WARZTATY 4 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. ymp. str. 125 138 Leopold, Wiktor CZARECKI*, Ireneusz FELIIAK** *Kopalnia Węgla Brunatnego Bełchatów.A., Rogowiec ** Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków Blok paleoosuwiskowy Południowego Uskoku Brzeżnego i jego wpływ na eksploatację w Rowie II-rzędu KWB Bełchatów treszczenie Kopalnia Węgla Brunatnego Bełchatów.A. eksploatuje złoże zalegające w Rowie Kleszczowa. Tytułowy blok paleoosuwiskowy występuje w jego południowym brzegu na długości 1700 m osiągając grubość do m i jest zbudowany ze skał kredowych. Jest on przesunięty horyzonatalnie ku na odległość co najmniej 140 m w obręb osadów trzeciorzędowych wnętrza rowu. zczególne zainteresowanie tą strefą wynika z dwóch przyczyn. Pierwsza to wciąż nie do końca wyjaśniona geneza zjawiska osiągającego wyjątkowe wymiary. Drugą jest wyjątkowo duża głębokość eksploatacji planowanej na tym odcinku, zmuszająca do profilowania skarp stałych w potencjalnie niestabilnych skałach paleoosuwiska. ajświeższe obserwacje wierceń i odsłonięć pozwalają na uściślenie wymiarów i wielkości przesunięcia bloku. Równocześnie otwierają one nowy etap badań, zmierzający do szczegółowego rozpoznania jego licznych wewnętrznych deformacji, co ma ważny aspekt praktyczny. Brekcje, lustra tektoniczne mniejszych uskoków i powierzchnie poślizgu drugorzędnych paleoosuwisk powodują silną anizotropię górotworu w tej strefie. Ich znajomość jest konieczna dla prawidłowego planowania i bezpiecznego prowadzenia robót górniczych. 1. Wprowadzenie Mioceńskie złoże węgla brunatnego rejonu Bełchatowa zalega w równoleżnikowym rowie tektonicznym zwanym Rowem Kleszczowa założonym w osadach jury i kredy (rys. 1.1). Wysad solny Dębiny rozdziela jego część bilansową na pola zczerców (W) i Bełchatów (E). Odwrócone następstwo warstw mezozoicznych leżących na trzeciorzędowych stwierdzano w obu polach, w wierceniach położonych zwłaszcza przy południowej krawędzi rowu. ajwiększe rozmiary to zjawisko osiąga w polu Bełchatów, w południowym obrzeżeniu tzw. Rowu II-rzędu najbogatszej i zarazem najgłębszej części złoża. Blok skał kredowych o wymiarach szacowanych na 1700 x 600 x m został przesunięty ze skrzydła wiszącego rowu ku w obręb osadów trzeciorzędowych - na dystans rzędu 140 m. Został on nazwany Blokiem Paleoosuwiska (BP) zgodnie z osuwiskową koncepcją genezy całej struktury, wysuniętą przez Kossowskiego (1992). W rejonie paleoosuwiska ściany Rowu Kleszczowa są tak strome, że dla uzyskania odpowiedniego nachylenia zbocza kopalni koniecznym będzie wycięcie go w skałach mezozoicznych tworzących BP. Aby przeciwdziałać zagrożeniom wiążącym się z profilowaniem skarp i półek stałych w osuwisku nawet kopalnym trzeba znać jego wewnętrzną strukturę. Gromadzone przez lata obserwacje z wierceń, a ostatnio także z odkrywek dowodzą, że BP nie jest monolitem i prowadzenie w nim prac górniczych może być utrudnione. 125
L. W. CZARECKI, I. FELIIAK Blok paleoosuwiskowy Południowego Ukoku Brzeżnego... 2 UB 3 UB 3 UB 3 UB 2 UB 2 2 UB 2 UB 1 UB 1 Wysad solny alt Diapir UB 1a 2 UB 1 J 2 J 1 J 2 BLOK PALEOOUWIKA PALEOLIDE BLOCK RÓW II RZĘDU II-ORDER GRABE 0 1 2 km J 1 Łódź Warszawa - 1. - 2. UB 1,1a - 5. 2-7. - 8. - 3. UB 2,3-6. J 2-9. Złoże Bełchatów Bełchatów Deposit - 4. J 1-10. Rys. 1.1. Mapa odkryta bez osadów kenozoiku centralnej części złoża Bełchatów (zestawiona z różnych źródeł: 1 wysad; 2 uskoki zrzutowe; 3 uskoki zrzutowo-przesuwcze; 4 przybliżone granice warstw; 5 Uskok Południowy Brzeżny 1 i 1a; 6 Uskok Północny Brzeżny 2 i 3; 7 Kreda górna; 8 Jura górna; 9 Jura środkowa; 10 Jura dolna Fig. 1.1. Geological map (without Cainozoic) of the central part of the Bełchatów lignite deposit (compiled from various sources): 1 salt diapir; 2 dip-slip faults; 3 oblique-slip faults; 4 approximate stratigraphic boundaries; 5 outh Frame Fault 1 and 1a (see text); 6 orth Frame Fault 2 and 3 (see text); 7 Upper etaceous; 8 Upper Jurassic; 9 Middle Jurassic; 10 Lower Jurassic Przybywa także danych o najwcześniejszych etapach ruchów tektonicznych zaburzających skały Bloku a zatartych podczas późniejszych deformacji osuwiskowych. Wskazują one na znaczącą rolę zrzutowych uskoków pionowych i inwersyjnych we wczesnych etapach kształtowania omawianej strefy. 