Тріщинуватість гірських порід, їх пористість і твердість
Для вивчення сучасних геоморфологічних процесів важлива така властивість гірських порід – тріщинуватість. Часто розміщення та орієнтування ерозійних, карстових та інших форм узгоджене з напрямами тріщин. Тріщинуватість – це явище порушення монолітності товщ порід тріщинами різної протяжності, форми та просторового орієнтування. За генезисом тріщинуватість поділяють на нетектонічну та тектонічну.
Нетектонічна тріщинуватість утворюється внаслідок розтріскування гірських порід у процесі охолодження (для магматичних порід), ущільнення, дегідратації, розвитку екзогенних процесів (гравітаційних, різких коливань температури), ведення гірничих робіт (“технологічна” тріщинуватість) [3], порушення монолітів коренями рослин тощо (рис. 4.1.17). У породах часто трапляються паралельні напластуванням розриви – тріщини напластувань, які утворюються внаслідок різного ущільнення неоднакових за складом і структурою верств порід або нерівномірного їхнього вивітрювання.
Рис. 4.1.17. Нетектонічна тріщинуватість у товщах вивітрілих вапняків, зумовлена проникненням коренів рослин та ерозією поверхневих вод (с. Туркотин Золочівського району Львівської обл.)
Тектонічна тріщинуватість розвивається у зв’язку з напругами, які створюються в гірських породах під впливом глибинних тектонічних процесів. Деформації, які виникають, майже завжди супроводжуються тріщинами, які утворюються на невеликих площах, обмежених окремими структурами, та на величезних просторах. За походженням виділяють такі тектонічні тріщини: відриву, сколювання та кліважу. Кліважем називають часті паралельні тріщини, які розвиваються у пластичних деформаціях гірських порід внаслідок втрати міцності матеріалу перед розривом.
Тектонічні тріщини відрізняються від тріщин нетектонічних. Переважають кількісно. Відмінності насамперед полягають у тому, що вони більш витримані вздовж свого простягання і вздовж падіння, а також орієнтовані за єдиним планом у різних за складом породах. Для певності також звіряють з кінематикою і напрямами зміщень блоків по тектонічних розломах регіону. Серед тріщин, які простежуються на будь-якому відслоненні, можуть бути тріщини різних генетичних груп.
У польових умовах визначають такі характеристики тріщин:
- генетичний тип;
- розміри тріщин у регіональному плані: локальні, регіональні, трансрегіональні, планетарні;
- азимут простягання;
- кут падіння у площині породи;
- кількість тріщин на один погонний метр у напрямі, перпендикулярному їхньому орієнтуванню (один погонний метр дорівнює одному метру поверхні, не звертаючи уваги на її ширину і товщину);
- співвідношення тріщин з простяганням пластів: поздовжні, поперечні, косі, діагональні, для куполовидних структур – радіальні, концентричні, косі;
- форма тріщин у плані: прямолінійні, ступінчасті, переривисті, хвилясті, сферичні, складні;
- ступінь розкриття тріщин: приховані (видимі лише під мікроскопом), закриті (до 1 мм), відкриті (понад 1 мм);
- ступінь заповнення та характер заповнювача. Заповнені тріщини залежно від потужності заповнювача ще називають прожилками, жилами, дайками;
- характер стінок тріщин: рівні, ребристі, гладкі, шорсткі;
- форма окремостей, утворених кількома тріщинами: кубічна, паралелепіпедна, ромбовидна, пластинчаста, складна [1].
Оцінюють тріщинуватість за допомогою кругових діаграм, які відображають їхню кількість за сторонами горизонту. Виконують вимірювання в середньому для 50 одиниць тріщин. Тріщинуватість порід на глибині вивчають геофізичними методами.
Явище тріщинуватості має позитивні та негативні практичні наслідки. Порушення гірських порід тріщинами сприяє проникності земної кори для глибинних розчинів (флюїдів), несучих рудні компоненти, які, відкладаючись у тріщинах, формують родовища рудних корисних копалин. Глибинні горизонти тріщинуватих порід можуть бути колекторами прісної води, нафти та газу. Негативний вплив тріщинуватості полягає у зниженні стійкості масивів гірських порід і від цього прямо залежить розвиток багатьох сучасних екзогенних процесів.
Розглянемо деякі властивості порід, які можна використовувати для розв’язання конкретних геоморфологічних завдань.
Пористість – сумарний відносний об’єм пор, які містяться в гірській породі. Наявність у породі пор і тріщин зменшує сили зчеплення, полегшує руйнування породи під дією таких чинників: землетруси, вулканізм, техногенні впливи. Пористість гірських порід коливається в широких межах, залежить від розмірів і форми зерен, які становлять породу, а також від мінералогічного складу, однорідності і щільності. Пористі гірські породи значно зменшуються в об’ємі після стиснення. Що більший об’єм пор, то менша щільність порід. Пористі породи мають більшу водопроникну здатність і цим зумовлюють проникнення агресивних вод до горизонтів, які лежать нижче, розчинення карбонатних порід, розвиток у них карстових пустот. В мулах, лесах вона досягає 80%; в осадових гірських породах (вапняки, доломіти, пісковики) змінюється від одиниць до 35%; у вулканогенно-осадових породах (туфопісковики, туфіти) в межах 5–20%; в магматичних породах – не більше 5% [43]. Пористість визначають геофізичними методами (за часом поширення акустичних хвиль, за питомим електричним опором), ваговими (порівняння зважуванням природного зразка й абсолютно сухого) та об’ємними (насичення порід газом, визначення його об’єму й об’єму пор), методами ядерного магнітного резонансу та ін.
Твердість – властивість гірських порід надавати опір проникненню в них інших тіл при зосередженому контактному силовому впливі. Твердість – характеристика порід, яка відображає їхню міцність. Залежно від призначення величину твердості визначають різними методами. Використовуючи метод дряпання, по поверхні гірських порід переміщують гострий алмазний наконечник або еталонний мінерал. Як міру твердості приймають величину зусилля, з яким рухається наконечник, ширину й обсяг подряпини [3].