Строение подзоны аномальной трещиноватости

Явление сгущения трещин по мере приближения к подзоне сместителя общеизвестно. Например, для мезозойских и кайнозойских пород Афгано-Таджикской депрессии отмечается экспоненциальная зависимость изменения средних расстояний между трещинами в этом направлении. Для целей инженерногеологического и сейсмического микрорайонирования целесообразно дополнительное деление этих зон на количественной основе.
При описании трещиноватости важную роль играет учет ее ориентировки, т.е. числа и соотношения главных систем трещин. Это позволяет лучше связать характер трещиноватости с типом разрыва, а при необходимости и оценить ориентировку смещений.
Для количественной характеристики трещиноватости горных пород, которую лучше давать с учетом систем трещин, чаще всего используются: трещинная пустотность, коэффициент трещинной пустотности, блочность пород, модуль и класс трещиноватости. Данный набор параметров позволяет отразить изменение инженерно-геологических свойств пород и гидрогеологических условий. Расчленение подзоны аномальной трещиноватости важно и для анализа сейсмических свойств пород. Дело в том, что изменение сейсмических свойств происходит только при существенном увеличении трещиноватости. Поэтому границы обусловленного разрывом участка с аномальными сейсмическими свойствами не совпадают с внешними краями подзон аномальной трещиноватости, а проходят внутри этих подзон. Необходимо, следовательно, деление указанных подзон на пояса.
Выделение поясов может проводиться по-разному в зависимости от решаемых инженерно-геологических и сейсмологических задач. Наиболее перспективными кажутся три варианта выделения таких поясов: а) по абсолютным значениям перечисленных выше показателей трещиноватости; б) по величине (кратности) превышения уровня фоновой трещиноватости; в) путем деления на несколько равных частей диапазона изменения трещиноватости от фоновых ее значений до максимальных. Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества.
Выделение поясов по интервалам абсолютных показателей позволяет сопоставлять трещиноватость в разных разрывных зонах и трещиноватость в разных крыльях одного разрыва (табл. 2.5). Этот вид поясов, по-видимому, наиболее удобен для решения инженерногеологических задач. Однако он нецелесообразен для сейсмологических исследований, так как аномальные сейсмические свойства определяются по относительной величине изменения физико-механических свойств пород.

Следовательно, для выделения участка с аномальными сейсмическими свойствами целесообразно определить, во сколько раз увеличены показатели трещиноватости в поясах подзон аномальной трещиноватости по сравнению с их значениями за пределами разрывной зоны, т.е. в породах с фоновой трещиноватостью. Это позволяет сравнивать разные разрывные зоны и крылья одного разрыва по уровню относительного возрастания значений трещиноватости.
При двух первых из трех рассматриваемых подходов может выделяться разное число поясов трещиноватости в каждом из крыльев, и в некоторых случаях вся подзона может оказаться отнесенной к одному поясу. Напротив, при третьем варианте во всех случаях, выделяется одинаковое число поясов, но количественные показатели трещиноватости в одноименных поясах могут существенно различаться не только для разных разрывов, но и для разных крыльев одного разрыва.
Третий подход к выделению поясов позволяет нагляднее отразить внутреннюю неоднородность подзон аномальной трещиноватости. При таком подходе целесообразно выделять, например, пояса интенсивной, высокой и повышенной трещиноватости, приписывая каждому поясу определенный процент нарастания трещиноватости в интервале от ее фоновых значений до максимальных. Именно данный подход использовался в Северном и Южном Тянь-Шане, где он позволил выявить некоторые особенности внутреннего строения подзон аномальной трещиноватости. Определилась, в частности, одна характерная черта трещиноватости — ее сгущение обусловлено главным образом сгущением все более коротких (мелких) трещин и появлением все более мелкой трещиноватости. Этот процесс сопровождается уменьшением упорядоченности распределения и ориентировки все более крупных трещин. Соответственно пояс интенсивной трещиноватости, как правило, наиболее узкий, характеризуется резким увеличением густоты мелких, хаотично расположенных трещин. Упорядочение ориентировки трещин по мере удаления от подзоны сместителя в первую очередь проявляется у наиболее крупных трещин и постепенно распространяется на все более мелкие.
Значение модуля трещиноватости (частоты трещин) и коэффициента трещинной пустотности в подзоне аномальной трещиноватости колеблются в широких пределах. Они зависят, так же как ширина поясов и подзоны в целом, от комплекса факторов, в том числе от состава пород, их текстурно-структурных особенностей, степени метаморфизма и выветрелости. Выветривание сопровождается, как правило, возникновением густой сети дополнительных трещин выветривания, часто раскрытых. Особенности соотношения указанных факторов определяют неравномерность приразрывной трещиноватости как на поверхности, так и на глубине.
Анализ приразрывной трещиноватости в палеозойских образованиях Тянь-Шаня показал, что частота трещин, т.е. модуль трещиноватости (М), в подзонах аномальной трещиноватости имеет тенденцию к возрастанию в следующем ряду пород: граниты (6), массивные кремнистые известняки (5) и массивные песчаники (4), слоистые известняки и плотные мергели (3), слоистые алевролиты и песчаники (2), аргиллиты и метаморфические сланцы (1) (рис. 2.5 I). Однако относительные показатели трещиноватости (отношения средних значений модулей трещиноватости в каждом поясе к модулю фоновой трещиноватости) возрастают в том же ряду в обратном порядке, т.е. наибольшие у гранитов. Так, частота трещин в поясах повышенной, высокой и интенсивной трещиноватости в гранитах превышает частоту фоновой трещиноватости тех же пород соответственно в 2-3, 5-6 и 7-8 раз. Для аргиллитов и метаморфических сланцев соответствующие отношения модулей трещиноватости равны 1,3-1,5; 2,5-3; 4,5-5. Первая из рассмотренных зависимостей свидетельствует о нарастании трещиноватости с уменьшением прочности пород, а вторая требует специальной интерпретации. Первая тенденция прослеживается и в мезозойских отложениях, однако проявляется она в показателях трещиноватости значительно более низкого уровня (рис. 2.5 II, IV). В кайнозойских породах приразрывная трещиноватость незначительно превышает фоновую (рис. 2.5 III). Ширина подзон аномальной трещиноватости в них значительно меньше, чем у разрывов той же протяженности в палеозойских породах (от первых метров до 10-15 м). Преобладают крупные и средние трещины. Таким образом, первая из указанных выше зависимостей проявляется также с увеличением степени метаморфизма и возраста пород.

