Вступ
Геометрія надр або гірнича геометрія – це науково-технічна дисципліна, в якій вивчаються:
– просторове розміщення в надрах покладів корисних копалин і умови їх залягання;
– методи зображення на маркшейдерському графіку форм покладів і умов їх залягання;
– розміщення в надрах запасів корисних копалин в цілому і окремих сортів, а також за рівнем їх підготовленості;
– розподіл у покладі корисних і шкідливих компонентів;
– способи підрахунку і обліку руху запасів, визначення втрат і збіднювання;
– геометричні методи дослідження мінливості показників;
– прогнозування показників на маловивчених ділянках покладу;
– геометричні методи розв’язування різних задач гірничої та геологорозвідувальної справи.
основним завданням геометрії надр є геометризація родовищ корисних копалин, створення геометричної моделі родовища. Для створення геометричної моделі покладу, крім основних дисциплін геологічного і гірничого циклу, необхідно знати проекції, застосовувані при геометризації родовищ. Тому курс геометрії надр і починається з розгляду проекцій геометризації надр.
Маркшейдеру, геологу, гірнику доводиться працювати в умовах, коли родовище, що вивчається, недоступне для безпосереднього спостереження, за виключенням окремих точок, в яких визначають ті чи інші показники. Тому інженер має володіти методикою опрацювання спостережень, складання гірничо-геометричних графіків, розв’язу-вання різноманітних практичних задач. Вирішення цих питань зумовлює основний зміст предмету геометрії надр.
Геометрія надр, як і всяка навчальна дисципліна, багатогранна. Вона тісно пов’язана з комплексом геологорозвідувальних, гірничих і маркшейдерських дисциплін, які є складовою частиною навчального плану підготовки інженера гірничого профілю. В зв’язку з великою вихідною інформацією, яку потрібно систематизувати, опрацювати і оцінити, геометрія надр, як навчальна дисципліна, потребує тісного зв’язку із загальнотеоретичними науками – фізикою, математичною статистикою, обчислювальною технікою тощо.
Розділ 1. Геометризація розривних порушень.
1.1Загальні відомості про диз’юнктиви. Однією із розповсюджених форм порушення залягання гірничих порід є розривні структури. Розглядаючи масив гірських порід, можна виділити два прояви розривів – диз’юнктивні дислокації, або диз’юнктиви, і тріщинуватість гірського масиву.
Розривом називають такий наслідок деформації гірських порід, при якому порушується суцільність масиву, відбувається поділ останнього на окремі тектонічні блоки, який супроводжується зміщенням одних блоків відносно інших.
Тріщинуватістю масиву гірських порід називають розчленування масиву гірських порід на блоки сукупністю площин певної орієнтації без значного відносного переміщення по них блоків і поверхонь ослаблених порід. З генетичної точки зору всі тріщини в масиві гірських порід можна поділити на тектонічні і нетектонічні.
Спільним для тієї чи іншої форми розриву є розчленування порід на блоки тріщинами розриву. Відмінність же полягає в тому, що при диз’юнктивних порушеннях, або зміщеннях, спостерігається відносне переміщення блоків, а при тріщинуватості воно відсутнє.
Під розривним порушенням, диз’юнктивною дислокацією або зміщенням розуміють наслідок дії тектонічних напружень, при якому гірські породи розірвані по деякій поверхні на блоки, які зміщені відносно один одного.
Розриви гірських порід в природних умовах утворюються в процесі діагенезу чи під впливом прикладених до гірських порід зовнішніх сил, наприклад, тектонічних. Будучи прикладеними до певної ділянки земної кори, вони викликають деформацію гірських порід.
Процес деформації закінчується руйнуванням тіла, якщо одержані напруження досягають необхідної величини, що відповідає границі міцності за даних умов. Руйнування тіла здійснюється у формі відриву чи сколювання. Явище відриву пов’язане з нормальними розтяжними напруженнями або з поперечними подовженнями при стиску. Відривом є крихке руйнування. Сколювання зумовлюється дотичними напруженнями (воно може бути як крихким, так і в’язким).
Два типи руйнування рідко виникають спільно. Зазвичай, за певних умов спостерігається той чи інший тип руйнування, але зі зміною умов один тип може змінитися іншим.
Диз’юнктиви і тріщинуватість гірських порід є важливими структурними елементами гірського масиву, особливо при складчастому заляганні порід, коли розриви проявляються найінтенсивніше.
1.2Елементи зміщень та їх ознаки.
При розривних порушеннях гірські породи розчленовуються по поверхнях, які при цьому утворюються, на окремі частини чи блоки.
Поверхні, по яких відбувається це розчленування, є тріщини, по яких відокремлені блоки переміщуються один відносно одного на певну відстань. Кожну таку тріщину в цьому випадку називають зміщувачем, а переміщені по ній відносно один одного блоки – крилами (рис. 1.1). Крило, розміщене над зміщувачем, називають висячим, а розташоване під зміщувачем – лежачим. Зміщувач і крила (блоки) називають елементами зміщення.
Рис. 1.1. Елементи розривного порушення:
1 – зміщувач; 2 – лінія схрещення; 3 – висяче крило; 4 – лежаче крило
Зміщення пласта в даній точці характеризується двома показниками – формою і величиною відносного переміщення, яку називають амплітудою. Форма зміщення, в свою чергу, визначається виглядом схрещення зміщувача і крил, а також напрямом відносного переміщення крил.
Зміщення, у яких крила паралельні, називають правильними поступальними, або прямолінійними.
До розривних тектонічних порушень із зміщенням належать скиди, підкиди, насуви (надвиги), здвиги і більш складні порушення скидоздвиги, східчасті скиди, грабени і горсти Скид розрив з вертикальним або нахиленим зміщувачем в сторону опущеного крила. Скиди утворюються при розтягуванні земної кори. Підкид розрив з круто падаючим (понад 45о ) зміщувачем, по якому висяче крило підня-те відносно лежачого, а зміщувач нахилений в сторону піднятого крила. Виникає при тектонічному стиску ванні. Насув (надвиг) розривне порушення з пологим (до 45-60о ) нахилом зміщувача, по якому висячий бік піднятий відносно лежачого і насунутий на нього. Як і підкид, теж виникає в умовах тектонічного стискування. Горизонтальні , або пологі насуви з переміщенням гірських порід на віддаль у кілька десятків кілометрів називають шар'яжами, або тектонічними покривами. Здвиг розрив з вертикальним або нахиленим зміщувачем, по простяганню якого крила зміщені одне відносно іншого. Часто при здвигах відбувається переміщення не тільки в горизонтальному, але й у вертикальному напрямі. Такі розриви називають скидоздвигами. Східчасті скиди система скидів, в якій кожне наступне крило є опущеним по відношенню до попереднього. Грабен опущена ділянка земної кори, відділена скидами, рідше підкидами, від суміжних, відносно піднятих ділянок. Горст - піднята ділянка земної кори, відділена скидами або підкидами від суміжних ділянок. Лінійно витягнуті на сотні або й тисячі кілометрів складні системи грабенів, часто поєднані з горстами, називаються рифтами. Ширина рифтів коливається в межах від 520 до 200400 км. Типовим прикладом сучасних великих рифтових систем є СхідноАфриканська,
Байкальська та ін. Подібні структури виявлено і в океанах. Наприклад, рифти підводних хребтів Атлантичного, Індійського та інших океанів. З рифтовими зонами пов'язані землетруси і вулканічні процеси. Особливу категорію розривних тектонічних структур утворюють глибинні розломи .Вони нерідко розчленовують всю літосфер на окремі блоки. Тривалість розвитку та існування глибинних розломів дуже велика і вимірюється геологічними періодами й ерами.
При визначенні напряму відносного переміщення крил домовились вважати за нерухоме лежаче крило.
Рисунок 1.2 - Диз'юнктивні порушення:а - скид; б - насув; в - грабен; г - горст; 1 - зміщувач; 2 - лежаче крило; 3 - висяче крило; Н - амплітуда скиду
Лінії перетину крил зі зміщувачем s і s' називають іноді лініями схрещення вказаних площин. Вони є межами або лініями зникнення (обрізу) пласта. Якщо крила паралельні, то лінії схрещення s і s' теж паралельні між собою. На маркшейдерському плані вони фіксують положення зміщувача.
На ділянках обмежених розмірів, в межах яких елементи зміщення практично можна вважати плоскими, зміна амплітуди виражається непаралельністю крил К і К' або непаралельністю ліній схрещення s і s'. Вказана непаралельність свідчить про наявність значного обертання блоків під час відносного їх переміщення.
На рис. 1.3 схематично показано обертальний характер відносного переміщення. Тут амплітуда зміщення від точки затухання О поступово збільшується. Лінії схрещення s і s' утворюють кут затухання w.
Рис. 1.3. Обертальне розривне порушення