Структуры рудных полей и месторождений - Старостин В.И.
ISBN 5-211-04522-Х
Скачать (прямая ссылка):
13.5. ПРОЧНОСТЬ
Прочностью горной породы называют ту величину истинных внутренних напряжений (нормальных или касательных), которые приводят к разрушению породы или пластической их деформации.
В лабораторных условиях прочностные свойства горных пород обычно оценивают, определяя временное сопротивление одноосному сжатию (предел прочности на сжатие). Испытания проводятся на образцах цилиндрической формы, высота которых должна быть равна диаметру основания цилиндра, или на кубиках (размеры ребра куба или диаметра цилиндра заключаются в интервале 45—55 мм). Образцы помещаются между плитами гидравлических прессов различной мощности (50, 300 т). Нагрузка на них увеличивается с определенной скоростью (обычно 10—15 кг/см2 • с) вплоть до полного разрушения образца. Прочность на одноосное сжатие затем определяется по формуле
где Fmax — максимальная разрушающая сила, кг; S0 — начальная площадь поперечного сечения образца, см2.
Теоретическая прочность кристаллических тел, рассчитываемая по прочности молекулярных связей, должна составлять около 20% от величины модуля Юнга. Практически же для горных пород она изменяется в пределах 40—300 МПа, т.е. оказывается в десятки и сотни раз ниже, что объясняется наличием в реальных породах различных дефектов, отличающих их от идеальных кристаллических тел: микротрещин, внутренних дефектов в кристаллах и др.
Прочность пород на сжатие следует отличать от прочности их на растяжение (отрыв) и на срез (скалывание). Прочность горных пород на сжатие примерно в 30 раз больше прочности пород на растяжение и примерно в 10 раз больше прочности пород на срез. Именно поэтому при растягивающих усилиях в горных породах развиваются только трещины отрыва и для образования последних нужны сравнительно небольшие напряжения, тогда как при сжимающих усилиях образуются преимущественно трещины скалывания и в меньшей мере трещины отрыва. Экспериментально доказано, что прочность горных пород на скалывание составляет единицы процента модуля сдвига, а прочность на отрыв — десятые доли процента модуля упругости удлинения (модуля Юнга).
Определение прочности горных пород особенно важно при изучении рудовмещающих трещинных структур.
13.6. ПЛАСТИЧНОСТЬ
Пластичность — это свойство твердых тел, в том числе и горных пород, необратимо изменять свои размеры и форму под действием внешней нагрузки.
Экспериментально при высоких всесторонних давлениях и продолжительности экспериментов до 1,5 месяцев в горных породах были получены удлинения или укорочения до 25—30%.
Пластичность пород определяется сочетанием двух свойств: прочности и вязкости. По данным М.В. Гзовского, для различных типов горных пород вязкость зависит от интенсивности касательных напряжений (tj) и колеблется в интервале (2 • 1014— 1022) * Ю-0,0233 ^. Вязкость породы зависит от ее минерального состава (она возрастает, например, при хлоритизации или серицитизации и снижается при окварцевании пород), структуры (например, величины минеральных зерен) и текстуры, влажности и температуры, величины напряжений и других факторов.
Чем выше прочность породы и ниже ее вязкость, тем большие пластические деформации могут развиваться в них. Оценивая способность тех или иных пород, участвующих в геологическом строении месторождения, деформироваться пластически, по-
лучают возможность, например, определять направление и пути миграции гидротермальных рудоносных растворов в зоны таких пластических деформаций.
13.7. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПЕТРОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ
Перечень вопросов, при решении которых важную роль играют сведения о физических и механических свойствах горных пород, весьма обширен.
Комплекс физических и механических свойств характеризует условия образования горных пород и преобразования их в последующей геологической жизни. Эти свойства отражают состав горных пород, их структуру, а также характер эпигенетических преобразований и тектонических напряжений, которым эти породы подвергались.
Ю.А. Розановым подчеркивалась зависимость физико-механических свойств горных пород от характера и интенсивности их гидротермально-метасоматических изменений. На Чонкойском ртутном месторождении, например, им установлена приуроченность оруденения к лиственитам, образовавшимся по серпенти-нированным интрузивным (дуниты) и эффузивным породам основного состава. Слабо измененные разности этих пород характеризуются высокими значениями модуля упругости (8,3 ¦ 104 Па) и коэффициента Пуассона (0,35), что свидетельствует о достаточной их пластичности в обстановке высокого всестороннего сжатия, при наличии избыточного давления по одному из направлений. В то же время листвениты, также демонстрирующие высокие значения модуля упругости (8,64•1O4 Па), являются значительно более хрупкими, поскольку коэффициент Пуассона этих пород очень мал (0,18). Следует считать установленным, что лиственитизация серпентинизированных пород приводит к значительному повышению модуля упругости (и модуля сдвига) и снижению коэффициента Пуассона. Таким образом, приуроченность прожилковой ртутной минерализации к лиственитам предопределена повышенной хрупкостью последних, приводящей к интенсивному растрескиванию этих пород. Приведенные данные позволяют оценивать зоны измененных пород как ослабленные участки, благоприятные для формирования трещинных структур и локализации прожилкового, а также вкрапленного метасомати-ческого оруденения.
