Структуры рудных полей и месторождений - Старостин В.И.
ISBN 5-211-04522-Х
Скачать (прямая ссылка):
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-петро-физических 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 vp 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 V , 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 микротрещино-ватости, 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.
