Розділ 1: Гірничі виробки

Тема 3: Умови, форми та елементи залягання корисних копалин

План заняття

1.Форми залягання корисних копалин.

2.Умови залягання корисних копалин.

3.Елементи залягання корисних копалин.

4.Порушенння залягання пластів.

1.Форми залягання корисних копалин.

Форма залягання родовищ корисних копалин обумовлена умовами їх утворення і може бути правильною і неправильною.

Для магматичних і частково метаморфічних родовищ корисних копалин характерні головним чином неправильні форми залягання, тобто поклади у вигляді жил, прожилки, гнізда, штоків, лінз і куполів.

Для осадових в першу чергу і частково для метаморфічних родовищ корисних копалин характерні правильні форми залягання у вигляді пластів і пластоподібних покладів.

Для родовищ твердих корисних копалин виділяють три основних морфологічних типу тіл: ізометричні, плитоподібні (плоскі) і трубоподібні.

Ізометричні тіла приблизно рівновеликі в трьох вимірах. До них відносяться штоки, гнізда та штокверки (мал. 1).

Мал. 1. Форми ізометричних тіл корисних копалин: а — шток (план), б— штокверк, — гнізда (розріз)

Штоком називається великий (від 10 м) ізометричний поклад суцільної або майже суцільної мінеральної сировини. Якщо розміри таких покладів не перевищують 10 м, їх називають гніздами. В якості прикладу можна назвати штоки кам'яної солі, гнізда хромітів в ультраосновних породах. Основним елементом, що визначає форму і розміри ізометричних тіл, є їх поперечний переріз.

Коли шток чи гніздо сплющені в одному напрямку, утворюються лінзи та сочевиці — тіла, перехідні за формою від ізометричних до плитоподібних.

Штокверк являє собою більш або менш ізометричний обсяг гірської породи, що пронизаний різно орієнтованими прожилками і насичений вкрапленнями мінеральної речовини. Межі промислового поклади в межах штокверка встановлюються за даними випробування. В якості руди в даному випадку розглядається маса гірської породи, пересічена прожилками, якщо вона задовольняє вимогам кондицій. Прикладами штокверков можуть служити тіла деяких родовищ міді, олова, молібдену та інших корисних копалин.

2.Умови залягання корисних копалин.

За умовами утворення розрізняють штоки тектонічні, магматичні та метасоматичні.

Тектонічні штоки виникають внаслідок вичавлювання пластичного речовини гірських порід при їх тектонічних деформацій. Прикладом можуть служити штоки кам'яної солі.

Магматичні штоки утворюються при впровадженні магматичного розплаву. На ранній геосинклінальною стадії формуються штоки ультраосновных і основних порід, а також асоційовані з ними штоки хромітів та титано-магнетитов, на середній стадії — штоки гранітних порід, на пізній стадії геосинклінального циклу і в платформних умовах створюються штоки сієнітів, порфірів, порфіритів, діабазів, андезитів та ін.

Метасоматичні штоки утворюються при заміщенні гірських порід мінеральною речовиною, отлагающимся з циркулюючих в земній корі гарячих гідротермальних розчинів. До них належить штоки руд міді, свинцю, цинку, олова, сурми та інших металів.

Витягнуті в одному напрямку поклади корисних копалин мають форму труб, характерними представниками яких є алмазоносные трубки кимберлитов.

Трубоподібні (столбообразные) тіла корисних копалин витягнуті по одній осі. Поперечний переріз таких тіл може бути изометричним, еліптичним, лінзоподібним (мал. 2).

Мал. 2 - Трубоподібне тіло: а — геологічний план, б — розріз кімберлітової трубки (за А. П. Бобриєвичу). 1 — наноси; 2-4 — кімберлит: 2 — змінений жовтий, 3 — змінений зелений, 4 — малозмінений; 5 — карбонатні породи.

Морфологія і умови залягання трубоподібних тіл визначаються кутом занурення (або пірнання), довжиною по напрямку занурення і площею поперечного перерізу. Кут занурення— це кут між віссю трубоподібногоо тіла і горизонтальною площиною; він може змінюватися від 0 до 900. Розміри поперечного перерізу і довжина осі досить мінливі. На родовищах корисних копалин трубоподібні тіла зустрічаються досить рідко.

Плитоподібні (плоскі) тіла характеризуються двома великими і одним (потужність) значно меншим розміром. Це найпоширеніший в природі морфологічний тип, до якого належать пласти і жили (мал. 3).

3.Елементи залягання корисних копалин.

Пластом називається плитоподібний поклад, що має значне поширення в земній корі і обмежен двома більш або менш паралельними площинами. Дуже тонкі пласти, не розробляються внаслідок малої потужності (до 0,4 м), називаються пропластками. Площині дотику окремих пластів порід називаються площинами нашарування.

Породи, що залягають над пластом корисних копалин, називаються покрівлею або висячим боком, що залягають нижче пласта — підошвою або лежачим боком.

Пласти можуть мати однорідну (просту) і складну будову. Тонкі шари порожньої породи, укладені в пласті, називаються прошарками.

Мал. 3. Будова вугільної за¬лежі:

1 - пропласток; 2 - покрівля пласта;

3, 5 - відповідно верхня і нижня пачки пласта; 4 - прошарків;

6 - грунт пласта

Правильну форму залягання зазвичай мають родовища корисних копалин осадового походження (вугілля, горючі сланці, різні солі, гіпс, марганцеві руди тощо).

Частину пласта, що виходить на земну поверхню або знаходиться неглибоко від неї під наносами, називається виходом пласта під наноси. Пласти вугілля залягають відповідно, якщо вони в земній корі розташовані паралельно один одному. Кілька згідно залягаючих пластів складають почет.

Жилою називається заповнена мінеральною речовиною тріщина в земній корі. Жили бувають прості та складні (див. рис. 4). Відгалуження від жив називають апофізами.

До простих жил відносяться поодинокі мінералізовані тріщини, до складних — системи переплітаються тріщин, зон дроблення.

Природні скупчення корисних копалин у земній корі називають родовищами. Родовище буде промисловим, якщо його розробка доцільна в даних економічних та географічних умовах при сучасному рівні техніки і технології. В іншому випадку його вважають непромисловим.

Основними геологічними елементами, що визначають розміри й умови залягання плитообразных тіл, є простягання, падіння, кут падіння, кут простягання а також потужність.

Простягання пласта — протяг його в напрямку до лінії простягання, що представляє собою лінію перетину пласта з горизонтальною площиною. Кут простягання - кут, утворений лінією простягання з меридіаном.

Падінням пласта називається його протяг по лінії падіння, під якою розуміється лінія, що лежить в площині пласта і перпендикулярна до лінії простягання. Кут падіння пласту — кут між лінією падіння пласта і горизонтальною площиною. Кут падіння вимірюється в градусах. Напрям, протилежний падінню, називається повстанням.

Пласти, жили і подібні їм геологічні тіла залягають під різними кутами падіння.

По куті падіння їх підрозділяють на:

горизонтальні — 0°,

пологі — від 0° до 18°,

похилі — від 18° до 35°,

круто похилі – від 36° до 55°,

круті — понад 56°.

В залежності від потужності розрізняють:

дуже тонкі — потужність менше 0,7 м,

тонкі — потужність від 0,71 до 1,2 м,

середньої потужності — від 1,21 до 3,5 м,

потужні — потужність понад 3,5 м;

Кут падіння вугільних пластів і рудних тіл впливає на вибір технології гірничих робіт, способи видобутку, доставки і транспортування корисних копалин.

Потужність пласта являє собою відстань по нормалі між покрівлею і підошвою. Таку потужність називають істинною, або нормальною.

Відстань між покрівлею і підошвою, що вимірюється по горизонталі, називають горизонтальною потужністю, а по вертикалі — вертикальною потужністю.

