ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.05.2024
Просмотров: 59
Скачиваний: 0
9
сти. В угольных пластах и в углевмещающих породах эти трещины обычно перпендикулярны напластованию. В пластах угля густота литогенетических трещин изменяется в зависимости от петрографического состава: в блестящих разностях углей эти трещины всегда гуще, чем в полублестящих и в матовых.
Густота литогенетических трещин зависит также от мощности пласта. Мощные пласты имеют более редкую сеть трещин, по сравнению с пластами менее мощными (рис. 5), сеть трещин в которых при прочих равных условиях бывает гуще. Среднее расстояние между литогенетическими трещинами внутри одного слоя равно примерно удвоенной мощности слоя.
Контракционные трещины возникают в процессе кристаллизации магматического расплава и остывания (охлаждения) интрузивных и эффузивных магматических пород. При охлаждении происходит уменьшение объема пород, что вызывает появление растягивающих усилий, в результате которых образуются трещины отрыва. Контракционные трещины обычно располагаются перпендикулярно и параллельно поверхности охлаждения магматических пород, разбивая их на блоки кубической, параллелепипедной, матрацевидной, столбчатой, шаровой отдельностей (рис.1,а,б). Наиболее ярко контракционные трещины выражены в эффузивных и дайковых магматических породах.
2.8.2. Тектонические трещины имеют наиболее широкое распространение в породах земной коры. Они возникают под действием напряжений, обусловленных тектоническими движениями земной коры. Появление тектонических трещин связано с образованием отдельных складок, разломов, а также с напряжениями охватывающими, огромные области земной коры (например рудное поле, геосинклинальную область, континент), т.е. источник сил (напряжений) и масштаб тектонических трещин могут быть весьма различены.
При действии тектонических сил (напряжений) любая порода испытывает три последовательных стадии деформации. 1. Стадия упругой деформации – это обратимые деформации, т.е. при снятии нагруз-
10
ки деформации исчезают, и порода полностью восстанавливает перво-
начальные форму и объем. 2. Стадия пластической деформации – по-
рода необратимо меняет форму и объем, но без разрыва сплошности породы. Эта стадия проявляется, когда тектонические силы превышают предел упругости, но не выше предела прочности породы. На этой ста-
дии образуются складки. 3. Стадия хрупкой или разрывной дефор-
мации проявляется, когда тектонические силы превышают предел прочности породы и породы деформируются с потерей сплошности, с образованием тектонических трещин отрыва и скалывания. В зависимости от конкретных геологических условий различные стадии деформации могут получать различную степень развития. Например, в горизонтально залегающих пластах угля пластическая стадия деформации может совсем не проявляться или иметь крайне незначительное развитие.
Тектонические трещины во многом отличаются от нетектонических. Они характеризуются: большей глубиной проникновения и протяженностью; имеют устойчивую ориентировку и образуют системы трещин; ориентируются по единому плану в разных по составу породах; обычно имеют закономерное сочетание систем трещин с тектоническими элементами – складками, разломами и др.
Тектонические трещины подразделяются на две группы:
1) тектонические трещины отрыва и скалывания, генетически связанные со складчатостью;
2) тектонические трещины отрыва и скалывания, генетически связанные с разломами.
Внутри этих групп выделяют подгруппы: региональную тектоническую трещиноватость, связанную с развитием крупных геологи-
ческих структур, и локальную тектоническую трещиноватость, свя-
занную с образованием отдельных складок и разломов. Трещины, сопровождающие отдельные разломы, называются трещинами оперения.
3. Значение трещиноватости в горном деле и геологии
3.1. В горном деле значение трещиноватости обусловлено тем, что она определяет:
прочность и устойчивость горных пород; деформируемость, характер проявления деформации и ее ве-
личину; водоносность, влагоемкость, водо- и газопроницаемость;
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?