Wpływ cech petrologicznych na właściwości mechaniczne soli kamiennej z LGMO (Legnicko -Głogowskiego Okręgu Miedziowego)

Cyran, K.; Toboła, T.; Kamiński, P.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ cech petrologicznych na właściwości mechaniczne soli kamiennej z LGMO (Legnicko -Głogowskiego Okręgu Miedziowego)

Autorzy

Cyran K. , Toboła T. , Kamiński P.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Effect of petrological features on mechanical properties of rock salt from the LGMO (Legnica–Głogów Copper District)

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy podjęto próbę oceny wpływu zawartości i rodzaju domieszek na parametry wytrzymałościowe soli kamiennej z obszaru LGOM (Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego) (rejon szybu SW4). Badania przeprowadzono w trzech etapach: testy wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie, analiza ilościowa i jakościowa części nierozpuszczalnych oraz obserwacje mikroskopowe soli i badania ramanowskie. Wyniki badań wykazały, że w przypadku soli kamiennych w niewielkim stopniu zanieczyszczonych (zawartość części nierozpuszczalnych 0,13–2,11% wag.), nie stwierdzono korelacji między zawartością części nierozpuszczalnych w wodzie a parametrami wytrzymałościowymi. Natomiast zauważono, że właściwości wytrzymałościowe zależą od cech petrologicznych skał solnych, takich jak sposób rozmieszczenia zanieczyszczeń oraz obecność inkluzji i węglowodorów na granicach kryształów halitu. Ponadto badania wykazały, że rozmieszczenie anhydrytu w formie otoczek na granicach kryształów halitu może powodować wzrost wytrzymałości skały. Z kolei, występowanie inkluzji fluidalnych i węglowodorów na kontakcie kryształów halitu wpływa na obniżenie wytrzymałości skały solnej.

The paper presents the attempt to find a correlation between the content of impurities and mechanical parameters of rock salt from the LGOM. Research was carried out in three steps: uniaxial compressive strength tests, determination of the content of insoluble minerals (impurities), and observations under the microscope and Raman microspectroscopy. The research results reveal that the rock salt which is characterized by low content of insoluble minerals (0.13–2.11% wt.) shows no correlation between the mechanical properties and the content of impurities. However, it was found that mechanical properties depend on both the distribution of impurities in halite crystals and the presence of fluid inclusions and hydrocarbons along the crystal boundaries. Moreover, the distribution of anhydrite at the edges of halite crystals may influence an increase of rock salt strength. On the contrary, the presence of fluid inclusions and hydrocarbons along the halite crystal boundaries may reduce the rock salt strength.

Słowa kluczowe

parametry wytrzymałościowe petrologia soli zawartość części nierozpuszczalnych inkluzje fluidalne mikrospektroskopia ramanowska materia organiczna

mechanical parameters rock salt petrology content of insoluble minerals fluid inclusions Raman microspectroscopy organic matter

Wydawca

Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy

Czasopismo

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

Rocznik

2016

Tom

nr 466

Strony

51--63

Opis fizyczny

Bibliogr. 68 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Cyran K.

kcyran@agh.edu.pl

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Toboła T.

tob@geolog.geol.agh.edu.pl

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kamiński P.

pkamin@agh.edu.pl

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

1. AOYA M., KOUKETSU Y., ENDO S., SHIMIZU H., MIZUKAMI T., NAKAMURA D.,WALLIS S., 2010 — Extending the application of the Raman carbonaceous-material geothermometer using data from contact metamorphic rocks. J. Metamorph. Geol., 28: 895-914.
2. BANASZAK A., GARLICKI A., MARKIEWICZ A., 2007 — Budowa geologiczna złoża najstarszej soli kamiennej Kazimierzów w OG Sieroszowice I (kopalnia Polkowice-Sieroszowice). Gosp. Sur. Miner., 23: 9-20.
3. BEREST P., GHOREYCHI M., HADJ-HASSEN F., TIJANI M. (red.), 2012 — Mechanical Behavior of Salt VII. Taylor & Francis Group, London.
4. BEYSSAC O., GOFFE B., CHOPIN C., ROUZAUD J.N., 2002 — Raman spectra of carbonaceous material in metasediments: a new geothermometer. J. Metamorph. Geol., 20: 859-871.
5. BEYSSAC O., GOFFE B., PETITETB J.-P., FROIGNEUXC E., MOREAUC M., ROUZAUD J.N., 2003 — On the characterization of disordered and heterogeneous carbonaceous materials by Raman spectroscopy. Spectrochim. Acta, Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 59, 10: 2267-2276.
6. CARTER N.L., HANSEN F.D., 1983 — Creep of rocksalt. Tectonophysics, 92: 275-333.
7. CARTER N.L., HORSEMAN S.T., RUSSEL J.E., HANDIN J., 1993 — Rheology of rock salt. J. Struct. Geol., 15: 1257-1271.
8. CYRAN K., 2008 — Tektonika mioceńskich złóż soli w Polsce [Pr. doktor.]. Archiwum AGH, Wydział GGiOŚ.
9. DADLEZ R, MAREK S., POKORSKI J., 2000 — Mapa geologiczna Polski bez utworów kenozoiku. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
10. DEN BROK B., ZAHID M., PASSCHIER C.W., 1999 — Stress induced grain boundary migration in very soluble brittle salt. J. Struct. Geol., 21: 147-151.
11. DESBOIS G., URAI J.L., DE BRESSER J.H.P., 2012 — Fluid distribution in grain boundaries of natural fine-grained rock salt deformed at low differential stress (Qom Kuh salt fountain, central Iran): Implications for rheology and transport properties. J. Struct. Geol., 43: 128-143.
12. DRURY M., URAI J., 1990 — Deformation-related recrystallization processes. Tectonophysics, 172: 235-253.
13. DUSTERLOH U., LUX K.H., 2010 — Some geomechanical aspects of compressed air energy storage (CAES) in salt caverns. W: SMRI Fa112010 Technical Conference, 3-6 October 2010, Leipzig, Germany.
14. FLISIAK D., 2004 — Przydatność prób krótkotrwałego pełzania soli kamiennej z wysadu Dębiny do zagadnień praktycznych. W: Problematyka zagrożeń naturalnych w górnictwie węgla brunatnego (red. E. Pilecka). Bełchatów, 2-4 czerwca 2004: 523-632. Wydaw. IGSMiE PAN, Kraków.
15. FLISIAK D., 2008 — Laboratoryjne badania właściwości geomechanicznych soli kamiennej z wybranych złóż cechsztyńskich. Gosp. Sur. Miner., 24, 3/2: 121-240.
16. FLISIAK D., CYRAN K., 2008 — Wpływ petrologii i zaangażowania tektonicznego na własności mechaniczne mioceńskich soli kamiennych. Biul. Państw Inst. Geol., 429: 3-14.
17. FLISIAK D., KOLANO M., 2012 — Research on geo-mechanical properties of rock salt in Kłodawa diaper. AGH Journal of Mining and Geoengineering, 36, 2: 145-152.
18. FOSSUM A.F., BRODSKY N.S., CHAN K.S., 1993 — Experimental evaluation of a constitutive model for inelastic flow and damage evolution in solids subjected to triaxial compression. Int. J. Rock Mech. Min, Sci. Geomech. Abstr, 30: 1341-1344.
19. GALAMAY A.R., BUKOWSKI K., PRZYBYŁO J., 1997 — Chemical composition and origin of brines in the Badenian evaporite basin of the Carpathian Foredeep: fluid inclusion data from Wieliczka (Poland). Slovak Geol. Mag., 3, 2: 165-171.
20. GARLICKI A., KIJEWSKI P., SZYBIST A., JAMRÓZ J., MARKIEWICZ A., 2007 — Sól kamienna na obszarze przedsudeckim. W: Monografia KGHM Polska Miedź S.A.: 269-277. Lubin.
21. GRZYBOWSKI Ł., WILKOSZ P., FLISIAK D., 2008 — Właściwości mechaniczne cechsztyńskich skał solnych z wysadu Mogilno. Gosp. Sur. Min., 24, 3/2: 141-157.
22. HUNSCHE U., HAMPEL A., 1999 — Rock salt — The mechanical properties of the host rock material for a radioactive waste repository. Eng. Geol., 52: 271-291.
23. HUNSCHE U., MINGERZAHN G., SCHULZE O., 1996 — The influence of textural parameters and mineralogical composition on the creep behavior of rock salt. W: The Mechanical Behavior of Salt III, Proc. Third Conf., Palaiseau (France) 1993 (red. M. Ghoreychi et al.): 143-151. Trans Tech Publications, Clausthal.
24. JEHLICKA J., BENY C., ROUZAUD J.N., 1997 — Raman Microspectrometry of Accumulated Non-Graphitized Solid Bitumens. J. Raman Spectrosc., 28: 717-724.
25. JEHLICKA J., URBAN O., POKORNY J., 2003 — Raman spectroscopy of carbon and solid bitumens in sedimentary and metamorphic rocks. Spectrochim. Acta, Part A, 59: 2341-2352.
26. JEHLICKA J., EDWARDS H.G.M., VILLAR S.E.J., 2007 — Raman spectroscopy of natural accumulated paraffins from rocks: Evenkite, ozokerite and hatchetine. Spectrochim. Acta, Part A, 68: 1143-1148.
27. JIE C., ZHANG J., REN S., LI L., YIN L., 2015 — Determination of damage constitutive behaviour for rock salt under uniaxial compress ion condition with acoustic emission. The Open Civil Engineering Journal, 9: 75-81.
28. KIJEWSKI P., 1986 — Budowa i właściwości soli kamiennej najstarszej w cechsztynie monokliny przedsudeckiej [pr. doktor.]. Archiwum Instytutu Górnictwa, Politechnika Wrocławska, Wrocław.
29. KIJEWSKI P., SALSKI W., 1978 — Cechsztyńska sól kamienna cyklotemu Z1 w południowo-zachodniej części monokliny przedsudeckiej. Geol. Sudet., 13, 1: 97-134.
30. KŁAPCIŃSKI J., 1964a — Paleogeografia cechsztynu monokliny przedsudeckiej (Paleogeographical characteristics of the Zechstein of the Fore-Sudetic Monocline (in Polish with English summary). Rocz. Pol. Tow Geol., 34, 4: 551-577.
31. KŁAPCIŃSKI J., 1964b — Stratygrafia cechsztynu okolic Lubina, Sieroszowic i Wschowy (Stratigraphy of the Zechstein in the areas of Lubin, Sieroszowice and Wschowa). Rocz. Pol. Tow Geol., 34, 1/2: 65-93.
32. KŁECZEK Z., ZELJAŚ D., 2012 — Naukowe podstawy i praktyczne zasady budowy w Polsce podziemnego składowiska odpadów niebezpiecznych. Instytut Techniki Górniczej KOMAG, Gliwice.
33. KOLANO M., FLISIAK D., 2013 — Comparison of geo-mechanical properties of white rock salt and pink rock salt in Kłodawa salt diapir. Studia Geotechnica et Mechanica, 35, 1: 119-127.
34. KOVALEVICH V.M., 1997 — Inkluzje fluidalne w soli kamiennej z Bochni. Prz. Geol., 45, 8: 822-825.
35. KOVALEVICH V.M., PETRICHENKO O.I., 1997 — Chemical composition of brines in Miocene evaporite basins of the Carpathian region. Slovak Geol. Mag., 3, 3: 173-180.
36. KOVALEVYCH V., VOVNYUK S., 2010 — Fluid inclusions in halite from marine salt deposits: are they real micro-droplets of ancient seawater? Geol. Quart., 54, 4: 401-410.
37. KOVALEVYCH V.M., CZAPOWSKI G., HAŁAS ST., PERYT T.M., 2000 — Chemiczna ewolucja solanek cechsztyńskich basenów ewaporatowych Polski: badania inkluzji fluidalnych w halicie z poziomów soli Nal-Na4. Prz. Geol., 48, 5: 448–454.
38. KOUKETSU Y., NISHIYAMA T., IKEDA T., ENAMI M., 2014 — Evaluation of residual pressure in an inclusion–host system using negative frequency shift of quartz Raman spectra. Amer. Miner., 99: 433-442.
39. LAHFID A., BEYSSAC O., DEVILLE E., NEGRO F., CHOPIN C., GOFFE B., 2010 — Evolution of the Raman spectrum of carbonaceous material in low-grade metasediments of the Glarus Alps (Switzerland). Terra Nova, 22: 354-360.
40. LANGER M., 1993 — Use of solution-mined caverns in salt for oil and gas storage and toxic waste disposal in Germany. Eng. Geol., 35: 183-190.
41. LARKIN P., 2011 Infrared and Raman Spectroscopy. Elsevier, San Diego, USA.
42. LIANG W., ZHANG C., GAO H., YANG X., XU S., ZHAO Y., 2012 — Experiments on mechanical properties of salt rocks under cycling loading. J. Rock Mech. Geotech. Eng., 4, 1: 54-61.
43. LUNSDORF N.K., DUNKL I., SCHMIDT B.C., RANTITSCH G., VON EYNATTEN H., 2014 — Towards a higher comparability of geothermometric data obtained by Raman spectroscopy of carbonaceous material. Part 1: evaluation of biasing factors. Geostand. Geoanal. Res., 38: 73-94.
44. LUNSDORF N.K., 2016 — Raman spectroscopy of dispersed vitrinite Methodical aspects and correlation with reflectance. Int. J. Coal Geol., 153: 75-86.
45. MARKIEWICZ A., 2007 — Naskórkowa struktura południowej części monokliny przedsudeckiej a zagospodarowanie utworów najstarszej soli kamiennej (Nal). Gosp. Sur. Miner., 23: 36-48.
46. MARKIEWICZ A., MANTKE M., 1990 — Sprawozdanie z badań geologicznych w trakcie zgłębiania szybu SG 1. Prace ZBiPM „Cuprum" (archiwum), Wrocław.
47. MARKIEWICZ A., ŻELAŹNIEWICZ A., 1990 — Wewnętrzna tektonika pokładu soli kamiennej dla potrzeb stateczności wyrobisk górniczych i mechaniki górotworu. Prace ZBiPM „Cuprum" (archiwum), Wrocław.
48. MARKIEWICZ A., CZAPOWSKI G., TOMASSI-MORAWIEC H., KOZULA R., PIÓREWICZ R., KUDEŁKO J., KORZEKWA W., 2002 — Określenie zakresu zmian w projekcie geologicznych prac rozpoznawczych w złożu soli kamiennej „Kazimierzów” w celu realizacji koncepcji jego zagospodarowania. Prace CBPM „Cuprum" (archiwum), Wrocław.
49. MORIYA H., FUJITA T., NIITSUM H., 2006 — Analysis of fracture propagation behaviour using hydraulically induced acoustic emissions in the Bernburg salt mine, Germany. Int. J. Rock Mech. Min., 43, 6: 49-57.
50. ORANGE D., KNITILE E., FARBER D., QUENTIN W., 1996, — Raman spectroscopy of crude oils and hydrocarbon .fluid inclusions: A feasibility study. W: Mineral spectroscopy - A tribute to Roger G. Burns (red. M.D. Dyar et al.). Geochemical Society Special Publication, 5: 65-81.
51. PERRY K.F., 2005 –Natural gas storage industry experience and technology: potential application to CO2 geological storage. W: Carbon Dioxide Capture for Storage in Deep Geologic Formations: 815-825. Elsevier Science, Amsterdam.
52. PERYT T.M., 1981 — Zechstein in the neighbourhood of the Fore-Sudetic Block (in Polish with English summary). Kwart. Geol., 25, 1: 75-91.
53. PERYT T.M., OSZCZEPALSKI S., 2007 — Stratygrafia serii złożowej. W: Monografia KGHM Polska Miedź S.A. (red. A. Piestrzyński) 108-115. Lubin.
54. POBORSKI J., 1976 — Możliwości drążenie wyrobisk chodnikowych w pokładzie solnym pod złożem „Sieroszowice". Archiwum Zakładu Złóż Soli i Surowców Chemicznych AGH, Kraków.
55. POKORSKI J., WAGNER R., 1995 — Sedimentary and development of the Polish Basin. W: Upper Rotliegend - Zechstein: Terrestrial – Marine Sedimentary Succession in Polish Permian Basin. XIII International Congress on Carboniferous and Permian Series, August 28 – September 2, 1995, Guide to Excursion A3 (red. J. Małecka): 7-22. Kraków, Poland.
56. POPP T., KERN H., 2000 — Monitoring the state of microfracturing in rock salt during deformation by combined measurements of permeability and P- and S- wave velocities. Physics and Chemistry of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy, 2: 149.
57. POPP T., KERN H., SCHULZE O., 2001 — Evolution of dilatancy and permeability in rock salt during hydrostatic compaction and triaxial deformation. J. Geoph. Res., 106, doi. 10.1029/2000JB 9003 81.
58. POUYA A., 1991 — Correlation between mechanical behaviour and petrological properties of rock salt. W: Proceedings of 32nd US symposium on rock mechanics (red. J.C. Roegiers): 385-92. Balkema, Rotterdam.
59. RAHL J.M., ANDERSON K.M., BRANDON M.T., FASSOULAS C., 2005 — Raman spectroscopic carbonaceous material thermometry of low-grade metamorphic rocks: Calibration and application to tectonic exhumation in Crete, Greece. Earth Planet. Sci. Lett., 240: 339-354.
60. ROEDDER E., 1984 — The fluid in salt. Amer. Miner., 69: 413-439.
61. RYKA W., 1978 — Rotliegendes volcanic rocks in Poland. Prz. Geol., 26, 12: 694-697.
62. SCHLEDER Z., URAI J.L., 2005 — Microstructural evolution of deformation-modified primary halite from the Middle Triassic Rot Formation at Hengelo, The Netherlands. Int. J. Earth Sci., 94: 941-955.
63. SCHLEDER Z., URAI J.L., 2007 — Deformation and recrystallization mechanisms in mylonitic shear zones in naturally deformed extrusive Eocenee Oligocene rock salt from Eyvanekey plateau and Garmsar hills (central Iran). J. Struc. Geol., 29: 241-255.
64. SCHULZE O., POPP T., KERN H., 2001 — Development of damage and permeability in deforming rock salt. Eng. Geol., 61: 163-180.
65. SZYBIST A., 1976 — Złoże soli kamiennej w Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym. Prz. Geol., 24, 10: 572-576.
66. TOBOŁA T., 2014 — The influence of tectonics on petrological characteristics of anhydrite and anhydrite-halite intercalations in the Oldest Halite (Nal) (Zechstein, Upper Permian) of the Bądzów area (SW Poland). Geol. Quart., 58, 3: 531-542.
67. TOBOŁA T., MARKIEWICZ A., 2009 — Wstępne wyniki badań inkluzji fluidalnych z najstarszej soli kamiennej Nal w rejonie Głogowa (SW Polska). Fluid inclusions in Oldest Halite (Nal ) in Głogów area (SW Poland) – preliminary results. Kwartalnik AGH Geologia, 35, 3: 349-371.
68. ZONG X., YANG C., ZUO J., XU J., JI G., 2012 — Effect of impurity content on elastic modulus and Poisson ratio of salt rock. Appl. Mech. Mater., 204: 467-470.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-ccb595e2-6fb5-4ee9-a2e2-8705bff09b87