научная статья по теме ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРОД НА УРАНОВОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ В ГРАНИТАХ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРОД НА УРАНОВОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ В ГРАНИТАХ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2009, № 11, с. 86-93

УДК 550.83.04:550.812:553.078

ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРОД НА УРАНОВОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ В ГРАНИТАХ

© 2009 г. В. А. Петров1, В. В. Полуэктов1, Р. М. Насимов2, С. И. Щукин3, Й. Хаммер4

1Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, г. Москва 2Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 3ОАО "ППГХО", Забайкальский край, г. Краснокаменск 4Федералъное ведомство по геонаукам и природным ресурсам (БГР), г. Ганновер, Германия

E-mail: vlad@igem.ru Поступила в редакцию 15.05.2009 г.

Месторождение Антей в Юго-Восточном Забайкалье - один из основных объектов добычи урано-ворудного сырья. Оно локализовано в позднепалеозойском гранитном основании Стрельцовской кальдеры, сформированной в процессе позднемезозойской тектоно-магматической активизации геологических структур региона. Жильные рудные тела месторождения контролируются крутопадающими разломами субмеридионального простирания, развиваясь в зонах интенсивных гидротер-мально-метасоматических изменений, катаклаза, брекчирования и повышенной трещиноватости пород. Верхние части рудных тел расположены на глубине 400 м, а их низы прослежены скважинами на глубине 1300 м от дневной поверхности. Горнопроходческая деятельность постепенно переходит на все более глубокие горизонты разреза, что определяет необходимость комплексной оценки перспектив месторождения. Представлены результаты изучения напряженно-деформированного состояния (НДС) пород на четырех нижних горизонтах горных выработок, залегающих на глубине от 500 до 700 м. Показано, что вариации НДС среды обусловлены сочетанием природных и техногенных факторов, которые необходимо учитывать в прогнозных оценках геомеханического поведения горного массива для решения вопросов безопасности проведения горнопроходческих работ.

PACS: 91.45.Xz

ВВЕДЕНИЕ

В результате горнопроходческой деятельности структура регионального поля напряжений в пределах горных выработок претерпевает существенные изменения. Это связано с перераспределением напряжений вокруг контуров выработанного пространства и формированием локальных зон разгрузки и концентрации "наведенных" напряжений. Особенно ярко эти процессы проявляются в зонах разломов на различных гипсометрических уровнях массивов кристаллических пород, включая граниты. Так, на руднике Локкерби в Канаде отработка сульфидных руд сопровождалась землетрясениями с магнитудой от 1.7 до 2.7 [игЪапас, ТпШ, 1998]. Область концентрации сейсмических событий располагалась на глубине 1060 м от поверхности в висячем боку рудоконтролирующего крутопадающего разлома СВ-ЮЗ простирания. Это послужило основанием для остановки добычных работ, которые возобновились только после анализа данных мониторинга акустической эмиссии. Однако продолжение отработки рудных целиков инициировало новые сейсмические события, которые реализовались в землетрясениях с магнитудой

до 2.2 и в нарушении инфраструктуры горных выработок.

Многочисленные примеры взаимосвязи между геодинамической неоднородностью разреза пород, морфоструктурными и кинематическими особенностями разрывов, и процессами разрушения горных выработок в зависимости от их конфигурации и ориентировки по отношению к осям тектонического поля напряжений (ТПН) предоставляют такие подземные исследовательские лаборатории (ПИЛ) в гранитах, как Аспё в Швеции и Уайт Шел в Канаде. Результаты определения (методы гидроразрыва и перебуривания) магнитуды и ориентировки напряжений, действующих в разрезе пород ПИЛ Аспё, показали, что тектонический режим сжатия (взброса) развивается здесь с поверхности до глубины 230 м, далее он сменяется на сдвиговый, а на глубине 500 м и до уровня последних измерений на глубине 800 м вновь переходит в режим сжатия [Talbot, Sirat, 2001]. В связи с этим на верхних горизонтах разреза формируются субгоризонтальные тектонически ослабленные и гидравлически активные разрывы, а ниже по разрезу преобладают вертикально ориентированные сдвиги. На глубинах > 500 м они вновь сменяются суб-

горизонтальными разрывами. Расчетная величина вертикальных напряжений (aV) на глубине 450 м (~8-ой горизонт месторождения Антей) составляет 11.7 МПа (при плотности пород р = 2.6 г/см3). Однако тесты по гидроразрыву свидетельствуют, что в действительности на данной глубине значения aV варьируют от 13.4 до 20.6 МПа. К тому же установлено [Ask, 2003], что разворот оси главного горизонтального сжатия (SH) достигает 45° на интервале глубин от 100 до 750 м.

Лито-структурная расслоенность разреза и процессы разрушения подземных горных выработок в зависимости от их ориентировки по отношению к осям ТПН изучались в ПИЛ Уайт Шел, расположенной в гранитном батолите Лак-дю-Бонне Канадского щита. Расслоенность определяется пологим залеганием контактов между гранитоидами различных фаз, ксенолитами амфиболитизиро-ванных пород, пегматитовыми дайками и жилами кварц-эпидот-хлоритового состава. Она подчеркивается тремя пологопадающими трещинными зонами и сопровождается геомеханической неоднородностью разреза [Everitt et al., 1998]. Так, на глубине 250-300 м от поверхности в пределах зоны 2 происходит скачкообразное увеличение значений горизонтальных напряжений от 20 до 50 МПа, что отражается на общем уровне напряженности и дис-лоцированности нижележащих пород. Геомеханические тесты в процессе проведения горнопроходческих работ и мониторинг НДС среды по их завершению показали [Read et al., 1998], что выработки, ориентированные вдоль промежуточной оси напряжений а2 (здесь и далее принято, что сжимающие напряжения положительные, т.е. ах > а2 > а3), в течение непродолжительного времени приобретают эллипсовидную форму, где зоны разрушения расположены в противоположных сегментах, параллельных оси минимального стресса (а3). Перераспределение напряжений и разрушение пород в этих сегментах сопровождается локализацией гипоцентров акустической эмиссии.

Изучение структурно-геологических, минера-лого-петрографических, структурно-петрофизи-ческих, геомеханических и других особенностей массивов пород на рудных месторождениях и в ПИЛ сопровождается созданием разномасштабных геологических трехмерных моделей. Поверхностная, скважинная и межскважинная геофизика, документация керна скважин и выработок дают исходную информацию для этих моделей. В процессе проходки подземных горных выработок геологические модели постоянно корректируются. Логическим продолжением геологических моделей являются модели геомеханического поведения горного массива. Они необходимы для оценки долговременной устойчивости горных выработок в зависимости от глубины их заложения и формы, ориентировки по отношению к разрывным нарушениям и вектору сжатия, удаленности от зон кон-

центрации и разгрузки напряжений, распределения типов пород в пространстве, физико-механических свойств пород и т.д.

С учетом вышеизложенного и применительно к месторождению Антей основное внимание в статье уделено результатам изучения геомеханического поведения гранитного массива в нестационарном поле напряжений и приложению этих данных для оценки устойчивости каркаса разрывных нарушений и инфраструктуры подземных горных выработок по отношению к природным и техногенным нагрузкам.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Позднепалеозойские (250 млн. лет) гранитоиды фундамента Стрельцовской кальдеры вскрыты в районе месторождения до глубины более 2.5 км [Ишукова, 2007]. В верхних частях разреза породы представлены в основном среднезернистыми биотитовыми гранитами, которые из-за наложения микроклинизации, альбитизации и низкотемпературных гидротермальных преобразований приобретают лейкократовый облик. В нижней части разреза породы становятся более меланократовыми, проявляется их гнейсовидность и увеличивается объем гибридных разновидностей, представленных плагиогранитами, гранодиоритами и диоритами, пе-ремежаюшихся с биотитовыми и лейкократовыми гранитами, гранитизированными амфиболитами и гнейсами.

Ведушие элементы каркаса разрывных нарушений - субпараллельные зоны разломов 160 и 13 ССВ-ЮЮЗ (25°-30°) простирания и встречного падения (рис. 1). Зона разлома 160 (основная рудо-вмешаюшая структура) состоит из нескольких ко-планарных швов, формируюших эшелонированный левосторонний сдвиг. Суммарная амплитуда горизонтальных смешений, исходя из "расхождения" разрывов с одновозрастной минерализацией, достигает 40 м. Вектор смешения полого (10°-20°) склоняется к СВ, что установлено с помошью статистического анализа данных по ориентировке и относительному времени формирования борозд и штрихов скольжения на плоскостях разрывов (метод стрейн-анализа, [А^еНег, 1979]). Разлом экранируется по восстанию пологими срывами на границе фундамента и вулканогенного чехла кальдеры. Зона разлома 13 также состоит из нескольких кулисообразных швов, которые смешают контакт структурных этажей фундамента и чехла с амплитудой до 20 м, рассекают чехол кальдеры и трассируются на поверхности. Наибольшее развитие швы получили к концу гидротермального процесса -вдоль них прослеживается полоса жил и прожилков пострудных минералов. На гор. 12 разломы 160 и 13 сливаются в единую структуру, формируя "тектонический клин" с наиболее дезинтегрированным по

Рис. 1. Упрощенная трехмерная модель разломов и блоков разновозрастных метасоматитов нижней части месторождения Антей. Применялся пакет программ openGEO, в котором обработка всего набора данных проводилась с помощью метода триангуляции [Hammer et al., 2003]: 1 - вмещающие граниты; 2 - калишпатиты и альбититы; 3 - гидро-слюдизиты; 4 - плоскости разломов (указаны номера). Жилообразные тела палеозойских калишпатитов и альбити-тов, связанные с элементами прототектоники, секутся разломами 13, 160, 161 и 160г, которые контролируют ореолы мезозойских гидрослюдизитов и не показанные рудные тела, рудосопровождающие и пострудные изменения.

сравнению с окружающими породами внутренним пространством.

Фоновая нарушенность вмещающих пород образована крутопадающими ССВ, субмеридиональными, СЗ и ЗСЗ трещинами, а также системами пологопадающих (15°-35°) трещин СВ, су

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком