К вопросу инженерно-геологического районирования территорий в пределах локальных тектонических структур

Аннотация


Актуальность исследований заключается в подходе к оценке инженерно-геологических условий в пределах локальных тектонических структур и их роли в формировании свойств пород и состояния массивов, ими сложенных. Постановка вопроса относительно пород красноцветной терригенной формации как отдельного объекта инженерно-геологических исследований позволяет учитывать особенности истории и механизма развития локальных структур, а также их влияние на реакцию пород при этом. Особое внимание уделяется роли тектонической трещиноватости, как следствию механизма развития локальных структур и ее влиянию на активизацию процессов гипергенеза. Осуществлен анализ поведения пород в ходе развития локальных структур и реакции массива на изменение состояния пород и активизацию процессов гипергенеза, что, в свою очередь, определяет инженерно-геологическую ситуацию на текущий момент. Особое внимание уделяется оценке тектонической трещиноватости, выделению ослабленных зон и критериям, подтверждающих корректность их выделения. Методы, применяемые при решении поставленных задач, сводились к комплексному изучению локальных структур: изучение истории их развития, размеров, амплитуды поднятия фундамента, инструментальная съемка трещиноватости в обнажениях с последующим построением карты трещиноватости, отбор образцов, лабораторные исследования строения и свойств пород, фиксация экзогенных процессов в пределах структуры. Результатом исследований явились установленные зависимости влияния тектонической трещиноватости на состояние пород на трех уровнях: микроуровень (реакция минералов слагающих пород на уровне кристаллической решетки в виде возникших дефектов); мезоуровень (изменения физико-механических свойств пород); макроуровень (активизация экзогенных процессов). Таким образом, определены критерии, которые позволяют использовать их для подтверждения корректности выделения наиболее нарушенных трещиноватостью участков массива. Корректность методики выделения зон повышенной трещиноватости в пределах локальных структур подтверждена критериями, которые были использованы для решения этой задачи. Она может быть использована в качестве основы при крупномасштабном инженерно-геологическом районировании в пределах локальных тектонических структур.

Полный текст

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].

Об авторах

Ш. Х. Гайнанов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

  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.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 189

PDF (Russian) - 122

PDF (English) - 5

Ссылки

  • Ссылки не определены.

© Гайнанов Ш.Х., 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах