С.В. Гуков Трещины в горных породах

11

глубину проникновения агентов выветривания и интенсивность развития процессов выветривания;

развитие коррозионных и карстообразовательных процессов и проникновение карста на глубину;

температурный режим и др.

Иными словами, ориентировка, частота, тип и вид трещин оказывают существенное влияние на важнейшие физико-механические свойства пород, определяющих устойчивость горных выработок, условия их обводнения (гидрогеологический режим рудничных вод), разрабатываемость месторождения. Поэтому трещиноватость является одним из главных показателей пород, определяющих организацию горнотехнического производства. Детальное изучение трещиноватости способствует повышению безопасности и производительности труда. Трещиноватость может иметь положительное значение при разработке месторождений, в частности, она облегчает выемку углей из пластов; рациональная ориентировка по отношению к трещинам шпуров при буровзрывных работах способствует созданию большей отбитой массы. Однако в большинстве случаев трещиноватость способствует развитию вредных для горного производства горно-геологических процессов и явлений (сдвижению пород, горным ударам, обвалам и т.п.). В качестве примера рассмотрим влияние трещиноватости на характер проявления вывалов горных пород в призабойном пространстве. Вывал – это локальное обрушение глыб пород в горную выработку преимущественно из кровли выработки. По взаимоотношению кровли выработки и систем трещин вывалы подразделяются на безупорные, упорные и полуупорные (рис. 6). Вывалы упорного типа менее опасны, так как кровля выработки в этом случае более устойчива.

Рис. 6. Схемы образования вывалов безупорного (а), упорного (б) и полуупорного(в) типов в подземных выработках. Линии на рисунке – трещины

3.2. В геологии значение трещиноватости обусловлено тем, что она определяет пространственную ориентировку и форму рудных стол-

12

бов, рудных тел, влияет на особенности их внутреннего строения – распределение полезного элемента, технологических и минералогических типов руд по рудному телу. Трещины служат путями миграции рудоносных растворов и вмещают рудную минерализацию, формируя месторождения полезных ископаемых жильного типа. Трещины служат путями миграции и являются коллекторами подземных вод, газа, нефти

– более половины мировой добычи нефти производят из коллекторов нефти трещинного типа. Трещины используются для выявления и изучения складок, разломов, восстановления древних и современных полей тектонических напряжений.

4. Методы изучения трещиноватости

При исследовании трещиноватости основное внимание уделяется следующим вопросам:

1) изучению пространственной ориентировки трещин с целью выявления систем трещин и ориентировки систем трещин;

2)изучению морфологии трещин и их соотношению со слоями пород, складками, разломами с целью определения генетического типа

ивида трещин;

3)определению интенсивности трещиноватости пород с целью количественной оценки степени раздробленности (разрушенности) пород; выделению участков и зон, различающихся по интенсивности трещиноватости; определению интенсивности различных систем трещин;

4)определению длины, ширины (раскрытия) трещин, сопротивления сдвигу по трещине;

5)оценке влияния трещин и систем трещин как поверхностей и зон ослабления на прочность, деформируемость, водопроницаемость пород и их анизотропию в этом отношении; оценке влияния трещин на устойчивость местности и проектируемых сооружений;

6)определению рациональной методики разведочных и опытных работ при инженерно-геологических изысканиях.

Трещиноватость изучается разными методами: зарисовок и фотографирования, картирования и моделирования, геофизическими методами. Основным методом является статистический: определение вероятных значений длины, ширины, интенсивности трещин и их пространственной ориентировки. Статистическое изучение ориентировки трещиноватости проводят путем построения различных диаграмм трещиноватости: прямоугольных диаграмм, роз-диаграмм, полярных, сферических диаграмм и др. С помощью диаграмм выявляются системы тре-

13

щин, угловое расстояние между ними, приуроченность жил, даек к определенным системам трещин и др.

ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

При разведке рудного поля с целью изучения трещинной тектоники были проведены замеры элементов залегания трещин, развитых в породах рудного поля, а также элементов залегания рудных жил, даек, слоистости.

Необходимо: построить точечную круговую диаграмму трещиноватости на полярной азимутальной сетке по одному из массовых замеров трещин, провести анализ и дать описание полученной диаграммы. Варианты заданий приведены в прил.2 .

МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ И АНАЛИЗА ТОЧЕЧНЫХ ДИАГРАММ ТРЕЩИНОВАТОСТИ НА ПОЛЯРНОЙ

АЗИМУТАЛЬНОЙ СЕТКЕ

В точечных диаграммах элементы залегания (азимут падения и угол падения) трещины наносятся в виде точек на специально построенную сетку (рис. 7). Для изготовления сетки круг произвольного ра-

Рис. 7. Полярная азимутальная сетка для построения точечных круговых диаграмм: 1, 2 – трещины на диаграмме; трещина 1 – азимут падения 45°, угол падения 80°; трещина 2 – азимут падения 90°, угол падения 30°

диуса разбивается радиусами и окружностями. Внешняя окружность сетки градуируется по ходу часовой стрелки от 0° до 360°, по этой шкале откладываются азимуты падения плоскостей. Углы падения отсчитываются по концентрическим окружностям от центра к периферии

(от 0° до 90°).

14

Каждая трещина на диаграмме изображается в виде точки, положение которой определяется азимутом падения и углом падения этой трещины. Поэтому каждая трещина имеет единственное положение на диаграмме. Точка на диаграмме – это нормаль (полюс) трещины, т.е. проекция линии, перпендикулярной к плоскости тре-

щины. Например, на диаграмме (рис. 7) показаны две трещины: первая имеет азимут падения 45° и угол падения 80°, вторая – азимут падения 90°, угол падения 30°.

На точечных диаграммах горизонтальная плоскость (трещина, жила и пр.) проектируется в виде точки, лежащей в центре диаграммы. Все наклонные плоскости проектируются в виде точек в средней части диаграммы между внешней окружностью и центром. При этом чем круче трещины, тем ближе к внешней окружности располагаются их проекции и наоборот. Вертикальные плоскости проектируются на внешнюю окружность.

Каждая точка на диаграмме показывает ориентировку отдельной трещины. Число точек на диаграмме соответствует числу проведенных измерений трещин.

Концентрация точек в какой-либо части диаграммы позволяет выделить системы трещин. При этом на диаграмме можно оценить пределы изменения элементов залегания для каждой системы трещин и получить среднее значение элементов залегания системы, оценить относительную интенсивность систем трещин.

Характер распределения полюсов трещин (точек) на диаграммах может быть различным. Он зависит от геологических условий возникновения трещин и является важным показателем при анализе трещиноватости. По характеру распределения полюсов на диаграмме различают три основных типа диаграмм: с поясовым (рис.8,а–г), дискретно-сис-

темным (рис.8,д–ж) и хаотично-бессистемным (рис.8,з) распределе-

нием полюсов трещин. При поясовом распределении большинство полюсов на диаграмме располагаются вдоль какой-либо линии, не создавая заметных концентраций полюсов в поясе. При дискретносистемном распределении полюса трещин группируются в отдельные более или менее выраженные скопления (максимумы), которые соответствуют системам трещин. При хаотичном распределении полюса распределены на диаграмме равномерно. В соответствии с этим выделяют поясовую, системную и бессистемную трещиноватость. Нередко

15

встречаются промежуточные типы диаграмм и трещиноватости – поя- сово-дискретного и др. типов.

Рис.8. Диаграммы трещиноватости с поясовым (а–г ), дискретно-системным (д–ж) и хао- тично-бессистемным (з) распределением полюсов трещин

Диаграммы типа 8,а – в характерны для контракционной, литогенетической трещиноватостей, тектонической трещиноватости зон разломов. Диаграмма 8,а отражает трещиноватость, изображенную на зарисовках (рис. 1, б,в); она характеризуется преобладанием трещины с близкими субвертикальными углами падения, но с самыми различными азимутами падения и простирания. Трещины, изображенные на диаграмме 8,б, напротив, имеют одинаковые азимуты простирания и самые различные углы падения; подобного типа трещиноватость можно наглядно представить, если повернуть зарисовку трещин (рис. 1,б) на 90°. Диаграмма 8,д отражает трехсистемную трещиноватость, изображенную на рис. 1,г,д. Диаграмма 8,ж отражает бес-

На точечных диаграммах трещины различного типа рекомендуется показывать разным цветом или разной формой знака (точками, кружками, крестиками и т.д.). Кроме замеров трещин, на диаграмме разными знаками наносят полюса жил, даек, элементы залегания слоистости, полосчатости и пр.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Построить точечную диаграмму трещиноватости.

2.Оценить характер распределения полюсов трещин на диаграмме и определить количество систем трещин.

3.Оценить изменчивость элементов залегания отдельных систем трещин и определить их усредненные значения.

16

4.Определить относительную интенсивность систем трещин, т.е. выделить главные и подчиненные системы трещин.

5.Определить, какие системы трещин образованы трещинами скалывания, а какие – отрыва. Используя данные по ориентировке трещин отрыва, реконструировать действие растягивающих сил при образовании трещин.

6.Нанести на диаграмму различными условными знаками жилы, дайки, слоистость.

7.Выявить связь между ориентировкой систем трещин и ориентировкой рудных жил, даек.

8.Оценить расположение систем трещин относительно друг друга

ипо отношению к слоистости (с выделением нормальных, наклонных и согласных систем трещин).

9.Составить описание диаграммы трещиноватости согласно пунктам 1–8 и построить блок-диаграмму, на которой показать пространственную ориентировку выделенных систем трещин. Пример описания диаграммы приведен в прил.1.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем различаются сеть трещин и система трещин, зона трещиноватости и зона дробления?

2.От чего зависит вид отдельности?

3.Чем отличаются трещины отрыва и скалывания морфологически? По условиям образования?

4.Что положено в основу разделения всех трещин земной коры: на тектонические и нетектонические? Назовите основные разновидности тектонических и нетектонических трещин.

5.Как ориентируются литогенетические трещины в углях, угленосных породах? Как обычно ориентируются контракционные трещины?

6.С какой целью изучают трещиноватость горных пород и руд?

7.Как на диаграммах трещиноватости распознаются системы трещин, пояса трещин?

17

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 1. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. –М.:Недра,1975.–536 с.

22. Ломтатзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология.–Л.:Недра,

1984.–511 с.

3.Михайлов А.Е. Полевые методы изучения трещиноватости в горных поро- дах.–М.: Госгеолтехиздат,1956.–132 с.

4.Невский В.А. Трещинная тектоника рудных полей и месторождений.–

М.:Недра,1979.–224 с.

5.Чернышов С.Н. Трещины горных пород.–М.:Наука,1983.–240 с.

36. Яковлев Г.Ф. Геологические структуры рудных полей и месторождений.–

М.: изд–во МГУ,1982.–270 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИМЕР ОПИСАНИЯ ДИАГРАММЫ ТРЕЩИНОВАТОСТИ

Трещины в песчаниках Волковского рудного поля:

а – диаграмма трещиноватости: 1 – трещины отрыва; 2 – трещины скалывания; 3 – слоистость; 4 – магнетитовые жилы; I , II , III – системы трещин;

б – блок–диаграмма, на которой показана пространственная ориентировка I , II , III систем трещин, выделенных на диаграмме трещиноватости (а)

1. В пределах рудного поля в песчаниках был проведен массовый замер трещин (всего 50 трещин). Ориентировка трещин показана в виде точечной круговой диаграммы, построенной на полярной азимутальной сетке (см. рисунок а).

18

Продолжение прил.1

2.Анализ диаграммы показывает, что полюса трещин имеют дискретносистемный характер распределения, группируясь в три максимума (скопления) полюсов, которые соответствуют трем системам трещин. Это свидетельствует о том, что в песчаниках развита дискретно–системная трещиноватость с тремя системами трещин.

3.I система трещин образует максимум полюсов трещин Ι в центре диаграммы. Трещины этой системы имеют пологие углы падения – 5–15° и переменные азимуты падения; усредненное значение элементов залегания – азимут падения – 150°, угол падения – 15°.

II система трещин образует максимум полюсов ΙΙ в северной части диаграммы. Трещины этой системы имеют крутые углы падения – 60–85°, азимуты падения меняются в пределах 15–335°; усредненное значение элементов залегания ΙΙ системы трещин – азимут падения – 5°, угол падения – 75°.

III система трещин образует максимум полюсов ΙΙΙ в восточной части диаграммы. Трещины этой системы имеют крутые углы падения 60–90°, азимут падения изменяют в достаточно широких пределах 45–105°; усредненное значение элементов залегания – азимут падения – 90°, угол падения – 45°.

4.В целом для песчаников характерно резкое преобразование крутопадающих трещин ( ΙΙ и ΙΙΙ системы ). Наиболее интенсивно проявлена ΙΙΙ система трещин. К ней приурочено наибольшее число трещин (30 из 50 или 60%).

5.Из диаграммы видно, что системы ΙΙ и ΙΙΙ образованы сколовыми трещинами. А система трещин Ι сформирована трещинами отрыва. Учитывая, что трещины отрыва ориентированы перпендикулярно растягивающим усилиям, можно определить, что растяжение в момент образования этих трещин на этом участке рудного поля имело субвертикальную ориентировку.

6.Рудная минерализация представлена жилами магнетита. На диаграмму (рис.1,а) вынесено несколько замеров жил в виде крестиков. Из диаграммы вид-

но, что жилы и трещины системы ΙΙ имеют одинаковую (субпараллельную) ориентировку, т.е. трещины ΙΙ системы вмещают рудную жильную минерализацию (или жильная рудная минерализация приурочена ко ΙΙ системе трещин).

7. На диаграмме двойным кружком показана ориентировка слоистости. Исходя из ориентировки слоистости и систем трещин, можно отметить, что вторая система трещин и рудные жилы развиваются согласно (параллельно) слоистости, а системы Ι и ΙΙΙ ориентированы нормально (перпендикулярно) слоистости и друг другу.

Для более наглядного представления о пространственной ориентировке и взаимоотношении систем трещин, слоистости и жил построена блок–диаграмма (см. рисунок б).

19

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ

РАБОТЫ Вариант №1

Замеры трещин в песчаниках Волковского месторождения; элементы залегания слоистости – азимут падения 180 50°.

Замеры жил магнетитового состава – 360 60°, 5 50°, 355 45°.

Трещины отрыва – № 1, 12, 13, 18, 32, 33, 43, 44, 53, 54; остальные трещины – трещины скалывания.

№	Азимут	Угол		№	Азимут	Угол		№	Азимут	Угол
	падения	падения			Падения	падения			падения	падения
1	275	72		33	272	83		65	2	45
2	188	57		34	2	57		66	5	48
3	183	58		35	5	57		67	10	46
4	170	55		36	8	57		68	12	49
5	358	67		37	352	44		69	292	70
6	4	66		38	358	43		70	354	60
7	358	63		39	173	51		71	277	76
8	12	33		40	180	52		72	278	81
9	5	35		41	178	54		73	270	70
10	356	64		42	264	77		74	263	74
11	8	62		43	267	83		75	162	43
12	268	72		44	355	47		76	161	45
13	275	83		45	357	49		77	163	47
14	184	40		46	12	56		78	160	55
15	190	50		47	178	43		79	167	43
16	171	46		48	180	48		80	168	47
17	188	45		49	185	48		81	169	52
18	273	78		50	171	49		82	166	55
19	356	58		51	175	50		83	355	68
20	359	58		52	267	76		84	360	70
21	14	40		53	267	79		85	6	70
22	11	36		54	11	42		86	8	68
23	358	34		55	355	54		87	6	64
24	355	37		56	357	51		88	4	60
25	5	38		57	360	53		89	10	61
26	8	40		58	4	54		90	193	45
27	180	43		59	8	55		91	197	49
28	177	43		60	15	45		92	193	52
29	188	53		61	182	45		93	192	54

20

Вариант №2

Замеры трещин в алевролитах Волковского месторождения; элементы залегания слоистости – азимут падения 90 50°.

Замеры жил пиритового состава – 280 40°, 270 45°, 265 50°.

Трещины отрыва № 19–22, 36, 37, 49, 50, 59, 60; остальные трещины – трещины скалывания.

№	Азимут	Угол		№	Азимут	Угол		№	Азимут	Угол
	падения	падения			падения	падения			падения	падения
1	83	37		33	86	43		65	94	56
2	89	38		34	90	42		66	89	59
3	95	37		35	94	44		67	220	70
4	94	60		36	184	75		68	330	70
5	85	61		37	186	80		69	0	40
6	86	65		38	277	45		70	360	85
7	89	63		39	274	47		71	261	49
8	91	65		40	270	45		72	264	38
9	93	63		41	264	45		73	268	55
10	98	61		42	265	48		74	272	37
11	280	37		43	81	47		75	275	55
12	281	41		44	83	50		76	278	53
13	279	45		45	86	47		77	280	45
14	278	49		46	90	45		78	282	48
15	275	52		47	90	48		79	104	34
16	270	51		48	93	42		80	106	37
17	265	52		49	179	73		81	103	42
18	292	70		50	175	77		82	101	46
19	175	83		51	276	39		83	102	53
20	176	84		52	276	42		84	93	34
21	181	82		53	271	37		85	94	51
22	184	85		54	270	40		86	92	63
23	82	58		55	268	36		87	99	61
24	84	55		56	265	40		88	93	67
25	86	57		57	264	43		89	78	42
26	99	41		58	261	43		90	77	47
27	99	45		59	178	79		91	76	52
28	98	49		60	184	77		92	82	62
29	97	53		61	82	53		93	83	65
30	97	56		62	86	53		94	83	67
31	81	44		63	92	53		95	86	66
32	85	41		64	89	54		96	89	69