Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow СТРУКТУРЫ РУДНЫХ ПОЛЕЙ И МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Посмотреть оригинал

СТРУКТУРНО-ПЕТРОФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТРУКТУРНО-ПЕТРОФИЗИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Основы структурно-петрофизического анализа заложены работами В.И. Старостина (1979, 1988, 1994). Структурно-петрофизический анализ использует взаимосвязь, существующую между упругими свойствами и структурой горных пород. Выявляемая по данным дирекционных измерений скоростей ультразвуковых волн на ориентированных образцах индикатрисса скоростей позволяет оценить упругую анизотропию исследуемого твердого тела. Форма индикатриссы и абсолютные значения упругих параметров являются функцией минерального состава, условий образования, а также характера и интенсивности метаморфогенных преобразований.

Взаимосвязь физических свойств и структуры лучше всего проявлена в кристаллах основных групп породообразующих минералов. Анизотропия упругих свойств увеличивается с ростом анизотропии структуры кристаллов от ортосиликатов через цепочечные, ленточные, слоистые к каркасным силикатам.

В горных породах явления анизотропии упругих свойств в значительной мере зависят от степени упорядоченности в расположении основных породообразующих минералов, и для них характерны многие группы симметрии, давно установленные для кристаллов. Чаще всего в природе встречаются породы, принадлежащие к трем группам симметрии: изотропной, поперечноизотропной (гексагональной) и ромбической.

Анализ результатов детальных петрографических, кристаллофизических, акустических и микроструктурных исследований природных объектов и экспериментальных данных по искусственным материалам позволили выделить четыре основных генетических типа анизотропии упругих свойств — напряженного состояния, петроструктурный, петроструктурно-деформационный и хрупко-деформационный. В реальных геологических условиях горные породы и руды с момента своего образования характеризуются определенными сингенетическими упругими свойствами. Они могут быть изотропными или обладать анизотропией. Наиболее часты поперечно-изотропная и ромбическая группы симметрии упругих свойств. Разработаны методики лабораторных и полевых исследований упругих характеристик. В отношении некоторых типов текстур и структур горных пород, являющихся причиной анизотропии упругих свойств, можно отметить следующее.

В осадочных породах часто наблюдаемая слоистость является причиной отчетливой анизотропии, когда упругие волны в плоскости пласта распространяются с равной скоростью во всех направлениях, а в перпендикулярном к напластованию направлении — со скоростями, значительно отличающимися. Кроме слоистости в осадочных породах наблюдаются другие структуры и текстуры, которые также вызывают определенную отчетливую анизотропию скоростей ульразвуковых волн.

В магматических породах явление анизотропии упругих волн обусловлено положением флюидальности, ориентированными системами порокапилляров, ориентировкой отдельных кристаллов, связанной с тектоническим полем напряжений, которое существовало в момент формирования магматических пород.

В метаморфических и метасоматических образованиях часто встречаются полосчатые текстуры, где чередуются полоски разного состава и зернистости. Скорости ультразвуковых волн в этом случае также резко различаются в зависимости от направления замера. Кроме того, в этих породах часто можно установить реликтовые структуры, которые также порождают аномальные значения скоростей ульразвуковых волн.

Анизотропия напряженного состояния возникает в массиве горных пород под действием литостатического давления или тектонических сил, а в образцах горных пород появляется при экспериментах, моделирующих одностороннее или всестороннее давление. Л.И. Звягинцевым (1972) было показано, что наблюдаемая разница в анизотропии упругих волн, выявляемая в массиве и в образцах, позволяет судить об интенсивностях и направлениях существующего поля напряжений.

Петроструктурная анизотропия вызвана исключительно ориентировкой минералов, слагающих породы и руды. Выделяются прототектонические, седиментационные и метаморфические структуры. Первые отчетливо фиксируются на структурно-петрофизических диаграммах. На различных месторождениях и в различных породах устанавливается полное совпадение максимумов скоростей продольных ультразвуковых волн с максимумами концентрации оптических осей кварца в кислых породах или осей а оливина в ультраосновных породах, максимумов v с осями столбчатой отдельности и т.д.

