geneza i geotechniczne aspekty występowania gruntów
advertisement
GÓRNICTWO I GEOLOGIA Tom 5 2010 Zeszyt 4 Agnieszka GONTASZEWSKA Uniwersytet Zielonogórski GENEZA I GEOTECHNICZNE ASPEKTY WYSTĘPOWANIA GRUNTÓW ORGANICZNYCH W DOLINIE ODRY – PRZYKŁAD SŁUBIC Streszczenie. Artykuł przedstawia kilkanaście miejsc z terenu centrum Słubic, gdzie stwierdzono występowanie gruntów organicznych. W literaturze oraz dokumentacjach geologicznych są one generalnie opisywane jako holoceńskie mady rzeczne. Szczegółowa analiza dostępnego materiału pozwala jednak postawić tezę, że niektóre z tych osadów są plejstoceńskie i mają genezę zastoiskową lub bagienną. Najgłębiej zalegające osady organiczne można przypisać do interglacjału eemskiego. ORIGIN AND GEOTECHNIC ASPECTS OF ORGANIC SOILS OCCURACE IN ODRA VALLEY IN SŁUBICE Summary. Paper presents several point from Słubice city where organic soils were indentified. This soils are described usually as Holocene fen soil. Detailed analysis of geological data allows to state a thesis that some of this soil origin from Pleistocene and have other genesis. The deepest organic soil layer can be consider interglacial period. 1. Wprowadzenie Miasto Słubice w zdecydowanej większości (łącznie z centrum) znajduje się w obrębie doliny Odry. Jedynie najbardziej wschodnia część miasta położona jest na Wysoczyźnie Lubuskiej, która oddzielona jest od doliny Odry wyraźną krawędzią morfologiczną. W ostatnich kilku latach, wykonując badania geotechniczne oraz dokumentacje geologiczne autorka zetknęła się kilkakrotnie z problemami interpretacyjnymi gruntów organicznych, występujących praktycznie na całym obszarze Słubic. Ze względu na położenie miasta w dolinie dużej rzeki, płytko zalegające osady organiczne oraz gliniasto-ilaste często A. Gontaszewska 106 są bezkrytycznie klasyfikowane jako holoceńskie mady rzeczne (osady facji powodziowej), nawet przy braku domieszki substancji organicznej. W niniejszym artykule przedstawiono kilkanaście wybranych obszarów z terenu Słubic, w których stwierdzono występowanie płytko zalegających osadów organicznych lub gliniasto-ilastych, zakwalifikowanych jako mady rzeczne. W kolejnych rozdziałach dokonano ich krytycznej analizy i przedstawiono model budowy geologicznej doliny Odry w Słubicach. 2. Zarys budowy geologicznej Miasto Słubice położone jest generalnie w dolinie Odry, lecz jego najbardziej wschodnia część leży na Wysoczyźnie Lubuskiej, wyraźnie oddzielonej od Odry. Dolina Odry ma charakter ściśle erozyjny. Zgeneralizowany przekrój przez podłoże Słubic pokazano na rys. 1. NW SE m n.p.m. WYSOCZYZNA LUBUSKA +60 P P +50 DOLINA ODRY +40 P +30 +20 +10 G T P G -20 -30 -40 G a zl. wis ły P NN P 0 -10 f.pozna ńsk P G P interglacifaza G P f. lesz czyń s intergka zl. wis lacjał ł eemys ki G G P P G P G P G G P zlodowacenie odry i warty P P -50 -60 interglacjał wielki P -70 trzeciorzęd Rys. 1. Budowa geologiczna okolic Słubic [5] Fig. 1. Geological structure of Słubice [5] W podłożu Słubic znajdują się osady trzeciorzędowe zaburzone glacitektonicznie, jest to tzw. Łuk Słubic, który ma kontynuację po stronie niemieckiej [3,4]. Zaburzenia te nie są Geneza i występowanie gruntów organicznych... 107 widoczne w morfologii terenu. Strop trzeciorzędu w centrum Słubic znajduje się na rzędnej ok. –70 m n.p.m., natomiast po stronie niemieckiej znane są wychodnie trzeciorzędowych węgli brunatnych na powierzchni terenu. Według badań, prowadzonych ok. 15 k na północny wschód od Słubic [10], do serii zaburzonej glacitektonicznie należą także piaski i gliny ODRA zlodowacenia Sanu. Rys. 2. Mapa centrum Słubic. Zaznaczono miejsca badań. Litery odpowiadają poszczególnym punktom badań. Linią przerywaną zaznaczono zasięg występowania osadów zastoiskowych Fig. 2. Map of Słubice centre. Letters show point of investigations W okolicy Słubic, bezpośrednio w stropie zaburzonych osadów trzeciorzędowych zalegają piaski interglacjału wielkiego, a nad nimi gliny zlodowaceń środkowopolskich (Odry, Warty), lokalnie dwudzielne [2]. Powyżej stwierdzono piaski pochodzące z interglacjału eemskiego, przewarstwione torfami i namułami. Miąższość osadów interglacjalnych wynosi od kilku do kilkunastu metrów. Powyżej znajdują się gliny i piaski A. Gontaszewska 108 związane ze zlodowaceniem Wisły (glacifaza leszczyńska i poznańska) oraz osady holoceńskie, związane z rzeką Odrą. 3. Płytka budowa geologiczna W ramach wykonywania badań geologiczno-inżynierskich oraz geotechnicznych z reguły wykonuje się rozpoznanie budowy geologicznej do kilku, kilkunastu metrów. W przypadku Słubic badania te wykazują obecność gruntów słabonośnych: różnego typu gruntów pochodzenia organicznego, mad oraz miękkoplastycznych mułków. Sondowania bądź wiercenia są prowadzone do momentu osiągnięcia spągu gruntów słabonośnych. W podłożu stwierdzano zwykle od 1 do 3 warstw gruntów słabonośnych. W niniejszym artykule zacytowano kilkanaście stanowisk z terenu Słubic, gdzie dokumentacje wykazały obecność gruntów słabonośnych. Rozmieszczenie stanowisk pokazano na mapie, rys. 2, a ich syntetyczny opis w tab. 1. Wszystkie punkty znajdują się w obrębie tarasu zalewowego Odry, a rzędne terenu wynoszą ok. 21-22 m n.p.m. Tablica 1 Zestawienie stanowisk występowania gruntów słabonośnych, cytowanych w pracy stanowisko warstwy słabonośne ulica warstwa I Nmg (dwudzielne) Nmg (dwudzielne) A Rzepińska B Rzepińska C Wandy x D Chopina x E Daszyńskiego Nm warstwa II x x Gp, G, G//Pd dwudzielne Gp, G, Pg dwudzielne x warstwa III T (wysoko rozłożony) T (wysoko rozłożony) ? ? x F Jagiełły Nmg x I+H (wysoko rozłożona substancja organiczna) G H I J K Wojska Polskiego Wojska Polskiego Nocznickiego Asnyka Żeromskiego x x Nm Nm x G, G//Pd I, Gz x x I, G x T, Nm ? x x x – brak osadów danej warstwy ? – zbyt płytkie wiercenia, aby przesądzały o braku danej warstwy Geneza i występowanie gruntów organicznych... 109 Jak już wspomniano, w dokumentacjach geotechnicznych i geologicznych wszelkie płytko występujące w dolinie Odry grunty organiczne oraz gliniasto-ilaste są zwyczajowo określane mianem mad rzecznych. Tymczasem grunty te są reprezentowane przez wiele różniących się znacznie od siebie typów gruntów, w tym grunty czysto mineralne, bez domieszek substancji organicznej. Rys. 3. Przekrój geologiczny z okolic ul. Rzepińskiej [1] Fig. 3. Geological cross – section (Rzepińska St.) [1] Poddając dokładnej analizie profile i przekroje geologiczne wyróżniono trzy warstwy gruntów słabonośnych do głębokości 10 – 15 m p.p.t.: warstwa I: osady pochodzenia organicznego, holoceńskie, facji powodziowej (mady rzeczne). W aspekcie geotechnicznym są to namuły oraz namuły gliniaste (rys. 3), niekiedy z widocznymi szczątkami organicznymi, barwy ciemnoszarej, A. Gontaszewska 110 o charakterystycznym zapachu; z reguły zalega na rzędnych 19 –21 m n.p.m., tuż pod glebą, dość często usunięta i zastąpiona nasypami (rys. 4); warstwa II: osady pochodzenia zastoiskowego, plejstoceńskie, związane ze zlodowaceniem Wisły (mułki, rys. 4). W aspekcie geotechnicznym są to gliny pylaste, gliny piaszczyste, iły, najczęściej w stanach miękkoplastycznym i plastycznym. Często laminowane, niekiedy spotykano typowe iły warwowe, najczęściej szarej barwy, bez domieszek organicznych. Występują z reguły na głębokości 16-19 m, często