52. Начальное напряженное состояние массивов горных пород (по Гейму и Диннику).

До производства работ, т.е. еще в своем начальном состоянии, природные массивы находятся в напряженном состоянии, которое обычно называют естественным или начальным напряженным состоянием. Принимается, что напряженное состояние земной коры в общем случае определяется действием в земной коре независимых силовых полей. Одно из них – гравитационное поле – в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона, другое – тектоническое поле- обусловлено неравномерным распределением в пространстве скоростей тектонических движений и скоростей деформации земной коры, т.е. наличием градиента тектонических движений.

Гравитационное поле Земли характеризуется ускорением свободного падения -g = 981 см/с2, которое в общем является функцией расстояния - r от центра земли плотности пород –ρ.

Тектоническое силовое поле отличается от гравитационного значительно большей сложностью. Оно связано с неравномерным распределением в пространстве скоростей тектонических движений и деформации земной коры.

53. Тектонические напряжения в земной коре.

В настоящее время поля тектонических напряжений связывают с медленным или вековым движением отдельных участков земной коры, развивающимися на протяжении, нескольких столетий, при этом глубинные разломы и разрывы земной коры являются теми естественными швами, по которым на протяжении всей геологической истории Земли непрерывно происходили тектонические движения.

Современные медленные движения земной коры имеют вертикальные и горизонтальные составляющие, скорости которых различны и зависят от тектонического типа региона, строения и местоположения участка земной коры. Хотя горизонтальные компоненты движений содержат больше информации о напряженном состоянии приповерхностных участков земной коры, вертикальные составляющие движений к настоящему времени более изучены.

В геосинклинальных областях скорости вертикальных движений составляют 5-10мм в год, т.е. на порядок выше по сравнению с платформами, где они обычно не превышают 1-3мм в год.

Поскольку районам поднимающихся блоков литосферы свойственна повышенная сейсмичность, между степенью тектонической напряженности и сейсмичностью существует тесная связь.

Характерными признаками тектонически-напряженных массивов являются специфические проявления горного давления в подземных выработках, дискование керна и азимутальное искревление стволов буровых скважин, а также аномально высокие величины напряжений.

В результате наблюдений было зафиксировано наличие в массиве горизонтальных сжимающих напряжений, в несколько раз превышающие возможные напряжения под действием гравитационных сил. На всех глубоких горизонтах сохраняется превышение горизонтальными напряжениями вертикальных. Просматривается взаимосвязь горизонтальных напряжений с прочностными и деформационными свойствами пород. Так величина напряжений в уртитах 25-70 МПа, в рудах – 15-50 МПа.

К настоящему времени установлены закономерности в распределении тетонических сил:

1.Горизонтальные напряжения приурочены к районам восходящих блоков земной коры;

2. Региональные поля напряжений соответствуют общим структурам месторождений;

3. наиболее высокие значения горизонтальных напряжений отмечается у границ блоков вблизи геологических нарушений, в самих зонах геологических нарушений горизонтальные напряжения имеют сравнительно невысокие значения;

4. в элементах гористого рельефа высокие значения горизонтальных напряжений наблюдаются ниже дна долин; выше местных базисов эрозии, ближе к вершинам гор горизонтальные напряжения минимальны по величине;

5. горизонтальные напряжения выше в более упругих и монолитных породах; при увеличении модуля упругости от 2*104 до8*104МПа и скоростей продольных волн от 2*103 до 7*103 МПа тектонические напряжения увеличиваются от 10 до 60МПа.

Кроме этих двух полей в земной коре действуют много других факторов, которые вносят свой вклад в формирование общего поля напряжений. К ним относятся условия генезиса массива, температурные поля, физические свойства горных пород, рельеф земной поверхности, действия подземных и наземных вод и газов, космические факторы.