Методы изучения трещиноватости » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Методы изучения трещиноватости

01.05.2021

Чаще всего для определения тектодинамических характеристик изучаемой площади изучается трещиноватость. Трещины развиты везде, во всех породах, даже рыхлых, доступны для прямого наблюдения и измерений. При полевых наблюдениях первичные, тектонические и экзогенные трещины отличить не всегда возможно, поэтому следует обязательно замечать и описывать все особенности разрывов и их взаимоотношения с рельефом, заполнение полости разрывов, наличие зеркал скольжения и т.д. Поэтому проводятся массовые замеры элементов залегания трещин с последующим статистическим анализом и выявлением разными методами закономерностей между их ориентировкой и генезисом.

Формирование трещин вызвано определенно ориентированными в земной коре напряжениями. Поэтому трещины одного поля напряжений имеют близкие ориентировки и при статистической обработке на диаграммах образуют максимумы, которые накладываются на «фоновую* трещиноватость, образованную разноориентированными одиночными трещинами.

Любая работа по изучению и статистическому анализу трещиноватости состоит из последовательных операций:

1. Сбора полевых наблюдений.

2. Построения диаграмм трещиноватости.

3. Статистической обработки замеров трещиноватости.

4. Tектонической интерпретации диаграмм.

Сбор полевых наблюдений


Изучение методики сбора полевых замеров относится к курсу полевой геологии. При полевых исследованиях трещин определяют элементы их залегания, взаимное соотношение стенок, минеральное выполнение, величину зияния, соотношение с другими элементами строения пласта, как они изменяются при переходе из одного слоя в другой и из одних пород в другие, если удается - генетический тип.

Чтобы данные по трещиноватости были представительными, в одном обнажении (на одной площадке измерения) необходимо сделать не менее 100 замеров без выбора, подряд, но обязательно в одной и той же породе. Площадка, на которой проводились замеры, обычно изображается в масштабе карты точкой.

Элементы залегания трещиноватости изучают обычно статистическими методами с помощью специальных диаграмм их ориентировки. Построение круговых диаграмм заключается в проецировании трещин или перпендикуляров к ним либо на сферическую плоскость, в результате чего получаются круговые диаграммы, либо на диаграмму-матрицу П.Н. Николаева.

Построение круговых диаграмм трещиноватости


Для построений удобно пользоваться одной из специальных полярных палеток: равноплощадной (сеткой Вальтера-Шмидта) - рис. 20.1, искажающей углы, но сохраняющей относительные размеры площади, равнопромежуточной (Каврайского) - рис. 20.2, искажающей и углы и площади, но в меньшей степени, равноугольной сеткой (Вульфа), искажающей площади и оставляющей истинными соотношения между углами (рис. 20.3). Последующая обработка замеров проще, если пользоваться равноплощадной сеткой (Вальтера-Шмидта).

На выбранную сетку в центре накалывают кальку с прочерченной на ней окружностью того же диаметра, что сетка с нанесенным на нее штрихом, обозначающим начало отсчета. Данные замеров наносят следующим образом:

— Начало отсчета на кальке, т.е. штрих, соответствующий северному направлению (0), совмещают со значением азимута падения, нанесенным на внешней окружности палетки. Градуировка сетки, так же, как и у горного компаса, зеркальная. Она является как бы «негативом», используя который мы получим на кальке-чертеже правильное изображение.

— На радиусе, соединяющем центр круга с нулевой отметкой, помечают значение, соответствующее углу падения.

— Полученную точку фиксируют на кальке условным знаком, принятым для данного типа трещин.


При таком способе нанесения на круговой диаграмме изображаются проекции на горизонтальную плоскость точек пересечения верхней полусферы и перпендикуляров к трещинам. При этом горизонтальные трещины проецируются в центр круга, вертикальные -на окружность (меридиональные - справа и слева на круг, а широтные - сверху и снизу). Крутые трещины окажутся на периферии диаграммы, а пологие - вблизи ее центра. На рис. 20.4 показана круговая диаграмма, подготовленная к дальнейшей работе. Сведения о генетической приуроченности трещин получены по признакам, зафиксированным при полевых наблюдениях.