2. Przegląd poglądów na budowę rejonu paleoosuwiska Rów Kleszczowa jest asymetryczny a uskokiem głównym jest sięgający na głębokość 3 kilometrów Południowy Uskok Brzeżny nr1 (UB1), nachylony w kierunku północnym 35º do 70º (Kossowski i in. 1992), listryczny wklęsły (szuflowy). Uskoki przeciwstawne do UB1 (zob. rys. 4.1), wyznaczające przebieg rowu na północy, nazwano Uskokami Północnymi Brzeżnymi nr 2 i 3 (UB2 i UB3). Ich górne krawędzie są zawsze obniżone w stosunku do uskoku południowego, przez co Rów Kleszczowa można określić jako przyuskokowy (kompensacyjny) względem UB1. 126
WARZTATY 4 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Budowa rowu znacznie komplikuje się we fragmencie pomiędzy liniami przekrojów geologicznych 56 65, zwanym Rowem II-rzędu, 2 razy głębszym niż przeciętnie. W jego środkowej i zachodniej części Południowy Uskok Brzeżny rozgałęzia się (rys. 1.1), przy czym większość zrzutu przypada na gałąź północną oznaczoną nadal jako UB1. Gałąź południowa UB1a jest wyraźną linią wyłącznie na mapach o dużej generalizacji. W rzeczywistości jest to strefa dyslokacyjna, na wschodzie (linie 65-62) jeszcze wyraźna, szerokości około 70 m przy zrzucie rzędu m. Ku zachodowi (od linii 62 ku 59) rozszerza się do około m a zrzut maleje do 50 m. a ścianach odkrywek poprzecznych do biegu zaznacza się głównie jako szeroka strefa brekcji mułowców i opok kredowych, na wysokości linii 64 wyraźnie ciemniejszych (na skutek pirytyzacji) od skał skrzydła wiszącego (rys. 2.1; por. Felisiak 1, ryc. 6 8). UB1A UB1 UB1 Rys. 2.1. Południowy Uskok Brzeżny w miejscu rozgałęzienia na UB1 i UB1a widziany na VI piętrze kopalni: zeciorzęd; Kreda górna Fig. 2.1. outh Frame Fault at the site of branching into the UB1 and UB1a, as seen at the mining level VI: Tertiary; Upper etaceous 127
L. W. CZARECKI, I. FELIIAK Blok paleoosuwiskowy Południowego Ukoku Brzeżnego..... Q [m] 0 poziom morza sea level 0 [m] - BP - - - -300 Rów II rzędu -300 A 0 300 m UB 1 UB 2 m n.p.m. [m] 0 poziom morza sea level Q m n.p.m. 0 [m] - - - m m n.p.m. [m] 0 m J3 UB 1a poziom morza sea level BP UB 1 Q UB 2 - -300 m n.p.m. 0 [m] - BP - C - 1 2 3 m m UB 1a UB 1 Rów II rzędu UB 2 - -300 Rys. 2.2. Przegląd koncepcji budowy geologicznej rejonu Rowu II rzędu (na przykładzie przekroju wzdłuż linii 62): A Kossowski i inni (1992), B Felisiak i zewczyk (1995), C owiński i inni (2): Q Czwartorzęd; zeciorzęd; 2 Kreda górna; J3 Jura górna; 1 orientacyjne nachylenie warstw; 2 rekonstrukcja stanu sprzed ześlizgu; 3 węgle Fig. 2.2. Review of the concepts of geological structure of the econd-order Graben (exemplified by cross-section along the 62 - borehole line): A Kossowski et al. (1992), B Felisiak i zewczyk (1995), C owiński et al. (2): Q Quaternary; Tertiary; 2 Upper etaceous; J3 Upper Jurassic; 1 orientacyjne nachylenie warstw; 2 rekonstrukcja stanu sprzed ześlizgu; 3 coal seam 128
WARZTATY 4 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie W obszarze między uskokami 1 i 1a najczęściej obserwowano powtórzenie następstwa warstw, osiągające ekstremalne rozmiary na linii 59. W otworach 59/17.9 i 59/18.2 przewiercono pod węglem pakiet osadów kredowych miąższości od 80 do 150 m, podścielony 70 metrami osadów trzeciorzędowych z wkładkami węgla brunatnego, pod którymi nawiercono powtórnie skały kredowe. Blok Paleoosuwiska (BP) ciągnie się na długości 1700 m, szerokości 650 m, a wysokości 260 m, co zilustrowano na przekroju wzdłuż linii 62, najlepiej obecnie rozpoznanej (rys. 2.2.A). Maksymalna