przewarstwione piaskami; warstwa III: osady pochodzenia organicznego, plejstoceńskie, bagienne lub rzeczne facji powodziowej (rys. 3). W aspekcie geotechnicznym są to namuły oraz torfy, z bardzo dobrze rozłożoną substancją roślinną, barwy ciemnoszarej lub czarnej. Określenie, z jaką warstwą mamy w danym przypadku do czynienia nie jest rzeczą łatwą, szczególnie w przypadku występowania tylko jednej warstwy osadów słabonośnych. Dodatkowym utrudnieniem jest fakt, że współczesne mady rzeczne występują na bardzo podobnych rzędnych, co plejstoceńskie osady zastoiskowe. Zawarte w artykule przekroje przedstawiają różne warianty występowania poszczególnych warstw. Na każdym z nich do poszczególnych warstw (I-III) przyporządkowano osady organiczne oraz gliniasto-ilaste. Rys. 4. Przekrój geologiczny z okolic ul. Chopina [1] Fig. 4. Geological cross – section (Chopina St.) [1] Tezę o zastoiskowym pochodzeniu glin i iłów (mułków) na terenie Słubic wysunęli Kotowski i Kraiński [7]. Jest ona oparta m.in. na następujących faktach: Geneza i występowanie gruntów organicznych... 111 osady te lokalnie charakteryzują się wyraźną laminacją (np. stanowisko przy ul. Wojska Polskiego – przekrój H – H’, rys. 6), osady te zawierają domieszkę substancji organicznej, lecz nie można ich zaliczyć do namułów lub torfów; domieszkę tę można tłumaczyć występowaniem interglacjalnych osadów organicznych w pobliżu zbiornika. Zakładając, że osady warstwy II mają genezę zastoiskową, zalegające poniżej grunty organiczne (torfy, namuły) należy uznać za osady interglacjału eemskiego. Za tą tezą przemawiają następujące fakty: wartości współczynnika prekonsolidacji (OCR) osadów organicznych mieszczą się w przedziale 0,8-5,4, co wskazuje, że w przeszłości geologicznej osady te były obciążone lądolodem – wyklucza to ich holoceński wiek [8]; substancja organiczna, budująca torfy i namuły, jest bardzo dobrze rozłożona. Ponadto, zaprezentowany wcześniej schemat budowy geologicznej jest bardzo podobny do opisanego przez Urbańskiego i Winter [10] dla obszaru położonego kilkanaście km od Słubic, gdzie udokumentowano osady palinologicznymi. Rys. 5. Przekrój geologiczny z okolic ul. Jagiełły [1] Fig. 5. Geological cross – section (Jagiełły St.) [1] interglacjału eemskiego, m.in. analizami A. Gontaszewska 112 Rys. 6. Przekrój geologiczny z okolic ul. Wojska Polskiego [5] Fig. 6. Geological cross – section (Wojska Polskiego St.) [5] m n.p.m. 23 22 nasypy mady rzeczne 21 20 piaski rzeczne 19 18 mułki zastoiskowe piaski rzeczne mady rzeczne piaski 17 16 piaski piaski rzeczne torfy i namuły interglacjalne 15 piaski Rys. 7. Schemat budowy geologicznej centrum Słubic Fig. 7. Scheme of geological structure of Słubice centre Sporym problemem interpretacyjnym jest fakt, że osady warstw I oraz II występują na podobnych rzędnych. Wydaje się, że może to być tłumaczone erozyjną działalnością Odry. Osady zastoiskowe (podobnie jak gliny zlodowacenia Wisły) zostały wyerodowane w obrębie doliny rzecznej. W centrum miasta pozostał jedynie fragment („ostaniec”) obszaru, Geneza i występowanie gruntów organicznych... 