Мох'д А.Тх. Маджали

Харъковский националъный университет имени В.Н.Каразина

ИЗУЧЕНИЕ РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЙ И КОНТАКТОВ ГОРНЫХ ПОРОД С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ЕСТЕСТВЕННОГО ИМПУЛЪСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ (ЕИЭМПЗ)

В широкий круг решаемых с помощью метода регистрации импульсов ЕИЭМПЗ задач входит изучение разрывных нарушений и контактов горных пород. Эти вопросы могут быть связаны с любыми региональными геологическими исследованиями (геолого-структурное картирование, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых, инженерно-геологическая съемка и разведка) и с непосредственным изучением и прогнозированием на каком-либо локальном участке определенного геодинамического явления (оползня, обвала, горного удара, селя, провала). Следует отметить, что к числу основных закономерностей развития большинства геодинамических явлений относится приуроченность их к разрывным нарушениям и контактам горных пород. В свою очередь разрывным нарушениям принадлежит ведущая роль в формировании структур земной коры.[3]

Среди разрывных нарушений самым крупными являются глубинные разломы. Характеризуясь огромными размерами, длительной историей развития, они имеют и ряд особенностей, связанных с поведением ЕИЭМПЗ. В связи с тем, что глубинный разлом обычно представляет собой зону шириной до несколько и более километров, в пределах которой могут наблюдаться серии разрывов горных пород с их перетиранием и дроблением, вкрест простирания закладываются 2-3 региональных многокилометровых профиля.

При выборе мест заложения профилей необходимо руководствоваться следующими положениями:

- профили по мере возможности должны пересекать различные и характерные толщи горных пород;

- максимально высокой должна быть степень обнаженности по линии маршрута;

- точки наблюдений ЕИЭМПЗ не должны попадать на места развития оползней, обвалов, активного техногенного карста;

- длина профилей должна быть такой, чтобы они выходили из зоны разлома по обе стороны на 0,5-1 км.

Точки наблюдений ЕИЭМПЗ могут располагаться в зависимости от строений зоны разлома и его активности на расстоянии 200-500 м друг от друга. В аномальных участках это расстояние может быть сокращено до 50-100 м. В зонах активных разломов на ключевых участках расстояние между точками также сокращается до 30-50 м. Точки закрепляются на местности с помощью специальных знаков (реперов), если есть необходимость в повторных исследованиях. Такая необходимость возникает всегда при изучении современных проявлений глубинных разломов и связанных с ними сейсмичностью и активностью современных экзогенных геологических процессов.

Наблюдение ЕИЭМПЗ способом профилирования в региональном плане на активных разломах достаточно проводить 1 -2 раза в год. При повторных наблюдениях желательно в одно и то же время вести регистрацию электромагнитных сигналов для уменьшения искажения суточного хода ЕИЭМПЗ.

Антенны при измерениях должны также находиться в одинаковом положении.

Профилирование дает возможность дифференцировать зону разлома по напряженному состоянию, охарактеризовать, с этой точки зрения и примыкающие к разлому структуры. Полученные результаты могут быть использованы в дальнейшем для выбора пунктов (реперов) с целью геодезических наблюдений за активными разломами и для размещения станций при режимных вариационных наблюдениях за сейсмическими очагами.

В зависимости от активности разлома, состава и свойств пород, в которых он развит, ЕИЭМПЗ будет иметь свои закономерности. В общем виде они могут быть следующими:

1. Древние «отжившие» разломы с зонами перемятых, перетертых, часто «залеченных» пород характеризуются четко выраженными минимумами ЕИЭМПЗ.

2. Активные разломы будут характеризоваться максимумами ЕИЭМПЗ. Наличие в зоне разлома пластин, разделенных продольными разрывами и сложенных крепкими породами, будут вызывать дополнительные экстремальные всплески значений ЕИЭМПЗ.

3. Периферийные части активных разломов, испытывающие значительные изменения напряженного состояния пород, характеризуются аномально высокими значениями ЕИЭМПЗ.

Глубинные разломы играют немаловажную роль в формировании общего фона ЕИЭМПЗ, характерного для определенного района. Изучение вариаций этого фона представляет в первую очередь интерес для прогноза землетрясений. Профилированием выбираются наиболее напряженные участки, по которым могут в дальнейшем произойти катастрофическое смещение и землетрясение.

Зоны смещения имеют сложную картину распределения напряжений, которая отражается и на характере ЕИЭМПЗ. Складчатость пород, метаморфизм, различная обводненность создают предпосылки для резко изменчивого проявления ЕИЭМПЗ, когда аномально высокие значения могут чередоваться с минимумами. При интерпретации полученных данных необходима дополнительная геолого-структурная привязка каждой точки наблюдения. Следует обращать внимание на то, к какому элементу складки она приурочена и какие породы находятся вокруг.

