On the question of engineering and geological zoning of territories within local tectonic structures

Abstract


The relevance of the research lies in the approach to assessing the engineering-geological conditions within the local tectonic structures and their role in the formation of the properties of rocks and the state of the massifs composed by them. The formulation of the question regarding the rocks of the red-colored terrigenous formation as a separate object of engineering and geological research allows us to take into account the features of the history and mechanism of development of local structures, as well as their influence on the reaction of rocks in this case. Particular attention is paid to the role of tectonic fracturing as a consequence of the mechanism of development of local structures and its influence on the activation of hypergenesis processes. An analysis of the behavior of rocks during the development of local structures and the response of the massif to changes in the state of rocks and the activation of hypergenesis processes was carried out, which, in turn, determined the engineering-geological situation at the current moment. Particular attention was paid to the assessment of tectonic fracturing, identification of weakened zones and criteria confirming the correctness of their identification. The methods used in solving the tasks were reduced to a comprehensive study of local structures: the study of the history of their development, size, amplitude of uplift of the foundation, instrumental survey of fracturing in outcrops with subsequent construction of a map of fracturing, sampling, laboratory studies of the structure and properties of rocks, fixation of exogenous processes within the structure. The results of the research were the established dependences of the influence of tectonic fracturing on the state of rocks at three levels: the microlevel (the reaction of the minerals of the constituent rocks at the level of the crystal lattice in the form of defects that have arisen); mesolevel (changes in the physical and mechanical properties of rocks); macrolevel (activation of exogenous processes). Thus, criteria have been defined that allow using them to confirm the correctness of the selection of the most fractured sections of the massif. The correctness of the methodology for identifying zones of increased fracturing within local structures is confirmed by the criteria that were used to solve this problem. It can be used as a basis for large-scale geotechnical zoning within local tectonic structures.

Full Text

Необходимость обращения к вопросу инженерно-геологического районирования территорий в пределах локальных тектонических структур обусловлена целым рядом причин. Исследования, проведенные автором ранее, по изучению особенностей условий формирования инженерно-геологических свойств пород терригенной красноцветной формации указывают на существенную роль локальных структур в ходе их развития и влияния на состояние пород и массивов. Изменение физико-механических свойств пород тесно связано с историей развития локальных тектонических структур механизмом их формирования, приведшим к созданию предпосылок для активизации процессов гипергенеза и, как следствие, к преобразованию качества пород и состояния массивов, сложенных ими. Локальные структуры третьего порядка имеют широкое развитие на территории распространения красноцветной терригенной формации восточной части Русской платформы. Механизм и условия их образования изучены целым рядом исследователей (Л.Н. Розанов, В.В. Белоусов, Ю.А. Косыгин, Э.У. Спенсер, А.П. Виноградов, А.Б. Ронов) [1–8] и другими. Ими было установлено, что особенности формирования структур на платформах определяются характером преобладающих тектонических движений, их вертикальной направленностью. Блоковая тектоника фундамента платформы является основным фактором формирования структур осадочного чехла. Среди исследований, посвященных этому вопросу, следует отметить работы Л.Н. Розанова [2] с детальным анализом механизма формирования структур и их разновидностей. Важным следствием этого является возникновение тектонической трещиноватости, которая послужила толчком и катализатором активизации процессов гипергенеза. Влияние трещиноватости на состояние пород и массивов в целом оценивалось многими исследователями с практической точки зрения [9, 10]. Большое значение придается оценке трещиноватости скальных пород при проектировании гидротехнических сооружений [11–13], а также ее роли по объяснению причин широкого диапазона прочностных характеристик пород на ограниченном участке массива [14–17]. Значительное количество работ в последнее время посвящено решению локальных задач, таких как оценка бортов карьеров, когда устанавливается связь трещиноватости и нарушения прочностных характеристик пород, влияющих на устойчивость отдельных блоков массива. Также производится оценка водообильности на отдельных участках месторождений, связанных с повышенной трещиноватостью [18–23]. Для решения этих задач широко применяются методы математического моделирования. При этом производится оценка как состояния массива в целом [24–28], так и реакция породообразующих минералов, и дефекты, возникающие в них при воздействии высоких напряжений в массивах пород [29–39].

