchatów. Mater. Konf.: Młodoalpejski rów Kleszczowa: Rozwój i uwarunkowania w tektonice regionu: Słok k. Bełchatowa [7] Felisiak I. 2001: Południowy uskok główny rowu Kleszczowa koncepcja a rzeczywistość. Przegląd Geologiczny, 4, [8] Frankowski R., Specylak-Skrzypecka J., Ślusarczyk G. 2000: 25 lat komputeryzacji prac geologicznych i górniczych w KWB Bełchatów. Materiały Sympozjum Naukowe, Bełchatów styczeń 2000, [9] Kossowski L., Olszewski B., Sowiński L., Wojturska M., Sowa J. 1992: Reinterpretacja budowy geologicznej złoża Bełchatów w rejonie linii przekrojowych 42 70NS. Archiwum KWB Bełchatów. [10] Sowiński L., Tylikowski M., Wojturska M., Majewska M. 2002: Stateczność zboczy stałych: północnego i południowego pola Bełchatów. Archiwum KWB Bełchatów. [11] Ślusarczyk G. 1986: Cyfrowa metoda klasyfikacji informacji geologicznej. Górnictwo Odkrywkowe nr 1 3, [12] Ślusarczyk G., Bednarz A., Strucki J. 1989: Baza Danych Geologicznych źródło szybkiej informacji w procesach badawczo projektowych i planowaniu robót górniczych. Górnictwo Odkrywkowe nr 5 6, Recording of lithological and tectonic drill-core data into the Integrated Geological Database of the Bełchatów Lignite Mine (KWB) and applications for designing of mine workings Conventional analysis of drillcore data includes the identification of stratigraphy and lithology, measurement of dip angle and spotting the faults or small folds observable in the core. Attempts to more complete mesostructural analysis, usually quantitative but not genetic, are rather rare due to the lack of orientated cores and focused on scientific applications. The paper summarizes the experience gained during several years of studies on tectonics and paleoweathering in unorientated drillcores. The study aimed the extraction of information suitable for generation of geological maps and cross-sections, and directly applicable to the evaluation of geological-engineering properties of rock formations. Due to large number of data the application of database appears to crucial for effective data administration and usage. Various aspects and problems encountered during the project were discussed. Przekazano: 22 kwietnia 2004 r. 124