amplituda nasunięcia wynosi 140 m, a objętość jest szacowana na około 118 mln m 3. Osuwisko rozpoczęło się po osadzeniu części osadów kompleksu podwęglowego i trwało z minimalną aktywnością przez cały okres tworzenia pokładu węgla, powodując na tym odcinku silne zwężenie Rowu II-rzędu (Kossowski i inni; 1992). W roku 1995 Felisiak i zewczyk przedstawili alternatywną koncepcję genezy rozważanej struktury, którą można by określić jako "ultratektoniczną" (rys. 2.2.B). Odwrócone następstwo warstw przy krawędzi BP wyjaśniono jako efekt stromych uskoków inwersyjnych, jedynie na linii 59 zakładając dodatkowe osunięcie bloków samej krawędzi do Rowu II-rzędu (rys. 2.3). Wystąpienia osadów trzeciorzędu pomiędzy skałami kredowymi w środku BP wytłumaczono wypełnianiem szczelin, rozwieranych od stropu mezozoiku skutkiem fleksuralnego gięcia skrzydła wiszącego UB1 (rys. 2.2.B). Całą strukturę objętą uskokami 1 i 1a przyrównano do eksperymentalnego modelu Horsfielda, sugerując że przypowierzchniową kontynuacją Południowego Uskoku Brzeżnego Rowu Kleszczowa jest w rejonie BP uskok oznaczony jako UB1a (Felisiak 1999). Uskok nazwany UB1 jest tylko podrzędną względem niego dyslokacją kulisową, o stromym inwersyjnym ułożeniu. Przegląd dotychczasowych poglądów na budowę rejonu Rowu II-rzędu kończy kolejne opracowanie zgodne z koncepcją osuwiskową, wykonane pod kierownictwem L. owińskiego (2; rys. 2.2.C). Uwzględniono w nim nieznaczne uskokowe obniżenie BP wzdłuż UB1a. 106Gp 59/16 59/17 59/17.5 59/18.2 59/19 59/17.9 59/18.5 59/19.5 J km Q poziom morza [m] 0 sea level 0 [m] - Q - - J km J km - -300 m -300 m -400 1 2-400 Rys. 2.3. Przekrój wzdłuż linii 59 (Felisiak i zewczyk 1994): Q czwartorzęd; trzeciorzęd; 3 Kreda górna; Jkm Jura, kimeryd; 1 granica trzeciorzęd/czwartorzęd; 2 orientacyjne nachylenie warstw Fig. 2.3. oss-section along the 59 - borehole line (Felisiak i zewczyk 1994): Q Quaternary; Tertiary; 3 Upper etaceous; Jkm Jurassic, Kimmeridgian; 1 Tertiary/etaceous boundary; 2 approximate dip of the layers 129
L. W. CZARECKI, I. FELIIAK Blok paleoosuwiskowy Południowego Ukoku Brzeżnego... 3. owe dane Duże zmiany w przedstawionym wyżej obrazie budowy Bloku Paleoosuwiska wprowadzają obserwacje ostatnich wierceń i pierwszych odsłonięć, wykonanych w jego stropowej części. Reinterpretację koncepcji L. owińskiego z roku 2, uwzględniającą profil otworu rdzeniowanego KT111 oraz sąsiedniej studni przedstawia rysunku 3.1. Okazało się, że osunięty pakiet skał kredowych jest na linii 62 dużo cieńszy, a dużo grubsza jest podścielająca warstwa osadów trzeciorzędu. Kontakt między nimi znajduje się na wysokości 175 m.npm podobnie jak na linii 59 (rys. 2.3), co silnie wspiera koncepcję połogiego ułożenia powierzchni kontaktu i jej osuwiskowej genezy. Analizując podłoże paleoosuwiska UB1 trzeba było przesunąć nieco ku względem propozycji Kossowskiego (rys. 2.2.A), zwiększając amplitudę nasunięcia a raczej składową poziomą ruchu osuwiska do blisko m. Przesunięcie ku górze spągu BP zmusza do utrzymania silnego początkowego zakrzywienia powierzchni ślizgu z następującym długim odcinkiem poziomym. Rekonstruując przy takiej krzywiźnie paleoosuwisko do stanu sprzed zsuwu (linia kropkowana na rys. 3.1.), nieuchronnie trzeba podnieść BP w górę, co dowodzi że osunięty pakiet został także obniżony tektonicznie. Odpada zatem przyjmowana dotąd koncepcja, zakładająca ześlizg po powierzchni znacznie niżej położonych margli stropu jury (por. rys. 2.2.A i 2.2.C z rys. 3.1). Ponadto na rekonstrukcjach stanu sprzed ześlizgu (rys. 2.2A i rys. 3.1), czoło BP każdorazowo znajduje się na od domniemanego położenia UB1, wspierając wniosek o inwersyjnym charakterze analizowanego odcinka tej dyslokacji. t-m Kt111 [m] 0 poziom morza sea level 0 [m] t-m - al-c BP - - 1 3 2 4 UB 1a m UB 1 Rów II rzędu II-order Graben UB 2-300 Rys. 3.1. Zaktualizowany przekrój wzdłuż linii 62: Q