About the authors

Sh. Kh. Gainanov

Perm National Research Polytechnic University

References

  1. Розанов Л.Н. Основные закономерности морфологии и причины образования тектонических структур. - Л.: Гостоптехиздат, 1962. - 84 с.
  2. Розанов Л.Н. Динамика формирования тектонических структур платформенных областей. - Л.: Недра, 1981. - 140 с.
  3. Белоусов В.В. Тектонические разрывы, их типы и механизм образования. - М.: АН СССР, 1952. - 147 с.
  4. Белоусов В.В. Геотектоника. - М.: Изд-во МГУ, 1976. - 334 с.
  5. Косыгин Ю.А. Тектоника. - М.: Недра, 1983. - 536 с.
  6. Спенсер Э.У. Введение в структурную геологию. - Л.: Недра, 1981. - 367 с.
  7. Виноградов А.П., Ронов А.Б. Состав осадочных пород Русской платформы в связи с историей ее тектонических движений // Геохимия. - 1956. - №6. - С.3-24.
  8. Сравнительная Геохимия геосинклинальных и платформенных осадочных толщ / А.Б. Ронов, Ю.П. Гирин, Г.А. Казаков, М.Н. Илюхин // Геохимия. - 1965. - №8. - С. 961-976.
  9. Рац М.В. Структурные модели в инженерной геологии. - М.: Недра, 1973. - 216 с.
  10. Чернышев С.Н. Трещины горных пород. - М.: Наука, 1983. - 240 с.
  11. Reuter F., Klengel J., Pasek J. Ingenieurgeologie. Leipzig: VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1980. - 451 s.
  12. Dittrich E. Beobachtungen uber den Kluftkorper // Bergakademie. - 1970. - 3. - S. 151-160.
  13. Georgi F., K.H. Hoffer O. u.a. Untersuchungen zum Bruch- und Vormungverhalten des Gebirgsverhaltens // Neue Bergbautechnik. - 1971. - 9. - S. 692-690.
  14. Muller L. Der Felsbau. 1 Bd. - Wien: Springer Verlag, 1963 - 200 s.
  15. Beitrag zur ingenieurgeologischen Beschreibung von permischen Rotsedimenten / Sh. Gainanov, F. Reuter, B. Ulrich, W. Kataev // Neue Bergbautechnik. - 1989. - Vol. 7. - S. 241-245.
  16. Гайнанов Ш.Х. Влияние тектонических напряжений в массивах пород на изменение их строения и свойств // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 2021. - № 3. - С. 71-78. doi: 10.21440/0536-1028-2021-3-71-78
  17. Gainanov Sh., Reuter F. Der Einfluss der tektonischen Beanspruchung von Gestein und Gebirge auf die Entwicklung ihrer physikalisch-mechanischen Eigenschaften - ausgewahlte Beispiele // Neue Bergbautechnik. - 1983. - Vol. 12. - S. 681-684.
  18. Иконников Е.А., Катаев В.Н., Ермолович И.Г. Повышение эффективности выявления водообильных трещинных зон в фациально-невыдержанных песчано-глинистых толщах // Комплексные проблемы гидрогеологии: материалы научной конференции / Санкт-Петербургский ун-т. - СПб., 2011. - С. 72-74.
  19. Тян С.Г., Долгоносов В.Н. Изучение трещиноватости пород на месторождении "Северный Катпар" [Электронный ресурс] // Молодой ученый. - 2020. - №20(310). - С. 145-150. - URL: https://moluch.ru/archive/310/69958/ (дата обращения: 23.04.2023).
  20. Луганцев Б.Б. Обеспечение устойчивости подземных горных выработок в трещиноватом породном массиве: автореф. дис. … д-ра тех. наук. - М., 2001. - 36 с.
  21. Оценка состояния массива горных пород для выделения потенциально опасных участков проектируемого карьера / С.А. Корчак, И.В. Абатурова, И.А. Савинцев, Л.А. Стороженко // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2022. - № 9. - С. 87-98. doi: 10.25018/0236_1493_2022_9_0_87
  22. Кузьмин В.С., Копытин А.С. Применение компьютерных технологий для решения задач, связанных с изучением трещиноватости скальных массивов // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. - 2013. - № 3. - С. 83-92.
  23. Kakimi T. Depth of fracturing in Earths crust // Journal of the Geological Society of Japan. - 1971. - Vol. 77, № 5. - P. 237-242.
  24. Корчак С.А. Получение исходных данных для построения прогнозной инженерно-геологической модели // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 2022. - № 5. - С. 66-76. doi: 10.21440/0536-1028-2022-5-66-76
  25. Мингазутдинов А.Н., Семенова О.В. Прогнозирование развития зон трещиноватости с помощью исследования ориентированного керна // Нефтяная провинция. - 2017. - № 3(11). - С. 84-95. doi: 10.25689/NP.2017.3.84-95
  26. Методика оценки напряженного состояния горных пород / В.В. Середин, А.С. Хрулев, А.В. Растегаев, В.И. Галкин // Горный журнал. - 2020. - № 2. - С. 30-34. doi: 10.17580/gzh.2020.02.03
