بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت ناپیوستگی ها و شناخت آنها در مدل سازی های ژئومکانیکی، بخصوص شبیه سازی شبکه ناپیوستگی ها، در این مقاله پارامترهای هندسی ناپیوستگی ها و عوامل مؤثر در جداسازی سیستم درزه ها و مناطق همگن از نظر هندسه ساختارهای تشکیل دهنده مورد توجه می باشد.
پارامتر ضریب ثابت فیشر - K - که نشان دهنده توزیع و میزان پراکندگی درزه ها حول قطب آنهاست و بعنوان پارامتر شاخص در خصوص رفتارشناسی ناپیوستگیها محسوب می شود. در این تحقیق این پارامتر به عنوان اصلیترین عامل جداسازی مناطق همگن ساختاری مورد استفاده قرارگرفته است.
با استفاده از دادههای هندسی ناپیوستگی ها، برداشت شده از معدن چغارت و با کمک نرم افزار سورپک پس از آماده سازی داده های اولیه، با کمک دوایری منظم با قطر 100 متر، ضریب تمرکز ناپیوستگیها - R - که از متوسط کسینوسهای هادی صفحات درزه بدست می آید محاسبه گردید و بر اساس آن ضریب فیشر نیز تعیین شد.
خطوط هم ضریب تمرکز و هم ضریب فیشر رسم گردید و نقاط با تمرکز بالا به عنوان مرکز سیستم درزه های مجزای مناطق همگن ساختاری معدن سنگ آهن چغارت تعیین گردید.
یکی از مهمترین دستاورد این تحقیق همخوانی این مناطق تفکیک شده با بلوک های تکتونیکی محصور شده در گسل های منطقه معدن بود که کارایی این روش را جهت تشخیص این بلوک ها حتی بدون شناخت نسبت به گسلهای منطقه میسر می سازد. لازم به ذکر است که با توجه به تعدد فاکتورهای مؤثر در جداسازی مناطق همگن ساختاری، این روش نیازمند بررسی بیشتر و تجربه در دیگر معادن و مناطق مورد مطالعه ژئومکانیکی است.
.1 مقدمه
شناخت خواص ناپیوستگی ها در مکانیک سنگ به منظور تحلیل تاثیر آنها بر پایداری توده سنگ بسیار مهم است.
پارامترهای معرف درزه ها به دو نوع هندسی و مکانیکی تقسیم می شوند. جهت داری - شیب و جهت شیب - ، ابعاد - گسترش - ، فاصلهداری - چگالی درزهداری - ، جانمایی و شکل از پارامترهای هندسی درزه ها بوده و بازشدگی، زبری و موجداری، درجه هوازدگی و آلتراسیون و وضعیت آب درزه از پارامترهای مکانیکی درزه ها محسوب می شوند.
ناپیوستگی ها از نظر اندازه و بعد، طیف وسیعی را در برمی گیرند و از چند سانتی متر تا چند صد متر را شامل می شوند و به انواع مختلفی از قبیل گسله ها، لایه بندیهای زمین شناسی، دسته درزه های اصلی و فرعی و... تقسیم می شوند. بیشتر خواص هندسی مانند جهت داری، فاصله داری و گسترش بصورت صحرایی و برجا در دیواره های سنگی و یا در گمانه ها اندازه گیری می شوند و کمتر نیاز به نمونه گیری و بررسی های آزمایشگاهی دارند. با این حال طراحی دقیق و انتخاب روش مناسب برداشت دادهها، اهمیت بالایی در صحت محاسبه این پارامترها و نتایج تحلیل های حاصل از آن خواهد داشت.
در مکانیک جامدات محیط ایده آل محیطی پیوسته، همگن و ناهمسانگرد است. شواهد نشان می دهد که در محیط های سنگی این شرایط وجود نداشته و ناپیوستگی ها مهمترین عامل در بی نظمی و عدم امکان دسترسی به شرایط ایده آل میباشند. در مدل سازی هندسی ناپیوستگی های توده سنگ، سعی بر این است که ساختارهای اصلی زمین شناسی بلوک سنگی، شناخته شده و پارامترهای هندسی ناپیوستگی های موجود در آن اندازه گیری و با بیشترین تطابق نسبت به واقعیت جانمایی شوند. بنابراین با شبیه سازی ناپیوستگی ها و تهیه بلوک های حاصله از آنها، می توان یک مجموعه بلوکی را به تصویر کشید که ماحصل مدل سازی های هندسی است.
در این مقاله با برداشت داده های اولیه شامل شیب و جهت شیب ناپیوستگیها و ترسیم خطوط هم ارزش بر اساس پارامترهای ضریب تمرکز - R - و ضریب فیشر - K - ، سیستم درزه های موجود در منطقه مورد مطالعه مشخص می شود و با تغییرات ایجاد شده در پارامترهای ذکر شده می توان مناطق بهم ریخته را از مناطق آرام ساختاری تشخیص داد و محل عبور گسل ها را حدس زد.
.2 دادهها و روش تحقیق هدف از تفکیک مناطق همگن آماری دست یافتن به جوامعی است که دارای تابع توزیع آماری مشخص با پراکندگی کم باشد. عوامل موثر در تفکیک مناطق همگن در علوم زمین اغلب ویژگیهای زمینشناسی، ساختاری، ارتفاعی و مقداری میباشند. گسلها و سایر ساختارهای زمینشناسیغالباً بصورت مرزهای طبیعی یک بلوک تکتونیکی عمل میکنند و بسته به مقیاس میتوانند مناطقی با ویژگیهای درزهداری مختلف را در کنار یکدیگر قرار دهند
بررسی های آماری و زمین آماری یک میدان ناپیوستگی منوط به تفکیک شبکه های مختلف و سپس دسته درزه های موجود می باشد و در واقع جامعه آماری ما را دسته درزه ها تشکیل می دهند. با این فرض در شبکه ناپیوستگی هر دسته درزه جداگانه یک جامعه آماری محسوب می شود
در سالهای اخیر، تلاشهایی برای حل مشکلات ردهبندی درزهها صورت گرفته، اما متأسفانه پیشرفتهای کمی حاصل شده است. شاید دو دلیل عمده را بتوان برای کندی سرعت پیشرفت در این حوزه ذکر کرد: الف - ناچیز بودن نسبی حجم تحقیقات و مقالات در زمینه درزهها، که به طور عمده به دلیل پیچیدگی رفتار این ساختارهاست و ب - آشنایی بسیار کم کارشناسان معدن، نفت و زمینشناسی با روشهای نوین ساماندهی.
بررسیهای اندکی در این زمینه در سالهای اخیر صورت گرفته که از محدودیتهای آنها، استفاده از حداکثر 3 ویژگی درزهها برای ردهبندی و همچنین تنها استفاده از یک روش ردهبندی و یا خوشهبندی است. به این ترتیب در این مقالات نسبت به بررسی اهمیت ویژگیهای مختلف در ردهبندی درزهها، و همچنین بهینهسازی روشهای ردهبندی و یا خوشهبندی، اقدام نشده است
در سال 1998 الگوریتمی برای خوشهبندی فازی - fuzzy clustering - ارائه شد که، هدف آن شناسایی خودکار دستهدرزهها بوده است
در این بررسی عمل خوشهبندی روی یک مجموعه داده مصنوعی در دو مرحله انجام شده است. در مرحله اولصرفاً جهتشیب و اندازه شیب ملاک خوشهبندی بوده و در مرحله دوم ویژگی سوم - زبری - نیز در محاسبات وارد شده است. در دو مرحله اول شک بین گزینش 3 و 4 رده برای دادهها وجود داشته که با افزودن ویژگی زبری، این مشکل حل شده و 4 رده به عنوان تعداد ردههای بهینه انتخاب شده است.
از عوامل تعیین کننده مناطق همگن ساختاری در بحث مطالعه درزهها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
-1 زمین شناسی: تغییرات زمین شناسی از قبیل سنگ شناسی و سن زمین شناسی و... میتواند عامل جداسازی دو منطقه ی همگن ساختاری باشد.
-2 تراز یا تغییرات عمق: در بعضی نقاط ممکن است تا یک عمق خاصی خصوصیات هندسی درزه ها تغییر چشم گیری نداشته باشد ولی از آن عمق به بعد خصوصیات هندسی درزه ها ممکن است تغییر کند یعنی ممکن است شیب، جهت شیب یا بازشدگی درزه ها تغییر کند.
-3 مقدار: در بعضی نقاط ممکن است مقدار پارامترهای هندسی اندازه گیری شده ی درزه ها به طور ناگهانی تغییر کند که بعدها میتوان نتیجه گرفت که در مرز بین دو نقطه ی متغییر گسل یا ناپیوستگی دگرشیبی وجود داشته است.
-4 تکتونیک منطقه: عوامل ساختاری زمین شناسی بزرگ از قبیل چین خوردگی و گسل های بزرگ میتواند مرز بین دو منطقه ی همگن ساختاری واقع شوند.
طبق مطالعات زمینشناسی، تکتونیک اولیه و براساس گسلهای اصلی منطقه، توده سنگ معدن چغارت به چهار بلوک تکتونیکی تقسیم شده است. لازم به ذکر است که بلوک چهارم خود به دلیل وجود اختلاف بین بعضی از مشخصات به بلوکهای 1- 4 و 2-4 تقسیم می گردد. در شکل1 موقعیت این بلوکها نشان داده شده است.
