Лекция № 10: «Разрывы без смещения»

При возникновении в земной коре тектонических нарушений, превышающих пределы прочности горных пород, в них образуются разрывы. Разрывные нарушения могут происходить без существенного перемещения горных масс и проявляться в виде трещин или же сопровождаться относительным перемещением разобщенных блоков, образуя иногда весьма протяженные разломы.

Трещины. Все горные породы, претерпевшие тектоническое воздействие, обладают трещиноватостью. По степени проявления трещины можно разделить на открытые, закрытые или скрытые. Открытые трещины обладают четко видимой полостью, обычно более или менее открытой. В закрытых трещинах разрыв заметен невооруженным глазом, но стенки трещин сближены настолько, что полость практически отсутствует. Скрытые трещины при обычных наблюдениях не видны, они обнаруживаются лишь при раскалывании или прокрашивании горной породы.

Степень проявления трещин зависит от многих причин. Известно, что сеть трещин в породах, вскрытых в глубоких горных выработках, кажется значительно более редкой, чем в тех же породах, обнажающихся на поверхности, трещины в выработках более сжаты. Раскрытие их у поверхности обусловлено расширением горных пород, разгруженных от давления вышележащих толщ, а также процессами выветривания.

Классификация трещин

По отношению к текстурным особенностям пород трещины делятся на: поперечные, продольные, косые (косо к простиранию и падению) и согласные (параллельно слоистости или сланцеватости).

По углу наклона трещины делятся на: вертикальные (80-90⁰), крутые (80-45⁰), пологие (10-45⁰) и слабонаклонные (0-10⁰).

По генезису трещины делятся на тектонические и нетектонические. Последние подразделяются на: а) первичные; б) выветривания; в) оползней, обвалов, провалов; г) трещины расширения пород при разгрузке. При тектонических деформациях возникает три главных вида трещин: трещины отрыва, скалывания и сжатия.

Трещины отрыва возникают при растяжении. Они нередко в той или иной степени открыты или заполнены минеральным веществом. Протяженность каждой трещины обычно невелика, но системы трещин, часто располагающихся кулисообразно, могут прослеживаться на значительное расстояние.

Трещины отрыва обычно приоткрыты, обладают неровной зернистой поверхностью и лишены каких-либо следов перемещения (зеркал скольжения). Гальки и крупные зерна при пересечении их поверхностью отрыва нередко выпадают из породы. Такие трещины обычно быстро выклиниваются по простиранию и падению, но рядом можно найти новые в том же направлении.

Трещины отрыва возникают при сжатии, параллельно оси главного напряжения. Разрастание происходит стадийно. Вначале редкие, удаленные друг от друга, затем сгущаются и постепенно заходят друг за друга, а в третью стадию (последнюю) смыкаются, соединяются, с образованием бидинажа³.

Трещины отрыва образуются в условиях растяжения и характерны для: а) смыкающих крыльев флексур; б) бортов прогибов; в) чехлов платформ; г) орогенных комплексов, испытавших общее растяжение.

Трещины скалывания ориентированы под углом, близким к 45⁰, по отношению к направлению сжатия. Эти трещины, обычно закрытые, обладают большой протяженностью. Поверхность их ровная, нередко со следами скольжения. Трещины скалывания сопровождают взбросы и сдвиги, а также складчатые дислокации.

Трещины сжатия (расплющивания) ориентированы перпендикулярно к оси главного сжатия. Они развиваются вдоль ослабленных направлений, возникающих при пластичном течении вещества под нагрузкой тектонического сжатия. Наиболее яркое выражение трещин сжатия представляет кливаж.

Кливаж – это совокупность параллельных плоскостей, разделяющих горные породы на тончайшие пластинки: образуются при различных тектонических деформациях. Из многочисленных разновидностей кливажа можно выделить две главных: послойный кливаж и кливаж осевой плоскости складчатых структур. Послойный кливаж возникает в результате внутреннего течения вещества в ходе пластической деформации. Особенно характерен он для метаморфических пород. Кливаж осевой плоскости возникает при формировании складок продольного изгиба. Он ориентирован перпендикулярно к напряжению сжатия и сечет слоистость как в замках складок, так и на крыльях.

Рис. 1. Разновидности кливажа: а – послойный; б–д – секущий (б – веерообразный, в – обратный веерообразный, г – S-образный, д – параллельный).

В механическом отношении кливаж выражается в образовании многочисленных поверхностей скольжения и срезывания, по которым в процессе пластической деформации частицы смещаются относительно друг друга. Образование кливажа соответствует последней стадии пластической деформации, характеризующейся потерей прочности пород перед разрывом. Кливаж бывает хорошо заметен на поверхности выветривания горных пород, а в свежих породах он улавливается с трудом и только по смещениям элементов горной породы (структурно-текстурные элементы). Разновидности кливажа показаны на рис. 1.

В основе изучения трещин должны лежать непосредственные полевые наблюдения. При этом, кроме определения пространственной ориентировки трещин и последовательности их формирования, необходимо выяснить генетическую природу трещин. Определение ориентировки трещин производится так же, как и замеры элементов залегания слоя. При описании трещинных структур обязательно отмечается форма трещин, характер их поверхности, степень проявления, наличие минерального заполнения, взаимные пересечения. Наблюдение над трещинами надо вести так, чтобы отразить особенности их проявления в различных частях тектонических структур: в замках и на крыльях складок, вблизи и в удалении от разрывных нарушений и т.д. Если наблюдения трещин имеют массовый характер, то для выявления преобладающей ориентировки, относительной интенсивности их видов и решения других задач применяются статистические и графические методы. Самый простой и широко распространенный метод графического отображения трещиноватости горных пород – построение роз-диаграмм. На таких диаграммах можно выявить и отразить преобладающие простирания трещин, направления и углы их падения.

Рис. 2. Роза-диаграмма простираний.

В качестве примера рассмотрим построение роз-диаграмм простираний. На полукруге произвольного размера через 5 или 10⁰ проводятся радиусы-меридианы (рис. 2). Затем в качестве масштаба выбирается произвольный отрезок, соответствующий одному замеру. Этот отрезок откладывается от центра диаграммы вдоль соответствующего меридиана столько раз, сколько замеров данного значения (усредненных по 5 или 10⁰) оказалось при изучении трещиноватости данного объекта. После этого конечные точки на радиусах-меридианах последовательно соединяются прямыми линиями и образовавшийся контур затушевывается.