بخشی از مقاله
تحلیل سینماتیکی و پهنهبندی پایداری شیب معدن سونگون
خلاصه
تحلیل سینماتیک پایداری شیب برای ارزیابی پتانسیل گسیختگی در امتداد ساختارهای زمینشناسی به کار میرود. در این تحقیق تحلیل سینماتیکی پایداری شیب پله ها و دیوارههای معدن مس سونگون توسط دو روش استریو گرافیک و مبتنی بر سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، بهمنظور سنجش امکان و سودمندی استفاده از نرمافزارهای مبتنی بر GIS انجامشده است. به این منظور ابتدا منطقه بر اساس اطلاعات زمینشناسی، دگرسانی، پارامترهای ساختاری و ژئومکانیکی به 21 پهنه ژئوتکنیکی و زمینشناسی مهندسی تفکیک گردیده است. سپس با استفاده از دو نرمافزار Dips و Arc GIS تحلیل سینماتیکی شیب برای هر پهنه بهطور مستقل انجامشده است. نتایج تحلیل نشان میدهد استفاده از نرمافزارهایی در چارچوب GIS روشی سودمند و کاربردی بهمنظور تحلیل سینماتیکی پایداری شیب به شمار میرود. همچنین با توجه به مزیتهای استفاده از چنین نرمافزارهایی ازجمله سرعت بیشتر محاسبات، استفاده از اطلاعات واقعی بهجای مشخصات غالب پارامترها و غیره استفاده از روشهای مبتنی بر GIS نسبت به روشهای استریو گرافیک برتری دارد.
کلمات کلیدی: معدن سونگون، پهنه بندی، تحلیل سینماتیکی پایداری شیب، نرمافزار Arc GIS
.2 مقدمه
پایداری شیروانیهای سنگی تحت تاثیر شرایط محل از جمله زمینشناسی، زمینشناسی ساختمانی، ویژگیهای ژئومکانیکی، آتشباری و غیره میباشد. تحلیل سینماتیک میتواند بر اساس مشخصات فضایی ساختارها و ناپیوستگیهای موجود در سنگ، نوع گسیختگیهای محتمل در توده سنگ را پیشبینی نماید. این روش به منظور ارزیابی پتانسیل حرکت بلوک یا تودهسنگ در امتداد ساختارهای زمینشناسی بدون در نظر گرفتن نیروهای موثر می باشد. بدین ترتیب با انجام این تحلیل میتوان امکان تشکیل گسیختگیها و نوع آنها را بررسی کرد.[1]
بهطور معمول از روش استریوگرافی برای تحلیل سینماتیکی گسیختگیها استفاده میشود. در این روش برخی محدودیتها مشاهده می شود که از آن جمله میتوان استفاده از اطلاعات ساختاری و ژئومکانیکی غالب در محل و حذف اطلاعات کم محتمل، نیاز به پهنه بندیهای مرحلهای منطقه و احتمال بروز خطا در هر مرحله و مسائلی از این قبیل را نام برد. در این مقاله سعی شده است تحلیل سینماتیکی پایداری شیب معدن مس سونگون به دو روش مبتنی بر GIS و استریوگرافی انجام و نتایج با هم مورد مقایسه قرار گیرد.
.2روش پژوهش
- موقعیت جغرافیایی و زمینشناسی منطقه
معدن مس سونگون در استان آذربایجانشرقی، با طول جغرافیایی 64 درجه و 61 دقیقه و 12 ثانیه شرقی و عرض جغرافیایی 13 درجه و 62 دقیقه و 12 ثانیه شمالی واقع شده است. دسترسی به محل معدن، از طریق جاده تبریز- ورزقان و جاده ای آسفالته به مسافت حدود 11 کیلومتر در شمال
ورزقان میسر می باشد. بر اساس مطالعات زمینشناسی در مقیاس 20522، واحدهای سنگشناسی معدن سونگون شامل سنگهای کربناته (Skarn)، توده مونزونیت پرفیری سونگون (SP)، واحد های آذرآواری (پیروکلاستها (PC و گدازهای (تراکی بازالتها (TB و دو تیپ دایک DK1a و DK1b میباشد. بهطور کلی، در محدوده دیواره نهایی معدن سونگون سه سیستم گسلی دیده می شود که با توجه به مشخصه امتداد و جهت شیب قابل تفکیک به سه زون ساختاری II ,I) و (III هستند. دگرسانی در محدوده معدن، شامل انواع پتاسیک، فیلیک و پروپلیتیک میباشد.[2]
- دادهها و نرمافزارهای مورد استفاده
حدود 1222 برداشت از مشخصات درزههای موجود در پلههای معدن صورت گرفته است. در ادامه درزهها با توجه به شرایط ساختمانی، زمینشناسی و دگرسانی محل برداشت به 21 پهنه تفکیک شدهاند. سپس مشخصات درزههای هر پهنه بهطور مستقل در نرمافزار Dips به منظور تشخیص شیب و جهت شیب دسته درزههای غالب مورد تحلیل قرار گرفتند.
برای تعیین مقادیر پارامترهای مهندسی سنگ، آزمونهای آزمایشگاهی بر روی نمونههای به دست آمده از 25 گمانه ژئوتکنیکی صورت گرفته است. اما از آنجا که نتایج آزمونهای آزمایشگاهی بر روی نمونههای سنگ در تودهسنگهای درزهدار را نمیتوان به حجم بزرگی از توده سنگ تعمیم داد، در این مطالعه با به کار بردن امتیاز تودهسنگ در سیستم GSI (شاخص مقاومت زمینشناسی) به عنوان مبنای محاسبه و با استفاده از اطلاعات پایه و نرمافزار RocLab، پارامترهای تودهسنگ برآورد شده است.
به منظور تحلیل سینماتیکی پایداری شیب به دو روش استریوگرافی و مبتنی بر GIS از بستر دو نرمافزار Arc GIS و Dips استفاده گردید. پارامترهای ورودی نرمافزار Dips راستا و شیب ناپیوستگیها، پلهها و دیوارههای معدن و زاویه اصطکاک میباشد. همچنین در نرمافزار Arc GIS، ابتدا نقشههای پایه (نقشه رقومی ارتفاعی، شیب، جهت شیب و امتداد) با استفاده از برنامههای افزودنی Spatial Analyst و 3D Analyst برای منطقه تهیه گردید. سپس با استفاده از پارامترهای ژئومکانیکی و ساختاری منطقه تحلیل سینماتیکی پایداری شیب صورت گرفت.
- پهنهبندی ژئوتکنیکی و زمینشناسی مهندسی
در این مطالعه، به دلیل عدم تجانس سنگ و تنوع نمونهها، سعی شده است ارتباطی منطقی بین پارامترهای سنگشناسی، دگرسانی و ساختار زمینشناسی با پارامترهای ژئومکانیکی برقرار گردد. به این منظور با استفاده از نقشههای زمینشناسی (شکل(2، پراکندگی دگرسانی (شکل(1 و گسلهای معدن (شکل(1 و با برقراری ارتباط بین این نقشهها و پارامترهای مهندسی و ساختاری که در جدول 2 ارائه شده است، پهنهبندی زمینشناسی مهندسی معدن سونگون با هدف استفاده در تحلیلهای پایداری مطابق شکل6 تهیه گردید.
شکل -2 پراکندگی دگرسانی در محدوده معدن سونگون شکل -1 زمینشناسی محدوده معدن سونگون
شکل -4 پهنه بندی معدن سونگون شکل -3 گسلها و زونهای ساختاری معدن سونگون
جدول-1 پارامترهای مهندسی و ساختاری تودهسنگ معدن سونگون
- تعیین سینماتیکی مکانیزم شکست
- تحلیل سینماتیکی پایداری با روش مبتنی بر GIS
در شیبهای سنگی و سخت بهطور عمده سه مکانیزم گسیختگی در امتداد ناپیوستگیهای سنگ مشاهده میشود که شامل شکست صفحهای، شکست گوهای و واژگونی میباشند .
الف) شکست صفحهای
شکست صفحهای در امتداد یک ساختار زمینشناسی منفرد رخ میدهد. هوک و بری (2332)، شرایط زیر را برای وقوع شکست صفحهای پیشنهاد کردهاند.[3 ]
امتداد صفحه لغزش باید موازی یا تقریبا موازی (در بازه ±12 درجه) با صفحه پله باشد.
صفحه لغزنده باید در سطح پله رخنمون داشته باشد یا به بیان دیگر شیب آن باید کمتر از شیب سطح پله باشد. همچنین شیب این صفحه لغزنده باید مقداری بیش از زاویه اصطکاک داشته باشد.
در جوانب سطح لغزش سطوح رهایی با مقاومت قابل چشم پوشی باید وجود داشته باشد (مقاومت جانبی در این پژوهش ناچیز در نظر گرفته شده است).
قابل ذکر است صفحات لغزنده باید در جهت سطح پله، شیب داشته باشد تا شکست صفحهای ایجاد گردد.
در نتیجه، به منظور ارزیابی پتانسیل شکست صفحهای در بستر نرم افزار Arc GIS، ابتدا امتداد پلهها و دیوارههای معدن با امتداد هریک از دسته درزه های غالب در هر پهنه، مقایسه شده و بر مبنای مدل تلفیق منطقی بولین، مناطقی که اختلاف امتداد کمتر از 12 درجه را نشان می دهند، به عنوان مناطق بحرانی از نظر پارامتر امتداد مشخص می شوند. در مرحله بعد، با مقایسه شیب صفحه لغزش (دسته درزهها) نسبت به شیب پلهها و زاویه اصطکاک، مناطق بحرانی برای پارامتر شیب نیز معرفی میگردد. مناطقی که از نظر هر دو پارامتر (امتداد و شیب) بحرانی باشند، پتانسیل شکست صفحهای را دارند.
ب) شکست گوه ای
در اثر تقاطع صفحه دو دسته درزه، احتمال ایجاد شکست گوهای وجود دارد. برای رخداد گسیختگی گوهای، خطی که از تقاطع دو صفحه درزه حاصل میشود و صفحه پله، باید تقریبا در یک جهت شیب داشته باشد. بنابراین، با بررسی اختلاف جهت شیب خط تقاطع با صفحه پله، می توان مناطق بحرانی را از نظر پارامتر جهت شیب تعیین نمود. همچنین اگر زاویه شیب خط تقاطع دو صفحه درزه، بیشتر از زاویه اصطکاک میانگین دو صفحه لغزش و کمتر از شیب پله باشد، مناطق بحرانی از نظر شیب را نشان میدهد. به این طریق، سلولی که از نظر هر دو پارامتر (جهت شیب و شیب) شرایط بحرانی را داشته باشد پتانسیل شکست گوهای را خواهد داشت.[4 ]
ج) واژگونی
به منظور ارزیابی این نوع شکست، ابتدا جهت شیب سطح پله با جهت شیب هر یک از دسته درزه ها مورد مقایسه قرار میگیرد. برای وقوع واژگونی، ناپیوستگیها باید در جهت خلاف سطح پله، شیب داشته و اختلاف امتداد آنها با امتداد سطح پله کمتر از 12 درجه باشد. این مناطق اگر در رابطه زیر که توسط گودمن (2333) ارائه شده است صدق کنند پتانسیل رخداد واژگونی را دارند.[5]
(90◦ − ψf) + Φj < ψp
که در آن: ψf زاویه شیب سطح پله، Φj زاویه اصطکاک سطح لایهها و ψp زاویه شیب صفحه لغزنده میباشد.
- تحلیل سینماتیکی پایداری به روش استریو گرافی
حدود 1222 برداشت از مشخصات درزههای موجود در پلههای معدن صورت گرفته است که با در نظر گرفتن پهنهبندی زمینشناسی مهندسی، برای هر پهنه بهصورت مستقل اطلاعات ناپیوستگیها در نرمافزار Dips مورد تحلیل قرار گرفت و پتانسیل رخداد هر سه نوع شکستگی برای دستهدرزههای غالب هر پهنه ارزیابی شد.
