Using digital photographs and orthophotomaps of a quarry to assess the geometry and density of discontinuities in a sandstone deposit

• Autorzy: Figarska-Warchoł Beata , Stańczak Grażyna

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2019.129366

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie cyfrowych fotografii i ortofotomapy kamieniołomu do oceny geometrii i intensywności spękań w złożu piaskowców

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A lithological profile and measurements of the orientation and spacings of natural discontinuity planes were carried out in the Górka-Mucharz sandstone excavation (Krosno Beds, Outer Carpathians, Poland). In addition, the density of the discontinuities was assessed by measuring their spacings using oriented digital photographs of the quarry walls. An orthophotomap was also used in assessing the orientation and density of fractures with the tools available in QGIS. It was shown that digital image analysis can be used as an alternative to direct field measurements, especially in situations where access to an outcrop is difficult. The distributions of spacings larger than 40 cm, obtained by direct measurements and based on digital images of the quarry, were comparable. As a consequence, both measurement techniques yielded similar values of the quantity of blocks (QB), which differed by less than 2% for the minimum block volume in the range 0.4-1.0 m3 and by 6-7% for larger blocks. On the other hand, measurements of discontinuity spacings that were taken on the basis of an orthophotomap can only serve to estimate the approximate maximum value of this parameter. However, the use of orthophotomaps gives a more explicit spatial pattern of the main vertical joint sets than direct measurements in the quarry.The analysis results also showed the following: (i) the presence of tectonic disturbances visible at the highest level of the deposit; (ii) higher density of set A fractures with planes deepening in the NE direc-tion and a considerable reduction of the QB parameter, particularly in the peripheral NE and SW parts of the deposit; (iii) differences in the orientation of the discontinuity system between particular beds. The variable density of the discontinuities in the excavation is related to the presence of the faults that limit the Górka-Mucharz deposit.

PL

Przedstawiono profil litologiczny oraz wyniki pomiarów orientacji i odległości naturalnych płaszczyzn podzielności w wyrobisku złoża piaskowców krośnieńskich Górka-Mucharz (Karpaty Zewnętrzne, Polska). Ponadto, intensywność występowania spękań oceniono pomiarami ich rozstępów z wykorzystaniem cyfrowych fotografii zorientowanych ścian kamieniołomu. W ocenie orientacji i intensywności spękań wykorzystano też ortofotomapę wykorzystując do analizy narzędzia GIS. Wykazano, że analiza zdjęć cyfrowych może być wykorzystana jako alternatywa bezpośrednich pomiarów terenowych, szczególnie w sytuacji utrudnionego dostępu do odsłonięć. Uzyskane metodą bezpośrednich pomiarów i na podstawie cyfrowych zdjęć kamieniołomu rozkłady rozstępów były zbliżone dla wartości tego parametru powyżej 40 cm. W konsekwencji obie techniki pomiarów dały podobne wartości wskaźnika bloczności (QB), różniące się o niespełna 2% dla objętości bloku minimalnego w zakresie 0,4-1,0 m3 i 6-7% dla bloków większych. Natomiast pomiar rozstępów płaszczyzn podzielności wykonany na podstawie ortofotomapy może służyć jedynie do oceny przybliżonych maksymalnych wartości tego parametru. Jednak, wykorzystanie ortofotomapy daje bardziej jednoznaczny obraz przestrzennej orientacji głównych zespołów pionowych spękań niż pomiary bezpośrednie w kamieniołomie.W wyniku analizy stwierdzono również: (i) obecność zaburzeń tektonicznych widocznych w najwyższym poziomie złoża; (ii) wyższą intensywność spękań zespołu A o płaszczyznach zapadających w kie-runku NE i znaczne zmniejszenie bloczności (QB), szczególnie w peryferyjnych NE i SW fragmentach złoża; (iii) różnice w orientacji systemu nieciągłości odnotowane pomiędzy poszczególnymi warstwami. Ponadto, wykazano, że obecność uskoków ograniczających złoże Górka-Mucharz może wiązać się ze zmienną intensywnością płaszczyzn nieciągłości w wyrobisku.

Słowa kluczowe

EN

dimension stones; Outer Carpathians; oligocene; Krosno Beds; joint system; quantity of blocks

PL

oligocen; warstwy krośnieńskie; Karpaty zewnętrzne; system spękań; wskaźnik bloczności; skały bloczne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, no. 3
• Strony: 509--532
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Figarska-Warchoł Beata

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059, Kraków, Poland

autor

Stańczak Grażyna

• AGH University of Science and Technology, al. Mickiewicza 30, 30-059, Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Abdollahisharif J., Bakhtavar E., 2009. An intelligent algorithm of minimum cutting plane to find the optimal size of extractable-blocks in dimension stone quarries. Archives of Mining Sciences 54, 4, 641-656.
• [2] Badera J., Niemczuk S., Tomaszewska R., 2006. Application of the shallow refraction seismic method for analysis of block divisibility of Carpathian sandstones in the Górka-Mucharz deposit. Publs. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sc. M-29 (395).
• [3] Bieniawski Z.T., 1984. Rock Mechanics Design in Mining and Tunneling. A.A. Balkema, Rotterdam, Boston, 272.
• [4] Bieniawski Z.T., 1993. Classification of Rock Masses for Engineering: The RMR System and Future Trends. [in:] Hudson J. A. (ed.) Comprehensive Rock Engineering. Principles, Practice & Projects. Pergamon Press, Oxford, New York, Seoul, Tokyo, 553-573.
• [5] Bromowicz J., Figarska-Warchoł B., 2012. Kamienie dekoracyjne i architektoniczne południowo-wschodniej Polski – złoża, zasoby i perspektywy eksploatacji. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 28, 3, 5-22.
• [6] Bromowicz J., Karwacki A., 1975. Bloczność materiałów kamiennych na tle ich geologii i własności technicznych. Bloczność złóż piaskowców budowlanych Gór Świętokrzyskich i Karpat. Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Przemysłu Kamienia Budowlanego „PROKAM” w Krakowie, Archiwum Pracowni Złóż Surowców Skalnych, WGGiOŚ AGH.
• [7] Bromowicz J., Karwacki A., 1977. Możliwości uzyskiwania bloków z polskich złóż piaskowców budowlanych. Górnictwo Odkrywkowe 9-10, 280-284.
• [8] Bromowicz J., Karwacki A., 1982a. Metodyka badań bloczności złóż budowlanych materiałów kamiennych. Geologia 8, 2, 51-76.
• [9] Bromowicz J., Karwacki A., 1982b. Geologiczne podstawy klasyfikacji bloczności złóż kamieni budowlanych. Przegląd Geologiczny 4, 173-175.
• [10] Carvalho J.F., Heriques P., Falé P., Luís G., 2008. Decision criteria for the exploration of ornamental-stone deposits: Application to the marbles of the Portuguese Estremoz Anticline. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 45, 1306-1319.
• [11] Cieszkowski M., Golonka J., Waśkowska-Oliwa A., Chrustek M., 2006. Budowa geologiczna rejonu Sucha Beskidzka – Świnna Poręba (Polskie Karpaty fliszowe). Geologia 32, 2, 155-201.
• [12] Elçi H., Türk N., 2014a. Rock mass block quality designation for marble production. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 69, 26-30.
• [13] Elçi H., Türk N., 2014b. Block Volume Estimation from the Discontinuity Spacing Measurements of Mesozoic Limestone Quarries, Karaburun Peninsula, Turkey. Scientific World Journal, 2014, 1-10.
• [14] Figarska-Warchoł B., Stańczak G., 2016. Wpływ petrograficznego zróżnicowania piaskowców krośnieńskich na ich właściwości fizyczno-mechaniczne w złożach Górka-Mucharz i Skawce (Beskid Mały). Zeszyty Naukowe Sigmie PAN 96, 37-56.
• [15] Galos K., Guzik K., Stachowiak A., 2016. Wstępna ocena opłacalności podziemnej eksploatacji kamieni blocznych w Polsce. Mining Science – Mineral Aggregates 23, 23-36.
• [16] Golonka J., Waśkowska-Oliwa A., 2007. Stratygrafia polskich Karpat fliszowych pomiędzy Bielskiem-Białą a Nowym Targiem. Geologia 33, 4/1, 5-28.
• [17] Guzik K., 2017. Możliwości wykorzystania piaskowców jurajskich północno-zachodniego obrzeżenia Gór Świętokrzyskich jako kamieni architektonicznych w zależności od ich litologii. Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków.
• [18] Kalenchuk K.S., Diederichs M.S., McKinnon S., 2006. Characterizing block geometry in jointed rockmasses. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 43, 1212-1225.
• [19] Książkiewicz M., 1974a. Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski w skali 1:50000, ark. Sucha Beskidzka. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.
• [20] Książkiewicz M., 1974b. Objaśnienia do Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski w skali 1:50000, ark. Sucha Beskidzka. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.
• [21] Mastella L., Konon A., 2002. Jointing in the Silesian Nappe (Outer Carpathians, Poland) – paleostress reconstruction. Geologica Carpathica 53, 5, 315-325.
• [22] Morawski W., 1973. Gęstość ciosu w piaskowcach fliszowych wschodniego Podhala. Biuletyn Geologiczny UW 15, 233-255.
• [23] Moroz-Kopczyńska M., 1977. Litologia piaskowców krośnieńskich w obszarze między Istebną i Myślenicami w świetle ich wykorzystania w przemyśle materiałów budowlanych. Prace Geologiczne PAN 104, 66.
• [24] Mutlutürk M., 2007. Determining the amount of marketable blocks of dimensional stone before actual extraction. Journal of Mining Science 43, 1, 67-72.
• [25] Nowak T.W., 1988. Dodatek nr 2 do dokumentacji geologicznej złoża piaskowców krośnieńskich „Górka-Mucharz” w kat. B+C1. Przedsiębiorstwo Geologiczne, Kraków.
• [26] Peszat C., 1999. Właściwości strukturalno-teksturalne i geneza spoiw węglanowych gruboławicowych piaskowców jednostki śląskiej (Polskie Karpaty fliszowe). Gospodarka Surowcami Mineralnymi 15, 1, 65-104.
• [27] PGI, 2018. The Polish Geological Institute – National Research Institute. System Gospodarki i Ochrony Bogactw Mineralnych MIDAS. [Online] Dostępne w: geoportal.pgi.gov.pl/midas-web/pages/index.jsf? conversationContext=2[Dostęp: 17 listopada 2018].
• [28] Piteau D. R., 1970. Geological factors significant to the stability of slopes cut in rock. [in:] Proc. South African Institute of Mining and Metallurgy, Symp. Planning Open Pit Mines, Johannesburg, 33-53.
• [29] Priest S. D., 1993. The Collection and Analysis of Discontinuity Orientation Data for Engineering Design, with Examples. [in:] Hudson J. A. (ed.) Comprehensive Rock Engineering. Principles, Practice & Projects. Pergamon Press, Oxford, New York, Seoul, Tokyo, 167-192.
• [30] Priest S. D., Hudson J. A., 1976. Discontinuity Spacings in Rock. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. 13, 135-148.
• [31] Riquelme A.J., Abellán A., Tomás R., 2015. Discontinuity spacing analysis in rock masses using 3D point clouds. Engineering Geology 195, 185-195.
• [32] Sousa L., Barabasch J., Stein K.J., Siegesmund S., 2017a. Characterization and quality assessment of granitic building stone deposits: A case study of two different Portuguese granites. Engineering Geology 221, 29-40.
• [33] Sousa L.M.O., Oliveira A.S., Alves I.M.C., 2017b. Influence of fracture system on the exploitation of building stones: the case of the Mondim de Basto granite (north Portugal). Environmental Earth Sciences 75, 1, 1-16.
• [34] Stavropoulou M., 2014. Discontinuity frequency and block volume distribution in rock masses. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 65, 62-74.
• [35] Thiel K., 1989. Rock Mechanics in Hydroengineering. Developments in Geotechnical Engineering, vol. 51. Elsevier.
• [36] Wang H., Latham J.P., Poole A.B., 1991. Predictions of block size distribution for quarrying. Quarterly Journal of Engineering Geology 24, 91-99.
• [37] Xia L., Zheng Y., Yu Q., 2016. Estimation of the REV size for blockiness of fractured rock masses. Computer and Geotechnics 76, 83-92.
• [38] Znańska M., 1974. Dokumentacja geologiczna złoża piaskowców krośnieńskich „Górka-Mucharz” w kat. B+C1, miejsc. Mucharz. Dok. arch. Przedsiębiorstwo Geologiczne, Kraków.