Геология. Трещиноватость горных пород и графические методы ее изображения. Методические указания

Местные трещины отрыва возникают на участках, испытывающих растяжения при формировании складок и разломов. Морфологически эти трещины не отличаются от описанных выше региональных трещин, но они не имеют такого широкого распространения. Многочисленные трещины отрыва образуются на сводах пологих куполовидных поднятий, в ядрах складок, на участках крутого погружения шарниров складок и на смыкающих крыльях флексур.

Расположение трещин на сводах куполовидных поднятий зависит от их формы. В изометричных куполах трещины отрыва развиваются по радиусам концентрически. Нередко возникает лишь один из этих видов трещин.

В ядрах линейных складок трещины отрыва развиваются по двум направлениям. Одно из них продольное (совпадает с простиранием осей складок), другое поперечное.

Появление продольных трещин объясняется общим растяжением пород в замках складок, связанным с изгибом слоев. Поперечные трещины возникают там, где шарниры складок образуют перегибы. Растяжение, которое испытывают при этом породы, направленное вдоль оси складки, приводит к образованию поперечных трещин (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема расположения трещин отрыва в ядре антиклинальной складки

Трещины отрыва возникают на смыкающих крыльях флексур в направлении, совпадающем с их простиранием. Такие трещины бывают интенсивно развиты на участках, нарушенных сбросами. Последние чаще образуются в условиях растяжения горных пород и отражают дальнейшее развитие тех напряжений, которые приводят к образованию трещин отрыва. Там, где развиты сбросы, трещины отрыва ориентированы параллельно поверхности сместителя. Они образуются раньше, чем произойдет перемещение крыльев сброса, и имеют наибольшую частоту у сместителя, становясь более резкими вдали от него.

11

Трещины скалывания. Трещины скалывания обычно плотно сжаты и имеют гладкую поверхность. Гальки и крупные зерна, попадающие на линию разрыва, срезаются, а не выдергиваются из своих гнезд, как это отмечалось для трещин отрыва. Трещины скалывания сохраняют свою ориентировку по простиранию и падению и обладают большой протяженностью. Нередко их поверхности носят следы перемещения в виде царапин, бороздок и зеркал скольжения.

Широко распространены трещины скалывания на участках, нарушенных взбросами и сдвигами. Образование этих структур происходит в условиях сжатия земной коры или при перемещениях одного участка земной коры относительно другого под действием пары сил. Однако раньше чем напряжения, вызываемые сжатием или сдвигом, сконцентрируются на одной поверхности разрыва и вызовут перемещение вдоль нее, в породах произойдет образование трещин скалывания. Эти трещины составляют обычно два ряда, ориентированных под углом к оси сжатия. В реальной обстановке может развиться лишь одно направление трещин скалывания; если же развиваются оба направления, то они не всегда выражаются одинаково отчетливо.

Трещины скалывания связаны не только с формированием отдельных структур, но и имеют широкое распространение во многих районах. Они возникают в складчатых областях в тех случаях, когда уплотненныеипреобразованныевпроцессескладчатостипороды,способные в поверхностных зонах земной коры к дальнейшим пластическим деформациям, вновь испытывают сжатие в периоды, следующие за временем формирования складчатости. Трещины в таких случаях располагаютсяподострымугломпоотношениюкобщемунаправлению сжатия. Трещины скалывания очень часто возникают в интрузивных породах, подвергшихся сдавливанию после окончания кристаллизации и полного остывания.

1.2.2. Кливаж

Кливажем называются частые параллельные поверхности скольжения, развивающиеся при пластической деформации горных пород.

На земной поверхности и вблизи нее в зоне выветривания кливаж имеет вид открытых или закрытых частых параллельных трещин с ровными поверхностями и нередко следами скольжения и притирания. В породах, расположенных вне зоны выветривания, поверхности кливажа выражены скрытыми трещинами, которые могут быть

12

замечены только по относительному перемещению по поверхностям скольжения и особенно по смещению резко выраженных границ между слоями.

Из существующих классификаций кливажа наиболее обоснованной является классификация, предложенная В.В. Белоусовым. Он выделяет следующие разновидности кливажа (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Разновидности кливажа:

а– послойный кливаж. Секущий кливаж: б – веерообразный;

в– обратный веерообразный; г – S-образный; д – параллельный

Послойный кливаж – развивающийся параллельно слоистости на ранних стадиях пластической деформации.