Статистическая обработка круговой диаграммы


Работа заключается в проведении изолиний плотности (интенсивности) трещиноватости на круговой диаграмме. Изолинии могут обозначать различные параметры, например, количество трещин, приходящихся на телесный угол, число трещин на единицу площади диаграммы, отклонение от равномерного распределения и т.д. В качестве примера рассмотрим простейший случай - построение диаграммы, отражающее число трещин, приходящихся на единицу ее площади.

Для этого:

— Кальку с нанесенной на нее точечной диаграммой помещают на палетку, разграфленную в виде квадратов (рис. 20.5). Площадь квадрата осреднения зависит от площади круга и равна по площади 1%. Для круга радиусом 10 см квадраты будут иметь сторону 1,8 см. При работе с точечной диаграммой другого радиуса следует пересчитать размер квадрата.

— Подсчитывают число точек, приходящихся на каждый из квадратов, и полученную величину надписывают в его центре. Если точка попала на границу двух или четырех квадратов, ее как половину или четверть учитывают во всех соседних квадратах. Если на периферии круга точка попала на клетку меньшего, чем стандартный, размера, объединяют противоположные клетки и, просуммировав общее число точек на них, делят их пополам, как показано на рис. 20.5.

— Пересчитывают абсолютные значения точек в проценты. Для этого число точек на палетке принимают за 100% и надписывают в клетках числа, соответствующие процентам. Это необходимо делать, когда строят несколько круговых диаграмм с разным количеством исходных трещин. Если число трещин на палетке близко к 100 (90-110), численное значение процентов близко к абсолютным значениям и пересчеты делать необязательно.

— Строят диаграмму в изолиниях, аналогично тому, как строятся структурные карты.

Построение с помощью палетки-матрицы Николаева


Наглядно и просто диаграммы трещиноватости можно построить, если вместо стереографической палетки использовать палетку-матрицу П.Н. Николаева (рис. 20.6). По горизонтали этой сетки располагаются углы падения с интервалом 5°, а по вертикали - азимуты падения с интервалом 10°. Каждый замер трещины наносится в виде точки в клетку с соответствующим интервалом замеров и углов падения. Для выявления значимых максимумов трещиноватости, определяемых регулярной составляющей, и отделения замеров случайно ориентированных плоскостей, при построении диаграммы в изолиниях призводится их сглаживание методом скользящего окна (скользящего среднего).

Для этого на листе бумаги вырезается квадратное окно, площадь которого зависит от количества замеров и площади палетки-матрицы и рассчитывается по формуле

При предлагаемом интервале азимутов 10° и углах падения 5° площадь матрицы равна 648 элементарным квадратам. Если число замеров изменяется в пределах 60-100 трещин, площадь окна приблизительно равна 16 квадратам (длина стороны квадрата осреднения равна 4 длинам квадрата матрицы).

Для построения сглаженной (осредненной) диаграммы окно накладывается на исходную матрицу с нанесенными точками-замерами, и число попавших в окно точек записывается в центре перекрытой окном площади. Затем окно смещается на половину ее стороны и подсчет и запись повторяются. Процедура перемещения проводится как по горизонтали, так и по вертикали до тех пор, пока замерами не будет покрыта вся площадь матрицы. Затем, по полученным значениям, проводятся изолинии. Тектонодинамическую интерпретацию такой диаграммы удобно проводить с помощью круговых палеток.

Определение ориентировки осей главных нормальных тектонических наряжений


Дальнейшая обработка диаграмм позволяет выявить возникшие в одном поле напряжений сопряженные трещины, направления миграции флюидов, главные ориентировки разрывообразования. По распределению и количеству максимумов можно выделить структурно-однородные участки и их границы.

Если установлена одновозрастность и сопряженность трещин скалывания (например, по зеркалам скольжения и максимумам трещиноватости), можно восстановить ориентировку осей главных нормальных напряжений.

По стереографической сетке. Для этого удобно воспользоваться не полярной сеткой, а экваториальной (в нашем случае - равноплощадной). Сетка может быть упрощенной - для работы понадобятся лишь обозначения градусов на периметре и проекции дуг большого круга (рис. 20.7).

На сетку накладывается калька с максимумами трещиноватости, на которой обводится окружность, положение ее центра и нулевая отметка (север).

