CC BY
11
для уменьшения количества фильтрующихся через отвал атмосферных осадков по мере его развития необходимо производить гид рои золя 1;ию его верхней площадки слоем укатанного глинистого грунта мощностью не менее 0,1-0,2 м, что обеспечит увеличение доли испарения;
при отсыпке отвалов токсичных отходов на склонах они должны быть ограждены нагорными канавами для перехвата и отведения дождевых и талых вод;
складирование некондиционных колчеданных руд и пород ореольной зоны должно осуществляться на под отвальный экран, обеспечивающий перехват, сбор и отвод инфильтрата в прудки-нейтрализаторы, где за счет добавки известкового молока обеспечивается осаждение тяжелых металлов в виде карбонатных солей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кривошеее В.Я., Угрюмое В .Л., Зотеева Н.Ф. Оценка влияния хвостохранилища Лебединского ГОКа на режим и качество подземных и дренажных вод//Вопросы эксплуатации хвостохранилищ: Тсмат.сборник трудов/ВЙОГЁМ. - Белгород, 1988. - С119-121
2. Полищук О.Н. О необходимости проведения исследований водного баланса хвостохрамили щ//Вопросы эксплуатации хвостохранилшц: Тсмат.сборник трудов/ВИОГЕМ. - Белгород, 1988.-С21-25.
3. Со л обоев И.С. Проблемы в области охраны природы, вызванные загрязнением воды тяжелыми металлами и органическими вс1цествами//К здоровой воде - совершенствуя управление: Матер. Международного семинара.-Екатеринбург, Ялга/РосНИИВХ, 22-25 апреля 1996. - С.99-101.
УДК 551.24 + 622.831.24
С.Н.Тагильц-ев А.И.Зевахин М.Г.Морозов
ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ИЗВЕСТНЯКОВ НА РАЗВИТИЕ КАРСТА
Месторождение флюсовых известняков разрабатывается открытым способом вблизи поселка Билимбай Свердловской области. Месторождение расположено в водораздельной части Среднего Урала, на южном берегу р.Чусовой. Известняки относятся к силурийскому возрасту и слагают
а - разломов. 6 - трещин, б - карста, г - взаимосвязанного карста
центральную часть Билимбаевского сшсклинория. Довольно шггенсивнос развитие карста определяет высокую обводнеш1остъместорождс1(ия. Средние водопритоки составляют 3000 м'/ч. Заполнитель
195
карстовых полостей снижает качество добываемого сырья.
Влияние карста на гидрогеологические, инженерно-геологические и технологические у< месторождения потребовало изучения комплекса вопросов, определяющих закономерности размещения и ориентировки карстовых полостей. Методика исследований состояла в изу геологических и гидрогеологических условий района и участка месторождения. Была про£ детальная съемка систем трещин, проанализированы геологические карты и выполнен ориентировки линеаментов разломной тектоники. Тщательный анализ геологической докуме* карьера позволил выделить основные формы карста и ориентацию карстовых каналов.
Сравнительный анализ результатов обработки данных по ориентировке трещин, ка{ каналов и разломов показал, что во всех случаях четко проявляются преобладающие напр: ориентировки линеаментов (см.рисунок). Все геологические образования имеют шесть оснс систем ориентировки. Три системы тяготеют к меридиональному направлению (меридиоь генерация), а другие три - к широтному (широтная генерация). Результаты обработки свсдсны в таблицу.
Ориентировка систем линиамектов
Геологи чоские
Генерация
элементы _____——1 мерцдиокальны —1 ШИроТНАЛ
Карст 335 5 30 280 305 70
Трещины 345 5 30 275 305 70
Разломы 345 15 45 280 315 85
Сравнительный анализ показывает, что простирания основных систем карстовых каналов трещин в основном совпадают. Субмеридиональная си стели имеет небольшое восточное отклонение! от меридиана (5*), примерно такое же отклонение от широтного направления характерно для субширотной системы. Простирание основных систем разломов заметно отличается от ориентировка систем трещин и карста. Системы разломов повернуты на восток от систем трещин и карстовых каналов примерно на 10".
Наряду с ведущей ролью современных геологических процессов необходимо отметить, что нельзя отрицать справедливость закономерностей геологического наследования. Так. при выделении из общей массы карстовых линеаментов наиболее протяженных и Е-заимосвязанных каналов выявилось, что некоторая часть взаимосвязанного карста наследует преобладающие направления тектонических нарушений. Кроме того, одна из систем трещин тяготеет к системе разломов того же направления.