В практике работ часто и повсеместно приходится иметь дело с внутри-коровыми разрывными нарушениями разных порядков, которые разделяются на трещины и разрывы со смещением [1]. Последние включают в себя различные морфологические разновидности (раздвиги, сдвиги, выбросы, врезы, надвиги, сбросы) и их комбинации (сбросо-сдвиги, взбросо-сдвиги, надвиго-сдвиги и т.д.). Методика измерений ЕИЭМПЗ при изучении таких нарушений отличается лишь меньшим расстоянием между точками и профилями. Определяется это расстояние масштабностью разрыва и однородностью состава и строения горных пород. На профилях точки наблюдений ЕИЭМПЗ целесообразно располагать не ближе 20 м друг от друга при крупных нарушениях протяженностью 10

и более километров. На небольших нарушениях шаг наблюдений сокращается до 5-10 м. Следует при этом помнить, что чем ближе точки располагаются друг к другу, тем труднее выделить из полученной информации значимость каждой из них, тем больше надо делать повторных и дополнительных измерений и использовать специальные статистические критерии при обработке данных.

На общее поле напряжений, связанное с расположением в пространстве главных осей напряжений, накладываются локальные поля, обусловленные особенностями строения, состава и свойств пород. Изучение изменений напряженного состояния пород в зоне активного разрывного нарушения производится в дискретном или непрерывном режиме. При профилировании время между наблюдениями определяется также активностью разлома, народохозяйствен-ным значением объектов, расположенных в его зоне и техническими возможностями. На наиболее ответственных участках наблюдения проводятся ежемесячно с серией из 3-5 измерений по обычной методике снятия отсчетов на каждой точке.

Интенсивность электромагнитного поля на активных разрывах значительно выше (в 2-3 раза) в периферийных частях, чем в области сместителя. Характерное влияние оказывает также угол падения разрыва. Замечено, что чем положе падение, тем значения ЕИЭМПЗ выше, особенно в лежачем крыле. Если сместитель падает под крутым углом, поле по обе стороны от него характеризуется равными значениями.

Вдоль сместителя происходит релаксация напряжений и ЕИЭМПЗ, как правило, имеет минимумы. Однако сдвиги, деформации пород по ним вызывают появление новых локальных полей напряжений и высокую интенсивность ЕИЭМПЗ. Таким образом, аномально высокие и устойчивые значения ЕИЭМПЗ на сместителе свидетельствуют об активном процессе формирования новых структурных форм, новых разрывов в массиве горных пород.

Все закономерности рассматриваются на общем фоне ЕИЭМПЗ, на который накладываются электромагнитные сигналы от разных источников, в том числе и помехи. Относительные общие изменения поля по профилю, не связанные с атмосферно-электрическими или ионосферными явлениями, объясняются часто сменой петрографических разновидностей горных пород. Величина напряженности поля по магнитной и электрической составляющим возрастает в 10 и более раз над породами, содержащими в своем составе свыше 50% таких минералов-диэлектриков, как кварц, полевые шпаты, слюды, кальцит, доломит и обладающих прочими кристаллизационными или седиментацИонными структурными связями. Специальными исследованиями было установлено, что независимо от угла падения контакта пород и условий их залегания скорость счета электромагнитных сигналов (ЭМС) увеличивается над более крепкой породой [2]. Учитывая это, можно метод регистрации ЕИЭМПЗ использовать для установления контакта между толщами неоднородных пород.

В областях распространения флишевых формаций при частой ритмичной смене пород ощутимое различие наблюдается при измерении ЕИЭМПЗ в местах, где преобладает песчаниковый флиш над глинистым, а именно там, где мощность слоев песчаников будет больше, чем слоев аргиллитов, интенсив

ность ЕИЭМПЗ выше. Интенсивность ЕИЭМПЗ зависит от степени метаморфизма пород. Чем сильнее изменены породы, тем больше скорость счета ЭМС.

Выявленные закономерности в пределах конкретного района должны учитываться при решении любых задач. Вместе с тем они могут использоваться как критерий для оконтуривания рудных тел, прослеживания разломов и контактов между породами, определения границ гидротермально измененных пород. Все эти вопросы постоянно возникают при постановке поисковых и разведочных работ на различные виды полезных ископаемых.

Длительные работы способом профилирования рекомендуется проводить
с постоянным наблюдением за показаниями прибора. При этом хорошие ре-
зультаты дает прослушивание с помощью наушников. Это позволяет непре-
рывно по ходу маршрута оценивать поведение электромагнитного поля и в слу-
чае необходимости осуществлять дополнительные измерения, как в точках на-
блюдений, так и между ними. Нормальный уровень ЕИЭМПЗ характеризуется
равномерно следующими щелчками в наушниках. Непрерывный треск с появ-
лением на его фоне сильного шума свидетельствует об интенсивном излучении.
Следующие через равные промежутки времени одиночные или групповые
щелчки характерны для помех.

При любом изменении скорости следования импульсов следует остановиться, зафиксировав точку наблюдений, вернутся назад, пройти вперед, т.е. оконтурить «зону» с максимальным или минимальным излучением, убедиться при этом в отсутствии помех.

Литература:

1. Белоусов В.В. Геотектоника. М.,Изд-во МГУ, 1976, 334с

2. Воробъев А.А. Тектоноэлектрические явления и возникновение естественного импулъсного электромагнитного поля земли-ЕИЭМПЗ. Ч. III. ДСП в ВИНИТИ № 380-80,247 с.

3. Мох'д А.Тх. Маджали. Оценко напряженно- деформированного состояния пород в подземных выработках. Конференции «Динамика научных исследований›› Тез.Докл. Днипропетровск: Издание наука и образование,2006ю С. 71