osady gruboklastyczne

Jednym z najbardziej interesujących i jednocześnie skomplikowanych pod względem tektonicznych rejonów złoża Bełchatów jest strefa Antykliny Łękińska, a szczególnie rejon jej północno-wschodniego skrzydła.

Rejon ten, to strefa krzyżowania się równoleżnikowo biegnącego brzeżnego uskoku południowego (USB nr 1) ze starszą strukturą, o laramijskich założeniach o generalnym przebiegu SE – NW. W tej strefie na kontakcie skał o różnej odporności tj. wapieni jury górnej i iłowcowo-mułowcowych serii jury środkowej doszło do powstania zespołu osadów określanych mianem kompleksu gruboklastycznego. Lokalizację tej strefy na tle tektoniki centralnej części Rowu Kleszczowa, prezentuje rysunek 1.

rysunek 1

W strefie tej południowy uskok brzeżny rowu Kleszczowa (USB nr 1), wykształcony we wschodniej części rowu, jako trzy stopnie: uskok brzeżny zewnętrzny, uskok brzeżny środkowy i brzeżny wewnętrzny, jest przecięty skośnym uskokiem o biegu SW-NE. W części wschodniej tj. w obszarze ukształtowania uskoku brzeżnego w formie trzech stopni, południowy brzeg rowu, budują górnojurajskie wapienie. W kierunku zachodnim w miarę jak w brzegu rowu pojawiają się iłowcowo-mułowcowe osady jury środkowej i osady piaszczyste jury dolnej, ten trójstopniowy układ zanika i przechodzi w jedna strefę dyslokacyjną. Powyższy układ umożliwił powstanie basenu sedymentacyjnego i obszaru alimentacyjnego. W strefie kontaktu skał o różnej odporności na erozję tj. wapieni jury górnej i mułowców i iłowców jury środkowej powstaje dolina doprowadzająca materiał z wietrzenia jury środkowej do basenu sedymentacyjnego osadów kompleksu gruboklastycznego. Rysunek nr 2 przedstawia szkic tektoniczny tego rejonu.

rysunek 2

Na etapie dokumentowania budowy geologicznej złoża, rejon ten rozpoznany został siatką wierceń 250 x 250m. Wykonano szereg przekrojów geologicznych zawierających interpretację budowy geologicznej tego rejonu. Granicę rowu przedstawiono jako pojedynczą dyslokację która nie kontynuowała się w osadach kenozoiku. Przylegające do uskoku osady wypełniające rów zalegały poziomo, nie wyinterpretowano żadnych zaburzeń serii złożowej. Dokonano rozdziału osadów kenozoicznych na czwartorzęd i trzeciorzęd oraz wydzielono serię nadwęgloną, węglową i podwęglową. Granice jednostek nie były ściśle zdefiniowane, nieznana była rozdzielność serii węglowej na pokłady, niewłaściwie zdefiniowano i wyinterpretowano granicę Q/Tr oraz źle zinterpretowano strop podłoża mezozoicznego. Różnice w przyjętych rzędnych stropu podłoża a w stwierdzonych w obszarze wychodni jury środkowej dochodziły do kilkudziesięciu metrów. Szczególny błąd popełniono w rejonie wychodni piasków piaskowców jury dolnej (toars, alen), gdzie w niektórych otworach osady te zakwalifikowano do osadów czwartorzędowych. Błąd wyznaczenia stropu podłoża dochodził do 100m. Wyinterpretowaną budowę geologiczna z dokumentacji z 1964 roku prezentuje rysunek nr 3.

rysunek 3

Od początku eksploatacji odsłaniana budowa geologiczna dokumentowana była przez pracowników Zakładu Geologii Stosowanej Instytutu Geologicznego Uniwersytetu Wrocławskiego. Rejon występowania osadów kompleksu gruboklastycznego dzięki tym pracom został bardzo dobrze udokumentowany zarówno pod względem genezy osadów, ich litologii jak i pod względem tektonicznym. Efektem tych prac są zreinterpretowane przekroje geologiczne 86SN, 85.5SN i 85SN oraz mapa powierzchniowa zbocza południowego w rejonie występowania osadów kompleksu a także profil złoża w tej części rowu. Przekrój terenowy prezentowany w opisie osadów, powstał w wyniku zestawienia kartowań skarp eksploatacyjnych wykonanych przez mgr L. Czarneckiego.

