1.4 Пластичность

Под пластичностью в общем случае понимают свойства твердых пород сохранять остаточную деформацию, возникшую под воздействием внешних сил, после прекращения их действия.

Пластичность проявляется тогда, когда напряжение превысило предел упругости, и предшествует разрушению. Пластические деформации в отличие от упругих непропорциональны величине деформирующего напряжения, а растут быстрее, например, пластилин или влажная глина. Если пластические деформации растут без роста давления, то тело идеально пластично и деформируется в режиме ползучести (режиме растекающегося масла). Если рассматривать поведение вещества за долгий промежуток времени, то текучим оказывается «твердый» битум, а за геологическое долгое время текучими оказываются многие горные породы. Горные породы по пластичности разделены на шесть категорий. К первой отнесены упруго-хрупкие породы. Ко второй–пятой категориям пластично-хрупкие породы, а шестую составляют высокопластичные горные породы. В табл. 23 приведена классификация осадочных пород по пластичности.

В недрах пластичными оказываются породы хрупкие на поверхности, потому что пластичность пород возрастает при растущих давлениях и температурах за геологически большие промежутки времени. Например, лед и сухая глина – хрупкие на поверхности, в тот же время на глубине несколько сот метров они пластичные. Этим обусловлено медленное течение ледников, галит на глубине более 500 метров выдавливается, образуя соляные купола и штоки.

Таблица 2.Классификация осадочных горных пород по пластичности

Категория горных пород	1	2	3	4	5	6
Коэффициент пластичности	1	1,2	2,3	3,4	4,6	>6
Породы	Кремнистые, кварцевые песчаники	Сланцевые глины, глинистые сланцы, аргиллиты, алевролиты, кремнистые породы	Глинистые сланцы и аргиллиты, известняки,мелкозернистые доломиты, сульфатные породы, песчаники кварцевые, алевролиты кварцевые	Известняки, доломиты, ангидриты, песчаники кварцевые, алевролиты кварцевые	Известняки, доломиты	Глинистые мергели, известняки, доломиты

Пористые породы пластичны за счет деформации пор и выдавливания порового флюида. На глубинах в несколько километров, пластичность появляется у перекристаллизующихся в мрамор известняков, что видно на отдельных плитках мрамора на полу коридоров университета: в некоторых истертых ногами плитках проявляется сложная плойчатость, образовавшаяся в вязком состоянии. Песчаники, кварциты и даже граниты преобразуются в гнейсы с чертами слоистости, плойчатости и течения, сформировавшиеся когда началось частичное плавление и размягчение пород. Пластическая деформация может скомпенсировать внешнее давление, а если нагрузку снять, то деформация сохранится. На этом свойстве основана штамповка по металлу или пластмассы.

Пластичность также проявляется в релаксации напряжений в горных породах. Например, если образец горной породы зажать в тисках, деформируя на постоянную величину, находящуюся в пределах области упругой деформации, и оставить в таком положении на длительное время, то постепенно сила противодействия сжатой породы будет уменьшаться, а её деформация перейдет из упругой в пластическую. Вынув этот образец из тисков, мы обнаружим на нем вмятину (остаточную деформацию).

Еще одно важное проявление пластичности – это ползучесть горных пород, т.е. непрерывный рост деформации при постоянном нагружении. Она проявляется при продолжительном действии постоянной нагрузки, даже если напряжение в породе меньше предела упругости. Наглядной иллюстрацией этого является следующий опыт. Если на образец горной породы поставить гирю и оставить её на продолжительное время, а потом снять, на поверхности образца останется след. Из осадочных горных пород значительной ползучестью обладают глины, глинистые сланцы, аргиллиты, некоторые известняки.

Ползучесть горных пород является одной из причин неустойчивости стенок скважин в процессе бурения, что серьезно затрудняет проводку скважины.