Dział IX
10. FIZYCZNA STRUKTURA MASYWU SKALNEGO
Zamierzając opisać fizyczną strukturę górotworu należy określić z jakich elementów strukturalnych zbudowany jest górotwór. Materię budującą górotwór można rozpatrywać (oceniać) w następujących skalach rozmiarów:
• |
skala ultramikroskopowa: jest to skala atomu lub drobiny pierwiastka rozmiaru 10−10 m |
|
• |
skala mikroskopowa: jest to skala pojedynczego ziarna mineralnego 10−6−10−1 m |
|
• |
skala mezoskopowa: jest to skala próbki skalnej laboratoryjnej o rozmiarze 10−2−10−1m |
|
|
lub próbki naturalnej, o rozmiarze 10−1−101 m |
101−102 m |
• |
skala makroskopowa to skala złoża skalnego o rozmiarach |
|
• |
skala megaskopowa to skala masywu skalnego o rozmiarach |
102−104 m |
Elementy strukturalne górotworu:
•w skali ultramikroskopowej: atomy
•w skali mikroskopowej: ziarno mineralne (związek chemiczny)
•w skali mezoskopowej: próbka skalna złożona z ziarn
•w skali makroskopowej: złoże skalne
•w skali megaskopowej: masyw skalny
•najogólniej: górotwór
Atomy: zbiór atomów posiadających te same własności chemiczne nazywamy pierwiastkiem chemicznym. W zewnętrznych warstwach skorupy ziemskiej występują prawie wszystkie znane w naturze pierwiastki, jednak ich udział w budowie górotworu nie jest równomierny. Najbardziej rozpowszechnionych jest 8 pierwiastków:
•tlen (ok. 49,13%)
•krzem (26%)
•glin (7,45%)
•żelazo (4,2%)
•wapń (3,25%)
•sód (2,4%)
•magnez (2,35%)
•potas (2,35%)
Pozostałe pierwiastki wchodzące w skład litosfery występują w ilościach mniejszych niż 1%.
Minerały (ziarno mineralne): to określone związki chemiczne stanowiące składniki skorupy ziemskiej. Odpowiadają one trzem warunkom:
•powstały w sposób naturalny w skorupie ziemskiej,
•posiadają ściśle określony skład chemiczny,
•wykazują ściśle określoną krystaliczną strukturę wewnętrzną.
Struktura krystaliczna - określony porządek rozmieszczenia cząstek materii. W ciałach stałych atomy, jony lub molekuły rozmieszczone są w określonym uporządkowanym układzie, powtarzającym się we wszystkich kierunkach. Podstawowe jednostki z których zbudowane są ciała krystaliczne mają kształt równoległościanów i zwane są komórkami elementarnymi. Nieskończony zbiór jednakowych komórek elementarnych ułożonych względem siebie równolegle i ściśle wypełniających przestrzeń
stanowi sieć przestrzenną.
Próbka skalna - pobrane do badań laboratoryjnych próbki nie uwzględniają wpływu spękań jawnych, gdyż są najczęściej wycinane z parki calizny skalnej między istniejącymi szczelinami które znacznie osłabiają m. in. wytrzymałość ścian wyrobiska w całości rozpatrywanego. Prawdopodobieństwo napotkania spękań, szczelin czy defektów strukturalnych jest większe w większej objętości, lecz nawet największe spotykane próbki naturalne rzędu 3⋅3⋅3⋅mnie mogą objąć wszystkich zmian i defektów struktury skał całego złoża lub masywu skalnego.
Ten losowy rozkład własności głównie mechanicznych występujących nawet w jednym kawałku skały jest przyczyną tzw. efektu skali. Przejawia on się w tym, że próbki o dużych wymiarach mają mniejsze wartości parametrów wytrzymałościowych aniżeli próbki wykonane z tego samego materiału mające jednak małe wymiary.
Badając próbkę skalną należy brać pod uwagę z jednej strony stosunek rozmiarów próbki do średnich rozmiarów ziarn mineralnych wchodzących w skład próbki, z drugiej strony stosunek rozmiarów próbki do rozmiarów złoża skalnego którego własności mają być oceniane na podstawie wyników badań próbki.
Złoże skalne - nagromadzenie kopaliny użytecznej powstałej w skorupie ziemskiej w wyniku różnych procesów geologicznych. W zależności od warunków powstawania (genezy) wyróżniamy:
-złoża egzogeniczne, powstałe pod wpływem procesów zachodzących na powierzchni Ziemi, głównie wietrzenia isedymentacji
-złoża endogeniczne, powstałe w wyniku krystalizacji magmy i jej resztek ciekłych i gazowych, oraz oddawania tychże na skalne otoczenie
-złoża metamorficzne, powstałe z przeobrażenia złóż endogenicznych i egzogenicznych
Ponadto wyróżniamy złoża syngenetyczne, powstałe jednocześnie ze skałami otaczającymi i złoża epigenetyczne, powstałe później od skał otaczających.
Masyw skalny - jest to zespół różnych złóż skalnych, a więc określony obszar górotworu o objętości kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy metrów sześciennych, w którym to obszarze zachodzą zjawiska fizyczne związane z działalnością górniczą, budowlaną i wiertniczą. Pierwotne ułożenie mas skalnych uległo pod wpływem procesów tektonicznych zaistniałych w późniejszych okresach geologicznych zakłóceniom - wytworzyły się tzw. deformacje tektoniczne ciągłe i nieciągłe.
Do deformacji ciągłych zaliczamy:
•fałdy
•synkliny
•antykliny
których warstwy się wyginają, przemieszczają, ale nie ulegają przerwaniu.
Do deformacji nieciągłych zaliczamy
•uskoki
•zręby
•rowy tektoniczne.