Введение

Тип трещин в горных породах

Трещина – это разрыв (трещина) естественного происхождения в слое или теле породы, не имеющий видимого или измеримого смещения вдоль плоскости трещины ("Разлом типа I"). Хотя трещины могут возникать поодиночке, они чаще всего встречаются в виде трещиноватости и систем трещин. Трещиноватость – это совокупность параллельных, примерно равноотстоящих трещин, которые можно идентифицировать путем картирования и анализа их ориентировки, расстояния между трещинами и физических свойств. Система трещин состоит из двух или более пересекающихся трещиноватостей. Трещины – одни из самых распространенных геологических структур, встречающихся почти во всех обнажениях горных пород. Они значительно различаются по внешнему виду, размерам и расположению и встречаются в различных тектонических условиях. Часто конкретное происхождение напряжений, вызвавших образование определенных трещин и связанных с ними трещиноватостей, может быть неоднозначным, неясным и иногда вызывает споры. Наиболее выраженные трещины встречаются в хорошо сцементированных, литифицированных и прочных породах, таких как песчаник, известняк, кварцит и гранит. Трещины могут быть открытыми разломами или заполнены различными материалами. Трещины, заполненные вторичными минералами, называются жилами, а трещины, заполненные застывшей магмой, – дайками.

По геометрии

Геометрия трещин относится к ориентировке трещин, отображаемой на стереосетях и круговых диаграммах, или наблюдаемой в обнажениях горных пород. С точки зрения геометрии, выделяют три основных типа трещин: несистематические трещины, систематические трещины и столбчатая трещиноватость. Столбчатая трещиноватость также известна как столбчатая структура, призматические трещины или призматическая трещиноватость. Редкие случаи столбчатой трещиноватости также отмечались в осадочных отложениях.

По образованию

Сопряжения можно классифицировать по их происхождению, выделяя тектонические, гидравлические, обусловленные отслоением, разгрузкой и охлаждением. Разные авторы предлагали противоречивые гипотезы для одних и тех же систем трещин и типов. Кроме того, трещины в одном и том же обнажении могут образовываться в разное время и при различных условиях.

Тектоническая

Тектонические трещины – это трещины, образующиеся при относительном смещении стенок трещины перпендикулярно ее плоскости в результате хрупкой деформации коренных пород под воздействием региональных или локальных тектонических деформаций. Такие трещины формируются, когда направленное тектоническое напряжение превышает предел прочности на растяжение коренных пород из-за растяжения слоев горных пород в условиях повышенного порового давления и направленного тектонического напряжения. Тектонические трещины часто отражают локальные тектонические напряжения, связанные с локальными складками и разломами. Тектонические трещины проявляются как несистематические и систематические трещины, включая ортогональные и сопряженные трещинные системы.

Гидравлическая

Гидравлические трещины образуются, когда давление флюида в порах повышается вследствие вертикальной гравитационной нагрузки. Проще говоря, накопление осадков, вулканического материала или других отложений приводит к увеличению порового давления грунтовых вод и других флюидов в нижележащих горных породах, если они не могут перемещаться в латеральном или вертикальном направлении в ответ на это давление. Это также вызывает увеличение порового давления в существующих трещинах, что увеличивает напряжение растяжения в них, перпендикулярное минимальному главному напряжению (направление, в котором порода испытывает растяжение). Если напряжение растяжения превышает величину наименьшего главного сжимающего напряжения, порода разрушается хрупко, и эти трещины распространяются в процессе, называемом гидравлическим разрушением. Гидравлические трещины проявляются как несистематические и систематические трещины, включая ортогональные и сопряженные системы трещин. В некоторых случаях, системы трещин могут быть тектонически-гидравлическим гибридом.

Разгрузка

Разгрузочные или раскрывающие трещины возникают вблизи поверхности, когда залегающие осадочные породы приближаются к поверхности в процессе поднятия и эрозии; при охлаждении они сжимаются и испытывают упругую релаксацию. Напряжение накапливается и в конечном итоге превышает предел прочности на растяжение коренной породы, что приводит к образованию трещин. В случае разгрузочных трещин, напряжение сжатия высвобождается либо вдоль существующих структурных элементов (таких как слоистость), либо перпендикулярно прежнему направлению тектонического сжатия.

Фрактография

Совместное распространение трещин может изучаться с использованием методов фрактографии, в которых характерные признаки, такие как задиры и перистые структуры, используются для определения направлений распространения и, в некоторых случаях, главных ориентаций напряжений.

Переломы при сдвиге

Некоторые трещины, похожие на суставы, на самом деле являются трещинами сдвига, которые по сути являются микроразломами. Они образуются не в результате перпендикулярного раскрытия трещины из-за растягивающих напряжений, а в результате сдвига вдоль трещин, вызывающего боковое смещение граней. Трещины сдвига могут быть спутаны с суставами, поскольку боковое смещение граней трещины не всегда видно в обнажении или образце. Из-за отсутствия диагностических структур или каких-либо заметных движений или смещений они могут быть неотличимы от суставов. Такие трещины возникают в плоских параллельных системах под углом 60 градусов и могут быть того же размера и масштаба, что и суставы. В результате некоторые "сопряженные системы суставов" могут на самом деле быть трещинами сдвига. Трещины сдвига отличаются от суставов наличием шлифтования – продуктов сдвигового движения, параллельного поверхности трещины. Шлифтование проявляется в виде мелкомасштабных, деликатных гребней и борозд на поверхности трещин. Таким образом, суставы важны для экономически эффективной и безопасной разработки нефтяных, гидротермальных и подземных водных ресурсов и являются предметом интенсивных исследований в этой области. Региональные и локальные системы суставов оказывают сильное влияние на циркуляцию рудообразующих гидротермальных флюидов (состоящих в основном из , , и NaCl – которые сформировали большинство рудных месторождений Земли) в земной коре. Следовательно, понимание их генезиса, структуры, хронологии и распространения является важной частью поиска и рентабельной разработки рудных месторождений. Наконец, суставы часто образуют разрывы, которые могут существенно влиять на механическое поведение (прочность, деформацию и т.д.) почвенных и горных массивов, например, при строительстве тоннелей, фундаментов или склонов. В результате суставы играют важную роль в геотехнической инженерии как на практике, так и в исследованиях.