Συσχέτιση ορυκτοπετρογραφικών και φυσικομηχανικών ιδιοτήτων ανθρακικών πετρωμάτων από περιοχές της Δυτικής Ελλάδος και στην εκτίμηση της καταλληλότητας ως αδρανών υλικών

• Main Author: Μπαλάτσας, Ιωάννης
• Other Authors: Balatsas, John
• Language: Greek
• Published: 2022
• Subjects: Πετρογραφία; Αδρανή υλικά; Petrography; Aggregates

Στην παρούσα διατριβή έγινε διερεύνηση ανθρακικών πετρωμάτων από περιοχές της δυτικής Ελλάδος (Περιφερειακή Ενότητα Αιτωλοακαρνανίας) όσον αφορά τις φυσικομηχανικές – γεωμετρικές ιδιότητες και την επίδραση των πετρογραφικών χαρακτηριστικών από τις τρείς γεωτεκτονικές ζώνες (Ιόνιας, Γαβρόβου – Τρίπολης και Ωλονού – Πίνδου), καθώς επίσης και εκτίμηση για την καταλληλότητά τους ως αδρανή υλικά για διάφορες εφαρμογές. Μετά από την υπαίθρια γεωλογική παρατήρηση και αποτύπωση ανθρακικών σχηματισμών για την κατάσταση των ανθρακικών πετρωμάτων, την συλλογή παρατηρήσεων και την πετρογραφική εξέταση των συλλεχθέντων δειγμάτων, κατασκευάσθηκε ενωποιημένος γεωλογικός ψηφιακός χάρτης κλίμακας 1:125.000 με εμβαδομέτρηση αυτών των σχηματισμών, καθώς και χάρτες κλίμακας 1:250.000 σχετικά με τους λιθότυπους, όπου αναφέρεται κάθε δοκιμή. Από την Ιόνια ζώνη οι λιθότυποι που αναγνωρίσθηκαν και ταξινομήθηκαν (κατά Dunham), είναι οι wackestone / ιλυοστηριζόμενοι, οι wackestone / mudstone, οι Packstone / κοκκοστηριζόμενοι, οι grainstone / κοκκοστηριζόμενοι λιθότυποι και οι grainstone – lithoclast (κοκκοστηριζόμενοι με λιθοκλάστες και ενδοκλάστες). Πιό συγκεκριμένα περιέχονται άφθονα πελοειδή, ενδοκλάστες και αυξημένος αριθμός λιθοκλαστών, ενώ οι wackestone λιθότυποι των ασβεστολίθων Βίγλας εμφανίζουν φτωχές συγκεντρώσεις απολιθωμάτων υποδεικνύοντας όμως, πυκνή δομή και απουσία σπαριτικών φλεβών. Ως προς τους ανθρακικούς σχηματισμούς της ζώνης Γαβρόβου – Τρίπολης αυτοί χαρακτηρίζονται από wackestone και Packstone λιθότυποι με άφθονα ευμέθη απολιθώματα, θραύσματα μικροαπολιθωμάτων, καθώς και αυξημένη συμμετοχή από ενδοκλάστες. Παρουσιάζουν μειωμένη συμμετοχή από αργιλικά, αλλά αυξημένο βαθμό ανακρυστάλλωσης και παραθυροειδών δομών. Η ζώνη Ωλονού – Πίνδου χαρακτηρίζεται από grainstone, mudstone, Packstone και wackestone λιθότυπους στην πλειονότητά τους. Έχουν ανεπτυγμένα πορώδη, τύπου στυλόλιθου, ή καναλιού, καθώς και υψηλή διακύμανση μη ανθρακικών προσμείξεων που αφορά ιλλίτη, χλωρίτη, μοσχοβίτη, βιοτίτη και διογκούμενα αργιλικά υλικά της ομάδας σμηκτίτη. Επιπλέον οι Ανω Κρητιδικοί πελαγικοί λιθότυποι της ζώνης Ωλονού – Πίνδου περιέχουν απολιθώματα μικρά σε μέγεθος, ενδοκλάστες σε μικρό ποσοστό και με αυξημένη μικριτική ύλη. Πιο συγκεκριμένα, υποδεικνύονται wackestone λιθότυποι με πυκνή δομή και διασπαρμένους βιοκλάστες, ή καλά διατηρημένα απολιθώματα με