Тріщини сколювання та відриву, що виникають при розтягнені, стисканні та зсуві

Сукупність всіх напружень, що існують у тілі, що деформується представляють собою його напруження, або поле його напруження. При будь-якій деформації в кожній точці тіла є такі взаємно перпендикулярні площини, на які діють тільки нормальні напруження розтягненні-стискання, а дотичні відсутні. Ці нормальні напруження називаються головними, а напрямки за якими вони діють – носять назву головних вісей напружень. Стискання та розтягнення за двома з трьох головних вісей є граничними, тобто одне з них максимальне, а інше – мінімальне.

Відносні розміри деформації тіла можна зобразити у вигляді тривісного еліпсоїду, який у наочній формі відображає як відносне значення деформації за кожною з головних вісей, так і орієнтацію вісей деформацій в просторі.

За умовами однорідної деформації ізотропного тіла деформація, що виникає під навантаженням цілком відповідає розподілу напружень і тому головні вісі напружень і головні вісі деформацій співпадають. Вздовж головних вісей деформацій відбувається або скорочення, або подовження тіла в розмірі, яке пропорційне напруженню. За однією віссю відбувається максимальне скорочення або подовження , за другою – мінімальне.

Геологам приходиться мати діло не з напруженнями, а зі слідами деформацій, що були ними викликані. Тому вони використовують уявлення про еліпсоїд деформації, припускаючи при цьому, що положення головних вісей напруження та головних вісей деформації співпадають, хоча в природних умовах ці вісі можуть точно і не співпадати. В практичні роботі геологу слід користуватися вісями деформацій та розглядати, по відношенню до них, положення розривних порушень.

Основою для аналізу деформацій гірських порід та виявлення закономірностей утворення та розташування тріщин на поточний момент є уявлення про взаємно перпендикулярне розташування трьох головних вісей деформацій (А, В та С) та відношеннях, що існують між ними та поверхнями максимальних сколюючих та відриваючих напружень. Вісь А є віссю максимального розтягнення, а вісь С – максимального стискання. У випадку пласкої деформації (у площині АС) вісь В залишається незміненою. При обємній деформації, яка проявляється у природних умовах, розтягнення відбувається за двома вісями – А та В, а вісь С є віссю максимального стискання.

При деформації гірських порід утворюються тріщини двох генетичних типів: сколювання та відриву. Сколювання викликане дотичними напруженнями в площині максимальних дотичних напружень. Відрив викликаний нормальними розтягуючими напруженнями.

Напрямок тріщин сколювання та відриву у випадку деформації в одній площині (у площині креслення) показаний на рис. 9.

Рис. 9. Схеми розташування тріщин відриву та сколювання при різних видах зовнішнього навантаження та у випадку пласкої деформації (у площині креслення).

σ_max – максимальні нормальні напруження; τ_max – максимальні дотичні напруження. Головні вісі напружень: a – максимальних розтягуючих; b – без напружень; с - максимальних стискаючих. Головні вісі деформацій: А – максимального розтягнення (подовження); В – проміжна (у випадку пласкої деформаціх залишається незміненою); С – максимального стискання (скорочення). 1, 2 – напрямки максимальних дотичних напружень. Системи тектонічних тріщин: І – сколювання; ІІ – сколювання; ІІІ – відриву.

При розтягненні утворюється дві системи тріщин сколювання, які розташовані за бісектрисами між вісями стискання та розтягнення, тобто під кутом 45° до них та тріщини відриву, які перпендикулярні вісі розтягнення. При стисканні виникають дві системи тріщин сколювання, орієнтовані також за бісектрисами між вісями стискання та розтягнення, і тріщини відриву, співпадають за напрямком вісі стискання. При зсуві утворюються також дві системи тріщин сколювання і одна система тріщин відриву.

На рис. 9 показане орієнтування не тільки по відношенню до головних вісей напружень (a, b, c), але і за відношенням їх до головних вісей деформацій (А, В, С). Дві системи тріщин сколювання (1 и 2) співпадають за напрямками з бісектрисами між вісями А і С. Кут, що утворюється одною з систем площин сколювання з віссю С, носить назву кута сколювання. Тріщини відриву співпадають з віссю максимального стискання (С) та перпендикулярні до вісі максимального розтягнення (А). Якщо відоме розташування тріщин на ділянці родовища, то можна визначити орієнтування вісей деформації, а отже, і напрямок головних вісей напружень. При об’ємній деформації, що проявляється у природних умовах, розтягнення відбувається за двома вісями – А і В. Тому кількість виникаючих систем тріщин збільшується, а тріщина структура буває значно складною.