113 z zachowanymi osadami zastoiskowymi. Ich zasięg pokazano orientacyjnie na mapie (rys. 2). Obszar osadów zastoiskowych jest kontynuowany na północ, poza obszar opisywany w niniejszym artykule. W dolinach, otaczających ten „ostaniec” od południa, wschodu i zachodu następowała sedymentacja rzeczno-bagienna, której efektem są m.in. organiczne namuły, zaliczone do warstwy I. Jedynie osady tej warstwy można prawidłowo nazwać madami rzecznymi. Schemat budowy geologicznej centrum Słubic pokazano na rys. 7. Należy także stwierdzić, że istnieją kontrargumenty dla podanego powyżej schematu. Osady gliniasto-ilaste uznane zastały przez Kraińskiego i Kotowskiego za zastoiskowe [5,6,8], głównie ze względu na widoczne warstwowanie oraz niską zawartość substancji organicznej. Tymczasem mady rzeczne także dość często charakteryzują się laminacją i niską zawartością substancji organicznej [9]. Tablica 2 Wartości średnie oraz zakresy (w nawiasach) podstawowych parametrów geotechnicznych gruntów słabonośnych ze Słubic oraz holoceńskich mad rzecznych z dolin Wisły i Bugu torfy namuły gliny iły mady parametr jednostka interglacjalne interglacjalne zastoiskowe zastoiskowe rzeczne wg [6] wg [6] wg [7] wg [7] wg [9] wilgotność % 192 128 28 (24-37) 42 (25-58) (2-58) zawartość substancji % 47,6 24,8 (0-3) organicznej spójność kPa 15 10 23 (10-36) 10 (5-40) kąt tarcia º 2,5 2,5 5 (3-8) 3,5 (1,5-6) wewn. gęstość (1,46g/cm3 0,93 1,28 objętościowa 2,05) 4. Aspekty geotechniczne Wszystkie warstwy gruntów organicznych i gliniasto-ilastych w poprzednim rozdziale należy uznać za tzw. grunty słabe. Dokładną charakterystykę geotechniczną wybranych stanowisk można znaleźć w pracach Kotowskiego i Kraińskiego [6,7,8]. Najbardziej niekorzystnymi parametrami cechują się warstwy I oraz II (czyli warstwy o najwyższej zawartości substancji organicznej). Natomiast parametry warstwy II są dość zmienne i zależne od stanu gruntów. Z reguły jest to stan miękkoplastyczny (IL>0,5), spowodowany płytko występującą wodą gruntową. W tab. 2 podano podstawowe parametry geotechniczne omawianych gruntów słabonośnych. 114 A. Gontaszewska 5. Wnioski W niniejszym artykule przedstawiono argumenty przemawiające za interglacjalną genezą namułów i torfów, znajdujących się w podłożu centrum Słubic. Niektóre z nich są jednak dyskusyjne i nie można ich jednoznacznie rozstrzygnąć. Jedynie wykonanie analizy palinologicznej gruntów uznanych za interglacjalne pozwoli ostatecznie rozwiązać ten problem interpretacyjny. BIBLIOGRAFIA 1. Gontaszewska A.: Dokumentacje geotechniczne z terenu Słubic, lata 2006 – 2010. 2. Jezierski J.: Zjawiska glacitektoniczne kształtujące podłoże osadów czwartorzędowych południowo – zachodniej części Ziemi Lubuskiej (na tle stratygrafii czwartorzędu tego obszaru), VIth Glacitectonics Symposium, Wyd. Uczelniane WSI, Zielona Góra 1989. 3. Keilhack v. K., Linstow v. O.: Erläterungen zur Blatt Frankfurt a.O., Lfg. 239, Berlin 1931. 4. Kotowski J., Kraiński A.: Zaburzenia glacitektoniczne wzdłuż doliny Nysy Łużyckiej i Odry na odcinku Sanice – Kostrzyn, VIth Glacitectonics Symposium, Wyd. Uczelniane WSI, Zielona Góra 1989. 5. Kotowski J., Kraiński A.: Budowa geologiczna Doliny Odry w Słubicach, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego, nr 121, Zielona Góra 2000. 6. Kotowski J., Kraiński A.: Charakterystyka geotechniczna gruntów organicznych (interglacjału eemskiego) ze Słubic, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego, nr 121, Zielona Góra 2000. 7. Kotowski J., Kraiński A.: Wybrane zagadnienia geotechniczne gruntów ze Słubic, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego, nr 121, Zielona Góra 2000. 8. Kotowski J., Kraiński A.: Współczynnik prekonsolidacji w gruntach organicznych w Słubicach, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Zielonogórskiego, nr 121, Zielona Góra 2000. 9. Myślińska E.: Laboratoryjne badania gruntów, PWN, Warszawa 1998. 10. Urbański K., Winter H.: Stanowisko interglacjału eemskiego w Radówku (Pojezierze Lubuskie) i jego implikacje dla litostratygrafii glin zwałowych, Przegląd Geologiczny, Vol. 53, nr 5, 2005. Recenzent: Dr hab. Krzysztof Labus, prof. nzw. w Pol. Śl.