απουσία σπαριτικών φλεβών, αλλά με παρουσία φλεβιδίων και αυξημένο πορώδες τύπου στυλολιθικού και τύπου καναλιού (channel) με πληρότητα από αργιλικά υλικά και wackestone λιθότυποι με πυκνή δομή και απολιθώματα σε μικρό μέγεθος με αυξημένο ποσοστό από 30 έως 40%, καθώς και αυξημένη συμμετοχή σε ενδοκλάστες. Οι σπαριτικές φλέβες έχουν πάχος 0,025 – 0,29mm. Αντίθετα οι λιθότυποι του Ανω Κρητιδικού της ζώνης Γαβρόβου – Τρίπολης, παρουσιάζουν ανομοιομορφία στα μεγέθη των απολιθωμάτων, έχουν αυξημένο αριθμό σε ενδοκλάστες, λιθοκλάστες, καθώς και σε πελοειδή. Οι συσχετίσεις μεταξύ των γεωμετρικών, φυσικών, μηχανικών και φυσικοχημικών ιδιοτήτων διερευνήθηκαν με ανάλυση παλινδρόμησης. Από την παραγοντική ανάλυση R ̶ τύπου προέκυψαν ομαδοποιήσεις μεταξύ των ιδιοτήτων, επιβεβαιώνοντας έτσι, τα αποτελέσματα της ανάλυσης, ή αποδεικνύοντας την ύπαρξη αξιόλογων τάσεων, ενώ σε αρκετές τάσεις ο συντελεστής προσδιορισμού (R) είναι αρκετά υψηλός. Σημαντικές συσχετίσεις προσδιορίστηκαν στις τιμές του δείκτη σε αποσάθρωση (S) και της δοκιμής κατά Los Angeles (LA) για τις τρείς γεωτεκτονικές ζώνες. Στις σχέσεις που αφορά τον δείκτη αποσάθρωσης (S) και τον δείκτη αντίστασης σε απότριψη (AAV) στα αντιπροσωπευτικά δείγματα των τριών γεωτεκτονικών ζωνών, Ιόνια, Γαβρόβου – Τρίπολη και Ωλονού – Πίνδου, παρατηρήθηκε, ότι, αυξανομένης της αποσάθρωσης, αυξάνονται και οι τιμές (AAV). Στο αδιάλυτο υπόλειμμα (IR) και αντίσταση σε στίλβωση (PSV) παρατηρήθηκαν ικανοποιητικές συσχετίσεις με αύξηση τιμών του (IR) αντίστοιχα με αύξηση του δείκτη τιμών του (PSV). H ανθεκτικότητα των πετρωμάτων σε αποσάθρωση, όπως εκφράζεται από το δείκτη ισοδύναμμου άμμου (S), μειώνεται αυξανομένων των τιμών υγρασία απορρόφηση (Wa). Το ισοδύναμο άμμου (SE) και το μπλε του μεθυλενίου (MBf) δεν συσχετίζονται απόλυτα μεταξύ τους, επιβεβαιώνοντας κατ’ αυτό τον τρόπο τη διαφορετική φύση των δύο δοκιμών. Όσον αφορά τους λιθότυπους, οι μηχανικές ιδιότητες τείνουν να βελτιώνονται όσο μειώνεται: (i) ο βαθμός πορώδους, (ii) η συμμετοχή των αργιλικών υλικών, (iii) η μεγάλη παρουσία των σπαριτικών φλεβών, (iv) η σπαριτική ύλη. Αναφορικά με τις φυσικές ιδιότητες, οι λιθότυποι επηρεάζονται αρνητικά από την συμμετοχή σε αργιλικά υλικά όπως είναι ο ιλλίτης, τα διογκούμενα της ομάδας σμηκτίτη και των αργιλικών υλικών της ομάδας χλωριτών και οξειδίων. Οι σχέσεις μεταξύ των φυσικοχημικών ιδιοτήτων (S) και (MBf) η περιεκτικότητα στα αλλοχημικά, υποδεικνύεται, ότι όσο αυξάνεται η συμμετοχή τους σε αργιλικά ορυκτά, τόσο μειώνεται η αντοχή των πετρωμάτων στην αποσάθρωση. Από τη σύγκριση των τιμών των προσδιορισθέντων ιδιοτήτων των υπό εξέταση λιθότυπων με τις οριακές τιμές καταλληλότητας, συμπεραίνεται, ότι οι περισσότεροι λιθότυποι είναι