Детально изучена трещиноватость гранитоидов в поднятом крыле Южноузункырского сброса на южном побережье оз. Иссык-Куль. Здесь в поперечном сечении каждого пояса был выявлен ряд полосообразных участков сгущения и разрежения трещин (рис. 2.6). При этом в полосах максимального сгущения трещин внутри пояса повышенной трещиноватости величина модуля может превышать его средние значения для пояса высокой трещиноватости, а в поясе высокой трещиноватости — достигать значений, свойственных поясу интенсивной трещиноватости. Однако во всех поясах встречаются полосы, в которых модули трещиноватости близки к минимальным, т.е. фоновым. Аналогичные данные получены и по другим районам.

Характерно, что и за пределами разрывных зон в ненарушенных частях крыльев трещиноватость также неравномерна, т.е. ее густота вкрест простирания разрыва сохраняет пульсирующий характер. Здесь также встречаются отдельные полосы, в которых значения модуля трещиноватости соизмеримы с характерными для разных поясов аномальной трещиноватости, т.е. с наиболее распространенными в этих поясах.
Показательно распределение полос интенсивной трещиноватости в разрывной зоне. Расстояние между такими полосами в пределах каждого пояса меняется незначительно, но существенно изменяется при переходе от одного пояса к другому, увеличиваясь по мере удаления от подзоны сместителя. В данном случае, обычно в поясе высокой трещиноватости, это расстояние близко к 10 м, в поясе повышенной трещиноватости — около 25 м, а в прилегающей части крыла — до 40-50 м, т.е. увеличивается в 2-3 раза. Ширина самих полос интенсивной трещиноватости в разрывной зоне меняется от 1 до 10 м.
Полосы интенсивной трещиноватости часто ограничиваются крупными трещинами, взаимное расположение которых определяет форму этих полос. Наиболее распространена пластовидная их форма, обусловленная субпараллельными краевыми трещинами. Такие полосы могут быть прямыми и изогнутыми (дугообразными). Расходящиеся краевые трещины ограничивают конусовидные пояса, а пересекающиеся — в виде двух расходящихся конусов или линз. Наконец, отдельные крупные, часто раскрытые трещины иногда сменяются пучком мелких расходящихся трещин, т.е. полосами интенсивной трещиноватости. Следует отметить, что такое расщепление трещин напоминает изученное Н.Б. Лебедевой расщепление кливажных поверхностей, возникающее при переходе от более хрупкой породы к пластичной. Любопытно, что в пластичных породах кливажные поверхности при сильном увеличении нередко оказываются флексурами, точнее зонами их смыкающих крыльев, т.е. результатом пластической деформации.
Полосы интенсивной трещиноватости за пределами разрывной зоны можно рассматривать в качестве участков подготовки будущих разрывов, т.е. участков формирования так называемой опережающей трещиноватости. Сказанным объясняется то важное обстоятельство, что границы полос, поясов и внешние границы разрывных зон являются нерезкими. Пояса при этом разделяются по преобладанию площадей, занятых полосами с соответствующими показателями трещиноватости. Границы полос, напротив, часто видны достаточно ясно, особенно когда они совпадают с крупными трещинами. Густота трещиноватости в полосах довольно стабильна. Это свидетельствует, скорее всего, о том, что растрескивание тектонических блоков, отвечающих каждому поясу, происходит не постепенно, а импульсами. Соответственно, импульсами развивается и трещиноватость, сгущение которой, как уже говорилось, происходит за счет проявления все более мелких трещин.