Inwersyjne obrazowanie oporu w rejonie z³o¿a Zn-Pb Zawiercie
Ÿród³em informacji na temat budowy geologicznej
Jerzy Caba³a*, Krzysztof Jochymczyk*, Artur Porêba*
Application of electrical resistivity tomography (ERT) in the Zawiercie Zn-Pb ore area as a source of information on the geological structure. Prz. Geol. 55: 380–386.
S u m m a r y. The depletion of Zn-Pb ores in developed mining areas and the increase in metal prices have resulted in the need to search for new deposits which have not been exploited yet. A project of drilling new exploratory boreholes should be preceded by an interpretation of archival geological data. To obtain the most valuable information on the geological structure leading to its plausible interpretation, it seems to be purposeful and advisable to apply some geophysical methods that are reasonably cheap in comparison with others. The method of electrical resistivity tomography, which in this research uses two of many measurement protocols such as Schlumberger array and dipole-dipole array, is particularly useful. Computer interpretation of geophysical results allows a high resolution 2D and 3D geoelectrical model of rock mass to be created. The study was carried out using the multi-electrode Lund Imaging System manufactured by ABEM, Sweden. In order to evaluate the practical application of this method, Zawiercie Zn-Pb ore deposits were chosen as the area used in previous scientific research. Taking into account mineraliza-tion in its economic aspect, the deposits occur at relatively shallow depths of 50-120 m. In the investigated region, the Triassic car-bonate formation overlays the Devonian rocks. The Keuper low-resistance clay, occurring on the surface, provides a very good electrical contact between an electrode and the soil. This is why there are favourable measurement conditions in this area. The bound-aries between the Keuper, Devonian and Triassic formations are clearly noticeable in the resistivity cross-sections obtained. On the basis of the ERT results, it is possible to locate faulting zones as well as karst systems. One of the profiles clearly shows the occurrence of a low-resistance anomaly correlated with Zn-Pb mineralization, which was confirmed by borehole surveys. However, this early stage of the research with the use of the ERT method cannot unequivocally identify the ore body, particularly as it was conditioned by the limited depth of prospecting.
Key words: electrical resistivity tomography, geophysical survey, Zawiercie Zn-Pb ore deposits, Poland
Badania geofizyczne dostarczaj¹ istotnych informacji o budowie geologicznej. Szczególnie pomocne w interpre-tacji danych z otworów wiertniczych s¹ badania geofizy-czne 2D i 3D. Zastosowanie nowoczesnej, wysokoroz-dzielczej aparatury do badañ geoelektrycznych i elektro-magnetycznych oraz komputerowych metod interpretacji danych umo¿liwia precyzyjne rozpoznanie niektórych cech fizycznych górotworu. Koszty prac geofizycznych s¹ niskie, a wyniki uzyskuje siê szybko — po wykonaniu odpowiednich procedur interpretacyjnych. Decyzje o loka-lizacji otworów badawczych, szybów kopalnianych oraz ujêæ wody powinny uwzglêdniaæ rezultaty tych prac.
Elektrooporowe metody pomiarowe s¹ stosowane do wykrywania z³ó¿ rud metali (Represas i in., 2005), struktur tektonicznych i rozró¿niania warstw skalnych (Olayinka & Yaramanci, 2000; Baines i in., 2002; Beresnev i in., 2002). Wysoka rozdzielczoœæ nowoczesnej aparatury do badañ geoelektrycznych pozwala tak¿e na zastosowanie tych metod do identyfikowania ska¿eñ œrodowiska (Loke, 1999).
Wa¿nych informacji o zró¿nicowaniu cech fizycznych górotworu dostarczaj¹ badania oparte na metodach inwer-syjnego obrazowania oporu (IOO). Badania IOO mog¹ byæ u¿yteczne w rozpoznawaniu cech górotworu w obszarach
p³ytkiego zalegania stektonizowanych i skrasowia³ych ska³ triasu i dewonu. Szczególnie precyzyjna interpretacja budowy geologicznej powinna zostaæ wykonana w rejo-nach wystêpowania z³ó¿ rud metali i surowców mineral-nych. W rejonie œl¹sko-krakowskim takim miejscem s¹ obszary p³ytkiego zalegania z³ó¿ rud Zn-Pb.
Du¿a zmiennoœæ mineralizacji i skomplikowana budo-wa tektoniczna powoduj¹, ¿e nawet gêsta sieæ otworów poszukiwawczych nie jest wystarczaj¹ca, ¿eby prawid-³owo zinterpretowaæ budowê geologiczn¹ i oceniæ wartoœæ z³o¿a. Wyczerpuj¹ce siê zasoby udostêpnionych górniczo rud Zn-Pb oraz wysokie ceny metali sk³aniaj¹ do analizo-wania budowy geologicznej w nowych, dotychczas nie -eksploatowanych obszarach z³o¿owych. Wobec braku œrodków na wiercenia badania geologiczne ograniczaj¹ siê czêsto do reinterpretacji danych archiwalnych. Szczegól-nie interesuj¹ce pod tym wzglêdem s¹ obszary z³ó¿ rud Zn-Pb: Zawiercie I, Klucze (zr¹b Bia³ej), Go³uchowice i Krzykawa.