czwartorzęd; trzeciorzęd; m Kreda, mastrycht; t-m Kreda, turon mastrycht; al-c Kreda, alb cenoman; 2 Kreda górna; J3 Jura górna; 1 orientacyjne nachylenie warstw; 2 rekonstrukcja stanu sprzed ześlizgu; 3 pokład węgla; 4 zarys planowanego wyrobiska Fig. 3.1. Updated cross-section along the 62 - borehole line: Q Quaternary; Tertiary; m etaceous, Maastrichtian; t-m etaceous, Turonian-Maastrichtian; al-c etaceous, Albian-Cenomanian; 2 Upper etaceous; J3 Upper Jurassic; 1 approximate dip of the layers; 2 reconstruction of position prior to the slide; 3 lignite seam; 4 contour of designed working Pogląd o istotnym znaczeniu stromych uskoków odwróconych w ukształtowaniu badanej strefy (Felisiak i zewczyk 1994) znalazł ostatnio potwierdzenie w odkrywkach, wykonanych w górnej części wschodniego skraju BP (rys. 2.1 i rys. 3.2) oraz w jednym z przebijających go wierceń. W KT105 liczne pionowe lustra uskoków zrzutowych zarejestrowano w węglistych 130
WARZTATY 4 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie utworach trzeciorzędu, 45 m poniżej (!) spągu skał kredy należących do BP. Powyższe fakty uwzględnia ostatnia reintepretacja linii 62, która od wykonanej rok temu (Czarnecki i Felisiak 3), różni się jedynie przeciwnym kierunkiem zapadania dyslokacji UB1 i UB1a, poprzednio zaznaczonych jako strome normalne. Pierwsze odsłonięcia skał mezozoicznych między uskokami 1 i 1a potwierdziły również ich rozbicie na liczne zręby i rowy (Felisiak i zewczyk 1994, 1995). Wśród zaobserwowanych nieciągłości uwagę zwracają drobne uskoki inwersyjne poprzeczne do UB1a, widoczne na zboczu południowym VII piętra górniczego (rys. 3.3). Ich kulisowy układ wskazuje, iż początkowo były to ścięcia niskokątowe R (Riedel), wzdłuż których nastąpił poślizg w miarę powiększania przemieszczenia wzdłuż dyslokacji nadrzędnej, symbolizowanej strzałką. Jeśli wzrostowi zrzutu towarzyszyć będzie znaczący spadek naprężeń poprzecznych do powierzchni uskoku to ścięcia i uskoki opierzające mogą rotować (tu prawoskrętnie), z jednoczesnym rozwieraniem między nimi szczelin, wypełnianych materiałem skrzydła zrzuconego. Taką genezę powtórzenia (czasem kilkukrotnego) warstw kredy i miocenu w wierceniach na granicy BP i Rowu II-rzędu zakładali Felisiak i zewczyk (1994,1995; rys. 2.2.B). Podobną szczelinę w opokach górnokredowych, wypełnioną węglem, znaleziono w wierceniu G40P na polu zczerców (Felisiak i in. w tym tomie; rys. 2.2). Proces rotacji i rozwierania pionowych spękań tektonicznych, widoczny na krawędzi skarpy stałej zbocza południowego (rys. 3.4; rejon linii 63), jest oczywiście spowodowany odprężeniem górotworu. ama skarpa o biegu WW-EE ma założenie uskokowe, ograniczając blok margli kredowych dosłownie odkopany spod słabo zwięzłych osadów mioceńskich. Przy stosowanej metodzie urabiania skały szczeliny te nie są niebezpieczne. Ich znaczenie polega głównie na dokumentowaniu stylu tektoniki. Rys. 3.2. Południowy Uskok Brzeżny 1 na VIII piętrze kopalni. Widoczne zapadanie uskoku na, w stronę skrzydła wiszącego. Oś łopatki trzymanej przez L.W. Czarneckiego wskazuje położenie pionu., zob. rysunek 2.1 Fig. 3.2. The outhern Frame Fault 1 exposed at the mining level VIII. Dipping of fault plane to the south, towards the upthrown block is visible. Axis of a shovel carried by Mr. L.W. Czarnecki shows the vertical. Upper etaceous; Tertiary 131