Следует указать, что шесть главных направлений образуют довольно правильную структуру рассматриваемых геологических образований. Угловые интервалы между системами составляют в среднем ЗСГ, указывая на проявление геомеханических закономерностей, определяющих значение угла скалывания. По степени выраженности на розах-ли а граммах четко выделяются меридиональная и широтная генерации. Причем центральные системы генераций (субмеридиональная и субширотная) обычно выражены лучше, чем оперяющие системы. Различные геологические образования имеют неодинаковую степень выраженности в широтной и меридиональной генерациях. Разломы очень хорошо выражены в меридиональной генерации, а широтные направления в них представлены относительно слабо. Карстовые каналы преимущественно имеют меридиональную ориентацию, но направления широтной генерации также выражены очень отчетливо. Следует также отметить, что основное направление потока подземных вод к р. Чусовой имеет субмеридиональную ориентировку и это несомненно интенсифицирует образование карста в данном направлении.
Для систем трещин характерно преобладание направлений, относящихся к широтной генерации. Необходимо отмстить, что все три направления широтной генерации выражены примерно одинаково. Можно даже считать, что трещины, имеющие ориентацию 305*, развиты несколько лучше остальных (см. рисунок). Одновременно следует указать, что среди взаимосвязанных систем карстовых каналов второе место по степени выраженности, после субмеридидналы!ого направления, занимают карстовые каналы, тяготеющие к ориентировке 30У. 196
Полученные результаты приводят к выводу, что карст развивается по системам трещин и относительно слабо связан с системами разломов. Этот факт следует, вероятно, связывать с возрастом геологических образований. Основные разломы, особенно субмеридионального направления, образовались в палеозое. Активный карст является современным геологическим образованием-В горных породах основные системы трещин образуются вследствие воздействия полой напряжений. Современные открытые трещины - это результат воздействия современных (с геологических позиций) полей напряжений. В известняках, которые обладают свойством компетентности, древние трещины практически не сохраняются. Таким образом, современный карст развивается по молодым открытым трещинам, которые образуются под воздействием современного поля напряжений.
Для распознавания положения в пространстве осей главных напряжений недостаточно выделять сопряженные системы трещин, т.к. диагностика этих систем носит довольно неопределенный характер [ 2 ] . Нередко получаются результаты, которые вроде бы показывают, что оси главных напряжений имеют значительный наклон относительно горизонтальной плоскости и вертикальной оси. Несомненно, что на локальных участках породных массивов эти факты могут иметь место, но все же как исключение из общего правила.
Ведущая закономерность, по нашему мнению, состоит в том, что оси главных напряжений обычно занимают субгоризонтальнос и суб вертикален ос положение. Законы геомеханики определяют, что оси главных напряжений всегда ортогональны между собой. Сила тяжести, наряду с тектоническими силами, играет ведущую роль в формировании полей напряжений. Вертикальная ориентировка вектора силы тяжести должна определять субвертикальное положение одной из главных осей и, соответственно, субгоризонтальное положение других осей главных напряжений.
В настоящее врел*я большинство исследователей считает, что в горно-складчатых районах Урала преобладают горизонтальные тектонические напряжения, т.е. вектор максимального главного напряжения (о,) занил1ает субгоризонтальное положение [1]. Этот вывод базируется на многочисленных измерениях горного давления в подземных выработках. Согласно представлениям о предельно напряженном состоянии значение о, ограничивается прочностью массива горных пород. Одновременно следует учитывать, что вес столба торных пород с глубиной нарастает, а вблизи поверхности земли составляет относительно небольшую величину по сравнению со.. Можно полагать, что вблизи поверхности земли минимальное главное напряжение (а}) занимает субвертикальное положение.
В связи с нарастанием веса горных пород на определенной глубине вертикальное напряжение становится промежуточным (о2), а минимальное главное напряжение занимает субгоризонтальное положение. Таким образом, изменение веса столба горных пород с глубиной определяет формирование двух иерархических уровней (рангов) в ориентировке оси мшгимального главного напряжения в массивах горных пород. В зависимости от масштабности (глубинности) тектонического процесса одновременно (с геологических позиций) могут образовываться системы трещин и разломов, которые подчиняются разным рангам по ориентировке оу
В качестве рабочей схемы можно представлять, что в крупном блоке горных пород, имеющем размеры порядка нескольких километров на глубину, с5 в целом занимает субгоризонтальное положение. Это приводит к формированию субвертикальных систем трещин и разломов. Вблизи поверхности земли, на глубинах в несколько сотен метров, ось о, приобретает вертикальное положение, что, в свою очередь, создает условия для возникновения субгоризюнтальных трещин отрыва и относительно пологих трещин скола.
Для выявления ориентировки вектора максимального главного напряжения основное значение имеют трещины скола. Для них характерно относительно пологое залегание (угол падения равен примерно 30"). Эти трещины могут образовывать сопряженные пары или могут быть представлены единственной системой. Азимут падения пологих трещин с достаточно высокой точностью совпадает с ориентировкой оси О,. Для уточнения положения в пространстве осей главных напряжений следует использовать данные по ориентировке субвертикальных трещин.
Выделение сопряженных систем субвертикальных трещин, определяющих современное положение осей главных напряжении, производится на основании представления о том, что ориентировка главных осей в приповерхностной и глубинных зонах сохраняется, и только векторы С2 и о5 меняются местами. Определение положения осей производится по известной методике, путем построения сферограмм ( 2 ]. При построении используются данные о положении в
197
пространстве сопряженных субвертикальных трещин. Проверка правильности выбора сопряже--^^Я систем выполняется с помощью наклонной системы трещин. Если ось С,, положение ксгт'^И определено по ориентировке субвертикальных трещин, соответствует оси С, пологой систо^И следует признавать исходные предположения справедливыми.
В некоторых случаях сопряженные системы субвертикальных трещин отсутствуют.! фиксируются субвертикальные трещины отрыва или комбинация трещин скола и трещин отрьдИ Методика определения положения в пространстве осей главных напряжений при этом существе.-эЛ не меняется.
Изучение систем трещин на рассматриваемом месторождении выявило только одну поле гт* систему трещин, обладающую азимутом падения 130е и углом паления 32*. ^гой системе полоов трехуин скола соответствует, по описанным выше критериям, система субвертикальных трецраЛ азимутом простирания 303* и углом падения 86*. Последнюю систему следует рассматривать ка| систему трещин отрыва, относящихся к глубинному иерархическому уровню (в разрезе), входя:^-«ш в широтную генерацию (в плане). Широтная генерация субвертикальных трещин имеет обилн ось о,, что позволяет определить положение в пространстве остальных осей.
Пологая система трещин имеет общую суб горизонтальную ось с широтной генерацией си стоя трещин. Это подтверждает правильность исходных предположений и позволяет определи-* ориентацию оси главного максимального напряжения в современную геологическую эпоху Ъ результате построений получено, что ось С ориентирована по азимуту 305* с углом падения
Принцип Гзовского гласит [ 3 ], что основное направление сжатия сохраняется в преде/-** определе*шых вариаций. Отсюда следует, что рассматриваемый регион в настоящее время испытывает* субширотное сжатие. Наличие хорошо выраженных систем трещин, которые не могли образовать при постоянном положении оси о,, указывает на изменение ориентировки максимального сжимающего напряжения. Эти изменения, судя по степени выраженности систем трещи:--, происходили в современную геологическую эпоху.
Необходимо также указать на наличие, хотя и относительно слабой, меридиональной генерации систем трещин. Это заставляет считать, что наряду с широтными напряжениями в совремеюлтс геологическую эпоху происходили меридиональные напряжения Изменение ориентировки главного напряжения в пределах одной генерации происходит чаще всего в связи с развитием сдвиговых деформаций, которые реализуются в виде блоковых подвижек. Следовательно, в современную геологическую эпоху на Среднем Урале наблюдается геодинамическая активность.
Выводы
1. Развитие карста на рассматриваемом объекте определяется, главным образом, ориентировкой систем современных трещин и относительно слабо связано с системами разломов.
2. Основные системы трещин, разломов и карста принадлежат к двум генерациям - широтной и меридиональной. Системы трещин сильнее выражены в широтной генерации, а карстовые системы примерно одинаково выражены в обеих генерациях.
3. Выде\ение среди систем трещин двух иерархических уровней (рангов) позволяет повысить достоверность определения положения в пространстве осей главных нормальных напряжений.
4. В настоящее врелля рассматриваемый район испытывает субширотное сжатие. Вектор максимального главного напряжения имеет субгориэонгальное положение и ориентирован по азимуту
305".
5. Наличие нескольких систем трещин, относящихся к разным генерациям, показывает, что ориентировка максимального главного напряжения в современную геологическую эпоху неоднократно менялась. Это свидетельствует о блоковых подвижках в широтном, и, возможно, в меридиональном направлениях.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках - М.: Нелра, 1994. - 208с.
2. Шерман С..И. »Днепровский Ю.И. Поля напряжений земной коры и геолого-структурные методы их изучения.- Новосибирск: Наука, 1989. - 158с.
3. Шихин Ю.С. Геологическое картироппние и оценка рудоносности разрывных нарушений.- М: Недра, 1992. - 229 с.