Szczegółowa tektonika południowego brzegu Rowu Kleszczowa w strefie występowania osadów kompleksu gruboklastycznego

Zasadnicze rysy budowy tektonicznej mezozoiku polegają na nałożeniu się na strukturę antykliny Łękińska systemu dyslokacji południowego brzegu rowu Kleszczowa. Antyklina Łękińska ma przebieg SE – NW. Oś struktury zanurza się łagodnie pod kątem 3o – 5o ku NW. W skrzydle NE warstwy zalegają pod kątem 15 – 25 stopni, natomiast w obszarze skrzydła SW zapadają stromo pod kątem 60 – 80stopni. 

System dyslokacji południowego uskoku brzeżnego (USB nr 1) rowu Kleszczowa jest złożoną strukturą o wieloetapowym rozwoju tektonicznym. System ten obejmuje uskok brzeżny wykształcony w postaci trzech stopni (uskok brzeżny zewnętrzny, środkowy i wewnętrzny). Poszczególne stopnie oddzielone są krawędziami o wysokości od kilkunastu do 100m. W osiowych partiach antykliny układ ten ulega zanikowi i przechodzi we fleksurę, której przebieg jest kombinacją kierunku równoleżnikowego i skośnego NE – SW, co wynika z założenia dyslokacji na dwóch zespołach uskoków (patrz rys. nr 2). Stąd krawędź skrzydła wiszącego rowu wykazuje liczne załamania przesuwając się ku północy bądź południowi o 0.2 do 0.3km. Dyslokacja brzeżna wykazuje z reguły charakter strefy uskokowej o szerokości kilku do kilkudziesięciu metrów w postaci wiązki uskoków, brekcji lub kliważu. Upad warstw w sąsiedztwie dyslokacji jest zestromiony i osiąga wartości kąta 60 do 90 stopni. Skrzydło wiszące rowu jest podzielone na szereg drugorzędnych elementów tektonicznych o charakterze zrębów i wąskich rowów z dominacją uskoków NW – SE. Tektonika zrzuconego skrzydła rowu jest zróżnicowana w zależności od ośrodka skalnego. W obszarze wychodni na powierzchnie podkenozoiczną skał wapiennych zasadniczą strukturą jest obniżenie południowe ciągnące się wzdłuż uskoku USB nr 1. Dzieli się ono na mniejsze elementy za pośrednictwem uskoków o orientacji SW – NE i SSW – NNE. W strefie wychodni osadów jury środkowej i dolnej zasadnicze znaczenie mają uskoki o kierunkach SEE – NWW do SE – NW i zrzutach ku NE.Istotnym elementem morfologii stropu podłoża mezozoicznego oprócz form tektonicznych (zręby i rowy) oraz krasowych, są formy o genezie denudacyjno-erozyjnej. Strop mezozoiku, który znajduje się przeciętnie na rzędnej +130 - +145m n.p.m., na krawędziach rowu oraz w strefie przegubu antykliny obniża się łagodnie miejscami do rzędnej +100 - +120m n.p.m. Wzdłuż SW skrzydła antykliny przebiega południkowo obniżenie erozyjne, w osi którego strop podłoża obniża się do rzędnych +80 - +90m n.p.m. Rynna ta jest odpowiedzialna za dostarczanie materiału z wietrzenia osadów jury środkowej (mułowce i iłowce batonu i bajosu) do strefy brzeżnej rowu Kleszczowa.

Profil litostratygraficzny:

Profil lito stratygraficzny tej części złoża, generalnie zbliżony jest do syntetycznego profilu złoża. Główną różnicą jest wydzielenie w ramach kompleksu ilasto-węglowego, dodatkowego elementu litostratygraficznego, jakim jest kompleks osadów gruboklastycznych.