L. W. CZARECKI, I. FELIIAK Blok paleoosuwiskowy Południowego Ukoku Brzeżnego... E W Rys. 3.3. Ścięcia R wykorzystane jako powierzchnie ślizgu drobnych uskoków inwersyjnych; zbocze południowe, piętro VII., zob. rysunek 2.1 Fig. 3.3. Riedel sheares working as slip surfaces for minor reverse faults, mining level VII., see Fig. 2.1 Istotniejsze znaczenie dla prac górniczych mają uskoki normalne, jak udokumentowane na skarpie roboczej zbocza zachodniego piętra V, w rejonie linii 59 (rys. 3.5). Powstawały one w warunkach znacznej ekstensji i są od poprzednio opisanych wyraźnie młodsze. Przeważający kierunek zrzutu ku E kompensuje ubytek mas zaistniały w tylnej (południowej) części BP typowy efekt listrycznego kształtu powierzchni poślizgu (por. rys. 2.2.A i C z rys. 3.1). Potencjalnym utrudnieniem przy profilowaniu skarpy stałej będą uskoki zapadające ku, zwłaszcza pod niewielkim kątem jak połogi uskok normalny w górnej, północnej części odkrywki (rys. 3.5). Być może nawet nie jest to uskok a powierzchnia ślizgu całkiem sporego osuwiska. Obecność licznych dyslokacji rozbijających BP rzutuje również na interpretację nachylenia kontaktu osadów kredy z podścielającymi utworami trzeciorzędowymi. Jeszcze do niedawno było to jedno z kluczowych jak się wydawało kryteriów mogących rozstrzygnąć genezę całej struktury (strome nasunięcie czy osuwisko o połogiej powierzchni spągowej). Obecnie jego interpretacja nie jest już tak jednoznaczna, co widać na przykładzie trzech otworów przebijających skały mezozoiku przy granicy Rowu II-rzędu. W KT-105 rdzeń z kontaktu był niekompletny (w postaci rumoszu) a w podścielających piaszczystych utworach trzeciorzędowych nie zarejestrowały się żadne struktury tektoniczne. Kilka ślizgów połogich stwierdzono dopiero 1-2 m powyżej kontaktu, co wskazuje na bliskość spągu osuwiska. Wniosek ten jest prawidłowy wobec jednoczesnego braku luster stromych, gdyż współwystępowanie obu typów struktur obserwowano wielokrotnie w rdzeniach wierceń przebijających brekcje ślizgowe niewątpliwie zrzutowych stref dyslokacyjnych. Wspólnej genezy dowodzi ten sam kierunek transportu wzdłuż ślizgów horyzontalnych i stromych, wykazany w jednym kawałku rdzenia. Opisany zespół luster tektonicznych powstaje w strefie ciągnienia przyuskokowego skrzydła wiszącego uskoku zrzutowego, przypominając układ uskoków występujących w obrębie fleksury w klasycznym eksperymencie E. Cloosa. 132
WARZTATY 4 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie W E Rys. 3.4. Północno-wschodnia krawędź zrębu margli kredowych, wypreparowanego spośród osadów trzeciorzędowych na VII piętrze. Widoczne szczeliny powstałe przez rozwarcie spękań tektonicznych po odprężeniu górotworu (strzałki)., zob. rysunek 2.1 Fig. 3.4. orth-eastern edge of a horst composed of etaceous marls, exposed by excavator at the mining level VII. Fissures originate from opening of tectonic fractures after relaxation of rock formations (arrows)., see Fig. 2.1 W pozostałych otworach 1497B i 1457B bis powierzchnie kontaktu jak i liczne ślizgi im towarzyszące miały charakter zrzutowy. Upady były typowe dla uskoków normalnych, 50 do maksymalnie 70 (rys. 3.6), bez jednoznacznych wskaźników zwrotu przesunięcia. Co najistotniejsze każdorazowo nie był znany kierunek zapadania kontaktu, definitywnie uniemożliwiając określenie czy przebito dyslokację inwersyjną stanowiącą czoło bloku (w przypadku osuwiska ewentualnie przemieszczoną wraz z nim). 133
L. W. CZARECKI, I. FELIIAK Blok paleoosuwiskowy Południowego Ukoku Brzeżnego... 5 0m 1. 2. 3. Rys. 3.5. Uskoki normalne i przypuszczalne drugorzędne paleoosuwisko (zob. prawy górny róg) przemieszczające osady kredy () i trzeciorzędu (); V piętro w rejonie linii 59 Fig. 3.5. ormal faults and inferred, second-order paleo-landslide (upper right corner) displacing etaceous () and Tertiary () sediments at the mining level V, 59 - borehole line 1457Bbis Rys. 3.6. Kontakt uskokowy (strzałki) skał kredowych () leżących na osadach trzeciorzędu () przy północnym brzegu BP; otwór 1457B bis Fig. 3.6. Tectonic contact (arrows) of etaceous rocks overlying the Tertiary strata at the northern edge of the paleo-landslide block; o. 1467B bis borehole 134
