Przyczyny występowania podwyższonych naprężeń w otoczeniu uskoków normalnych

ZESZ Y TY N A U KO WE P O L I T E C H N I K I SŁfrSKIEJ Seria: GÓR NI C TW O z. 87

________ 1977 N r kol. 558

Antoni GOSZCZ

P R Z Y C Z Y N Y W Y S T Ę P O W A N I A P O D W Y Ż S Z O N Y C H N A P R Ę Ż E Ń W O T O C Z EN IU U S K O K Ó W N O R M A L N Y C H

S t r e s z c z e n i e : Omów i on o t e kt on ofizyczne p r z y c z y n y w y s t ęp ow an i a na­

p r ę ż e ń w sąsie d zt wi e uskoków normalnych, u w z g lę dn ia j ąc poziome i pion ow e r u c h y n e o t e k t o n l c z n e , napręże n ia re s id u a l n e i poziome r o z ­ pierania, w y n i k a j ą c e z p r z e m ie sz cz a ni a się mas skalnych. Na p o d s t a ­ w ie dokonanej a n a l i z y poda no sch em a ty cz ni e w jaki sposóh poszc z e­

gólne z jawiska mo gą wpły wa ć na stan napręże ni a i o dkształcenia w o- t oczeniu uskoków.

O bs z ar Gó r no śl ąs k ie go Z agłębia W ę g l o we go (GZW) n al e ży do rejonów obfi­

tujących w duż ą ilość z aburzeń tektonicznych, p r z y czym p r z e wa ża ją c a część tych zab ur ze ń to uskoki, nie tylko ut r ud n i a j ą c e p ro wa dz e ni e robót górni­

czych, lecz r ó w n ie ż w pł yw a j ą c e w b ar dz o i s to t ny sposób na b ez p ie cz eń s tw o p ra cy w górnictwie. Znane są p rz ypadki w d ar ć w o d y przez s z c z e li n y uskoków, zawały p r z y p r z e c h o d z e n i u przez uskoki, trudności z u t r z y m a n i e m s t ropu w w y r o b i s k a c h g ór ni c z y c h p r o w a d z o n y c h w s ąs iedztwie uskoku.

W os ta t ni ch l atach coraz częściej zwraca się uwagę na zagrożenie tąpa­

niami związane z p r o w a d z e n i e m robót w są s iedztwie uskoków. Jak wy kazuje praktyka, tąpania w y s t ę p u j ą nie p r z y w s z y s t k i c h uskokach: znane są zarów­

no usko ki "spokojne", jak i zd ec y dowanie groźne (strefa u s k o k u k ł o dn i c- kiego na obszarze kop al ni "Wujek").

Dotych cz a s nie w yj aś n i o n o w w y s t a r c z a j ą c y s p osób tego star.u, p r z y j m u ­ jąc na po ds ta w ie obserwacji, że pewne u s k ok i oddziaływują, a pewne nie.

Brak jest jednak obie kt yw n yc h kryteriów, które u m o ż l i w i ł y b y pr og no z ę zja­

w is k g e o d y n a m i c z n y c h i g eo me chanicznych, w miarę zbliżania aię do szczeliny uskoku.

P r o b l e m w p ł y w u szczelin uskoków na stan naprę że ni a i o dkształcenia w 3kałaeh znaj d uj ąc yc h się .w ich b e z p o ś r e d n i m są siedztwie został w ł ą cz o ny do tematyki nauk o wo -b ad a wc ze j In st ytutu Techniki E ks pl o a t a c j i Złóż P o l i ­ techniki Śląskiej w Gliwicach. W p r a c y niniejszej podj ęt o próbę u s y s t e m a ­ t yzowania pojęć związa ny ch 1 tym p r o b l e m e m oraz w s k a za n ia przyczyn w y s t ę ­ p owania p o d w yż sz o ny ch n ap rę ż e ń w są siedztwie uskoków.

1. E l e m e n t y tektoniki G ZT

Te k tonika G ZW była p r z e d m i o t e m dł ug o l e t n i c h badań. W i ę k s z oś ć z nich w yk on a n o w p r a w d z i e w celu w y j aś ni en i a b u d o w y geologicznej złóż węgla, nie­

mniej d o s t a r c z y ł y one w i e l u w a ż n y c h inform ac ji o p r o c e s a c h d i as tr of i cz - nych, z a ch od zą c yc h w p r ze sz ł o ś c i na obszarze GZW.