Веерообразный кливаж – располагающийся под острым углом к осевой поверхности и ориентированный таким образом, что он сходится под антиклиналями и над синклиналями, т.е. веерообразно относительно осевой поверхности складки.

Обратный веерообразный кливаж – поверхности кливажа сходят-

ся над антиклиналями и под синклиналями.

S-образный кливаж – с изменяющейся ориентировкой в пластах различного состава; этот вид осложняет как веерообразный, так и обратный веерообразный кливаж.

Главный (параллельный) кливаж, так называемый кливаж осе-

вой плоскости, – развивающийся параллельно осевым поверхностям складок как в замке, так и на крыльях.

Веерообразный и обратный веерообразный, S-образный и главный (параллельный) кливаж могут быть объединены в одну группу под общим названием «секущий кливаж» и противопоставлены послойному кливажу. Оба основных типа кливажа – послойный и секущий – связаны с процессами образования складок. Помимо этих двух типов кливажа, развитых в складках, явления, имеющие все признаки сходства с кливажем, наблюдаются иногда вблизи крупных разрывов,

13

на что указывал М.А. Усов. Мощность зон, пораженных кливажем, достигает 200…400 м. На более раннее возникновение кливажа относительно образования поверхностей разрыва и перемещений вдоль них указывает присутствие в брекчиях трения раздробленных обломков боковых пород с развитым в них кливажем. На основании вышеизложенного общую классификацию кливажа можно представить в следующем виде:

1)  кливаж, связанный со складчатостью: а)  послойный кливаж; б)  секущий кливаж:

–  веерообразный; –  обратный веерообразный; –  параллельный;

2)  приразрывный кливаж.

Кливаж в механическом смысле выражается в образовании многочисленных поверхностей скольжения или срезания, по которым частицы в процессе пластической деформации смещаются относительно друг друга. В общем ходе деформации образование кливажа соответствует последней стадии развития пластической деформации, характеризующейся потерей прочности перед разрывом.

Остановимся на характерных свойствах кливажа и некоторых примерах его практического использования. В наиболее полной форме это можно показать на секущем параллельном кливаже, использовав его основное свойство, выраженное в параллельности осевым поверхностям складок.

Внормальных складках с падением крыльев в разные стороны углы падения кливажа на крыльях в поперечных сечениях всегда круче падения пород. В изоклинальных складках углы падения кливажа

ипород на крыльях совпадают. В опрокинутых складках на подвернутых крыльях наклон кливажа более пологий, чем падение пород.

Вплане кливаж совпадает с простиранием пород на крыльях складок либо сечет их под острым углом. В замках складок как в плане, так и в разрезе кливаж располагается под прямым углом к слоистости. Наклон слоистости на поверхности кливажа указывает на направление погружения шарнира складок. Если на кливажных поверхностях слоистость горизонтальна, шарнир складки также горизонтален.

Описанные свойства кливажа могут оказать большую помощь при изучении складчатых структур. При практическом использовании веерообразного и S-образного кливажа необходимо учитывать угол

14

отклонения поверхностей кливажа от направления осевых поверхностей складок. Изучение кливажа, развивающегося в крыльях крупных разрывов параллельно сместителю, позволяет определить ориентировку сместителя.

Следует отметить, что нередко кливаж отождествляют со сланцеватостью: сланцеватость рассматривается как разновидность кливажа или, наоборот, кливаж как разновидность сланцеватости. Между тем кливаж и сланцеватость – явления принципиально отличные друг от друга и до известной степени противоположные. Кливаж представляет собой один из видов механического разрушения породы, а сланцеватость, выражающаяся в образовании линейных и пластинчатых минералов под влиянием процессов метаморфизма, развивается при образовании новых пород.

Кливаж может возникнуть как в породах, обладающих сланцеватостью, так и в породах без признаков сланцеватости. Последняя, в свою очередь, может наложиться на ранее сформировавшийся кливаж.

1.3. Наблюдения за трещинами на горно-геологических объектах

Изучение трещиноватости в горных породах должно быть основано в первую очередь на полевых наблюдениях. Условия, в которых приходится производить изучение трещиноватости, могут быть самыми различными. Район работ может иметь хорошую горизонтальную либо вертикальную обнаженность, которая может быть и плохой, с редкими выходами коренных пород на поверхность. Изучение трещиноватости производится также в карьерах, шурфах, подземных разведочных и эксплуатационных выработках.

Изучение трещиноватости должно направляться таким образом, чтобы прежде всего стремиться выяснить генезис трещин, время их возникновения, возрастные и пространственные взаимоотношения. Не менее важна количественная оценка трещиноватости и характеристика строения поверхности трещин. Особенно тщательные наблюдения должны быть проведены за минерализацией трещин и их обводненностью. Все перечисленные вопросы должны решаться комплексно, при взаимной увязке и учете получаемых результатов.

Следует отметить, что приемы изучения трещиноватости в поле разработаны до сего времени недостаточно полно, поэтому наблю-

15

датель должен избегать субъективного подхода к сбору фактического материала. Ниже описаны основные приемы полевых наблюдений за трещинами.

Выбор пунктов наблюдений. Выбор пунктов наблюдений при изучении трещиноватости имеет большое значение. Места для наблюдений необходимо выбирать таким образом, чтобы они давали возможность не только легко замерить ориентировку трещин, но и способствовали разрешению задач, стоящих перед наблюдателем.

Практика изучения трещин показывает, что пункты наблюдений могут располагаться более или менее равномерно на всей площади, подлежащей изучению, либо наблюдения производятся лишь на участках, специально выбранных для этой цели.

При равномерном расположении пунктов наблюдений изучение трещин ведут параллельно с выявлением других свойств горных пород. Несомненно, что замерить и изучить трещины можно далеко не во всяком обнажении, но не следует пренебрегать ни одним из них, где это можно сделать. Замеры производятся и в тех случаях, когда обнажения расположены сравнительно близко друг к другу и обладают трещиноватостью одного направления. Подобный способ наблюдений рекомендуется при мелкомасштабных съемках (1:50 000, 1:100 000 и др.).

При крупномасштабных съемках изучение трещиноватости лучше производить на специально выбранных участках. Такие участки выбираются после достаточно полного ознакомления с районами работ. Располагаются они так, чтобы в результате изучения можно было дать характеристику трещиноватости для различных структурных элементов, например для крыльев складок, их осевых частей и погружений; для пород различного состава или комплексов пород; для отдельных свит, толщ и структурных этажей в целом.

Нужно отметить, что в естественных условиях зоны наиболее интенсивной трещиноватости наблюдать не удается, так как к ним часто приурочена овражно-балочная сеть. Это имеет большое значение в том отношении, что недоучет указанной особенности может привести к ошибочной оценке трещиноватости того или иного участка или района в целом.

При изучении нетектонических трещин участки подбираются в зависимости от их генезиса и конкретных условий; учитываются рельеф, глубина от дневной поверхности, контуры выработок, если наблюдения производят в выработках и т.д.

16

Количество выбранных участков зависит от сложности геологического строения: чем оно сложнее, тем большее количество участков приходится подбирать. Каждый из участков представляет собой достаточно открытую площадку в несколько метров шириной и длиной, на которой и производятся наблюдения над всеми развитыми на ней трещинами. Размер площадки должен быть таким, чтобы на ней располагалось не менее 50–70 трещин. Однако для более полных наблюдений необходима площадка, на которой можно произвести 100– 200 замеров.

Измерение элементов ориентировки трещин. При определении ориентировки трещин в пространстве измеряют элементы залегания поверхности трещин точно так же, как измеряют элементы залегания пластов горных пород. Замеряются азимут простирания, падения и угол падения. При замерах элементов залегания горных пород ограничиваются обычно лишь замерами азимута и угла падения. При замерах трещин необходимо измерять и записывать все три элемента с тем, чтобы в процессе их обработки не производить необходимых вычислений азимутов простирания. При вертикальном положении трещин измеряются и записываются лишь азимут простирания и угол падения. Азимуты простирания следует отсчитывать только в северных или южных румбах.

При замерах элементов ориентировки трещин отсчеты производятся с особой тщательностью, с точностью до одного градуса. Никогда не следует измерять некоторое среднее значение азимутов простирания и падения или угла падения сразу для нескольких трещин, близких по ориентировке или расходящихся под углом друг к другу. К таким средним измерениям геологи часто прибегают при замерах элементов залегания горных пород; при изучении же трещиноватости каждая из трещин должна быть замерена отдельно, хотя различие в них может исчисляться одним или несколькими градусами. Точные данные ориентировки трещин позволяют полнее проследить изменение их положения в пространстве. Замеры необходимы при количественной оценке и сравнении интенсивной трещиноватость разных направлений.