У пластів, що мають складну будову, розрізняють повну потужність — сумарна потужність прошарків і пачок пласта, корисну — сумарна потужність пачок і виймальну потужність, під якою розуміють сумарну потужність пачок і прослойков, вилучених при видобувних роботах.

Поділ родовищ корисних копалин по потужності пов'язан з вибором технології гірничих робіт і застосовуваних технічних засобів, з можливістю забезпечення комфортних і безпечних умов праці. Наприклад, при розробці вельми тонких і тонких пластів, жил та інших покладів гірничі виробки проводять, як правило, з підриванням бокових порід; при розробці потужних і досить потужних покладів основну частину гірських виробок проводять по корисній копалині.

4.Порушенння залягання пластів.

Якщо пласт характеризується зразковою постійністю елементів залягання на великій площі, то його залягання вважають спокійним. Якщо в межах невеликої ділянки простежуються часті зміни кута нахилу, простягання, потужності пласта або розривні порушення, то його залягання називається неспокійним.

Пласти гірських порід в період утворення залягали більш або менш горизонтально, але під дією тектонічних (горотворних) процесів, протікаючих в земній корі, первинне залягання порід порушувалося в тій чи іншій мірі. У деяких районах пласти виявилися зібраними в складки. Вони можуть займати будь-яке положення в земній корі.

При неспокійному заляганні пласта спостерігаються різні форми геологічних порушень.

Порушення без розриву суцільності називаються пликативными, з розривом суцільності — диз´юнктивными.

До пликативних порушень відносяться потовщення і утонения пластів, а також складчастість (мал.5).

До плікативних порушень належать складки, флексури, різке зменшення (стоншення) і збільшення (роздуття) потужності пласта.

Широко поширеною формою пликативного порушення є складка або прогин пластів. У розрізі складки по горизонтальній площині в центрі розташоване ядро, а навколо — бокові частини або крила складки. Якщо в ядрі залягають більш молоді породи, ніж в крилах, то складку називають синклинальною або скорочено синклиналлю (див. рис. 5). Якщо ядро складки сформовано більш древніми породами, ніж крила, то таку складку називають антиклінальною або антиклиналлю (див. рис. 5). У синклинальній складці падіння направлено до ядра, в антиклінальній— від ядра до її крайових частин. Складка, що звернена опуклістю вниз, называється синклиналлю, а опуклістю наверх — антиклиналлю.

Мал. 5 - Складчатість родовища

Часто зустрічається збільшення або зменшення потужності пласта. Останнє може супроводжуватися повним зникненням вугільного пласта — вклинюванням.

До дизъюнктивних (розривних) порушень відносять скидання, підкидання, насування, зсув, грабен, горст. Основним елементом розривного порушення гірських по рід є тріщини. Гірські породи, що примикають до тріщини зі сторони висячого боку, — називаються висячим крилом порушення, а гірські породи, що примикають до тріщини зі сторони лежачого боку, — лежачим крилом порушення. Скидання утворюється в тому випадку, якщо породи висячого крила в результаті тектонічних руху виявляються опущеними по відношенню до порід лежачого крила (мал. 6). Скидання— таке розривне порушення залягання пласта, коли породи висячого крила зміщені вгору над породами лежачого крила (мал. 6, б).

Мал. 6 Скидання (а), підкдання (б) і насування (в) порід:

1-9 — номери шарів гірських порід в порядку убування їх геологічного віку; І— вугільний пласт; ІІ— розвідувальна свердловина; III — слід площини зсуву.

Насування — скидання, у якому площина скиду нахилена на кут до 45° при значному горизонтальному зсуві насунутого крила (мал. 6, в).

Зсув — розрив з переміщенням (розсуненням) крил в горизонтальному напрямку.

Переміщення будь-якої точки гірських порід від початкового її положення по горизонталі називають горизонтальною, по вертикалі — вертикальної амплітудою порушення.

Будь-геологічні порушення залягання родовищ корисних копалин зазвичай ускладнюють їх розробку. НА ПОЧАТОК