CC BY
16
УДК 624.131.1
Савинцев Иван Андреевич
кандидат гео лого-минералогических наук, доцент кафедры гидрогеологии, инженерной геологи и геоэкологии, Уральский государственный горный университет,
620144 г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 e-mail: gingeo@mail.ru
Борисихина Ольга Александровна
аспирант,
Уральский государственный горный университет e-mail: gingeo@mail.ru
Шевалдин Дмитрий Александрович
студент,
Уральский государственный горный университет e-mail: gingeo@mail.ru
ОСОБЕННОСТИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД, ПОДВЕРГШИХСЯ МЕТАСОМАТИЧЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЯМ
DOI: 10.18454/2313-1586.2016.03.024 Savinzev Ivan A.
candidate of geological and mineralogical sciences, the associate professor of hydrogeology, engineering geology and geo-ecology department, The Ural state mining university, 620144 Yekaterinburg, 30 Kuibyshev st. е-mail: gingeo@mail.ru
Borisikhina Olga A.
post graduate,
The Ural state mining university е-mail: gingeo@mail.ru
Shevaldin Dmitriy A.
student,
The Ural state mining university e-mail: gingeo@mail.ru
FEATURES OF ROCKS' PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES SUBJECTED TO METASOMATIC MODIFICATIONS
Аннотация:
Статья посвящена изучению закономерностей формирования состава, строения и физико-механических свойств вулканогенных пород под воздействием гидротермально-метасоматиче-ских процессов на примере Северо-Калугинского медноколчеданного месторождения. Показано влияние минералогических характеристик на физико-механические свойства, прослежено их изменение в ходе гидротермального процесса, установлена зональность изменения физико-механических свойств пород.
Ключевые слова: физико-механические свойства, метасоматические породы, прочностные и деформационные свойства.
Abstract:
The article is devoted to studying the formation of volcanic rocks ' composition, structure and physical and mechanical properties under the influence of hydrothermal and meta-somatic processes on the example of the North Kaluginsky copper pyrite deposit. The influence of mineralogical characteristics on physical and mechanical properties is indicated; their change in the course of hydro thermal process is retraced. Modification zoning of rocks' physical and mechanical properties is set.
Key words: physical and mechanical properties, meta-somatic rocks, strength and deformation properties.
Особенностью строения рудных месторождений Урала является залегание рудных тел в «оторочке» метасоматически измененных пород. Метасоматиты, имеющие относительно хорошие прочностные характеристики в массиве, при обнажении подземными выработками, а также под воздействием подземных вод полностью или частично теряют устойчивость [1].
Изучению физико-механических свойств метасоматически измененных пород посвящены работы Е.А. Емельяненко, Г.Д. Замосковцевой, В.И. Кузькина, Е.В. Кузьмина, Р.Ш. Маннанова, М.В. Рыльниковой, Л.В. Шаумян [2] и др. В них показано, что отличия геологического, химического, структурного строений метасоматитов определяют большой разброс механических свойств и обусловливают необходимость дифференцированного подхода к управлению свойствами пород с различной степенью метасоматоза.
Генезис пород, их минеральный состав, структурно-текстурные особенности, степень исключительно высокой метасоматической и метаморфической проработки опре-
деляют физико-механические свойства горных пород Северо-Калугинского месторождения и требуют индивидуального подхода к процессам проведения горнопроходческих работ и креплению подземных выработок [3].
Геологическое строение месторождения определяет его положение в восточной части основной зеленокаменной группы медноколчеданных месторождений. В геологическом строении Северо-Калугинского месторождения принимают участие породы ан-дезитовой свиты ландоверийского (81/) возраста, представленные, главным образом, андезитами, андезито-базальтами и их туфами. Породы центральной части изменены процессами гидротермального метаморфизма и метасоматоза до образования серицитовых и хлоритовых, кварц-серицитовых, кварц-хлорит-серицитовых пород, рассланцованы, осветлены, серицитизированы, карбонатизированы.
Рис. 1 - Шлиф 18/6 (Скв. СК18, интервал 96,6 - 97,6 м). Серицит-кварцевый метасоматит с карбонатом, пиритом и гидроокислами железа (без анализатора - слева, с анализатором - справа; увеличение 100х)
Рис. 2 - Разрушения проб в процессе водонасыщения (10 минут после замачивания)
Условные обозначения
' Р " 1Ы\!
Ф , ч*
Литология | Неогеа-четвертйчвые охложсаия | Элювиальные оСраэовааия | Лпдеиггы | Лапобрекчпл | Гуфы андезптового состава
I Кварц-еертш говыс, марп-серншЕТ-хлорггговые
породы I Серицит-кварцевые породы
Кварц-серн китовые породы брекчеевидной текстуры
Категория пород по коэффициенту размягчаемости О Неразмокаемая (>0,75 д.е.) 0 Размокаемая (<0,75 д.е)
Размокла при водонасыщении
Категория порол по величине временного сопротивления одноосному сжатию н водонасыщенном состоянии ф Пониженной, низкой, очень низкой
прочности (0-5 МПа) Ф Малопрочные (5-15 МПа}
Средней прочности {15-50 МПа) 0 Прочные (50-120 МПа)
Прочее Геологические границы
СК23 Скважная
СК23 - номер скважины; 0 48.0 • глубяяа скважины, м;
А ■ разведочная скважина с инжснерно-гсдаопгческой документацией и опробованием (геологоразведочные работы 2001 г.);
А - разведочная скважина (геологоразведочные работы 1960-1980 г.);
А - янженерно-геалогичесхая скнажмна с гидрогеологическими наблюдениями.