WARZTATY 4 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Rzędna kontaktu wynosi -190 do - mnpm, czyli wyraźnie niżej niż przypuszczalne przeciętne położenie spągu osuwiska. ajbardziej prawdopodobna jest w tej sytuacji interpretacja zbliżona do przedstawionej przez Felisiaka i zewczyk (1994) dla linii 59 wiercenie przebija powierzchnię uskoku należącego do młodszej, ekstensyjnej fazy deformacji (por. wiercenie 59/17.9 na rys. 2.3). Paradoksalnie jest to uskok normalny pomimo odwrócenia następstwa warstw (rys. 3.6). adal nie wiadomo jednak czy przemieszcza on czoło osuniętego bloku, czy też ścina wierzchołek drugorzędnego zrębu jak na rysunku 2.3. Podstawową przesłanką teorii osuwiskowej pozostaje w tej sytuacji położenie odwróconego kontaktu kreda/trzeciorzęd na podobnej wysokości, potwierdzone większą ilością otworów położonych w dalszej odległości od czoła BP. iestety jest to przeciętnie 70-120 m poniżej planowanej głębokości eksploatacji. zansa uzyskania jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, czy pozioma składowa ruchu osuwiska faktycznie przekracza m, jest w tej sytuacji znikoma. atomiast sam udział ruchów masowych nie pozostawia wątpliwości. 4. Geneza paleoosuwiska Zastanawiając się nad genezą BP trzeba pamiętać, że w trakcie jego powstawania strop skał mezozoicznych południowego skrzydła Rowu Kleszczowa stanowił powierzchnię terenu. Uskoki dochodziły do powierzchni ziemi bezpośrednio ją modelując i generując znacznych rozmiarów osuwiska, także przy północnej krawędzi Rowu (Czarnecki 3). Współwystępowanie uskoków i osuwisk prawidłowość znana z obszarów współcześnie tektonicznie aktywnych dokładnie stosuje się do analizowanej sytuacji sprzed około 15 mln lat. Widoczny na przekroju wzdłuż linii 62 długi poziomy odcinek powierzchni ślizgu BP (rys. 2.2; rys. 3.1) oraz brak wśród osadów kredowych miąższych wkładek ilastych ułatwiających poślizg, rodzą pytanie o źródło sił ścinających potrzebnych do uruchomienia zsuwu. Konieczne staje się znaczne początkowe pochylenie zbocza na obszarze przyszłego BP, które na badanym terenie nie było spowodowane wyłącznie egzogenicznymi procesami rzeźbotwórczymi. Rów Kleszczowa przeciął paleogeńską powierzchnię zrównania będącą słabo falistą powierzchnią o nieznacznych nachyleniach do 5º i deniwelacjach rzędu 30 m (rys. 2.2). tanowiła ona wierzchowinę płaskowyżu rozcinanego stromościennymi dolinami, głębokimi u ujścia do rowu na co najmniej 60m, jak można sądzić z odsłonięć w odkrywce kopalni. Powierzchnia wierzchowiny w pobliżu krawędzi rowu nie wykazuje silniejszego ugięcia; obniża się nieznacznie ze średnim nachyleniem nie przekraczającym wzmiankowanych 5º, a miejscami nawet lekko wznosi. Jak wynika z obserwacji we wkopie kopalni na wschód od linii 62 na odcinku wschodniej części Rowu II rzędu i BP jest to związane z brakiem ciągnienia przyuskokowego czy dyslokacji towarzyszących od południa UB1 i następnie UB1a (Felisiak 1). W tej sytuacji silniejsze pochylenie wierzchowiny w stronę rowu na obszarze przyszłego BP konieczne do uruchomienia tak rozległego osuwiska - można wytłumaczyć jedynie rozwidleniem UB na tym odcinku na gałęzie 1 i 1a oraz schodowym zuskokowaniem terenu objętego tym rozwidleniem. Uskoki te były pionowe lub strome inwersyjne (rys. 4.1). jak to widać w pobliżu rozgałęzienia (rys. 2.1 i rys. 3.2). powodowane uskokowaniem wstrząsy tektoniczne uruchomiły zsuw. Powierzchnia ślizgu była zagłębiona znacznie poniżej stropu świeżych, silnie zawodnionych osadów rowu a sam BP (ściślej jego czoło) częściowo w nich pływał. 135