U t w o r y k a r b o n u p r o d uk ty wn e go osa dz ił y się w trakcie or o ge ne zy waryscyj- skiej na silnie s k on so l i d o w a n y m p o ł o ż e n i u p r e k a m b r y j s k i m i dewońskim. W a statniej fazie tej orogenezy, fazie saalskiej zwanej czasami potocznie fazą odprężenia, p o w s t a ł o w i ę k s z o ś ć usko kó w o k r eś l an yc h dziś przez geolo­

gów Jako u sk ok i karbońskie.

O dn ow ie n ie ru chów t e k t o n ic zn yc h nas tą p ił o w trwającej do dziś orogene­

zie alpej sk i ej . P o w s t a j e w tym okresie s z er e g uskoków, głównie trzecio­

rzędowych, n a k ł a d a j ą c y c h się na istniejące zaburzenia karbońskie. Dzisiej­

sza tektonika G Z W Jest w i ę c silnie skomplikowaną, co utr ud ni a w znacznym stop ni u w s z el ki e a n a l i z y i ro zw aż a n i a z d z i e d z i n y tektonofizyki, tym b a r ­ dziej, że b u do w a g e ol og ic z na gł ęb ok i eg o podł oż a nie została jeszcze do­

k ładnie zbadana.

P r o c e s y d i a s t r o f i c z n e , zachodzące na obszarze GZW, d op r ow a d z i ł y do u- kszt a łt ow an i a się c h ar a k t e r y s t y c z n y c h stref z p r z e wa gą za bu r ze ń tektonicz­

n yc h okreś lo ne g o typu. W części północnej, a sz czególnie w nlecoe głównej, w y s t ę p u j ą pr awie w y ł ą c z n i e zaburzenia typu dy sj un ktywnego. Na jbardziej ty­

powe zaburzenie dla tego rejonu, to u s k o k normalny.

W typo w ym u s k o k u normalnym, p o w s t a j ą c y m w litosferze w w y n i k u w z r os t u n a p r ęż e ń s t y c z ny ch ponad w y t r z y m a ł o ś ć s k ał y na ścinanie, wyr óż ni a się ele­

m e n t y p o k a z an e na rys. 1.

C ec hą c ha ra k t e r y s t y c z n ą u s k ok ów n or m a l n y c h jest odchylenie po wierzchni u s k o k u w k i e r u n k u s krzydła zrzuconego K U Us koki normalne wy s tę p u j ą c e na terenie G Z W to w przeważa j ąc ej części taw. uskoki kruche powsta ją ce w k o ń ­ cowym sta di um od k sz ta łc e ni a sprężystego, o kącie nachyle ni a powierzchni uskokowej 4 5 ° - < « 90°.

2. P r z y c z y n y z m i an y r o z k ł ad u n ap r ę ż e ń w sąsiedztwie uskoków

P r o w a d z ą c r o b o t y g órnicze w p o b l i ż u szczelin us kokowych, obserwuje się s z e r eg zjawisk. N i e k tó r e z n ic h w s k a z u j ą istnienie p o d w yż sz on y ch naprężeń, a inne na całkowite odprę że ni e górotworu. M e c h a ni z m tych zjawisk nie zo­

stał wyja śn i on y, a zmianę r o z k ł a d u n a pr ę ż e ń w p o b l i ż u uskoków tłumaczy się w y s t ę p o w a n i e m bliżej n i e o k r e ś l o n y c h n ap rę ż e ń p oc h od z e n i a tektonicznego.

W p r a c y niniejszej do k on an o p r ó b y ust al en i a p rzyczyn p o w od uj ą cy ch zmia­

ny w r o zk ła d z i e n a p r ę ż e ń w s ą siedztwie usko kó w normalnych.

P r z y c z y n y w y s t ę p o w a n i a p o d w y ż s z o n y c h naprężeń.. 45

/

Z - zrzut S - rozstęp uskoku

Cj - kat zbiegu uskoku ( kąt ostry pomiędzy powierzchnią uskoku a powierzchia utawiconia)

e C -k a t nachylenia uskoku ( kąt ostry pomiędzy powierzchnią uskoku a ptaszczyzną poziomą)

R y s . 1

J a k w y k a z u j e w s t ę p n a a n a l i z a , z m i a n y te m o g ą powodować' nast ęp uj ą ce p r z y ­ czyny:

- pozio m e naciski tektoniczne, - pion ow e r u c h y podłoża,

- p o z i om e r o zp ie r a n i e spow od ow an e p r z e m i e s z c z e n i e m się mas s k a l ny ch wzdłuż p ow ie rz c hn i uskoku,

- r es id u a l n e (szczątkowe) n ap r ęż e n i a tektoniczne.

Każda z w y m i e n i o n y c h wyżej prz yc zy n może spowodować o k re ślone zm iany n a ­ p r ę ż e ń w s ą s ie dz tw i e u s k o k u normalnego.

2.1. Poziome naciski tektoniczne

W y s t ęp ow an i e po z io m y c h n acisków tek to ni c zn yc h ma miejsce z. zasady p o d ­ czas ruchów g ór o twórczych. Naciski te pro wa dz ą do fałdowań ,p o ws ta ni a usko­

ków o d wr óc on y ch itd.

Szczelina u s k o k u stanowi pow ie r zc hn ię nieciągłości, w z d łu ż której spój­

ność w e w n ę t r z n a s ka ły jest n ar u sz on a i moż e w y n o s i ć nawet zero.

¿ i* - poziome napreżęnie tektmiczne px -poziome nopreżenie Izostatyczne (T ) - skrzydło zrzucone uskoku

0 -s k rz y d ło wiszące uskoku

0 - powiechrtk) uskoku

R ys . 2

Jeżeli na h l o k li to st r ef y ■ u s k o k i e m normalnym, działa p o z i o m y nacisk t ek toniczny (naprężenia 6 ^ ) , wówcz as na p owierzchni u s k o k u w y s t ą p i ą si­

ły dążące do p r z e m i es z cz en ia w z g l ę d e m siebie skrzydeł u sk ok u (rys. 2).

Siły te p o w o d uj ą w z r o e t n a p r ę ż e ń p o z i o m y c h S^.

N apręż en i a pionowe (az , w z r o s n ą w skrzydle wiszącym-, zmaleją natomiast w skrzydle zrzuconym.

P r z y c z y n y w y s t ę p o w a n i a p o d w y ż s z o n y c h naprężeń». 4-7

T ektoniczne pole n a p rę że ń p r z y r ó ż n y c h n a c i s k a c h p o z i o m y c h hyło badane przez W. H a fn er a [6], kt ór y w o p a r ci u o teorię sp rę ż ystości w y z n a c z y ł tra­

jektorie n a p rę że ń g ł ó w ny ch w b l o k u l it os f er y p o d d a n e m u na ci skowi p o z i o m e ­ mu. W. H a f n e r d o ko na ł ki lk u o b li c z e ń pr zy jm u ją c r ó żn e stosunki wymiarów b lo ku (długość i w y s o k o ś ć ) . Z b a d a ń p r z e p r o w a d z o n y c h przez tego autora w y ­ nika, że w a r t oś ć n a p r ę ż e ń t e k t o ni cz n yc h m aleje z o d l eg ło ś ci ą od miejsca p rzyłożenia nacisku.

W w a r u n k a c h G Z W p o z i o m y n a c i s k tekto ni c zn y może być zw ią za n y jedynie z orogenezą alpejską, co oznacza, że naciski poziome mo gą dzia ł ać tylko w k ierunku NW. P r z y u w z g l ę d n i e n i u tego k i e r u n k u i rezult a tó w b a d ań W. H a f ­ nera najwię k sz e n ap rę ż en ia w są siedztwie usko kó w w i n n y wys tą pi ć w p oł ud ­ n io wo-wschodniej części GZW, tj. główn i e na obszarze k o pa l ń J aw or znicko- M ik oł ow sk i eg o Zjednocz en i a. W pa rtii tej w y s t ę p u j e szere g uskok ó w w o d o ­ nośnych, k t ó r y c h s z c z e li ny w y p e ł n i o n e są b r e k c j ą te ktoniczną i luźny m drua- gotem skalnym, co budzi zasadnicze w ą t p l i w o ś c i odnośnie m oż li wo ś ci w y s t ę ­ powania p o z i o m y c h n acisków tektonicznych.

Naci sk i te p o w i n n y po wo dować za my kanie się szczelin uskoków, szczególnie tych, który ch s z c z el in y u sy t uo w a n e są w p r z y b l i ż e n i u prost o pa dl e do k ie­

r un ku nacisku.

N a l e ż y do datkowo po dkreślić, że u t w o r y karbo ń sk ie i młods ze zalegają na sztywnym, silnie s k o n s o l i d o w a n y m p o d ł o ż u z b ud o wa ny m z w ar st w prekam- b r y j s ki ch i dewońskich, t wo r zą cy m swojego r o d za ju p łytę oporową, której istnienie w z n a cz ny m s t o pn iu o gr a nicza m o ż l i w o ś ć w ys t ęp o w a n i a p r z e m i e s z ­ czeń p o z i o m y c h w z a l e g a j ą c y c h wyżej w a r s t w a c h karbońskich.

2.2. P i o no we r u c h y tektoniczne

P i o n o w e r u c h y t ek toniczne za ch od z ą w w y n i k u w y p i ę t r z a n i a się lub obni­

żania głębok ie g o podłoża. Pomimo sztyw n oś ci tego podłoża, zjawisko to m o ­ że m i e ć c ha rakter lokalny. J a k w y k a z a ł A. Sanford [12] , dla p ow stania u - skoków w b l o k u l i t o s f e r y o g rubości 5 km w y s t a r c z y w y p i ę t r z e n i e 3 t7 m.

Biorąc pod uwagę, że p o w s t an ie uskoku, związane jest z o s ią gn i ęc ie m stanu kryt yc z ne go przez napręż en ia staje się oczywistym, że prz yr o st na prężeń s powodować m o g ą już ba rdzo ma ł e r u c h y podłoża.

R u c h y pion ow e na terenie G Z W to pr-zede w s z y s t k i m obniżenie się. Z j a ­ w i s k o to ba d ał Z. K o w a l c z y k [11] , analiz uj ą c w y ni k i o b n iż eń powie rz ch n i GZW, zarejes t ro wa ne po mi a ra mi ge odezyjnymi. Z pom ia r ów tych wynika, że w o bs za r ac h z a b u r ze ń tektonicznych, obniżenia są r e l at yw ni e w iększe. W y j a ś ­ nienie tego zjawiska w y m a g a d a l s zy c h badań, lecz p o t w i e r d z a j ą je rów ni eż inne obserwacje. Np. stwierdzono, że spadek h y d r a u l i c z n y W is ły i Od r y jest nieregularny, co może w s k a z yw ać na istnienie ruchów t ek to n icznych na obszarze m i ę d z y r z e e z a [11] .

D rugim z j aw is ki e m w s k a z u j ą c y m na obniżenie się p o d ł o ż a jest prze su w an ie się cieków p o w i e r z c h n i o w y c h do szczelin d użych usko kó w [9] .

M e c h an i zm pows t aw an ia uskolców i tektoniczne pole n a p rę że ń p r z y ruchach pi o no wy ch g łębokiego podłoża b adali A. Sanford 0 1 ] , E. Cloos 0 ] a ostat­

nio również M. GzowskiJ [5]. Jak w y n i k a z tych badań, rozkład pola n a p r ę ­ żeń tektonicznych w takich p r zy pa dk a ch Jest nieregularny. W w y p ię tr z an ym b l o k u li to s fe ry ist n ie ją obszary, w k t ó r y c h obserwuje się w z r o s t składo­

wej poziomej napręże ni a oraz obszar, w któr yc h składowa ta Jest m niejsza od p x , tj. w a r t o ś c i naprężenia p o z i om eg o w stanie litostatycznym.

W świetle p ow y żs z y c h u w a g staje się oczywistym, że w bl o ku litosfery p oc ię ty m uskokami i p r ze m ie sz cz a ją cy m się w kie r un ku pionowym, powstaną strefy, w k t ó ry ch za znaczy się zwyżka naprężeń. W sąsiedztwie uskoku, sta­

nowiącego powierzchnię nieciągłości w górotworze, podczas nierówno mi er n e­

go obniżania się obyd wu skrzydeł, różnice w ilości ruchu skrzydła w i s z ą ­ cego i skrzydła zrzuconego (rys. 3) m us zą p ro w ad zi ć do zmian war t oś ci pia­

n owych naprężeń. W efekcie na l i t os t at yc zn ą s kładową p o z i o m ą naprężenia nakłada się składowa &x , powsta ją ca w w y n i k u nierównom ie rn e go osiadania skrzydeł uskoku. Wy padkowe naprężenie poz i om e w y ra zi się przez zależność

G

i G

X X

Wartość G x zależy od w i e l u czynników, takich Jak np.: wz gl ę dn eg o prze­

m ieszc z an ia się pionowego s krzydeł uskoku, nachylenia uskoku, odkształ- calnoścl skał w Jego sąsiedztwie, obecność płynó w po ro wy ch itd.

Zasadnicze trudności w u s t a l e n i u związku pom ię d zy p r ze mi es z cz an ie m się w arstw k a r bo ńs ki c h w kie ru n ku pionowym, a w z r o s t e m lub sp adkiem na prężeń w otoczeniu uskoków, po le g a j ą na br ak u w y c z e rp u ją cy ch obserwacji obniżeń terenu, braku informacji o aktualnej rzeźbie stropu głębokiego podłoża, a także braku obiek t yw ny ch d a n yc h odnośnie zjawisk geodyn am lc z ny ch i geome- c ha nicznych z ac ho dzących w w yr o b i s k a c h górnic zy ch znajdujących się w są­

siedztwie uskoków. Wydaj e się Jednak być możliwym, że w opar ci u o analizę tektonicznego pola n aprężeń w da ny m rejonie GZW oraz obserwacje górnicze będzie można podać pr zy bl i ż o n ą p rognozę zjawisk, Jakie mo gą się ujawnić p r z y z bl i żaniu się r o bo t ą gó rniczą,do uśkoku. P r o b l e m ten uła tw ia w znacz­

n ym stopniu fakt, że n ie równomierne przem ie s zc ze ni a się gó ro t wo ru mogą mieć miejsce głównie w sąsiedztwie uskoków o d uż ym zrzucie.

2.3. Poziome r o zpieranie spowodowane przem i es zc za n ie m się mas skalnych w z d ł u ż powierzchni u sk ok u

Zagadnienie to wi ąż e się po średnio z prob le ma t yk ą po pr zedniego podroz­

działu. Istotną różnicę stanowi pr zyczyna r uc h u mas. P op rz e dn io omawiano r uc h mas w y m u s z o n y p rz e z sljty tektoniczne. Tutaj p r o b l e m Jest nieco inny:

r uc h mas odbywa.się w y ł ą c z n i e pod w p ł y w e m siły ciężkości.

P r z y c z y n y w y s t ę p o w a n i a po dw yż s z o n y c h naprężeń... 49

b). Obniżanie sie podłoża pod skrzydłem wisza.cym Strop podłoża pod warstwami karbonu

Rys. 3

P ow stanie u s k o k u n ormalnego związane Jest z w y d ł u ż e n i e m się pewnego e le me nt u litosfery, spow o do wa ny m p rz e mi e s z c z e n i e m się skrzydła zrzuconego w dół, w z d ł u ż p ow ie rz c hn i uskoku, nachylonej do p o z i o m u pod k ątem około 60°. N a s kutek tego p rz emieszczenia, p ow st a j e poz io m e rozp i er an ie p r o w a ­ dzące do p o w s ta n ia n a p r ęż eń p o z i o m yc h S x , n a k ł a da ją cy c h się na n a p rę że ­ nia l it ostatyczne. N a pr ęż e n i e 6^ a P x + osiąga n ajwiększe wartości w p o b l i ż u s zc ze l in y uskoku. Pr ób y obliczenia tego naprężenia doko na ł E. Der- m i e t z e l C2l w o p ar c iu o teorię sprężystości. N a l e ż y Jednak podkreślić, że p r o b l e m ten Jest b a rd zo skomplikowany, gdyż p r z y r u ch u u s k o ko w ym nas tę pu ­

je szybki w z r o s t poziomej składowej naprężenia, p r o w a d z ą c y do zahamowania tego ruchu. Stąd też dla powstania d u ży ch uskoków, k on ieczne Jest rozci ą­

ganie w k ie ru n k u poziomym, kompensujące w zr os t po ziomego rozpierania. Tym

też mo ż na tłumaczyć znacznie częstsze w y st ęp ow a ni e d y n a mi cz n yc h przejawów c iś nienia g ó r o t w o r u w są siedztwie usk ok ów o n ie wi el k im zrzucie n iż przy u s k o ka c h dużych.

2.4. Residualr.e napręż e ni a tektoniczne

J ak w y k a z a ł D. Griggs [4] w s z y s t k i e skały p o s i a d a j ą w. w i ę k sz ym lub m n i e j s z y m stopniu w ł a s n o ś c i reologiczne. W ł a s n oś ci te p os ia d aj ą również skały karboń sk ie [8], Wi ę ks z o ś ć skał l itych w y k a z uj e wł a sn oś ci ciała Max- w e l l a (ciała s p r ę ż y s t o - l e p k i e ) , którego cechą c h a ra kt e ry st yc z ną Jest r e ­

laksacja naprężeń. Czas k o n i e c z n y dla zrealiz ow an i a n ap rę ż e ń Jest bardzo trudny do określenia i z ależy głównie od lepkości skały.

P a r a m e t r ten obliczono w i el ok r o t n i e na p o ds tawie b a d a ń laboratoryjnych i obserwacji terenowych i ustalono, że w w a r u n k ą c h no r ma l n y c h dla skał o- s ad ow yc h wynos i około 1021 + 10*"^ pauzów [5]. Uwzględ n ia ją c r e z u l t at y b a ­ d a ń la b or a t o r y j n y c h i terenow yc h mo żn a obliczyć, że czas ni ez bę d ny do zre­

l ak so wa n ia n a p r ę ż e ń w s k a ła ch może w y n o s i ć kil ka d zi es ią t mil io nó w lat, co oznacza, że i stnieje real na możliwość u t r zy my wa n ia się w w a r s t w a c h kar- b o ń s kl c h n a p r ę że ń związan yc h z o ro genezą alpejską, do chwili obecnej.

Przyjmując, że w skał ac h is t ni ej ą tektoniczne n aprężenia szczątkowe, staje się oczywistym, że w o k ó ł uskok ó w napręż en ia te mu sz ą być po d wy żs zo ­ ne, p r z y czy m w z r o s t i ch m o g ą p ow odować dwie przyczyny:

- kon ce nt r ac ja n a p r ęż eń na obrzeżu p ow i er zc hn i uskokowej,

- ni e za k o ń c z o n y proces zniszczenia przez ścinanie ośrodka skalnego.

Wzrost napr ę że ń na obrzeżu powi er zc h ni us k ok o w y c h an al i z o w a n y był przez H. Gilft i J. L i t w i ni sz yn a £j] w opa rc iu o k r y t e ri um Berenbłatta, dotyczą­

ce k o nc entracji na pr ęż e ń W w i e r z c h o ł k u szczeliny. Z r o z w a ż a ń teoretycz- . n yc h ww. autorów wynika, że nałożenie się, na naprężenia residu a ln e p od­

w y ż s zo ne w w i e r z c h o ł k u szczeliny, na pr ę że ń związ an yc h z e ks ploatacją gór­

niczą może wzno wi ć p r oces zniszczenia skał p o l e g a j ą c y na propagacji szcze­

li ny uskokowej.

P r o b l e m k o n ce nt r ac ji n a p r ę ż e ń na obr ze żu u s k o k u i k onturze szczeliny p oz ostaje w ści sł ym zwią z ku z kr yt e ri um Griffitha, które w g w i e l u autorów najwierniej opisuje proces zniszczenia skały.

Wy s tę p o w a n i e zwyżki naprężeń na o br zeżach p ow ierzchni uskokowej w s k a ­ zuje na znacznie w i ę k s z e p r a w do p od ob ie ń st wo wy st ą p i e n i a dyna mi c zn yc h pr ze ­ jawów tych n a p r ęż eń w są siedztwie uskoków m a ł y c h n iż dużych.

R o b o t y g órnicze w sąsiedztwie obrzeża uskoków m a ł y c h p rowadzi się czę­

sto, na to mi a st obrz eż a uskoków d u ży c h z najdują się na głębokoś c ia ch aiaj- d u j ą cy ch się po za za si ę gi em penetracji górniczej.

Rozkład nap rę że ń w o k ó ł szczelin uskoków b a da no r ó w n ie ż na m o d el a ch [5].

li.W. GzowsklJ w y z n a c z y ł kilka obszarów w s ą siedztwie szczeliny, w których napręż en i a są w i ę k s z e od p r z e c i ę t n y c h dla d a n y c h waru n kó w litostatycznych

P r z y c z y n y w y s t ę p o w a n i a p o d w y ż s z o n y c h naprężeń. 51

Uskok

Powierzchnio niewykształconego uskoku komplementarnego Obszary występowania podwyższonych napreżeń

Ry s. 4

oraz o b s z a r y odprężone. M i ę d z y innymi u z y s k a n o r ó w n i e ż p o t w i e rd ze ni e w y ­ stępow an ia awyż ki n a p r ę ż e ń na obrz eż u sz czelin im i tu j ą c y c h w m o d e l u u s k o ­ ki.