Седиментационные структуры осадочных и вулканокластичес- ких пород характеризуются упорядоченным расположением минеральных частиц и агрегатов. Наиболее распространенные типы структур образованы сочетаниями линейных, линейно-плоскостных и плоскостных ориентировок, которые отчетливо проявляются на круговых структурно-петрофизических диаграммах. В песчаниках, алевролитах и аргиллитах сортировка частиц пород по размерам и составу приводит к образованию поясов повышенных значений vp, а преимущественная ориентировка удлиненных зерен, связанная с направлением сноса материала, на диаграммах фиксируется линейными максимумами скоростей ультразвуковых волн. В карбонатных породах (известняках, доломитах) анизотропия продольных волн объясняется главным образом ориентировкой зерен карбонатов.

Петроструктурно-деформационная анизотропия упругих свойств наблюдается в горных породах и рудах, испытавших пластические деформации. Она связана исключительно с ориентировкой минералов, которая являлась равновесной с локальным полем напряжений, в котором происходили деформации. При этом минеральные зерна располагались таким образом, чтобы вектор, характеризующийся максимальными значениями модулей упругости, был ориентирован вдоль направления минимального сжатия. Соответственно с осью максимального сжатия будут совпадать те направления в зернах минералов, в которых величины модулей упругости минимальны. Эта закономерность справедлива для любых минеральных агрегатов и объясняет их поведение в поле напряжений. Таким образом ориентируются анизотропные минералы. Значительную роль в переориентировке зерен минералов играли поровые и гидротермальные растворы, способствовавшие диспергированию твердой фазы и повышению пластичности пород и руд при динамотермальном метаморфизме.

Хрупко-деформационная анизотропия проявляется в твердых телах при тектонических воздействиях, приводящих к нарушению их сплошности (развитие рассланцевания и микротрещиноватости, брекчирование). Эти процессы широко распространены в верхней части земной коры. Их развитию способствуют невысокие температуры, низкое литостатическое давление и большие скорости деформации. Этот тип деформаций не приводит к изменению пространственной ориентировки минеральных агрегатов.

Экспериментальные работы по изучению деформационных характеристик, а также физико-механических, в том числе и упругих, свойств горных пород в условиях высоких давлений (односторонних и всесторонних) и температур показали, что начиная с небольших величин всестороннего сжатия (100—400 МПа) в породах развивается процесс микроразрушения и пластической деформации. При этом в зернистых породах по границам зерен развивается катаклаз, а внутри их — пластическая деформация, выражающаяся в трансляционном двойниковании, скольжении в кристаллической структуре минералов. Одновременно протекает процесс поворота зерен, особенно в условиях преобладающего одностороннего давления. Отмеченные явления сопровождаются развитием микротрещиноватости, приводящей к приращению объема. Характерной особенностью горных пород, находившихся в условиях повышенных давлений и температур, являются необратимые изменения в структуре и физико-механических свойствах. Скорости продольных ультразвуковых волн после одноактного деформирования в образцах различных горных пород снижаются на 2—80%. Другая особенность деформируемых горных пород — возникновение ориентировок зерен слагающих их минералов, что приводит в итоге к появлению отчетливой анизотропии физико-механических свойств.

Упругие свойства, в частности скорости продольных ультразвуковых волн, в кристаллах минералов заметно различаются для разных кристаллографических направлений. В том случае, когда в породе существует упорядоченная ориентировка минералов, степень и направление ее можно установить не только на микро- структурных диаграммах, но и в значительно более четком виде на диаграммах скоростей ультразвуковых волн. Кроме того, на них отражены деформационные элементы (микротрещиноватость, пластическое течение вещества, милонитизация). Интегральный эффект этих факторов и обусловливает анизотропию деформированной породы. По выявленному на диаграммах скоростей ультразвуковых волн структурному узору можно восстановить систему приложения сил и обусловленные ими направления движения при деформациях.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Популярные страницы