L. W. CZARECKI, I. FELIIAK Blok paleoosuwiskowy Południowego Ukoku Brzeżnego... UB1a UB1 UB2 UB3 1 2 UB1 500 m 500 m Rys. 4.1. chemat powstania paleoosuwiska na tle hipotetycznej budowy Rowu Kleszczowa na odcinku Rowu II rzędu. 1 węgle; 2 powierzchnia ślizgu paleoosuwiska Fig. 4.1. cheme of the origin of paleo-landslide against hypothetical structure of the Kleszczów Graben in the sector of econd-order Graben: 1 lignite, 2 slip surface of paleo-landslide 5. Praktyczny wymiar badań Bloku Paleoosuwiska Podstawową funkcją zbocza południowego jest zabezpieczenie bezpiecznego osiągnięcia projektowej głębokości eksploatacji, która w omawianej części złoża osiągnie 80 metrów poniżej poziomu morza. Ponieważ Rów II-rzędu jest wyjątkowo wąski, pomiędzy liniami przekrojowymi 63 57 skarpy i półki stałe zbocza południowego będą profilowane w gruntach skalistych czoła Bloku Paleoosuwiska, szczególnie w przedziale rzędnych od 0,0 m n.p.m. do -30/-50m n.p.m. Dotychczasowe doświadczenia oraz obserwacje pozwoliły na wypracowanie następujących parametrów skarp zbocza południowego profilowanego w gruntach skalistych (zymański 0): generalne odcinkowe nachylenie zbocza 45º, nachylenie ociosu pojedynczych pięter 60º-65º, wysokość piętra do 20 m, szerokość półek od 10 m do 12 m. Powyższe parametry zostały wypracowane w oparciu o obserwacje dotyczące m.in. skarp w kredowych gruntach skalistych skrzydła wiszącego UB1 na E od linii 64, czyli na wschód od paleoosuwiska. Prowadzone w nich obserwacje pozwoliły ustalić, że upad uławicenia jest asekwentny tzn. pod zbocze. Ponadto stwierdzono w nich 5 zespołów spękań: 4 zespoły ciosu stromego i zespół oddzielności ławicowej. O stateczności zbocza wyprofilowanego w tych skałach decydują zatem wzajemne relacje spękań i uławicenia oraz ich orientacja względem przebiegu konkretnych skarp. W dotychczasowej praktyce nie stwierdzono układów strukturalnych powodujących rozwój procesów obrywania się skał lub procesów osuwiskowych. 136
WARZTATY 4 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie W rejonie BP sytuacja geologiczna ulega zmianie. karpy w przedziale rzędnych poniżej poziomu morza będą profilowane prawdopodobnie nie w gruntach skalistych, charakteryzujących się dotychczas obserwowana strukturą, ale w strefach brekcji tektonicznej z licznymi już istniejącymi powierzchniami poślizgu. Ponadto jego struktura nie stanowi monolitu, na co wskazują obserwacje w osadach kompleksu ilasto-węglowego zalegających nad blokiem. Jest ona rozbita na szereg podrzędnych elementów o trudnej do określenia wielkości, zgodnie z wynikami najnowszych, przedstawionych wyżej badań. Z punktu widzenia stateczności istotna jest więc nie tylko wielkość poszczególnych bloków ale także stopień ich wewnętrznej dezintegracji na drodze deformacji tektonicznych oraz późniejszych procesów wietrzeniowych. Ta ostatnia cecha ma też znaczenie dla urabialności tych skał, w związku z koniecznością wybrania około 1,5 mln m 3 skał mezozoicznych (Piętka i in. 2). Wyobrażenie o wewnętrznej strukturze BP jest potrzebne dla celów projektowych jeszcze przed jego rozcięciem i dotyczy zwłaszcza czoła bloku. Obecnie jest to możliwe jedynie w oparciu o badania dokonane w otworach wiertniczych. Obejmują one dane tektoniczne dotyczące rodzaju obserwowanych struktur, ich gęstości (RQD), litologii skał budujących blok oraz stanowiących wypełnienie licznych szczelin. zczególnie ważne są obserwacje dotyczące ewentualnego przebiegu i charakteru powierzchni uskokowej rozdzielającej BP od osadów kenozoicznych wnętrza rowu. Jej charakter oraz ułożenie w stosunku do skarp zbocza w Rowie II-rzędu może mieć decydujący wpływ na możliwość osiągnięcia planowanej głębokości eksploatacji. Z dotychczasowych prac terenowych wynika, że może ona mieć charakter uskoku inwersyjnego nachylonego pod zbocze (rys. 3.2). W znacznym stopniu utrudniłoby to eksploatację poprzez konieczność pozostawienia filarów ochronnych, zapewniających osiągnięcie planowanej głębokości eksploatacji. W dotychczasowej praktyce w KWB Bełchatów nie doszło do rozwoju procesu osuwiskowego w obrębie utworów skalistych. ależy jednak zaznaczyć, że tylko niewielkie odcinki skarp zostały wyprofilowane w brekcjach uskokowych. iezbędne jest także dokładne prowadzenie obserwacji terenowych pozwalających na stwierdzenia prawdopodobnego podziału na drugorzędne bloki, określenie ich granic i wielkości. Takie niewielkie zręby, zbudowane z trudno urabialnych skał podłoża