Прежде чем приступить к замерам ориентировки трещин, совершенно необходимо на участке, где производятся измерения, выяснить элементы залегания пластов горных пород, ориентировку сланцеватости и структур течения. Сделать это всегда следует вначале, так как при большом количестве измерений об этом можно забыть и тем самым обесценить проведенную работу.

17

Если трещина сжата и отсутствуют поверхности, по которым можно было бы произвести замеры ориентировки трещин, следует попытаться вставить в трещину лист плотной бумаги, по поверхности которого и произвести нужные измерения. В горных выработках (в шурфах, штольнях, штреках и т.д.), а иногда и в обнажениях трещины видны в стенках в косых срезах. Для выявления истинной ориентировки трещин в вертикальных стенках, сходящихся под тем или иным углом, прибегают к графическим построениям. Однако для графических построений по каждой трещине требуется много времени и следует стремиться к тому, чтобы найти такой участок, где замеры можно производить непосредственно горным компасом.

Запись наблюдений. Запись наблюдений за трещинами следует сводить в таблицы непосредственно в поле, а не разбрасывать среди текста полевой книжки. Замеры и их характеристику лучше выносить на особые страницы для того, чтобы их легко было подобрать при дальнейшей обработке.

При специальных исследованиях трещин составление таблиц полевых наблюдений за трещиноватостью совершенно необходимо.

Ниже приводится рекомендуемая форма таблицы для записи наблюдений:

При специальных исследованиях трещин вводятся графы для указания дебита, температуры и состава вод, которые могут быть заключены в трещинах, длины и ширины трещин, состава заполнителей и др.

Ниже приводятся различные виды условных знаков, которыми можно шлюзоваться для указания ориентировки трещин на картах:

Вертикальные трещины

Горизонтальные трещины

18

При необходимости указания штриховки на поверхностях наклонных трещин прибегают к более сложным значкам:

Для обозначения трещин различного генезиса можно менять знаки, делая их с двойными черточками, тонкими или толстыми либо используя различные цвета.

Минерализацию и обводненность трещин также можно изображать различными цветами или дополнительными штрихами на основных знаках.

19

2.ГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ ЗАМЕРОВ ТРЕЩИН

При полевом изучении трещиноватости горных пород скапливается большое количество замеров трещин, требующих дальнейшей обработки для выявления преобладающих направлений, относительной интенсивности каждого из них и т.д. С этой целью прибегают к построению различного вида диаграмм и карт трещиноватости.

Воснове построения диаграмм трещиноватости должно лежать разделение трещин по генезису. Совершенно бесцельным в большинстве случаев является нанесение на диаграмму замеров бeз учета происхождения трещин. Диаграммы, получаемые в таких случаях, имеют вид «звездного неба» либо дают искаженные представления. Хотя в ряде случаев диаграммы и помогают выяснить генезис трещин, всегда необходимо иметь четкую генетическую характеристику наносимых на диаграмму трещин.

Внастоящее время наибольшее распространение получили круговые диаграммы в изолиниях, построенные с помощью сетки Вальте- ра–Шмидта. Однако также широко используются и другие виды диаграмм, и в особенности розы-диаграммы.

2.1. Розы-диаграммы

Розы-диаграммы строятся по тому же методу, что и розы ветров. На розах-диаграммах легко можно выявить преобладающие простирания трещин, азимуты или углы их падения.

В качестве примера рассмотрим построение розы-диаграммы азимутов линий простирания. На полукруге произвольного радиуса наносится градусная сетка с северными румбами и проводятся ради- усы-меридианы (рис. 2.1). Интервалы между меридианами можно брать различными – 5 или 10°. Затем выбирается единичный отрезок с произвольной длиной, соответствующей одному замеру, служащий масштабом для изображения количества трещин. Единичный отрезок откладывается на полукруге от его центра по направлению замеренного азимута. При этом производится округление значений замеров азимутов до 5 или 10°, в соответствии с частотой проведенных радиусов меридианов.

Можно вести построение и без округлений. При повторении замера единичный отрезок откладывается от ранее нанесенного к пе-

20