Pozostałe kompleksy w tej części złoża wykształcone są w sposób zbliżony do innych rejonów złoża. Zauważalne różnice to występowanie w obrębie kompleksu węglowego facji osadów kredy jeziornej. Analiza zdjęcia geologicznego zbocza południowego wskazuje na związek tej facji z tym rejonami złoża, gdzie w jego brzegu występują wapienie oxfordu. W kierunku na zachód, w strefie wychodni skał jury środkowej powyższa litofacja zanika. Poza tym obecne są w obrębie tego kompleksu warstwy iłó kostkowych i pokłady B i C, występujące w powyżej pokładu głównego. Ponadto w stropowej części kompleksu w obrębie warstw iłów kostkowych oraz w stropie kompleksu węglowego lokalizują się powierzchnie tektonicznych odkłuć, wzdłuż których kompleks węglowy kontaktuje z osadami kompleksu ilasto-węglowego bądź już to z osadami kompleksu gruboklastycznego. Powierzchnie odkłuć i zluźni eń tektonicznych zaznaczono również na przekrojach geologicznych (rys. nr 6, 7 i 8). Szereg uskoków ograniczających kopułę węglową od strony południowej, widocznych jest też na obrazie kartograficznych zdjęć skarp eksploatacyjnych (rys. nr 9).

Utwory kompleksu gruboklastycznego tworzyły dwa ogniwa, górne i dolne rozdzielone I pokładem węgla. Profil złoża w tym rejonie prezentuje rysunek nr 4.

rysunek 4

Dolne ogniwo pozostaje w ciągłości sedymentacyjnej z płonymi osadami kompleksu ilasto-węglowego. Granica między tymi wydzieleniami przejawia się zmianą barwy z jasnoszarej i szarej na rdzawą z odcieniem zielonym. Nie ma istotnych różnic litologicznych w strefie granicznej tych kompleksów. Pod względem litologicznym osady kompleksu to iły i muły z reguły zapiaszczone z soczewkami materiału gruboklastycznego. Są to ławice zdiagenezowanych rumoszy i zlepieńców oraz liczne otoczaki i bloczki skał wapiennych i krzemionkowych oraz sferosyderytowych. Ilość materiału okruchowego maleje wyraźnie ku spągowi kompleksu.

Zapady warstw w części wschodniej wykazują kierunek SSE do SE od 30 do 10 - 15 stopni natomiast w części zachodniej wykazują kierunek NNE, pod kątem 10 – 15 stopni lub skierowane pod zbocze jak w części wschodniej. Wystąpienie osadów kompleksu gruboklastycznego ma charakter bloku tektonicznego. Jego granice wschodnia, południowa i południowo-zachodnia to strefy uskokowe. Od północy kompleks graniczy z osadami kompleksów ilasto-węglowego i węglowego. Zaleganie kompleksu w korpusie zbocza południowego ilustruje rysunek nr 5.

Stopniowy charakter uskoku brzeżnego oraz skrzyżowanie się kierunków równoleżnikowych z kierunkami SW – NE i SE - NW umożliwił powstanie basenu sedymentacyjnego i obszaru alimentacyjnego. W strefie kontaktu skał o różnej odporności na erozję tj. wapieni jury górnej i mułowców i iłowców jury środkowej powstaje dolina doprowadzająca materiał z wietrzenia jury środkowej do basenu sedymentacyjnego osadów kompleksu gruboklastycznego.

Osady te są deponowane w ciągłości stratygraficznej z osadami ilasto-węglowymi zalegającymi nad zasadniczą serią złożową. W miarę gromadzenia się osadów o kontrastowo różnym ciężarze właściwym doszło do uginania i deformowania niżej ległych osadów fitogenicznych. W konsekwencji tych deformacji dochodzi do zerwania ciągłości warstw i powstania uskoków rosnących tzn. rozwijających się w miarę wzrostu miąższości osadów gruboklastycznych. Uskoki te w efekcie rozwoju basenu łączą się w jedną strefę o kulisowym charakterze w stosunku do uskoku brzeżnego.

rysunek 5

Rysunek nr 6. Przekrój geologiczno-inżynierski 86 SN.