κατάλληλοι για χρήση ως βάσεις και υποβάσεις οδοστρωμάτων και φίλτρων με διαφοροποιήσεις (μείωση των τιμών) στα ασφαλτομίγματα - επιφανειακές στρώσεις σε σχέση με την αύξηση του πορώδους και την αυξημένη συμμετοχή σε αργιλικά υλικά. Όσον αφορά τους λιθότυπους της wackestone, Packstone κατά Dunham της ζώνης Γαβρόβου – Τρίπολης, περιέχουν τις χαμηλότερες τιμές σε αργιλικά ορυκτά για χρήση ασφαλτικών στρώσεων (ασφαλτοτάπητες). Ο χημισμός του λιθότυπου είναι σημαντικός για την ερμηνεία των χαρακτηριστικών του πετρώματος. Η χημική αποσάθρωση προκαλεί μεταβολές στα ορυκτολογικά, ιστολογικά και γεωχημικά τους χαρακτηριστικά με αποτέλεσμα και στις φυσικομηχανικές τους ιδιότητες και τα αποτελέσματα έδειξαν, ότι η ποιότητα των πετρωμάτων μπορεί να εκτιμηθεί με τη χρήση χημικών δεικτών, υποδεικνύοντας μεταβολές κατά την διαδικασία της αποσάθρωσης. Διερευνήθηκε ο βαθμός συσχέτισης συγκεκριμένων χημικών δεικτών αποσάθρωσης (Im, ba2, LOI) και για τους Wackestone λιθότυπους ο δείκτης Im παρουσίασε υψηλές συσχετίσεις με τις γεωμετρικές και μηχανικές ιδιότητες, υποδεικνύοντας, έτσι τη μείωση της ποιότητας των αδρανών υλικών αυξανομένου του βαθμού αποσάθρωσης, αντίθετα όμως με τους Mudstone λιθότυπους, οι οποίοι παρουσιάζουν διασπορά τιμών. Οι συσχετίσεις του χημικού δείκτη ba2 με τις φυσικοχημικές – γεωμετρικές ιδιότητες (MBf, SE, W, GS), παρουσιάζουν μείωση της ποιότητας των αδρανών υλικών αυξανομένου του βαθμού αποσάθρωσης. Η συσχέτιση του (LOI), ως δείκτης του βαθμού χημικής αποσάθρωσης, μεταξύ του (SE) και (UCS) συμφωνεί με τα αποτελέσματα της παραγοντικής ανάλυσης και φάνηκε, ότι μειωμένου του ποσοστού (LOI), παρατηρείται, αύξηση της μηχανικής αντοχής σε μοναξονική θλίψη (UCS). Ως προς την αντοχή στο σκυρόδεμα η παρουσία διογκούμενων αργιλικών υλικών της ομάδας σμηκτίτη έχει αρνητική επίδραση στην ποιότητα των αδρανών υλικών (ως κύριο συστατικό του μπεντονίτη είναι ο μοντμοριλονίτης). Η προσθήκη μπεντονίτη κάνει το σκυρόδεμα πιο ευκατέργαστο, αλλά σε μεγαλύτερη ποσότητα προκαλεί μείωση της μηχανικής του αντοχής, καθώς και της αντοχής του στον παγετό. Οι σχέσεις μεταξύ των οξειδίων και της φυσικοχημικής ιδιότητας (MΒf) παρουσιάζουν ικανοποιητικές τάσεις μεταξύ των λιθότυπων, αφού υποδηλώνουν αύξηση των αργιλικών υλικών. Οι Mudstone λιθότυποι του Ανω κρητιδικού της ζώνης Ωλονού – Πίνδου διαφοροποιούνται χημικά (υψηλότερα ποσοστά σε Al2O3, Fe2O3, SiO2 και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε CaO) από τους wackestone, packstone, grainstone λιθότυπους. Επιπλέον, θεωρούνται, μη αποδεκτοί για τις περισσότερες εφαρμογές, όπως υποδεικνύεται από τα αποτελέσματα του δείκτη αποσάθρωσης (συμμετοχή οξειδίων), καθώς και της φυσικοχημικής ιδιότητας μπλε του μεθυλενίου (MBf).