Образование массовых трещин предразрушения

Поисковые работы на подземные воды на территории Петропавловского рудного поля проводились в 2006 г. Изначально было ясно, что осадочная толща юрского возраста малопригодна для устройства питьевого водозабора в виду низких фильтрационных свойств рыхлых отложений и низкого качества подземных вод. Поэтому основные поисковые работы велись в восточной части Петропавловского рудного поля на участке выхода на поверхность скальных пород палеозойского возраста. Основной объем гидрогеологических исследований выполнялся в долине р. Таналык и в примыкающем к ней с запада овраге «Скальный». Овраг «Скальный» представляет собой выраженную в рельефе тектоническую структуру и местами достигает глубины 8–10 м. Обнажения горных пород в стенках оврага несут многочисленные следы тектонических смещений в виде борозд и зеркал скольжения.

Методика поисковых работ на территории распространения скальных горных пород основана на выявлении проницаемых водоносных зон, связанных с участками повышенной трещиноватости тектонических разломов. Наиболее перспективными в гидрогеологическом отношении являются тектонические структуры, активные в современном поле напряжений. Для выявления активных тектонических нарушений необходимо знать ориентировку осей главных напряжений.

Геолого–структурные методы определения ориентировки осей главных напряжений базируются на изучении деформационных структур: трещин и разломов. В ходе исследований применялись два метода определения направления действия главного максимального напряжения, основанные на построении круговых диаграмм трещиноватости и построении роз–диаграмм ориентировки линейных элементов рельефа. Оба метода учитывают тот факт, что главное максимальное напряжение может действовать по двум и более направлениям, отстоящим друг от друга на угол 20–30°.

Построение круговых диаграмм трещиноватости проводилось на основании полевых данных, включавших 1022 замера пространственной ориентировки трещин на пяти обнажениях горных пород в пределах оврага «Скальный» и более 100 замеров в долине р. Бузавлык. При построении круговых диаграмм наклонные трещины (угол падения < 70°) следует наносить в азимутах падения, а субвертикальные (угол падения > 70°) – в азимутах простирания. В этом случае трещины отрыва, скола и скольжения образуют на круговой диаграмме прямолинейный пояс систем трещин, ориентировка которого совпадает с направлением современного силового воздействия на породный массив.

Результаты обработки круговых диаграмм трещиноватости показали, что главное максимальное напряжение (σ1) действует по двум основным направлениям, имеющим азимуты 260 и 285°. Нередко на диаграммах трещиноватости проявляется третье направление воздействия главного максимального напряжения с азимутом 240°, но оно, как правило, выражено более слабо.

Образование массовых трещин предразрушения может происходить при допредельном и предельном напряженном состоянии массива. В отличие от трещин, разломы являются структурами разрушения породного массива. Как и закономерности распределения трещин в массиве, ориентировка разломов также позволяет определить характер тектонического воздействия. Анализируя пространственное положение разрывных структур, можно определить направления воздействия основных тектонических сил.

Для определения ориентировки осей главных напряжений необходимо использовать разломы, которые по совокупности признаков можно рассматривать как образовавшиеся в современную геологическую эпоху или имеющие признаки современной активизации. Важнейшим показателем активизации древних тектонических структур и активности современных разломов является наличие повышенной проницаемости скальных пород для подземных вод и разнообразных флюидов.

Роза–диаграмма ориентировки линейных элементов рельефа восточной части Петропавловского рудного поля была построена с учетом данных маршрутного обследования. В ходе работ на поисковом участке был выделен ряд тектонических нарушений, имеющих признаки современной активизации. При помощи космического снимка были определены азимуты простирания и относительная длина каждого линейного элемента. Методика построения роз–диаграмм заключается в суммировании относительных длин линейных элементов, попавших на диаграмме в один диапазон азимутов простирания.

В соответствии с представлениями гидрогеомеханики скальных массивов, тектонические разломы, определяемые как раздвиги и сбросы, имеют простирание, параллельное оси главного максимального напряжения. Простирание шва надвигов, наоборот, перпендикулярно направлению главного максимального напряжения. Главное максимальное напряжение на территории Петропавловского рудного поля действует по двум направлениям. Соответственно, на розе–диаграмме раздвиги образуют два центральных пика с азимутами простирания 260 и 280°. Два пика, соответствующие простиранию надвигов, имеют азимуты 355 и 190°. Данные построения роз–диаграмм хорошо согласуются с результатами обработки трещиноватости. Расхождение в определении ориентировки осей главных напряжений не превышают 5°.

Результаты геомеханического и геолого–структурного анализа позволяют сделать следующие выводы:

Нарушений, показаны особенности

1. Главное максимальное напряжение (σ1) в скальном массиве Петропавловского рудного поля имеет субширотную ориентировку и два основных направления воздействия. Данные направления ориентированы по азимутам 260 и 285°. Вариации азимутов действия главных напряжений не превышают 5°.

2. Круговые диаграммы трещиноватости показывают возможное наличие третьего направления воздействия главного максимального напряжения с азимутом 240°. При анализе роз–диаграмм линиаментов рельефа данное направление не проявляется.

5. Определение ориентировки активных тектонических разломов

Приведены данные о пространственном положении и влиянии активных тектонических разломов на изменение фильтрационной структуры скального вулканогенного массива Петропавловского рудного поля. Описан ряд водоносных и водоупорных тектонических нарушений, показаны особенности их пространственной ориентировки в поле современных напряжений.

Водоносные тектонические разломы Петропавловского рудного поля

При помощи геолого–структурного анализа можно решать как обратные, так и прямые задачи. Построение роз–диаграмм производится на основании анализа пространственного расположения активных тектонических структур, которые выделяются на местности по совокупности геологических, геоморфологических и гидрогеологических данных. Готовые розы–диаграммы служат для определения тектонической активности той или иной линейной структуры, выделенной на исследуемой территории.

В 2006 г. в процессе работ на поисковом участке «Скальный» была выявлена водоносная зона, связанная с линейным тектоническим нарушением. Водоносная зона была выявлена по результатам сейсморазведки и фиксировалась в естественных скальных обнажениях в виде субвертикальной зоны дробления. Результаты бурения подтвердили высокую трещиноватость и водообильность тектонической зоны. Наблюдения за уровнем подземных вод показали, что в естественных условиях поток подземных вод направлен вдоль проницаемой тектонической зоны. Тектонический разлом имеет азимут простирания 260°, протяженность около 50 м, ширину 2–3 м. На основании геолого–структурного анализа указанный разлом был определен как раздвиг, образовавшийся под действием главного максимального напряжения по направлению 260°.

В зоне раздвига была пробурена разведочная скважина 10р. В скважине была выполнена кустовая откачка длительностью 11 суток. Производительность откачки составила 120 м3/сут, расчетный коэффициент водопроводимости – 105 м2/сут, что представляется весьма высоким значением для палеозойских вулканогенных пород. Результаты наблюдений за снижением уровня в наблюдательных скважинах показали, что в процессе опыта депрессионная воронка имела вытянутую форму и развивалась вдоль узкой локальной проницаемой зоны с азимутом простирания 260°.