Величина куту сколювання відмінна для порід з різними фізико-механічними властивостями. При одному і тому ж напруженні для крихких порід величина куту сколювання менше, ніж для більш пластичних порід. У зв’язку з цим у неоднорідних товщах, що складені різними породами, простягання сколових тріщин може дещо змінюватися. При переході з одної породу в іншу тріщини можуть якби переломлюватися.

При аналізі геологічної структури родовища та виявленні закономірностей локалізації зруденіння дуже важно вірно визначити генетичний тип тріщин. У зв’язку з цим необхідно враховувати відмінні ознаки тріщин сколювання та відриву.

Тріщини сколювання – прямолінійні, стінки їх зазвичай рівні, притерті. Дуже характерною є незалежність елементів залягання цих тріщин від фізико-механічних властивостей порід, які вони пересікають. Галька конгломератів пересікається ними так само, як і цемент, без зміни напрямку тріщини (рис. 10).

Рис. 10. Тріщини відриву (1) та сколювання (2) у конгломераті.

Під час утворення тріщини сколювання були зачиненими, притертими. В їх площині зазвичай відбуваються переміщення (скиди, підкиди, насуви, зсуви та ін.) та виникають тектонічні брекчії та глинка (рис. 11, а, б, г). Тріщини сколювання часто мають велику протяжність та супроводжуються опіряючими тріщинами (рис. 11, в).

Рис. 11. Приклади рудних жил, що приурочені до тріщин сколювання.

а – переміщення кварц-молібденовою жилою дайки габро-діабазу (Давендінське родовище); б – квар-сульфідна жила в гранітах, положення якої визначається двома паралельними розривними порушеннями з глинкою тертя; в – рудні жили, приурочені до зсувових порушень, що супроводжуються опіряючими тріщинами; г – золото-кварцові жили, які пересікають та зміщують дайки порфірових порід.

1 – пісковики та сланці; 2 – граніти; 3 – гранодіорити; 4 – гідротермально змінені граніти; 5 – дайка габро-діабазів; 6 – дайки порфірів; 7 – обкварцована та хлоритизована тектонічна глинка тертя; 8 – рудні жили; 9 – опіряючі тріщини з рудною мінералізацією; 10 – зона хлоритизації та карбонатні прожилки; 11 – напрямок переміщення.

Тріщини відриву, як правило непрямолінійні. Стінки їх зазвичай нерівні, рвані (рис. 12, 13, в). Дуже типовою є велика залежність елементів залягання цих тріщин від фізико-механічних властивостей гірських порід.

Рис. 12. Морфологія дайки лампрофіру, що приурочена до тріщини відриву.

1 – діорити; 2 – дайка граніту; 3 – дайка лампрофіру.

Ці тріщини обгинають більш міцні ділянки (наприклад міцні гальки в конгломератах) (рис. 10), часто змінюють своє простягання при переході з одної породи в іншу з іншими властивостями, або зовсім загасають (рис. 13, б). Тріщини відриву швидко виклинюються і за простягання і за падінням. Під час утворення ці тріщини відкриті. Вздовж їх стінок не спостерігається навіть невеликих переміщень, тому що вони утворені тільки розтягуючим напруженням, яке направлене перпендикулярно до стінок тріщин.

Рис. 13. Приклади рудних тіл, що приурочені до тріщин відриву.

а – розщеплення рудної жили при переході з сірого гнейсу в кварцовий порфір; б – змінення форми рудної жили при переході з метаморфізованих сланців в дайку кварцового порфіру; в – галенітові жила у вапняках.

1 – гнейс; 2 – сланець; 3 – вапняк; 4 – кварцовий порфір; 5 – рудні жили.

Найбільш часто до тріщин відриву приурочені дайки магматичних порід, вкорінення яких відбувається при обставинах розтягнення. На рудних родовищах тріщини відриву розповсюджені достатньо широко, але в кількісному відношенні вони поступаються тріщинам сколювання.