Is t nienie p o d w y ż s z o n y c h n a p r ęż e ń w o t o c z en iu usko kó w m o że być równ ie ż k on se k w e n c j ą n i e c ał k ow ic ie z a k oń cz on e go p r o c e s u znisz c ze ni a skały. Uskok i n ormalne p o w s t a j ą w r e z u l t a c i e po ja w i e n i a się d u ż y c h n a p r ę ż e ń ścinających.

N a p r ę ż e n i a te p o w o d u j ą p o w s t an i e w skale d w óc h p o w ie rz ch n i ścinania, two­

r z ą c y c h w e w n ę t r z n y kąt w i e r z c h o ł k o w y (X = . W p ra kt y c e często jed­

nak ob s erwuje się tylko jedną p o wi er zc h ni ę bez tzw. powi er zc h ni k o mp le ­ m entarnej. Z jawisko to w y n i k a najczęściej z a n i zo t ro pi i skał, która u ł a ­ twia w y k s z t a ł c e n i e jednej powi e rz ch ni , u t r ud ni aj ą c zaraz em po ws t a n i e d r u ­ giej. P o p o w s t an iu pie r ws ze j p ow i er z c h n i zn iszczenia n as tępuje 3 padek na-

© -

<3>-

prężeri ścinających, u n i e m o ż l i w i a j ą c y p o w s t a n i e p o w i er zc hn i k o m pl em e nt ar ­ nej. W efekcie w s k ał a ch w z d ł u ż pot en c ja ln ej p o w ie rz c hn i zniszczenia może u trzym yw a ć się zwyżka n a p r ęż eń ścinających, kt ór a Jest w p r a w dz ie n iewy­

s ta rc z a j ą c ą dla znis zc ze n ia skały, lecz może być ź r ó dł em różnego rod za ju z jawisk geodynamic zn yc h , u j a w n i a j ą c y c h się p r z y p r o w a d z e n i u r obót g ór ni ­ c zych w takim obszarze.

U sy tu o wa ni e obszarów p o d w y ż s z o n y c h n a p r ęż eń r e s i d u a l n y c h w sąsiedztwie u s k o k u p o k a za no s c h e ma ty cz n ie na rys. 4.

P o d a n a w y ż e j , J a k na j bardziej og ól n a, an al i za m oż l iw oś ci w y s t ę p o w a n i a p od­

w y ż s z o n y c h n a p rę że ń w s ąs i ed zt wi e uskoków ma na celu pewne us ys te m a t y z o ­ w a n i e p o j ę ć i zjaw is k z a ch od z ąc yc h p r z y p r o w a d z e n i u robót górnic zy ch w o- t oozeniu u s koków. Nie o bejmuje na to mi as t r ów no l e g ł e g o d zi ałania d wó ch lub w ię c ej c zy nników p o w o d u j ą c y c h zwyżkę naprężeń.

Wnio s ki końcowe

Na p od st a w i e w y k o n a n y c h b a d a ń i obserwa c ji w k op a ln i a c h mo żn a s formu­

łować nastę pu ją c e wnioski)

1° p rz e w a ż a j ą c a część u s k ok ów w y s t ę p u j ą c y c h na terenie GZW, to uskoki n or ma ln e typu kruchego. C h a r ak t er deform ac ji okr e śl on y na p od s tawie licz­

nych b a d a ń la bo ra t o r y j n y c h i modelowych, a p rz ed e w s z y s t k i m st wierdzony obse r wa cj am i w k o p a l n i a c h w sk azuje, że dla r o z w a ż a ń teo re ty c zn yc h d o t y ­ c z ą c yc h r o z k ł a d u napr ęż e ń w o k ó ł szczelin uskoku, n a le ży przyjmować ośro­

d ek sp rężysto-lepki,

2° ź r ó d ł e m p o d w y ż s z o n y c h naprężeń, w y s t ę p u j ą c y c h w sąsiedztwie szcze­

lin u s k o k o w y c h ,m o g ą być r u c h y te k toniczne lub naprężenia residualne. P o d ­ w y ż s z o n e n a pr ęż en i a m o g ą w y s t ę p o w a ć zarówno w skrzydle w i s z ą c y m Jak i zrzuconym,

3° p r a w d o p o d o b i e ń s t w o w y s t ę p o w a n i a zwyżki n a p r ęż eń w p r z y pa d ku p r o w a ­ dzenia r o bó t w są siedztwie u s k o k u Jest w i ę k s z e p r z y u s k o k ac h o m a ły m zrzu­

cie niż p r z y u s k o k a c h dużych,

4° z as ad n i c z y w p ł y w na stan napręż en ia w są siedztwie uskoków po siadają w ł a s n o ś c i f izyczne skał w o t o c z e n i u szczeliny.

LI T ER A T U R A

[1] Cloos E.s E x p e r i m e n t a l analisis of Gulf C oast f r acture paierns. Am.

Assoc. Petrol, Geol. B u l l , v o l 52, no 3, 1968.

[

2

kohls- Zeitschr. D e u t s c h . .Geol. Ges. Bd 118, H 1 , 1966

[3| G il H., L i t wi ni sz y n J.t Wpływ eksploatacji górniczej na propagację szczelin u s k o k o w y c h w s k orupie ziemskiej. Konf. "P ro blemy geodynami- ki 1 tąpań 'Kom. Górn. P A N Kraków 1972.

P r z y c z y n y w y s t ę p o w a n i a p o d w y ż s z o n y c h naprężeń.. 53

PB Griggs D.: C re ep of rocks, Journ. Geol. vol 47, no 3, 1939.

[5] Gzowskij M.: O s n o w y Tiektonofiziki, Wyd. "Nauka" Moskwa, 1975.

[6] H a f n e r W.: Stress d i s t ri bu ti o ns and f au l ting, Geol. Soc. Am. Bull, b o l 62 no 4, 1951.

[Tl J a r o s z e w s k i W . : Te k tonika u s ko k ów i fałdów, Wyd. Geologiczne, Wa rsza­

w a 1974.

[8] Ki d yb i ń s k i A.: M od el e r e o l o g i c z n e skał karb oń s ki ch . Kom. GIG, nr 360, K a t o wi ce 1965.

[9] Kotas A.s W a ż n i e j s z e c e c hy b u d o w y geol og ic z ne j G ó rn oś l ą s k i e g o Z a g ł ę ­ bia W ę g l o w e g o na tle p o z y c j i tektonicznej i b u d o w y gł ę bo ki eg o p o dł o­

ża utworów produktywnych',’ Konf. "Problemy g e o dy na mi k i i tąpań" Kom.

G ó r n . P A N K raków 1972.

0 K o w a l c z y k Z.s Bada ni a r uchów t e k t on ic z ny ch na terenief Śląska m e t o d a ­ mi g e odezyjnymi, Konf. " P r o b le m y g e od y na mi ki i tąpań " Kom. Górn. P A N K r a k ów 1972.

[11 Sanford A.i A n a l y t i c a l and e x pe ri me n ta l st u dy of simple gedcgic struo- tures, Geol. Soc. Am. Bull, b o l 70 no 1, 1959.

nPHHHHN CyiUECTBOBAHHfl AHOMAJIbHHX HAnPHHEHHH B O K P y r HOFMAJIbHbiX CBPOCOB

P e 3 k m e

PaocMaipHBaeica ieKT0H0<J)H3HqecKHe uphhhhu cyqecTBOBaHHH H anpaxeHHH bo- Kp yr HOpMajIbHHX CÓpOOOB, yqHTUBaiOT ropHSOHTaJIBHhie H BepTHKajILHUe ABHaceHHa, pe3bfflyani>Hne H anpaxeHux a ropH30HTazbHue pacnrapeHHe, B03HHKaiomHe npz nepe- u eqeHHK ropHux nopoq. H a ocHOBaHHH cqejiaHoii aHajiu3u o n p e q e x e H O , k s k qaHHue HBJieHHH BJIHHIOT Ha IlOJie HanpH3C6HHH H qe$OpMaHHH BOKp yr C Û p O C O B .

THE CA U SES OF ANOMAB S T H E S S E S IN NIEGHBORHOOD OF NORMAL F A U LTS

S u m m a r y

T ec to n o p h y s i c a l causes of stresses b y n o r m a l f a u l t i n g at pr es en te d .T he h o r i s o n t a l and ver t ic al n e o t e c t o n i c a l moving, re si d u a l stresses and hori- sontal e x p a n di ng is disse ut ed . On the ground analising: of influence se- v eval g e ol og i c a l events on the stresses - strains re la t i o n s b y h o r m a l faults har e been disscused.