Rysunek nr 7. Przekrój geologiczno-inżynierski 85.5SN.

Rysunek nr 8. Przekrój geologiczno-inżynierski 85SN.

Zrzut na uskoku rósł w kierunku wschodnim. W tym kierunku rosła miąższość osadów gruboklastycznych. W miarę grzęźnięcia osadów wzdłuż w/w uskoku osady węglowe ulegały wyciśnięciu i zdeformowaniu w strukturę antyklinalną o przebiegu równoległym do brzeżnej strefy rowu. Proces deformacji zakończył się prawdopodobnie w późnym trzeciorzędzie, ponieważ osady kompleksu ilasto-piaszczystego zalegają niezgodnie na zdeformowanych osadach starszych kompleksów.Strukturę uformowaną w wyniku tego procesu prezentuje rysunek nr 9.

Rysunek nr 9. Przekrój terenowy przez złoże Bełchatów w strefie NW skrzydła antykliny Łękińska.

Zarejestrowane procesy deformacyjne w trakcie eksploatacji w rejonie występowania osadów kompleksu grubo klastycznego.

29.10.2987 roku: na powierzchni półki +75m n.p.m. stałego zbocza południowego stwierdzono występowanie szczeliny o długości 10m i przebiegu SSW-NNE. Szczelina stanowiła przedłużenie krawędzi osuwiska 8S ku W. Kolejne szczeliny ujawniono na poziom +94m n.p.m. Do 17.11.1987 roku zespół szczelin ulegał ciągłej propagacji tworząc jedna półkolista strefę ograniczającą od zachodu i południa blok kompleksu gruboklastycznego. Rejon ten wydzielono jako II rejon deformacji. Jego powierzchnia wynosiła w tym momencie ca 150tys. m2.

marzec 1990 roku: Zakład Geologii Stosowanej Uniwersytetu Wrocławskiego we współpracy z Działem Geologicznym opracowuje opinie o stateczności odcinka zbocza południowego pomiędzy liniami 84 – 86SN w tzw. II rejonie deformacji. Opinia była efektem wieloletnich obserwacji prowadzonych przez pracowników zakładu oraz służbę geologiczną i mierniczą kopalni. Czas obserwacji deformującego się górotworu podzielono na trzy okresy:

• I etap od listopada 1987 roku do czerwca 1988 roku tj. od momentu stwierdzenia występowania szczelin do powstania osuwiska 15S. Okres ten to rozwój szczelin okonturowujących obszar na poziomach +94m n.p.m. i +74m n.p.m. W sumie powstaje zespół szczelin zw. szczeliną główną, o długości 350m ograniczających obszar od południa i zachodu. Deformacje przejawiają się głównie w narastaniu przemieszczeń pionowych. Osiadanie rosło od )mm w części W do 1000mm w części E. Dno wyrobiska znajdowało się w tym momencie na rzędnych od +2m n.p.m. do +28m n.p.m. W okresie poprzedzającym rowój osuwiska 15S powstają powyżej głównej szczeliny na poziomie +105m n.p.m. nowe odcinki spękań i szczelin. Sumaryczna długość szczelin wynosiła do 580m. 
• II etap od 2.06.1988 roku (tj. powstanie osuwiska 15S) do listopada 1989 roku. Rozwój osuwiska wzdłuż wschodniej granicy obszaru spowodował wzrost przemieszczeń pionowych wzdłuż szczeliny głównej, powstanie nowych szczelin na poz. +74m n.p.m. i +51m n.p.m. oraz wypiętrzeń na dnie wyrobiska. Sumaryczna długość szczelin wzrosła do 1914 metrów. 
• III etap od listopada 1989 roku do marca 1990 roku. W tym okresie zaobserwowano rozwój nowych odcinków szczelin w zachodniej części obszaru w zakresie rzędnych +74/+24m n.p.m. wzdłuż kontaktu z osadami jury, wzrost wielkości zrzutu na szczelinie głównej od 130cm do 160cm (lokalnie do 200cm), rozwój nowych szczelin na poziomach +27m n.p.m., +9m n.p.m. i +5m n.p.m. tj. na obszarze zbocza zbudowanego z osadów kompleksu ilasto-węglowego i węglowego. Strefy szczelin i spękań, ich lokalizacje w stosunku do głównych struktur tektonicznych prezentują rysunki nr 6, 7 i 8.

Podsumowanie zawierało następujące stwierdzenia:

• Analiza wyników pomiarów potwierdza osuwiskowy charakter deformacji 
• Na zagrożonym odcinku zbocza brak obiektów i urządzeń górniczych istotnych dla ruchu zakładu górniczego. 
• Obserwuje się niewielki wpływ postępu frontu robót na dynamikę deformacji zbocza, nie jest celowe ograniczanie wydobycia węgla na najniższych poziomach w tym rejonie 
• Prognozuje się rozwój osuwiska w okresie 3-6miesięcy bez względu na wstrzymanie bądź postęp frontów węglowych. 
• Powstanie osuwiska powinno być poprzedzone znaczącym wzrostem tempa deformacji poziomych i pionowych 
• Założono, że osuwisko rozwijać się będzie w następujących fazach:

I faza obejmie zbocze od +94m n.p.m. do +27m n.p.m. tj. ok. 100tys. m2 powierzchni zbocza, 2,6mln m3.
II faza obejmie zakres od +125m n.p.m. do +94m n.p.m. tj. ok. 40tys. m2 powierzchni zbocza, 0,3mln m3.
III faza obejmie dolne partie od +27m n.p.m. do -2m n.p.m. tj. obszar ok. 104ts. m2 zbocza, 0,4mln m3.W 

sumie powierzchnia objęta deformacjami wynosić może do 245tys. m2 a kubatura prognozowanego osuwiska do 3,3mln m3.

Ostatecznie nie doszło do rozwoju osuwiska w tym rejonie, pomimo ciągle narastających deformacji wraz z postępem robót górniczych.

-----------------------------------------------------------------

Literatura:


„Opinia o stateczności wschodniej części zbocza południowego O/Bełchatów w rejonie linii 88 – 85SN”; doc. dr L. Kasza, mgr K. Keplinger, mgr B. Olszewski, mgr inż. K. Pilecki, mgr R. Wilczyński - Zakład geologii Stosowanej Instytutu Nauk geologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego – styczeń 1988 rok.


„Opinia geologiczno-inżynierska odnośnie procesu deformacji kompleksu grubo klastycznego w rejonie linii 84 – 86SN na zboczu stałym południowym O/Bełchatów”; doc. dr L. Kasza, mgr K. Keplinger, mgr B. Olszewski, mgr inż. K. Pilecki, mgr R. Wilczyński – Zakład geologii Stosowanej Instytutu Nauk geologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego – wrzesień 1988 rok.


„Stateczność zboczy stałych O. Bełchatów północnego i południowego”; doc. dr L. Kasza, mgr K. Keplinger, mgr B. Olszewski, mgr inż. K. Pilecki, mger L. Sowiński, mgr R. Wilczyński – Zakład geologii Stosowanej Instytutu Nauk geologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego – wrzesień 1989 rok.


„Opinia o stateczności odcinka zbocza południowego pomiędzy liniami 84 – 86SN w tzw. II obszarze deformacji”; ”; doc. dr L. Kasza, mgr K. Keplinger, mgr B. Olszewski, mgr inż. K. Pilecki, mgr K. Urbański, mgr M. Wojturska – Zakład geologii Stosowanej Instytutu Nauk geologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego – marzec 1990 roku.