Рис. 3 - Схема пространственной неоднородности массива пород месторождения по прочности и состоянии
Структура пород лепидогранобластовая микрозернистая, текстура прожилково-такситовая, чаще всего кварц и серицит распределены в породе неравномерно. Часто порода рассекается серицитовыми и серицит-пиритовыми прожилками, кроме того отмечается развитие глинистого минерала - каолинита (рис. 1).
Физико-механические свойства метасоматитов определяются минеральным составом, степенью и величиной метаморфического и метасоматического изменения, структурно-текстурными особенностями [4].
В разрезе метаморфически и метасоматически измененных пород по величине прочности выделяется 3 группы:
1) группа размокаемых пород очень низкой прочности, у которых предел прочности на одноосное сжатие в сухом состоянии составляет не более 2 - 3 МПа, а при во-донасыщении эти породы размокают, переходя в глинистое состояние (рис. 2). В минеральном составе размокаемых пород преобладают гидрослюды, гидрохлориды, каолин. Они имеют нехарактерные для скальных пород показатели физико-механических свойств: низкую плотность от 2,05 до 2,30 г/см3 при среднем значении 2,16 г/см3, очень высокое водонасыщение (¥н) от 10 до 19 %, что обусловлено значительной пористостью с величиной от 15 до 30 %. При замачивании породы теряют 70 - 100 % своей прочности. Коэффициент крепости, как правило, не превышает значения 2.
2) группа пород пониженной прочности и малопрочных. Прочность пород в во-донасыщенном состоянии составляет 3 - 15 МПа. В минеральном составе данной группы пород уменьшается содержание каолина и гидрослюд, увеличивается относительное содержание кварца. Это породы более плотные - величина плотности (р) изменяется от 2,24 до 2,72 г/см3, водонасыщение колеблется в пределах от 0,30 до 12 %. Коэффициент размягчаемости меняется от 0,31 до 0,66 д. ед., что позволяет отнести породы к размягчаемым. Потеря прочности пород при водонасыщении составляет от 30 до 70 %, коэффициент крепости меняется от 1 до 6 при преобладающих значениях 2 - 3;
3) группа пород средней прочности и прочных. Прочность пород в водонасыщен-ном состоянии составляет 15 - 63,3 МПа. Минеральный состав метасоматитов средней прочности характеризуется низким относительным содержанием каолинита и гидрослюд, вплоть до их полного отсутствия. Плотность пород имеет более высокие значения 2,68 - 3,09 г/см3. Отмечается резкое падение водонасыщения 0,23 - 1,94 %. Потеря прочности при водонасыщении составляет от 6 до 50 % (коэффициент размягчаемости 0,50 - 0,94 %), что позволяет большую часть пород отнести к категории неразмягчаемых, коэффициент крепости резко увеличивается и достигает средних значений 6 - 7 (рис. 3).
Из анализа рис. 3 видно, что породы лежачего бока представлены категориями очень прочных, прочных и средней прочности пород (Яе>15 МПа). Породы слабо затронуты процессами метаморфизма, однако в зоне контакта их с гидротермально измененными породами они теряют прочность при водонасыщении.
Породы рудной зоны характеризуются как прочные или средней прочности, но участками размокают.
Породы висячего бока характеризуются как малопрочные, пониженной и очень низкой прочности, практически все размокаемые с потерей прочности от 30 до 100 %.
Таким образом, анализ физико-механических свойств массива пород позволил установить, что при проходке подземных горных выработок участки развития метасома-тически измененных пород будут неустойчивыми, с ними будет связано развитие таких горно-геологических процессов, как оплывание, пучение.
Литература
1. Абатурова И.В. Оценка и прогноз инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых горно-складчатых областей / И.В. Абатурова. - Екатеринбург, УГГУ, 2011. - 225.
2. Шаумян Л.В. Природа физико-механических свойств массивов горных пород / Л.В. Шаумян. - М.: Изд-во МГУ, 1988. - 192 с.
3. Красилова Н.С. Закономерности формирования прочности магматических и метаморфических пород и массивов / Н.С. Красилова. - М.: Изд-во МГУ, 2006. - 231 с.
4. Инженерно-геологические аспекты гидротермальных преобразований туфо-генных пород Долины Гейзеров (полуостров Камчатка) / Ю.В. Фролова, И.П. Гвоздева, М.С. Чернов, Н.П. Кузнецов // Инженерная геология. - 2015. - № 6. - С. 30 - 43.