i zamaskowane wśród osadów kenozoicznych, grożą uszkodzeniem koparki i spowalniają eksploatację, zmuszając do wykonywania robót strzałowych. Pierwsze z nich odsłoniły już prace górnicze we wschodnim skraju BP (rys. 3.4). Gromadzone obecnie obserwacje, w połączeniu z wiedzą z badań rdzeni wiertniczych z powyższego rejonu, będą wykorzystane w trakcie prowadzenia eksploatacji w rejonie zbocza południowego formowanego w rowie II-rzędu. Podziękowania Autorzy składają podziękowania koleżankom i kolegom z działu geologicznego KWB Bełchatów, a w szczególności mgr inż. Barbarze Organiściak, za wsparcie w pracach terenowych i cenne uwagi. Badania zostały wykonane w ramach prac statutowych 11.11.140.882 Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie. 137
L. W. CZARECKI, I. FELIIAK Blok paleoosuwiskowy Południowego Ukoku Brzeżnego... Literatura [1] Czarnecki L. W. 3: Kontynentalny olistolit jako efekt mioceńskich ruchów masowych w brzeżnej strefie rowu Kleszczowa. Mat. Konf.: eotektonika a morfotektonika: Metody badań. Komisja eotektoniki KBC PA i IG UJ. Kraków, 26 27. 9. 3. [2] Felisiak I. i zewczyk E. 1994: Tektonika osadów mezozoiku w rejonie złoża Bełchatów. Mater. Konf.: Tektonika rowu Kleszczowa stan badań i główne zadania w aspekcie eksploatacji górniczej. Bełchatów, 29 46. [3] Felisiak I. i zewczyk E. 1995: Mapa tektoniczna podłoża mezozoicznego w rejonie linii dokumentacyjnych 67 56. Reinterpretacja wykształcenia litologicznego i tektoniki podłoża mezozoicznego w rejonie linii 67 56 złoża Bełchatów, wraz z opracowaniem mapy strukturalnej i przekrojów geologicznych. Arch. KWB Bełchatów. [4] 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: 89 97. łok k. Bełchatowa 15 16.10. 1999. [5] Felisiak I. 1: Południowy uskok główny rowu Kleszczowa koncepcja a rzeczywistość. Przegląd Geologiczny, vol. 49, nr 4, 307 311. [6] zymański J. 0: Zabezpieczenie eksploatacji w rowie II rzędu. Prognoza warunków geologiczno inżynierskich dla udostępnienia rowu II rzedu wraz z projektem technicznym ukształtowania zbocza południowego. Polegor projekt p. z o.o. we Wrocławiu. [7] Kossowski L., Olszewski B., owiński L., Wojturska M., owa J. 1992: Reinterpretacja budowy geologicznej złoża Bełchatów w rejonie linii przekrojowych 42 70. Archiwum KWB Bełchatów. [8] Piętka M. i inni 2: O/Bełchatów. Projekt techniczny udostępnienia poziomu 80m n.p.m. Poltegor projekt p. z o.o. we Wrocławiu [9] owiński L., Tylikowski, M., Wojturska M., Majewska M. 2: tateczność zboczy stałych: północnego i południowego pola Bełchatów. Archiwum KWB Bełchatów. Paleo-landslide block of the outhern Frame Fault and its influence on mining operations in the econd-order Graben at the Bełchatów Lignite Mine The Bełchatów Lignite Mine works the deposit located in the Kleszczów Graben. The paleo-landslide block 1,700 meters long and up to meters thick, was identified in its southern margin. The block is composed of etaceous rocks displaced northward over a distance of at least 140 meters and pressed into the Tertiary sediments. The paleo-landslide is a subject of particular interest due to still controversial origin of such a large-scale movement and exceptionally deep mining operations planned in this part of deposit, which will require permanent slopes to be cut in potentially unstable rocks of the paleo-landslide. The last observations made in the exposures and in drill cores allow the more precise determination of the size and the displacement of sliding block. imultaneously, these data initiate the new research field, which aims to recognize the details of internal defomations a problem of crucial practical importance. Breccias, slickensides and slip surfaces of secondorder landslides result in strong anisotropy of rock formations in this zone. Their recognition is critical for proper planning and safety running of mining operations. Przekazano: 25 kwietnia 4 r. 138