  27. Siegesmund S., Snethlage R. Stone in architecture: properties, durability. - Berlin: Springer, 2011. - 558 p.
  28. Application of ultrasonic-rebound method in fast prediction of rock strength / Rui Wang, Xianghui Deng, Yaoyao Meng, Daohong Xia // Geotechnical and Geological Engineering.International Journal. - 2020. - Vol. 38. - P. 5915-5924. org/. doi: 10.1007/s10706-020-01402-6
  29. Журавков М.А. Математическое моделирование деформационных процессов в твердых деформируемых средах (на примере задач механики горных пород и массивов). - Минск: БГУ, 2002. - 456 с.
  30. Закревский К.Е., Кундин А.С. Особенности геологического 3D моделирования карбонатных и трещиноватых резервуаров. - М.: Белый ветер, 2016. - 404 с.
  31. Константинова С.А., Аптуков В.Н. Некоторые задачи механики деформирования и разрушения соляных пород. - Новосибирск: Наука, 2013. - 191 с.
  32. Ливинский И.С., Митрофанов А.Ф., Макаров А.Б. Комплексное геомеханическое моделирование: структура, геология, разумная достаточность // Горный журнал. - 2017. - №8. - С. 51-55. doi: 10.17580/gzh.2017.08.09
  33. Оловянный А.Г. Математическое моделирование процессов деформирования и разрушения в трещиноватых массивах горных пород // Записки горного института. - 2010. - Т. 185. - С. 95-98.
  34. Редькин Г.М. Математическое моделирование трещиноватости массива горных пород // Известия ВУЗОВ. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2005. - № 4. - С.79-82.
  35. Nicholson G.A., Bieniawski Z.T. A nonlinear deformation modulus based on rock mass classification // International Journal of Mining and Geological Engineering. - 1990. - Vol.8. - P. 181-202. org/. doi: 10.1007/BF01554041
  36. Chemenda A.I., Hassani R., Fan J. Numerical modeling of the opening mode fracturing emanating from deformation localization in layered rocks // Computers and Geotechnics. - 2022. - Vol. 147. org/. doi: 10.1016/j.compgeo.2022.104774
  37. A three-dimensional numerical meso-approach to modeling time-independent deformation and fracturing of brittle rocks / Guang-lei Zhou, Tao Xu, Michael J. Heap, Philip G. Meredith, Thomas M. Mitchell, Ashley Stanton-Yonge Sesnic, Yang Yuan // Computers and Geotechnics. - 2020. - Vol. 117. org/. doi: 10.1016/j.compgeo.2019.103274
  38. Elasto-plastic analysis of the surrounding rock mass in circular tunnel using a new numerical model based on generalized nonlinear unified strength theory / Chengwen Wang, Xiaoli Liu, Danqing Song, Enzhi Wang, Jianmin Zhang // Computers and Geotechnics. - 2023. - Vol. 154. org/. doi: 10.1016/j.compgeo.2022.105163
  39. Влад С.В. О численном моделировании трещиноватых скальных массивов при геотектонических нагрузках // Промышленное и гражданское строительство. - 2014. - № 11. - С. 32-35.
  40. Пермяков Е.Н. Тектоническая трещиноватость Русской платформы. - М.: Изд-во МОИП, 1949. - 215 с.
  41. Гзовский М.В. Тектонофизические представления о напряженном состоянии земной коры // Современные проблемы механики горных пород: материалы 4-й Всесоюз. конф. по механике горных пород. - Л.: Наука, 1972. - С. 125-146.
  42. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. - М.: Наука, 1975. - 536 с.
  43. Белоусов В.В., Гзовский М.В. Экспериментальная тектоника. - М.: Недра, 1964. - 119 с.
  44. Катаев В.Н., Печеркин А.И., Печеркин И.А. Моделирование полей напряжений при образовании и развитии локальных структур платформенного типа // Моделирование в гидрогеологии и инженерной геологии. - 1983. - С.89-93.
  45. Печеркин А.И. К расчету напряжений, возникающих при формировании структур полной складчатости // Инженерная геология. - 1987. - № 2. - С. 95-105.
  46. Гайнанов Ш.Х., Катаев В.В. Выявление зон трещиноватости в пределах локальных структур, сложенных терригенными красноцветными породами // Инженерная геология. - 1988. - № 6. - С. 92-97.
  47. Пономарев В.В. Рентгеноструктурные методы исследования в инженерной геологии. - М.: Недра, 1981. - 194 с.
  48. Русаков А.А. Рентгенография металлов. - М.: Атомиздат, 1977. - 480 с.

Statistics

Views

Abstract - 195

PDF (Russian) - 127

PDF (English) - 8

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2023 Gainanov S.K.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies