Wpływ petrograficznego zróżnicowania piaskowców krośnieńskich na ich właściwości fizyczno-mechaniczne w złożach Górka-Mucharz i Skawce (Beskid Mały)

• Autorzy: Figarska-Warchoł B. , Stańczak G.

Warianty tytułu

EN

The effect of petrographic diversity of the Krosno Sandstones on their physico-mechanical properties in the Górka-Mucharz and Skawce deposits (Beskid Mały Mountains)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ze względu na szerokie rozprzestrzenienie i stosunkowo wysoką jakość piaskowce krośnieńskie należą do najczęściej wykorzystywanych materiałów kamiennych Karpat. Leżące we wschodniej części Beskidu Małego złoża Górka-Mucharz i Skawce stały się przedmiotem badań niniejszego artykułu. Po dokonaniu obserwacji terenowych i badań odbojności do dalszych badań wybrano próbki piaskowców, które zaklasyfikowano na podstawie cech makroskopowych do siedmiu typów petrograficznych, przy czym pięć z nich reprezentowało świeże, niezmienione odmiany, zaś dwa pozostałe objęte były procesami wietrzenia. Kolejne badania polegały na wykonaniu dokładnej charakterystyki mikroskopowej odmian, obejmującej opis składników, ilościową analizę składu oraz granulometrię. Potwierdziły one różnice wykształcenia piaskowców wyróżnionych typów. W trakcie badań laboratoryjnych oznaczono gęstość objętościową, nasiąkliwość wagową oraz wytrzymałość na ściskanie dla próbek nieforemnych, przeliczoną następnie na wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie próbek foremnych. Wykonane następnie badania właściwości fizyczno-mechanicznych wykazały odmienność uzyskiwanych wyników dla poszczególnych typów. Najwyższą jakością odznaczały się piaskowce laminowane skorupowo lub poziomo (typy IV i V), osiągając średnie wartości wytrzymałości na ściskanie odpowiednio 115 MPa i 154 MPa, przy wysokiej gęstości pozornej (2,66–2,67 Mg/m3). Wiązało się to z ich drobno- i bardzo drobnoziarnistą teksturą oraz wysokim udziałem spoiwa (20–29% obj.). W jego składzie przeważał węglanowy cement, ale towarzyszyły mu także obwódki regeneracyjne na ziarnach kwarcu i w mniejszym udziale matriks ilasta. Przeciętne wartości parametrów jakościowych, bliskie przedstawianym w literaturze i dokumentacjach złóż, wykazywały drobnoziarniste piaskowce masywne (typ I). Wśród odmian niezwietrzałych najsłabszą odporność na ściskanie (ok. 88 MPa), przy stosunkowo wysokiej nasiąkliwości wagowej (ok. 1,2%), wykazywały piaskowce różnoziarniste (typy II i III), w których spoiwo węglanowe osiągało niewielki udział około 10% obj., zaś cement kwarcowy (1,0% obj.) utworzył zaczątkowe formy obwódek regeneracyjnych. Większe składniki detrytyczne (głównie fragmenty łupków łyszczykowych i skał magmowych) uległy częściowemu lub całkowitemu rozkładowi, rozluźniając szkielet ziarnowy skały zbudowany z okruchów o przeważających wklęsło-wypukłych i prostych kontaktach. W pracy wykazano zasadność wyróżniania typów petrograficznych w złożach piaskowców na podstawie prostych badań makroskopowych, łatwych do wykonania przez geologa górniczego.

EN

Due to the wide distribution and relatively high quality, Krosno Sandstones are the most commonly used stone materials in the Carpathians. Located in the Eastern part of the Beskid Mały Mountains, the Górka-Mucharz and Skawce deposits are the subject of research of this article. After field observations and Schmidt hammer tests, sandstone samples were selected for further study, classified into 7 petrographic types on the basis of macroscopic characteristics, wherein 5 of them represented fresh, intact varieties, and the other 2 were weathered. Subsequent tests involved microscopic studies including a description of components, quantitative analysis of composition and granulometry. They confirmed differences in the distinguished types of sandstones. Laboratory tests included determining bulk density, water absorption and compressive strength for irregularly shaped samples, then converted to the uniaxial compressive strength of regularly shaped samples. The subsequent of physico-mechanical property tests revealed the diversity of the results for the individual types. Convolute or parallel laminated sandstones (types IV and V) were characterized by the highest quality, achieving average compressive strength values, respectively of 115 MPa and 154 MPa, and a high bulk density (2.66–2.67 Mg/m3). It was associated with their fine- and very fine-grained texture and a high proportion of cement and matrix (20–29% by volume). Its composition was dominated by carbonate cement, which was also accompanied by outgrowths on the quartz grains and with a lesser participation of a clay matrix. The average values of quality parameters, close to those presented in literature and documentation of the deposits were found for fine-grained massive sandstones (type I). Among the unweathered varieties, the weakest compressive strength (approx. 88 MPa), with a relatively high water absorption (approx. 1.2%) was found for poorly sorted sandstones (types II and III), in which a small proportion of carbonate cement and matrix reached the level of approx. 10% by volume, and quartz cement (1.0% by volume) created early forms of outgrowths. Larger detrital components (mainly fragments of mica schists and igneous rocks) were partially or completely decomposed, loosening the rock fabric, which was composed of debris with prevailing concave-convex and long contacts. The study demonstrated the validity of distinguishing petrographic types of sandstones in deposits on the basis of simple macroscopic tests, which are easy to perform by a mining geologist.

Słowa kluczowe

PL

Karpaty; Beskid Mały; piaskowce krośnieńskie; petrografia; właściwości fizyczno-mechaniczne; anizotropia

EN

Carpathians; Beskid Mały Mountains; Krosno Sandstones; petrography; physical and mechanical properties; anisotropy

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 96
• Strony: 37--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Figarska-Warchoł B.

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

autor

Stańczak G.

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

Bibliografia

• [1] Birkenmajer, K. 1959. Systematyka warstwowań w utworach fliszowych i podobnych. Studia Geologica Polonica V. III, s. 133.
• [2] Bogacz, A. 1973. Dokumentacja geologiczna z zasobami w kat. C1 + C2 złoża piaskowców krośnieńskich „Skawce”. Dok. arch. Kraków: Przedsiębiorstwo Geologiczne.
• [3] Bromowicz, J. 1997. Właściwości fizyczno-mechaniczne piaskowców ropianieckich jednostki skolskiej i magurskich na tle ich litologii. Materiały II Konferencji Naukowej „Badania podstawowe w geologii złóż surowców skalnych Sudetów, Karpat i Gór Świętokrzyskich. Kraków-Mogilany 25–26 września 1997, s. 15–23.
• [4] Burtan i in. 1937 – Burtan, J., Konior, K. i Książkiewicz, M. 1937. Mapa geologiczna Karpat Śląskich w skali 1:50000 (z objaśnieniami). Kraków: Wyd. Śląskie, PAU.
• [5] Cieszkowski i in. 2006 – Cieszkowski, M., Golonka, J., Waśkowska-Oliwa, A. i Chrustek, M. 2006. Budowa geologiczna rejonu Sucha Beskidzka – Świnna Poręba (Polskie Karpaty fliszowe). Geologia t. 32, z. 2, s. 155–201.
• [6] Dziedzic, A. 2003. Structural control on fracture toughness (brittle cracking) in the Krosno Sandstones of Mucharz, southern Poland. Geol. Quarterly 47(1), s. 21–28.
• [7] Dziedzic, A. 2005. Ocena cech strukturalnych piaskowców krośnieńskich z Mucharza (Beskid Mały) na podstawie pomiarów prędkości ultradźwiękowej fali podłużnej. Przegląd Geologiczny 53, 7, s. 601–604.
• [8] Figarska-Warchoł, B. i Stańczak, G., 2016. Ocena mikrostruktur kierunkowych i ich znaczenie dla właściwości technicznych piaskowców. Górnictwo Odkrywkowe 57, 4, s. 26–38.
• [9] Folk R.L., Ward W.C., 1957. Brazos River bar: a study in the significance of grain size parameters. Journal of Sedimentary Petrology 27, 1, s. 3–26.
• [10] Golonka, J. i Waśkowska-Oliwa, A. 2007. Stratygrafia polskich Karpat fliszowych pomiędzy Bielskiem-Białą a Nowym Targiem. Geologia t. 33, z. 4/1, s. 5–28.
• [11] ISRM 1981. Rock characterization, testing and monitoring, ISRM suggested methods. Pergamon Press, Oxford, UK.
• [12] Kidybiński i in 1974 – Kidybiński, A., Smołka, J. i Bałazy, I. 1974. Oznaczanie podstawowych własności mechanicznych skał zwięzłych. Prace GIG, Komunikat nr 608, Katowice.
• [13] Książkiewicz, M. 1951. Objaśnienia do Mapy Geologicznej w skali 1:50000, ark. Wadowice. Warszawa: PIG.
• [14] Książkiewicz, M. 1974a. Szczegółowa Mapa Geologiczna Polski w skali 1:50000, ark. Sucha Beskidzka. Warszawa: Wyd. Geologiczne.
• [15] Książkiewicz, M. 1974b. Objaśnienia do Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski w skali 1:50 000, ark. Sucha Beskidzka. Warszawa: Wyd. Geologiczne.
• [16] Łukaszewski, P. 2005. Ocena wytrzymałości piaskowców fliszowych przy różnych ścieżkach obciążenia w warunkach konwencjonalnego trójosiowego ściskania. Przegl. Geol. 53, 7, s. 596–601.
• [17] 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, s. 66.
• [18] Peszat, C. 1984. Zmienność składu petrograficzno-mineralnego piaskowców cergowskich na tle warunków ich depozycji i przemian diagenetycznych. Biuletyn Instytutu Geologicznego 346, s. 207–236.
• [19] Peszat, C. 1997. Petrografia i właściwości surowcowe fluksoturbidytowo-turbidytowych piaskowców glaukonitowych warstw krośnieńskich rejonu Bóbrka-Polany. Biuletyn PIG 376, s. 93–120.
• [20] Peszat, C. 1999. Właściwości strukturalno-teksturalne i geneza spoiw węglanowych gruboławicowych piaskowców jednostki śląskiej (Polskie Karpaty fliszowe). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 15, 1, s. 65–104.
• [21] Pforr, H. 1975. Wytyczne Międzynarodowego Biura Mechaniki Górotworu do określania parametrów geomechanicznych skał i górotworu. Gliwice.
• [22] Pieczara, Ł., 2014. Wpływ cech strukturalnych piaskowców fliszowych z Mucharza (Beskid Mały) na procesy pękania w warunkach jednoosiowego ściskania. Przegląd Geologiczny, 62, 10/2, s. 680–686.
• [23] Pinińska, J. red. 2003. Właściwości wytrzymałościowe i odkształceniowe skał. Cz. IV. Karpaty fliszowe. Zakład Geomechaniki. Instytutu Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej, Wydz. Geol. UW, Warszawa.
• [24] Pinińska, J. i Płatek, P. 2002. Badania ultradźwiękowe w ocenie wytrzymałościowej skał. Górnictwo Odkrywkowe 2–3, s. 89–96.
• [25] PN-EN 1936:2010. Metody badań kamienia naturalnego. Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości. Warszawa: PKN.
• [26] PN-EN 12504-2:2013. Badania betonu w konstrukcjach. Badania nieniszczące. Oznaczanie liczby odbicia.
• [27] PN-EN 13755:2008. Metody badań kamienia naturalnego. Oznaczenia nasiąkliwości przy ciśnieniu atmosferycznym. Warszawa: PKN.
• [28] PN-G-04307:1998 – Skały zwięzłe. Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie z użyciem próbek nieforemnych.
• [29] Stańczak, G. i Figarska-Warchoł, B. 2016. Wpływ orientacji szlifu mikroskopowego i wyboru mierzonych składników mineralnych na wyniki analizy granulometrycznej. Górnictwo Odkrywkowe 57, 5, s. 42–52.
• [30] Wójcik i in. 1995 – Wójcik, Z., Jankowski, L., Kopcikowski, R., Malata, T., Marciniec, P. i Nescieruk, P. 1995. Opracowanie formalnych jednostek litostratygraficznych Karpat zewnętrznych i zapadliska przedkarpackiego dla celów Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski. Archiwum CAG, Warszawa: PIG.
• [31] Znańska, M. 1974. Dokumentacja geologiczna złoża piaskowców krośnieńskich „Górka-Mucharz” w kat. B + C1

Uwagi

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