Находят на диаграмме один из максимумами, соответствующий трещинам скола. Вращая кальку, помещают его на нулевой меридиан. Прочерчивают дугу большого круга, отстоящую от этого максимума на 90° градусов (рис. 20.8). Это будет проекция трещин скола, соответствующая максимуму.

Делают то же самое построение с полюсом, соответствующем второму направлению трещин скола.

Точка пересечения дуг будет соответствовать проекции оси напряжения о2. Обозначают ее на диаграмме (рис. 20.8).

Находят на диаграмме полюс, соответствующий трещинам отрыва. Как видно из рисунка, этот полюс совпадает с ориентировкой оси главных растягивающих напряжений (о1). Обозначают его на диаграмме.

Перемещают полюс трещин отрыва на экватор, или вертикаль диаграммы, и прочерчивают дугу большого круга, отстоящего от полюса на 90°. Эта дуга соответствует трещинам отрыва и на ней должна находиться ось наибольшего сжатия о3 и уже обозначенная ось о2. Как следует из рисунка (4.18), она отстоит от оси о2 на 90°.

На дуге трещин отрыва, развернув ее предварительно вдоль дуги большого круга, от точки выхода оси о2 отсчитывают 90° и обозначают положение оси наибольшего сжатия о3.

В какую сторону отсчитывать? В любую, в которую можно отсчитать 90°. Другое направление, как видно из рисунка, отстоит от него на 180° и находится с другой стороны проекции.

Записывают угловые координаты полученных осей (азимут и угол воздымания).

Для этого кальку разворачивают так, чтобы измеряемая точка попала на верхнюю часть вертикальной линии. Тогда вдоль него легко отсчитать угол. Значение азимута считать на большом круге у положения начального штриха на кальке (рис. 20.7).

Эту процедуру проделывают со всеми тремя осями и записывают полученные значения.

Определение по прямоугольной сетке.

Если диаграммы трещиноватости построены на прямоугольной матрице П.Н. Николаева, последовательность определения осей главных нормальных напряжений несколько иная. После того, как определены максимумы, отвечающие сопряженным одновозрастным трещинам скола, с диаграммы считываются азимут и угол падения центра каждого осредненного максимума.

Затем берут упрощенную стереографическую сетку, показанную на рис. 20.7, на нее накладывается калька, на которой обводится окружность, положение ее центра и нулевая отметка (север).

Элементы залегания максимумов трещиноватости последовательно наносятся на кальку-накладку в виде дуг большого круга, представляющих собой пересечение максимумов трещин с верхней полусферой (каждая дуга - это ориентировка в пространстве по элементам залегания трещин скола). Для этого северную метку кальки совмещают по кругу сетки со значением, равным азимуту падения максимума. По нижней (южной) стороне вертикали отсчитывается угол падения от нижнего конца 0° до центра 90°, то есть, в отличие от полярной сетки горизонтальные трещины здесь разместятся в плоскости сетки, а вертикальные - по диаметрам круга. После отсчета угла падения проводится соответствующая дуга.

Точка пересечения двух полученных дуг-трещин, как и в первом случае, представляет собой выход на поверхность оси средних напряжений о2. Положение самой оси можно нарисовать, если соединить точку пересечения с центром экваториальной сетки-палетки. Все три оси взаимно перпендикулярны, а оси о1 и о3 образуют биссектрисы угла между сопряженными трещинами. Поэтому, если выход оси о2 поместить на вертикаль сетки, отсчитать от нее 90° и разделить потом отрезок соответствующей дуги сетки, заключенный между дугами-трещинами, то получим выход второй оси. Если установлено, что перемещение по сместителю трещины происходило в направлении к оси о2 (линии пересечения трещин), то это будет квадрант сжатия и найденная ось - о3, если наоборот - перемещение происходило от оси о2, то это квадрант растяжений и найденная ось - о1. Оставшаяся третья ось находится на расстоянии 90° по дуге от найденной второй оси.

Получив положение всех трех осей, можно определить кинематику и ориентировку разрывов изучаемого поля напряжений. Если нанести на структурно-тектоническую карту положение осей напряжений, полученных в разных точках, то можно делать выводы о механизме формирования и особенностях структуры изучаемой площади.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: