Структуры рудных полей и месторождений - Старостин В.И.
ISBN 5-211-04522-Х
Скачать (прямая ссылка):
Глава 13
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РУДОВМЕЩАЮЩИХ ГОРНЫХ ПОРОД
В формировании промышленных месторождений полезных ископаемых ведущую роль играют структурные условия. Последние в значительной степени определяются физико-механическими свойствами рудовмещающих горных пород. Их изучение является составным элементом современных структурных исследований на рудных полях и месторождениях. Основы этого направления исследований, получившего название структурная пет-рофизика, были заложены Я.Н. Белевцевым (1961), А.В. Королевым и П.А. Шехтманом (1965), В.И. Старостиным (1979) и др.
Исследования физико-механических свойств горных пород дают количественные параметры физического состояния среды, в которой происходят процессы рудообразования. Известно, что различные горные породы в одних и тех же условиях деформируются по-разному. Одни из них под действием некоторых внешних сил сминаются в складки пластического течения, тогда как находящиеся рядом другие породы могут растрескиваться и бу-динироваться с нарушением сплошности слоев. Различное поведение в процессе деформирования отличающихся по физико-механическим свойствам горных пород приводит к развитию в них широкого спектра потенциально рудоподводящих или рудовмещающих структур. Появление таких структур и их размещение могут быть предсказаны на основе изучения физико-механических характеристик горных пород.
В литературе описаны многочисленные примеры различной роли неодинаковых по своим физико-механическим характерис-
тикам горных пород, в частности, в процессах гидротермального рудообразования. Исследование важнейших физико-механических свойств горных пород дает возможность оценивать степень их благоприятности для рудоотложения.
В зависимости от условий образования и последующей геологической жизни горные породы характеризуются определенным комплексом физических и механических свойств, отражающих их структуру, состав, а также характер эпигенетических преобразований и тектонических напряжений, которым они подверглись. Физико-механические свойства породы не остаются неизменными в течение всего времени с момента ее образования. Они эволюционируют под воздействием тех или иных факторов структуро-образования, давая важный инструмент для расшифровки структурной истории рудных полей и месторождений, выявления возраста и генезиса руд и степени их метаморфического преобразования и др.
Далеко не все параметры физических и механических свойств горных пород, определяемые в лабораториях или непосредственно в полевых условиях, могут быть использованы при рассмотрении условий формирования горных пород, руд и месторождений. Для этих целей достаточно обоснованно могут применяться величины объемной массы, пористости и проницаемости, прочностных и упругих свойств, а также их изменения при повышенных температурах и давлениях.
13.1. ОБЪЕМНАЯ МАССА
Объемной массой называется отношение массы совершенно сухого образца горной породы или руды к его объему. Чаще всего для ее определения используются методы обмера и гидростатического взвешивания.
Первый метод применим, если образец имеет правильную форму (цилиндр, параллелепипед и др.) и его объем может быть с достаточной точностью рассчитан на основе обмера. Масса образца при этом определяется после предварительной выдержки его в сушильном шкафу в течение нескольких часов при температуре 105° С.
Однако обычно изучаемые образцы имеют неправильную форму. В этом случае используется метод гидростатического взвешивания. При этом масса образца определяется несколько раз: сначала в сухом виде, а затем дважды после длительного насыщения жидкостями (обычно водой). Первый раз насыщенный образец взвешивается на воздухе, а второй раз — в сосуде с той же жидкостью. Объемная масса затем рассчитывается по формуле:
где Рсух — масса сухого образца, г; Рн тах — масса насыщенного образца, г; Рж — масса образца в жидкости, г; Рпр — масса проволочки, используемой для взвешивания образца в жидкости, г; (Qt - X) — поправка на разницу температур и взвешивание на воздухе (при температурах 18—22° величина поправки составляет 0,997).
13.2. ПОРИСТОСТЬ, ПРОНИЦАЕМОСТЬ И ДИНАМИКА НАСЫЩЕНИЯ ПОРОД ЖИДКОСТЯМИ
Пористость — это совокупность пространства между твердой фазой абсолютно сухой породы. Пустоты (поры) в породах могут возникать как в процессе становления самой породы (например, межзерновые пространства), так и в процессе дальнейших ее преобразований (например, микротрещины).
Поры в составе породы обычно имеют форму неправильных многогранников, щелей, эллипсоидов, нитевидных каналов и др. Размеры пустот изменяются от 2 • 10~4 мм и менее (ультрапористость) до Ю-4—Ю-2 мм (микропористость) и выше (макропористость).
При характеристике пористости следует различать несколько ее видов. Общая (или абсолютная) пористость представляет собой совокупность всех пор в породе, как открытых, так и закрытых. Открытая пористость представляет только поры, которые могут быть заполнены, например, жидкостью. Наконец, эффективная пористость — это часть открытой пористости, по которой при заданных условиях может происходить активная циркуляция жидкостей или газов. Она представляет поры, сообщающиеся между собой и с поверхностью образца, и измеряется в процентах от общего объема образца. Традиционным и самым доступным способом ее определения является метод свободного водо-насыщения, использующий, как правило, специально подготовленные плоскопараллельные пластинки, выпиливаемые из отобранных в поле образцов. Рекомендуемые размеры пластинок: толщина 1—1,5 см и площадь более 25 см2. В течение нескольких часов пластинки выдерживаются в сушильном шкафу при температуре 105°С, а затем взвешиваются на аналитических весах. После этого они погружаются в специальную ванночку с жидкостью (водой или керосином) и вновь взвешиваются через фиксированные промежутки времени (от 5—10 мин до нескольких суток). Опыт показывает, что 70—80% открытых пор заполняются жидкостью в течение первых пяти суток. По истечении