Pierwszy etap rozpoznania geofizycznego polega³ na weryfikacji wyników badañ IOO poprzez ich korelacjê z danymi geologicznymi uzyskanymi z prac wiertniczych. Prace zosta³y przeprowadzone w obszarze udokumentowa-nego z³o¿a rud Zn-Pb, które jest bardzo dobrze poznane dziêki otworom wiertniczym. Profile geofizyczne wyzna-czono w rejonie p³ytkiego wystêpowania utworów dewonu w zachodniej czêœci z³o¿a Zawiercie I (Jochymczyk i in., 2006) — ryc. 1. Celem wykonanych prac by³o przetesto-wanie metod inwersyjnego obrazowania oporu jako
na-*Wydzia³ Nauk o Ziemi, Uniwersytet Œl¹ski, ul. Bêdziñska 60, 41-200, Sosnowiec; cabala@us.edu.pl, jochym@wnoz.us.edu.pl, aporeba@wnoz.us.edu.pl
rzêdzia s³u¿¹cego lepszej interpretacji danych uzyskanych z otworów wiertniczych.
Zastosowanie metod geoelektrycznych
Metody geoelektryczne s¹ wykorzystywane do rozpo-znania budowy geologicznej w obszarach z³o¿owych (Represas i in., 2005). Zalet¹ tych metod jest mo¿liwoœæ uzyskania przestrzennego obrazu budowy geologicznej oraz nieinwazyjnoœæ badañ. Suzuki i in. (2000) wykorzy-stali obrazowanie oporu do lokalizacji aktywnych usko-ków znajduj¹cych siê pod grubym nadk³adem ska³ czwartorzêdowych. Zastosowanie zaawansowanych algo-rytmów inwersyjnych pozwala na zobrazowanie w prze-krojach geoelektrycznych stref uskokowych (Olayinka &
Yaramanci, 2000). Porównanie danych geologicznych i geo-elektrycznych wykaza³o przydatnoœæ obrazowania opo-ru do rozpoznania stopo-ruktur geologicznych w takich stre-fach.
Metody geoelektryczne mo¿na równie¿ wykorzystaæ do rozdzielenia warstw stratygraficznych ró¿ni¹cych siê oporem w³aœciwym. Baines i in. (2002) oraz Beresnev i in. (2002) zastosowali obrazowanie oporu do okreœlenia po³o¿enia p³ytko zalegaj¹cych z³ó¿ piasku i ¿wiru, charak-teryzuj¹cych siê zarówno niskim, jak i wysokim oporem w stosunku do otaczaj¹cych ska³. Wykazali tak¿e mo¿liwoœæ wykrycia metodami geoelektrycznymi wysokooporowych z³ó¿ wystêpuj¹cych w niskooporowym otoczeniu. Batay-neh (2001) porówna³ wyniki obrazowania oporu z badañ
325 325 335 335 335 330 330 320 330 340 340 PotokKierszula
A
B
Z-2
Z-3
C
D
ZL 8-19 Sz 2 Sz 3 Sz 4 ZL 8-3 TN-81 ZL 8-1 ZL 8-36 ZK8-8N
sk³adowisko odpadów dumpsite Katowice, droganr 78 0 0,5km Warszawa Kraków ZawiercieP o l s k a
P o l a n d
Zawiercie II Zawiercie I Z-1Z-2 Z-3 0 1kmA
B
profil geofizyczny geophysical cross-section przekrój geologiczny geological cross-section otwór wiertniczy borehole uskok tektoniczny tectonics faultobszary wystêpowania mineralizacji Zn-Pb areas of Zn-Pb mineralization ZL 8-3 granice z³o¿a boundary of deposit stacja paliw filling station
Ryc. 1. Lokalizacja obszaru badañ w rejonie z³o¿a Zawiercie I Fig. 1. Location area of investigation in Zawiercie I ore deposits
wykonywanych za pomoc¹ ró¿nych uk³adów pomiaro-wych i rozstawów elektrod. Zró¿nicowanie odleg³oœci miêdzy elektrodami pozwala na dok³adniejsze okreœlenie zasiêgu wystêpowania siarczkowych ¿y³ rudnych. Najlep-sze wyniki identyfikacji mineralizacji kruszcowej uzyska-no, gdy u¿yto uk³adu pomiarowego Schlumbergera (Half Schlumberger). Uk³ad pomiarowy Wennera pozwoli³ jedy-nie na wstêpne rozpoznajedy-nie cia³ rudnych oraz wyznaczejedy-nie ich przybli¿onych konturów (Batayneh, 2001). W Polsce nie stosowano do tej pory inwersyjnego obrazowania opo-ru do poznania budowy geologicznej w obszarach wystê-powania z³ó¿ Zn-Pb.
Metody i rejon badañ
Prace geologiczne. Rozpoznanie geologiczne obszaru
z³o¿a rud Zn-Pb Zawiercie I i II zosta³o wykonane na pod-stawie danych z otworów wiertniczych wykonanych w kil-ku okresach dokil-kumentowania z³o¿a (lata 1956–1989). Pierwszy etap prac prowadzonych przez Pañstwowy Insty-tut Geologiczny zakoñczy³ siê w 1968 r. sporz¹dzeniem
dokumentacji geologicznej w kategorii C2. Dalsze prace
prowadzi³o Przedsiêbiorstwo Geologiczne w Krakowie. W 1975 r. opracowano dokumentacjê z³o¿a w kategorii C1.
W latach osiemdziesi¹tych dodatkowo odwiercono 107 otworów w sieci (100–150 m i 200–240 m) pozwalaj¹cej na znacznie lepsz¹ penetracjê z³o¿a. Wielkoœæ zasobów i jakoœæ rud uzasadnia³y rozpoczêcie wstêpnych prac nad zaprojektowaniem kopalni. W latach osiemdziesi¹tych w Przedsiêbiorstwie Poszukiwañ Geofizycznych podjêto próby zbadania cia³ rudnych metodami geoelektrycznymi (polaryzacji wzbudzonej). Po roku 1989 w obszarze z³o¿a nie prowadzono wiertniczych prac rozpoznawczych. Pod-sumowanie wyników prac wiertniczych i badañ laborato-ryjnych przedstawiono w opracowaniu z 1994 r. wyko-nanym przez Przedsiêbiorstwo Geologiczne w Krakowie (Kurek, 1994).
Prace geofizyczne. Geofizyczne profile pomiarowe
zosta³y zlokalizowane w zachodniej czêœci z³o¿a Zawiercie I (ryc. 1). Badania IOO wykonano w 3 równoleg³ych profi-lach pomiarowych d³ugoœci 600 m (ryc. 1). Odleg³oœæ miê-dzy profilami wynosi³a 100 m. W badaniach wykorzystano aparaturê wieloelektrodow¹ LUND Imaging System z mier-nikiem SAS-4000 oraz selektorem ES464 szwedzkiej firmy ABEM. System umo¿liwia szybkie i wysokorozdzielcze rozpoznanie geoelektryczne górotworu.
Uk³ad pomiarowy ka¿dego profilu sk³ada³ siê z 61 elektrod rozstawionych w profilu pomiarowym w dziesiê-ciometrowych odstêpach. Wykorzystano protoko³y pomia-rowe w uk³adach Schlumbergera, Wennera i dipol-dipol. Dane pomiarowe przetwarzano za pomoc¹ programu Res2Dinv, korzystaj¹cego z zaawansowanych algorytmów inwersyjnych. Inwersja 2D odbywa siê poprzez rozwi¹-zanie zadania prostego dla przyjêtego modelu opornoœcio-wego oœrodka. Dopasowanie do modelu pocz¹tkoopornoœcio-wego uzyskuje siê w procesie n-iteracji. W rejonie z³o¿a Zn-Pb Zawiercie I odpowiedni model oœrodka wyznaczono po czterech albo piêciu iteracjach. Algorytm rozwi¹zania wykorzystywa³ inwersjê w opcji robust, umo¿liwiaj¹c¹ wyznaczenie wyraŸnych granic mierzonych parametrów.
P³ytkie zaleganie niskooporowych, ilastych utworów kajpru stwarza wyj¹tkowo korzystne warunki pomiarowe, pozwalaj¹ce na uzyskanie pr¹du w przedziale od 100 do 500 mA, nawet przy du¿ych rozstawach elektrod.
Prace geodezyjne. Lokalizacja profili geofizycznych
zosta³a wykonana metodami GPS odbiornikiem Gpsmap 60 CS. W celu lokalizacji otworów wiertniczych wykonano transformacjê wspó³rzêdnych otworów z uk³adu „1965” na uk³ad WGS 84. Pomiary terenowe GPS pozwoli³y na pre-cyzyjne wyznaczenie linii profili geofizycznych pokry-waj¹cych siê z otworami wiertniczymi.
Geologia rejonu badañ
Obszar z³o¿a Zawiercie le¿y w s¹siedztwie strefy roz³amowej Kraków-Lubliniec (KLFZ) rozwiniêtej na kontakcie bloku górnoœl¹skiego i ma³opolskiego (¯aba, 1996; Bu³a i in., 1997). D³ugi okres aktywnoœci tektonicz-nej we wspomniatektonicz-nej strefie decydowa³ o geometrii i roz-woju sieci uskokowej w obszarze obejmuj¹cym z³o¿e Zawiercie (Caba³a & Teper, 1990; ¯aba, 1996; Caba³a, 2002). PóŸnokarboñska aktywnoœæ KLFZ zaznaczy³a siê dodatnimi ruchami pionowymi w strefie brze¿nej bloku górnoœl¹skiego (¯aba, 1996; Caba³a, 1996). W paleorelie-fie triasu uwydatni³y siê elewacje zbudowane z utworów dewonu i syluru. W epikontynentalnym zbiorniku na sk³o-nach dewoñskich wyniesieñ zosta³y zdeponowane osady wêglanowe triasu. PóŸnomezozoiczna aktywnoœæ tekto-niczna KLFZ zapisa³a siê systemem uskoków normalnych i odwróconych oraz strukturami typu rowów, zrêbów i pó³-zrêbów.
W budowie geologicznej obszaru z³o¿owego mo¿na wyró¿niæ trzy piêtra strukturalne. Najstarsze piêtro jest zbudowane z mocno sfa³dowanych i zaburzonych tekto-nicznie ska³ staropaleozoicznych poprzecinanych kwaœny-mi intruzjakwaœny-mi. W rejonie z³o¿a Zawiercie to piêtro wyznaczaj¹ utwory ordowiku i syluru. Do ordowiku zosta³y zaliczone zmetamorfizowane kontaktowo ska³y wêglanowe oraz metamu³owce. Do syluru s¹ zaliczane p³ytko wystêpuj¹ce, s³abo zmetamorfizowane mu³owce, i³owce i piaskowce.
Piêtro m³odopaleozoiczne tworz¹ s³abo zaburzone utwory dewonu i karbonu. Piaskowcowe i zlepieñcowate osady dewonu dolnego niezgodnie zalegaj¹ na starszym pod³o¿u. Wy¿sze ogniwa dewonu s¹ zbudowane z wapieni i dolomitów. W obszarach elewacji dewon czêsto jest re-prezentowany przez dolomity krystaliczne, zbite, spêkane i kawerniste, niekiedy okruszcowane. Przypominaj¹ one epigenetyczne, triasowe dolomity kruszconoœne. Utwory te s¹ mocno zmienione w wyniku rozwoju tektoniki oraz procesów wietrzenia i krasowienia (Caba³a, 2002). Kawer-ny krasowe maj¹ rozmiary do kilku metrów, wystêpuj¹ w interwa³ach objêtych wtórn¹ dolomityzacj¹. Paleosyste-my krasowe s¹ wype³nione przez okruszcowane siarczka-mi brekcje zawa³owe (Caba³a, 1990).
Karbon dolny wykszta³cony w facjach wêglanowych zosta³ stwierdzony w rdzeniach wiertniczych w po³udnio-wej czêœci z³o¿a.
Piêtro permo-mezozoiczne jest zbudowane z l¹dowych zlepieñców dolnego permu, morskich osadów triasu oraz l¹dowych utworów jury dolnej. W obszarze z³o¿a
rozprze-strzenienie utworów permu jest niewielkie, lokalnie wy-pe³niaj¹ one zag³êbienia w paleozoicznym pod³o¿u. Na urozmaiconej, erozyjnej powierzchni paleozoiku zalegaj¹ platformowe osady triasu. W obszarach wyniesieñ paleo-zoicznych s¹ to epigenetyczne dolomity kruszconoœne, dolomity diploporowe i ilaste osady kajpru (ryc. 2). W ob-ni¿eniach tektonicznych sekwencja osadów triasu jest pe³niejsza (ryc. 3).
W sp¹gu triasu wystêpuj¹ kilkumetrowej mi¹¿szoœci piaskowce i i³owce, które na podstawie cech litologicznych mo¿na zaliczyæ do pstrego piaskowca. Najlepiej udoku-mentowana jest pozycja stratygraficzna dolomityczno--marglistych, morskich utworów retu (Wyczó³kowski, 1978). Ich mi¹¿szoœæ waha siê od 30 do 50 m (Caba³a, 1990). Pierwotnie wapieñ muszlowy by³ zbudowany z ut-worów wapienno-marglistych o mi¹¿szoœci do 100 m.
Dol-ZL 8-19 ZK 8-8 ZK 8-1 0 500m 400 300 200 100
C
D
[m n.p.m.] [m a.s.l.] [m n.p.m.] [m a.s.l.] 400 300 200 100 T2 2 D T1 3 T dk2 S Q T dk2 T1 3 D T dk2 T2 2 T2 1I-II T1 3 T2 1I-II T dk2 T2 1I-II T2 2Ryc. 3. Przekrój geologiczny C-D w obszarze z³o¿a Zawiercie I (lokalizacja na ryc. 1, objaœnienia na ryc. 2) Fig. 3. Geological cross-section C-D in the Zawiercie I ore deposits (for location see Fig. 1, explanation in Fig. 2)
ZL 8-1 Sz-1 ZL 8-19 ZK 8-13 TN-81 TN-229 D D T2 1I-II ZL 8-36 ZL 8-3 T2 2 T dk2 T2 1I-II T dk2 T2 2 T2 1I-II T2 2 T1 3 0 500 m 400 300 200 100
A
B
[m n.p.m.] [m a.s.l.] [m n.p.m.] [m a.s.l.] 400 300 200 100 dolomity diploporowe Diplopora dolomite kajper Keuper T2 2 dewon Devonian ret, dolomity Röt, dolomites D T1 3 wapienie gogoliñskie Gogolin limestone dolomity kruszconoœne Ore-bearing dolomite T2 1I-II T dk2 sylur Silurian S uskoki faults mineralizacja Zn-Pb Zn-Pb mineralization jura dolna Lower Jurassic czwartorzêd Quaternary Q T3 ZL 8-3 otwór wiertniczy boreholeRyc. 2. Przekrój geologiczny A-B w obszarze z³o¿a Zawiercie I (lokalizacja ryc. 1) Fig. 2. Geological cross-section A-B in the Zawiercie I ore deposits (for location see Fig. 1)
na czêœæ to wapienie gogoliñskie, wy¿ej le¿¹ wapienie warstw karchowickich, terebratulowych i góra¿d¿añskich (Alekandrowicz, 1972; Wyczó³kowski, 1978). Znaczna czêœæ wapiennych utworów œrodkowego triasu zosta³a zast¹piona przez epigenetyczne dolomity kruszconoœne w wyniku rozwoju procesów dolomityzacji.
Œrodkowa czêœæ wapienia muszlowego jest wykszta³-cona jako dolomity diploporowe. W górnej czêœci œrodko-wego triasu lokalnie zachowa³y siê dolomityczne warstwy tarnowickie. Na erozyjnej powierzchni triasu oraz dewonu niezgodnie zalegaj¹ ilaste osady kajpru. W rowach tek-tonicznych kajper osi¹ga do 100 m mi¹¿szoœci, natomiast
340 270 280 290 330 320 310 300 480 m 320 m 160 m 0 [m n.p.m.] [m a.s.l.] T2 2 T2 2 D D T dk2 T dk2 15,0 30,0 80,0 180 330 500 800 1500
opornoœæ w³aœciwa ska³ [ m]W W resistivity [ m]
>3000
Ryc. 4. Przekrój geoelektryczny Z-1 w obszarze z³o¿a Zawiercie I (lokalizacja na ryc. 1, objaœnienia na ryc. 2) Fig. 4. Geoelectrical cross-section Z-1 in the Zawiercie I ore deposits (for location see Fig. 1, explanation in Fig. 2)
340 270 280 290 330 320 310 300 [m n.p.m.] [m a.s.l.] 480 m 320 m 160 m 0 15,0 30,0 80,0 180 350 800 1800 3500
opornoœæ w³aœciwa ska³ [ m]W W resistivity [ m]
Z-2
>7000
Ryc. 5. Przekrój geoelektryczny Z-2 w obszarze z³o¿a Zawiercie I (lokalizacja na ryc. 1) Fig. 5. Geoelectrical cross-section Z-2 in the Zawiercie I ore deposits (for location see Fig. 1)
340 270 280 290 330 320 310 300 [m n.p.m.] [m a.s.l.] 15,0 30,0 80,0 180 350 800 1800 3500
opornoœæ w³aœciwa ska³ [ m]W W resistivity [ m] 480 m 320 m 160 m 0
Z-3
>7000Rys. 6. Przekrój geoelektryczny Z-3 w obszarze z³o¿a Zawiercie I (lokalizacja na ryc. 1) Fig. 6. Geoelectrical cross-section Z-3 in the Zawiercie I ore deposits (for location see Fig. 1)
w obszarach zrêbów, obejmuj¹cych tak¿e dewoñskie ele-wacje, jego mi¹¿szoœæ jest zredukowana do kilku metrów. Najm³odszymi utworami mezozoicznymi w obszarze z³o¿a s¹ piaszczysto-ilaste osady jury dolnej, które wystêpu-j¹ w obni¿eniach tektonicznych i le¿¹ niezgodnie na ró¿nych ogniwach górnego triasu. Utwory czwartorzêdu wype³-niaj¹ dolinki rzeczne oraz obni¿enia terenu. S¹ to aluwialne lub deluwialne osady ilaste i piaszczyste.
Z³o¿e rud Zn-Pb Zawiercie
Z³o¿e Zawiercie I podobnie jak inne z³o¿a w obszarze œl¹sko-krakowskim jest zaliczane do typu Mississippi Val-ley (MVT) (Kurek, 1993; Szuwarzyñski, 1996; Heijlen i in., 2003). Geologiczno-górnicze warunki wystêpowania z³ó¿ rud Zn-Pb w rejonie Zawiercia s¹ s³abo poznane, poniewa¿ nie prowadzono eksploatacji w tym rejonie. Mi-neralizacja wystêpuje nie tylko w triasie, okruszcowanie jest zwi¹zane tak¿e z utworami dewonu (ryc. 2 i 3). Mine-ralizacjê w dewonie stwierdzano w otworach wiertniczych zlokalizowanych miêdzy Olkuszem, Siewierzem i Zawier-ciem (Œliwiñski, 1964; Kurek, 1988).
W z³o¿ach œl¹sko-krakowskich przewa¿aj¹ca czêœæ mi-neralizacji bilansowej wystêpuje w triasie. Stopieñ roz-poznania mineralizacji MVT w paleozoiku jest znacznie s³abszy ni¿ w pokrywowych utworach mezozoicznych. W po-cz¹tkowych okresach dokumentowania z³ó¿ nie uwzglêd-niano mo¿liwoœci wystêpowania mineralizacji w dewonie, dlatego po przewierceniu triasu najczêœciej nie kontynu-owano rozpoznania. Dotychczas nie prowadzono eksplo-atacji z³o¿a Zn-Pb w górotworze dewoñskim. Z tego wzglê-du trudne jest okreœlenie warunków górniczych i wartoœci przemys³owej gniazd rud wystêpuj¹cych w dewonie. Okruszcowane utwory dewoñskie zalegaj¹ p³ytko, na podobnych poziomach hipsograficznych jak utwory triasu (ryc. 2). Cia³a rudne najczêœciej lokuj¹ siê w przypo-wierzchniowych strefach elewacji dewoñskich (Kurek, 1988), maj¹ skomplikowan¹ geometriê, czêsto ich rozmia-ry pionowe s¹ wiêksze ni¿ poziome. Nie maj¹ typowej budowy z³ó¿ œl¹sko-krakowskich (Kurek, 1993). Widoczny jest ich zwi¹zek ze strefami epigenetycznej dolomityzacji rozwiniêtymi wzd³u¿ systemów krasowych, stref tekto-nicznych i makroporowatych.
Jakoœæ rud wystêpuj¹cych w z³o¿u Zawiercie I jest czê-sto lepsza ni¿ w obecnie eksploatowanych z³o¿ach Pomo-rzany i Trzebionka. Œrednie zawartoœci cynku w bilan-sowych rudach wynosz¹ ok. 6%, o³owiu ok. 2,5%, a zawar-toœci ¿elaza s¹ niskie — ok. 2,7%. Cia³a rudne osi¹gaj¹ mi¹¿szoœci do 13 m, œrednio ok. 4 m (Kurek, 1994). Udzia³ minera³ów siarczkowych Zn-Pb-Fe w rudzie jest znaczny i œrednio wynosi 15,8% wagowych, a minera³ów utlenio-nych 3,92% (Caba³a, 2000).
Wyniki badañ geofizycznych
Opór elektryczny ska³ zmienia siê w bardzo szerokich granicach i zale¿y od wielu czynników, z których najwa-¿niejsze to: sk³ad mineralny ska³, obecnoœæ przestrzeni porowych oraz ich wype³nienie. Zmiany oporu ska³ okre-œlone w profilach 2D zosta³y skorelowane z danymi geo-logicznymi zamieszczonymi w profilach otworów wiertni-czych (ryc. 4).
Dla ka¿dego profilu geofizycznego wykonano dwa przekroje geoelektryczne — dla uk³adu Schlumbergera oraz dipolowego. Uk³ad dipolowy jest bardziej czu³y na zmiany oporu w kierunku horyzontalnym (Rudzki, 2002). Interpretacjê wyników oparto g³ównie na badaniach w uk-³adzie dipolowym. Przekroje geoelektryczne Z-1, Z-2, Z-3 (ryc. 4, 5, 6) przedstawiaj¹ rozk³ad oporu w rejonie wypiê-trzonych utworów dewonu. Wartoœci oporu w³aœciwego ska³ wahaj¹ siê w granicach od kilkunastu do kilku tysiêcy omometrów.
Rozk³ad wartoœci oporu ska³ zobrazowany na profilu Z-1 (ryc. 4) i Z-2 (ryc. 5) nie wskazuje na istnienie wyraŸ-nej budowy warstwowej. Jedynie ilaste utwory kajpru oraz rezydualne zwietrzeliny wapieni dewoñskich maj¹ opór
ni¿szy od 80Wm i wykazuj¹ warstwowe u³o¿enie.
Nisko-oporowa warstwa zwi¹zana z utworami ilastymi ma mi¹¿-szoœæ 2–5 m w obszarach elewacji dewoñskich i ponad 20 m na ich sk³onie.
Na przekrojach bardzo wyraŸnie zaznacza siê relief wapienno-dolomitycznych elewacji dewoñskich, wartoœci
oporu przekraczaj¹ 300 Wm. W obrêbie wêglanowych
utworów dewonu i triasu wystêpuj¹ horyzontalnie u³o¿one strefy nisko- i wysokooporowe, których obecnoœæ mo¿e byæ zwi¹zana ze zró¿nicowanym zawodnieniem spêkane-go i skawernowanespêkane-go oœrodka skalnespêkane-go. Strefy te w zale-¿noœci od zawodnienia mog¹ byæ wysoko- b¹dŸ nisko-oporowe w stosunku do t³a. Na 150 metrze profilu Z-1 oraz 270 metrze profilu Z-2 dobrze widoczne s¹ prawie piono-we, niskooporowe strefy rozdzielaj¹ce bloki wysokoopo-rowe (ryc. 4 i 5). Z rozpoznania geologicznego wynika, ¿e obraz ten jest skutkiem istnienia zawodnionych stref usko-kowych. Na 290 metrze profilu Z-1 (ryc. 4) od g³êbokoœci ok. 50 m wyraŸnie zaznacza siê strefa niskooporowa. Jej wystêpowanie mo¿e byæ zwi¹zane z bilansow¹ mineraliza-cj¹ siarczkow¹ udokumentowan¹ w otworze wiertniczym ZL 8-19 (ryc. 3).
Inny model geoelektryczny uzyskano w profilu Z-3 (ryc. 6). Widaæ w nim czyteln¹ strefowoœæ pionow¹, co znajduje uzasadnienie w budowie geologicznej. Profil ten zosta³ wykonany w skrzydle zrzuconym uskoku obcina-j¹cego dewoñskie wypiêtrzenie (ryc. 1). Rozk³ad oporno-œci wskazuje, ¿e mi¹¿szoœæ utworów ilastych kajpru prze-kracza 20 m i roœnie na sk³onie elewacji. Strefa wysoko-oporowa (ryc. 6) jest zwi¹zana ze ska³ami wêglanowymi o stosunkowo jednorodnej budowie. Utwory wystêpuj¹ce w skrzydle zrzuconym uskoku s¹ s³abiej spêkanie i skawer-nowane. Izolacja od powierzchni przez nieprzepuszczalne utwory ilaste zmniejsza stopieñ zawodnienia oœrodka skal-nego, co wp³ywa na zwiêkszenie oporu.
Wnioski
W zastosowanych warunkach pomiarowych uzyskano prospekcjê pomiarów geofizycznych do g³êbokoœci 50 m. P³ytkie zaleganie wêglanowych utworów dewonu i triasu oraz ma³y opór warstw przypowierzchniowych pozwoli³y na uzyskanie wiarygodnych wyników. Geoelektryczny model oœrodka skalnego jest zgodny z budow¹ geologiczn¹ zinterpretowan¹ na podstawie danych z otworów wiertni-czych. Wyniki badañ w uk³adzie Schlumbergera oraz dipo-lowym s¹ do siebie bardzo zbli¿one. Na obrazach oporu w³aœciwego szczególnie dobrze jest widoczna granica
pomiêdzy ilastymi osadami kajpru oraz dolomitami dewoñ-skimi i triasowymi. W triasowym i dewoñskim górotworze trudno wydzieliæ pakiety ska³ o zbli¿onej opornoœci, które mog³yby odpowiadaæ okreœlonym jednostkom litostraty-graficznym. Ska³y triasu i dewonu wykszta³cone jako ró¿-ne typy dolomitów i wapieni z miró¿-neralizacj¹ siarczkow¹ maj¹ podobny opór w³aœciwy, a na lokalne zmiany tego parametru du¿y wp³yw maj¹: porowatoœæ, szczelino-watoœæ, stopieñ wype³nienia porów wod¹ oraz sk³ad mine-ralny. Na przekrojach elektrooporowych wyró¿niaj¹ siê miejsca, które mog¹ byæ interpretowane jako strefy usko-kowe lub pogrzebane systemy krasowe. Zaburzona przez tektonikê, kras i erozjê budowa geologiczna znajduje odzwierciedlenie w skomplikowanym rozk³adzie oporno-œci (ryc. 4 i 5). Brak uskoków i horyzontalny uk³ad warstw zosta³y potwierdzone przez warstwowy rozk³ad wielkoœci oporu ska³ (ryc. 6).
WyraŸna anomalia niskooporowa widoczna w dolnej czêœci profilu Z-1 mo¿e byæ zwi¹zana z mineralizacj¹ siarczkow¹, udokumentowan¹ w otworze ZL 8-19. G³êbo-koœæ i morfologia stropu dewonu oraz wystêpowanie stref uskokowych mog¹ byæ bardzo dok³adnie okreœlone na pod-stawie wyników badañ geofizycznych skorelowanych z da-nymi geologiczda-nymi. Analiza przekrojów geofizycznych, a w szczególnoœci ich szersza interpretacja w obrazach 3D, pozwoli na uzyskanie wielu dodatkowych informacji, któ-re zwiêksz¹ stopieñ geologicznego rozpoznania góro-tworu. Ju¿ na podstawie wstêpnych badañ inwersyjnego obrazowania oporu jest mo¿liwe okreœlenie k¹tów nachy-lenia uskoków, szerokoœci stref uskokowych oraz mi¹¿szo-œci pokryw zwietrzelinowych.
Stwierdzenie wystêpowania niskooporowych anomalii koreluj¹cych siê z bilansowymi cia³ami rudnymi uzasadnia celowoœæ prowadzenia dalszych badañ geofizycznych nad p³ytko zalegaj¹cymi z³o¿ami rud Zn-Pb. Zastosowanie d³u¿szych profili pomiarowych w nastêpnych etapach badañ zwiêkszy g³êbokoœæ prospekcji geofizycznej, co powinno umo¿liwiæ zlokalizowanie p³ytko zalegaj¹cych gniazd rud Zn-Pb. Projektowane s¹ profile prostopad³e do g³ównej strefy uskokowej dziel¹cej obszar z³o¿a Zawiercie I i II (ryc. 1) oraz badania z wykorzystaniem metod po-laryzacji wzbudzonej. Zadaniem planowanych badañ jest przetestowanie metod geoelektrycznych jako narzêdzia wstêpnego rozpoznania p³ytko zalegaj¹cych cia³ rudnych, okreœlenia przebiegu stref uskokowych oraz morfologii stropu utworów paleozoicznych.
Literatura
ALEKSANDROWICZ S.W. 1972 — Stratygrafia dolomitów kruszco-noœnych w okolicy Zawiercia. Rudy Metale, 17, 2: 58–60.
BAINES D., SMITH D.G., FROESE D.G., BAUMAN P. & NIMECK G. 2002 — Electrical resistivity ground imaging (ERGI): a new tool for mapping the litology and geometry of channel-belts and velley-fills. Sedimentology, 49: 441–449.
BATAYNEH A.T. 2001— Resistivity imaging for near-surface resistive dyke using two dimensional DC resistivity techniques. J. Appl. Geo-phys., 48: 25–32.
BERESNEV I.A., HRUBY C.E. & DAVIS C.A. 2002 — The use of multi-electrode resistivity imaging in gravel prospecting. J. Appl. Geo-phys., 49: 245–254.
BU£A Z., JACHOWICZ M. & ¯ABA J. 1997 — Principal characteri-stics of the Upper Silesian Block and Malopolska Block border zone (southern Poland). Geol. Mag., 134 (5): 669–677.
CABA£A J. 1990 — Wystêpowanie okruszcowania Zn-Pb w rejonie wypiêtrzonych utworów paleozoicznych na SW od Zawiercia. Zesz. Nauk. PŒl, 190: 211–224.
CABA£A J. 1996 — Active mode of tectonic deformation of Sile-sian-Cracovian Zn-Pb ore mine area. Tectonophisic of Mining Areas. Pr. Nauk. UŒl, 1602: 65–78.
CABA£A J. 2000 — Jakoœæ oraz wtórne zmiany chemizmu rud Zn-Pb w olkuskim rejonie z³o¿owym. Gosp. Sur. Miner., t. 6 (1): 117–141. CABA£A J. 2002 — Geological structure and physical features of rock mass in Zawiercie Zn-Pb ore region. Publ. Inst. Geoph. Pol. Acad. Sc., M 24 (340): 195–203.
CABA£A J. & TEPER L. 1990 — Testowanie przesuwczego charakte-ru NE granicy GZW na podstawie badañ stcharakte-rukturalnych w rejonie Zawiercia. [W:] III Konferencja nt. Postêp naukowy i techniczny w geologii górniczej wêgla kamiennego. GIG, Katowice: 96–108. HEIJLEN W., MUCHEZ P.H., BANKS D.A., SCHNEIDER J., KUCHA H. & KEPPENS E. 2003 — Carbonate-hosted Zn-Pb deposits in Upper Silesia, Poland: origin and evolution of mineralizing fluids and constraints on genetic models. Econ. Geol., 98: 911–932. JOCHYMCZYK K., CABA£A J. & PORÊBA A. 2006 — Application of resistivity imaging to recognition of geological structure in the area of shallow Zn-Pb ore bodies. Acta Geodyn. Geometr., 3 (143): 131–138.
KUREK S. 1988 — Prawid³owoœci wystêpowania mineralizacji Zn-Pb w utworach m³odszego paleozoiku NE obrze¿enia Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. Prz. Geol., 7: 396–400.
KUREK S. 1993 — Problems of modeling of Zn-Pb ores of the Missis-sippi Valley-type in the sediments of Younger Paleozoic. Kwart. Geol., 37: 147–155.
KUREK S. (red.) 1994 — Dodatek nr 4 do dokumentacji geologicznej z³o¿a rud Zn-Pb Zawiercie. Obszar Zawiercie Wschód w kat. C-1. (nie-publ.). MOŒZNiL, Przedsiêbiorstwo Geologiczne SA, Kraków. LOKE M.H. 1999 — Electrical imaging surveys for environmental and engineering studies. A practical guide to 2-D and 3-D surveys. www.geoelectrical.com.
OLAYINKA A.I. & YARAMANCI U. 2000 — Use of block inversion in the 2-D interpretation of apparent resistivity data and its comparison with smooth inversion. J. Appl. Geophys., 45: 63–81.
REPRESAS P., MONTEIRO SANTOS F., MATEUS A., FIGUEIRAS J., BARROSO M., MARTINS R., NOLASCO DA SILVA M., OLIVEIRA V. & MATOS J.X. 2005 — A case study of two and three-dimensio-nal inversion of dipole-dipole data: the Enfermarias Zn-Pb (Ag, Sb, Au) prospect (Moura, Portugal). Near Surface Geophysics, 3(1): 21–31.
RUDZKI M. 2002 — Zastosowanie metody tomografii elektrooporo-wej do wykrywania podziemnych obiektów antropogenicznych. Publ. Inst. Geoph. Pol. Acad. Sc., M 25: 195–210.
SUZUKI K., TODA S., KUSUNOKI K., FUJIMITSU J., MOGI T. & JOMORI A. 2000 — Case studies of electrical and electromagnetic methods to mapping active faults beneath the thick quaternary. Eng. Geol., 56: 29–45.
SZUWARZYÑSKI M. 1996 — Ore bodies in the Silesia-Cracow Zn-Pb ore district, Poland. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 154: 9–24. ŒLIWIÑSKI S. 1964 — Przejawy mineralizacji kruszcowej w utwo-rach dewoñskich i triasowych obszaru siewierskiego. Rocz. Pol. Tow. Geol., 34, 1-2: 151–190.
WYCZÓ£KOWSKI J. 1978 — Osady triasu dolnego i œrodkowego. [W:] Paw³owska J. (red.) Poszukiwanie rud cynku i o³owiu na obszarze œl¹sko-krakowskim. Pr. Inst. Geol., 83: 79–104.
¯ABA J. 1996 — PóŸnokarboñska aktywnoœæ przesuwcza strefy granicznej bloków górnoœl¹skiego i ma³opolskiego. Prz. Geol., 2: 173–180.
Praca wp³ynê³a do redakcji 13.4.2007 r. Akceptacja do druku 17.7.2007 r.
