Инженерная петрология гипербазитов Баженовского и Джетыгаринского месторождений хризотил-асбеста

Уникальные свойства хризотил-асбеста используются на протяжении веков. Высокая прочность на разрыв, прядильные свойства, высокие огнеупорность, щелочестойкость, сорбционные, тепло звуко — и электроизоляционные характеристики делают его незаменимым и в наше время при изготовлении множества асботехнических изделий для строительной, авиационной, автомобильной, химической и электротехнической промышл енностей.

Месторождения хризотил-асбеста разрабатываются открытым способом. Наметилась тенденция на освоение глубоких горизонтов. Глубина действующих карьеров достигла 300 метров, а перспективная глубина отработки предусматривается до 600−800 метров, при длине карьеров свыше 10 км (Баженовское месторождение).

Создание крупных сооружений-карьеров, где основным конструктивным элементом являются горные породы изменчивого состава и свойств, а литостатическое давление на проектируемых к отработке глубоких горизонтах сопоставимо по порядку с прочностью пород в образце, может привести к количественно трудно предсказуемым последствиям, связанным с разгрузкой пород и перераспределением напряжений. Существует вероятность возникновения новых и интенсификации уже известных на месторождениях инженерно-геологических процессов и явлений. Это ставит перед исследователями обширный круг проблем, связанных с эффективностью и безопасностью ведения горных работ, с мероприятиями по охране и рациональному использованию геологической среды.

В условиях увеличения объемов горного производства, для его экономичности и рационального подбора горного оборудования возрастает роль изученности пространственной изменчивости свойств горных пород и точности определения параметров, характеризующих их устойчивость и разрабатываемость.

В свете рационального использования геологической среды, наряду с требованиями по рациональной добыче полезного ископаемого и с определением оптимальных размеров карьеров, стоит задача комплексного использования большого объема вскрышных пород и отходов обогатительных фабрик в качестве строительного камня.

При решении данных задач, несомненно, важная роль принадлежит инженерно-геологическим исследованиям и, в частности., изучению природы свойств, закономерностей пространственной изменчивости состава и физико-механических свойств горных пород, что неразрывно связано с геологической историей формирования асбестовых месторождений.

Генетическому подходу к инженерно-геологическому изучению строения, состояния и свойств горных пород в нашей стране и за рубежом уделяется большое внимание. Важное практическое и научное значение такого направления отмечалось, например, на Международной конференции «Генетические основы инженерно-геологического изучения горных пород» [37]. Вклад в разработку данного направления внесли Е. М. Сергеев, Н. В. Коломенский, А. Н. Панюков, В. Д. Ломтадзе, Г. А. Голодковская, И. А. Турчанинов, Р. В. Медведев, Г. С. Золотарев, Г. К. Бондарик, Г. А. Сулакшина, В. Е. Ольховатенко, В. В. Фромм, Ю. А. Розанов, М. П. Воларович, Е. И. Баюк, С. И. Малинин, Г. С. Сенатская, М. И. Аксененко, М. С. Звягинцев и многие другие исследователи.

Характерно, что более широкое распространение в инженерной геологии получили исследования в области изучения закономерностей формирования физико-механических свойств осадочных пород в процессе их литификации, а также исследования изменений свойств пород в связи с гипергенезом. Многие вопросы, связанные с формированием физико-механических свойств магматических и метаморфогенных пород остаются недостаточно изученными.

Говоря об асбестоносных гипербазитовых массивах, отметим, что, несмотря на накопленный богатый фондовый материал, опубликованные сведения об инженерно-геологических условиях месторождений хризотил-асбеста малочисленны и встречаются, главным образом, в работах специалистов-горняков.

82, 92, 108]. Эти сведения касаются лишь некоторых геолого-структурных черт гипербазитовых массивов и характеристик свойств, используемых при расчетах устойчивости бортов карьеров. Уместно процитировать В. Д. Ломтадзе [71], который отмечает: «.Большинство специалистов негеологического профиля рассматривают и исследуют горные породы как „материал“, без учета их генетических и петрографических особенностей, положения в геологическом разрезе, без соблюдения правила геологической однородности, без одновременного изучения петрографического и минерального состава и строения. Поэтому обширный аналитический материал часто не позволяет объяснить причины изменений свойств горных пород, надежно и эффективно их оценивать и прогнозировать» .

Наши исследования [2,4,8,10,11] являются своего рода первыми попытками обобщения результатов изучения инженерно-геологических особенностей месторождений данного генетического типа и решения задач, стоящих в рамках инженерной петрологии асбестоносных гипербазитовых массивов.

Все наиболее крупные месторождения хризотил-асбеста приурочены к гипербазитам дунит-гарцбургитовой формации и относятся к классу гидротермальных среднетемпературных месторождений, образовавшихся на умеренных глубинах [121]. Т. е. условия локализации асбестовых месторождений неразрывно связаны с процессами гидротермального метаморфизма, среди которых серпентинизация занимает особое место. Частично или полностью охватывая гипербазитовые массивы, серпентинизация сыграла важную роль в изменении вещественного состава, физико-механических свойств горных пород, в трещинообразовании и, в целом, в структурообразовании массивов. Изучение серпентинизации гипербазитов в различных ее аспектах представляется актуальным, как с точки зрения формирования месторождений полезных ископаемых, так и в связи с условиями их отработки. Предопределяя пространственную изменчивость физико-механических свойств пород в пределах месторождения, серпентинизация приобретает важное значение для решения вопросов, связанных с устойчивостью горных выработок, с ведением разведочных и буро-взрывных работ, с обогащением руд, а также с утилизацией большого количества отходов асбестодобывающей промышленности (пустых пород и отходов асбофабрик) и с использованием их в качестве строительного камня.

Многие аспекты проблемы серпентинизации широко дискутируются в литературе. Среди них вопросы о соотношении изои аллохимизма процесса, о происхождении серпентинизирующих растворов, о наличии объемных эффектов при серпентинизации и их знаке, а также о классификации серпентиновых минералов. Обзоры по данным вопросам приводятся, например, в работах Артемова В. Р. [15], Артемова В. Р., Кузнецовой В. Н. [17], Боголепова В. Г. [23], Варлакова А. С. 27], Белинского В. В. [29], Золоева К. К. [53], Маракушева А. А. [78], Сибилева А. К. [110], Штейнберга Д. С., Чащухина И. О. [137] и др.

В сфере изучения изменения физико-механических свойств гипербазитов при серпентинизации следует отметить исследования Меренкова Б. Я., Толстихиной К. И. [80], Горецкой Е. И. [44], Дортман Н. Б. и др. [46], Золоева К. К., Судиловского Г. Н. [55], Воларовича М. Н. и др. [33], Мазаника В. Н., Макарова В. Н. [75]. Однако этот вопрос требует дальнейшего изучения. Большинство из указанных исследователей касаются лишь физических показателей и базируются на малом количестве определений. Отсутствие единой классификации гипербазитов по степени серпентинизации, разночтения в наименованиях серпентиновых минералов и в том, какие разности серпентинитов относить к мономинеральным, а какие к смешанным по составу, делают приводимые в литературе данные трудносопоставимыми. Не всегда достаточно точно указывается состав эдуктов серпентинизации, а также ее минеральный тип (хризотилизация, лизардитизация или антигоритизация). Некоторые результаты исследований, полученные различными авторами, носят противоречивый характер. Не изучалось влияние прожилков хризотил-асбеста на прочность пород.

Таким образом, актуальность дальнейших исследований определяется изучением инженерной петрологии асбестоносных гипербазитов, повышением качества прогноза изменчивости их физико-механических свойств на основе совершенствования методов оценки этих свойств и учета генетических особенностей пород.

Цель работы. Целью исследований является изучение природы физико-механических свойств серпентинизированных гипербазитов дунит-гарцбургитовой формации и разработка основ прогноза пространственного изменения этих свойств для месторождений хризотил-асбеста.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Выделение и характеристика основных этапов изменения состава, структуры и свойств пород в ходе формирования месторождений хризотил-асбеста, исходя из современных представлений о происхождении и эволюционном развитии гипербазитов дунит-гарцбургитовой формации и процесса асбестообразования.

2. Изучение геолого-структурных особенностей месторождений хризотил-асбеста и пространственной изменчивости параметров трещиноватости горных пород в пределах асбестоносных гипербазитовых массивов.

3. Комплексное изучение вещественного состава, петрографических особенностей и физико-механических свойств серпентинизированных гипербазитов и анализ выявленных взаимосвязей.

4. Разработка методики испытаний на сдвиг по прожилкам хризотил-асбеста и оценка прочности асбестоносных пород в условиях естественного залегания.

Научная новизна. 1).Выделены и охарактеризованы основные геологические этапы изменения состояния, состава, структуры и свойств альпинотипных гипербазитов Урала, несущих промышленную хризотил-асбестовую минерализацию. 2).Определены элементы залегания преобладающих систем трещин для пород Баженовского месторождения. Количественно охарактеризованы закономерности пространственного изменения интенсивности трещиноватости. 3). Выявлены закономерности изменения физико-механических свойств гипербазитов в зависимости от степени и минерального типа серпентинизации. 4).Установлены взаимосвязи химического и минерального составов серпентинизированных гипербазитов с их физическими и механическими характеристиками свойств. 5).Установлены взаимосвязи и взаимоотношения между показателями свойств серпентинизированных гипербазитов, рекомендуемые в качестве экспресс-метода определения Ф показателей физико-механических свойств расчетным способом. 6).Предложен новый метод определения сопротивления сдвигу по поверхностям ослабления. 7).Определены сцепления и углы внутреннего трения для двух разновидностей прожилков хризотил-асбеста (продольно — и поперечноволокнистого строений), что позволило оценить прочность асбестоносных пород в условиях естественного залегания.8) Показано, что пространственная изменчивость физико-механических свойств асбестоносных гипербазитов подчинена блоково-зональному строению массивов и в пределах структурно-тектонических блоков обусловлена закономерным изменением степени и минерального типа серпентинизации, интенсивности трещиноватости и типа асбестоносности от центральных частей блоков к их периферии.

Автор защищает следующие научные положения:

1. В результате проведённого корреляционно-регрессионного анализа широкого спектра показателей физико-механических свойств определены их взаимосвязи и взаимоотношения для перидотитов и серпентинитов. Это позволяет использовать целый ряд регрессионных уравнений в качестве экспрессопределений трудозатратных показателей.

2. Выявлены закономерности изменения вещественного состава, петрографических особенностей и физико-механических свойств гипербазитов в процессе серпентинизации. Установлено, что на формирование свойств пород.

Ф существенное влияние оказывает её минеральный тип. Общая тенденция снижения плотностных и прочностных параметров с увеличением степени серпентинизации может быть нарушена, так как, обычно более серпентинизированные, но антигоритизированные разности превосходят по этим параметрам менее серпентинизированные, но лизардитизированные или хризотилизированные породы.

3. Предложенный метод испытаний на сдвиг по поверхностям ослабления, значительно упрощая подготовку образцов, делает испытания более доступными. На основе его применения получены параметры сопротивления сдвигу и дана количественная оценка влияния прожилков хризотил-асбеста поперечно — и продольноволокнистого строений на прочность гипербазитов.

4. Пространственная изменчивость свойств асбестоносных гипербазитов подчинена блоково-зональному строению массивов и в пределах структурно-тектонических блоков обусловлена закономерными изменениями степени и минерального типа серпентинизации, интенсивности трещиноватости и типа асбестоносности от центральных частей блоков к их периферии.

Практическое значение исследований природы свойств и пространственной изменчивости физико-механических свойств асбестоносных гипербазитов заключается: 1) в повышении качества и надёжности прогноза этих свойств при решении задач, связанных с оценкой устойчивости горных выработок, рациональным ведением буро-взрывных работ, обогащением руд и применением серпентинизированных гипербазитов в строительстве- 2) предложенная конструкция срезных матриц, упрощая подготовку образцов к испытаниям, позволяет более широко проводить изучение сопротивления сдвигу по поверхностям ослабления- 3) обобщение результатов исследований по наиболее типичным для данного генетического подтипа месторождений, повышает их информативность как аналогов- 4) полученные материалы по изменению свойств гипербазитов при серпентинизации применимы для интерпретации условий структурообразования и локализации месторождений.

Реализация исследовании. Результаты исследований послужили основой при написании трех научно-исследовательских отчетов. Автором написаны главы в отчеты по подсчету запасов хризотил-асбеста Баженовского и Джетыгаринского месторождений, послужившими инженерно-геологическим обоснованием утверждения запасов руд в ГКЗ СССР. Фактический материал исследований привлекался при написании инженерно-теологического раздела книги «Баженовское месторождение хризотил-асбеста» [19]. Результаты изучения физико-механических свойств и трещиноватости горных пород, слагающих Баженовское месторождение, использованы институтом Уралгипрошахт при проектировании разработки данного месторождения, а также применены сотрудниками кафедры маркшейдерского дела УГТУ для расчета устойчивости бортов карьеров [62].

Данная работа является результатом самостоятельных научных исследований в комплексе работ по изучению инженерно-геологических условий месторождений хризотил-асбеста, выполненных на кафедре инженерной геологии, гидрогеологии и геоэкологии УГТУ. Работы велись на основании хоздоговора между Среднеуральской комплексной геолого-разведочной экспедицией ПГО «Уралгеология» и Свердловским горным институтом (№ гос. регистр. 80 009 073) и в соответствии с постановлением ГКНТ СССР № 659 от 29.12.1978 года (научно-техническая проблема 0.85.05, раздел 06, тема Н43 «Изучить изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий Баженовского месторождения хризотил-асбеста и представить в МИШ ЬО РСФСР рекомендации по снижению отрицательного воздействия горнодобывающей промышленности на геологическую среду»).

Фактический материал собран автором, который будучи ответственным исполнителем тем, лично участвовал в выполнении и организации полевых, лабораторных и камеральных работ, а также в написании трех научно-исследовательских отчетов. В основу диссертации помимо использованных литературных источников положены результаты комплексного изучения физико-механических свойств пород более чем по 500 пробам, петрографических описаний по 450 шлифам, химического состава по 95 пробам. При изучении параметров трещиноватости задокументировано более 10 000 п.м. керна разведочных скважин, по 30 000 п.м. керна проведена аналитическая обработка документации, на 78 точках наблюдений в уступах карьеров выполнено более 11 000 замеров элементов залегания трещин.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных • в диссертационной работе, вытекает из большого объема фактического материала и обоснована применением современных, стандартизованных средств и методов исследований.

Общая методика исследований строилась из различных видов полевых, лабораторных и камеральных работ, анализа и систематизации фактического материала, с привлечением историко-геологического и геолого-структурного методов познания в интерпретации полученных результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и одобрены на семинарах и конференциях, в том числе на семинарах «Инженерно-геологические условия месторождений полезных ископаемых Урала» (г. Кушва, 1977), «Проблемы охраны геологической среды при разработке месторождений полезных ископаемых Урала» (г. Свердловск, 1979), на научно-технических конференциях Свердловского горного института (г. Свердловск, 1979;1987), на Всесоюзном семинаре на ВДНХ СССР «Научные основы и методы изучения и прогноза инженерно-геологических условий в процессе разведки месторождений полезных ископаемых» (г. Москва, 1979), на семинаре «Проблемы экологии, рационального использования и охраны природных ресурсов на Урале» (г. Свердловск, 1980), на УП и VHI Уральских конференциях молодых геологов и геофизиков (г. Свердловск, 1981, 1983), на территориальной научно-технической конференции «Изучение инженерно-геологических условий месторождений Урала различных генетических типов» (г. Свердловск, 1983), на IV годичной конференции Тюменского отделения ВМО АН СССР «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Западно-Сибирской плиты и ее складчатого обрамления» (г. Тюмень, 1983), на кафедре инженерной геологии ЛГИ (г. Ленинград, 1984), на научно-технических конференциях Уральского треста инженерно-строительных изыскании (г. Свердловск, 1984, 1986, 2002), на V Всесоюзной конференции по инженерной геологии (г. Свердловск, 1984), на VI Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов-геологов «Задачи прогнозирования, поисков, оценки и освоения месторождений полезных ископаемых» (г. Алма-Ата, 1986), на Всесоюзной школе передового опыта «Лабораторные и полевые методы изучения инженерногеологических свойств пород» (ВДНХ СССР, г. Москва, 1989) и др.

Публикации. Основные результаты выполненных исследований отражены в 25 публикациях.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 192 страницах машинописного текста, включая 23 таблицы, 37 рисунков и библиографический список из 145 наименований.

5.5.Выводы.

1. Серпентиновые минералы характеризуются разнообразием структур и их сочетаний, но имеют ряд закономерностей по формам проявления и + последовательности их образования, что требует выделения среди отдельных минеральных видов серпентинов (лизардит, хризотил, антигорит) генераций (петрографических разновидностей).

Перестройка микроструктур при серпентинизации гипербазитов в начальную стадию заключается в наложении на гипидиоморфиозернистую (полигоналънозернистую) мелкопетельчатой, образованной лизардитом первой генерации. Он выполняет роль цемента между расчлененными частицами зерен оливина. Силы непосредственно между кристаллами оливина заменяются взаимодействием обломков этих кристаллов с разуплотненными, гидратированными минеральными индивидами лизардита. Вследствие этого происходит резкое разупрочнение породы, снижается плотность и модуль упругости.

При наложении на мелкопетельчатую лизардитовую структуру крупнопетельчатой (решетчатой) структуры антигорита первой генерации, в случае замещения им лизардита, происходит некоторое упрочнение породы. Это объясняется различными условиями протекания процессов лизардитизации и антигоритизации. Антигорит образуется при более высоких термодинамических параметрах, в результате — менее гидратирован, а структурные связи более прочные. Поэтому же более серпентинизированные, но антигоритизированные перидотиты превосходят по своим плотностным и механическим свойством менее 4 серпентинизированные, но лизардитизированные или хризотилизированные разности.

В аллометаморфическую стадию лизардитизации образуется пластинчатый лизардит второй генерации, замещающий остатки первичных минералов, что ведет к дальнейшему снижению плотностных и механических показателей пород.

Во время перекристаллизационной серпентинизации, в условиях прогрессивной стадии аллометаморфизма, ранее образованные серпентиниты полностью утрачивают их прежние петельчато-пластинчатые, решетчатые и другие структуры и заменяются игольчатыми, лейстовидными, брусотчатыми структурами антигорита второй генерации. Перекристаллизация сопровождается дегидратацией, уплотнением структур и существенным увеличением прочности вновь образованных антигоритовых серпентинитов.

Таким образом, микроструктуры серпентинизированных гипербазитов являются отражением стадийности процесса серпентинизации, неоднократных смен термодинамических и геохимических условий.

2. Следствием различных термодинамических и геохимических условий образования минеральных видов серпентинитов являются и выявленные особенности их химического состава. Так, например, аналогично тому, как при увеличении степени серпентинизации в составе гипербазитов происходит увеличение количества атомов водорода и уменьшение закисного железа, та же картина наблюдается при сравнении составов серпентиновых минералов в последовательности: антигорит-лизардит-хризотил.

Установлены тесные корреляционные связи между химическим составом и свойствами гипербазитов, подтверждающих их общую зависимость как от степени и типа серпентинизации, так и от состава эдуктов серпентинизации.

3. Взаимосвязь физико-механических свойств гипербазитов со степенью их серпентинизации определяется закономерностями перестройки микроструктур и изменения вещественного состава при общей тенденции разуплотнения пород и разупрочнения структурных связей. Однако, в случае замещения лизардита или хризотила антигоритом данная тенденция нарушается.

Результаты корреляционно-регрессионого анализа взаимосвязей минерального состава со свойствами серпентинизированных гипербазитов говорят о том, что увеличение в составе пород содержаний лизардита и хризотила в отличие от антигорита ведет к резкому изменению свойств гипербазитов. Антигорит в этом отношении оказывается более нейтрален, особенно если говорить о показателях механических свойств.

4. Характеристика физико-механических свойств серпентинизированных гипербазитов детализирована и дана для наиболее распространенных петрографических групп, выделяемых с учетом степени и типа серпентинизации. Это позволяет, используя имеющиеся на месторождениях геологические планы и разрезы, давать более точный прогноз пространственной изменчивости свойств пород.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Важное практическое и научное значение изучения влияния генетических особенностей пород на их строение, состояние и свойства получило широкое признание в нашей стране и за рубежом [37].

Учитывая широкое распространение и важную металлогеническую роль гипербазитов, изучение природы и пространственной изменчивости их свойств, приобретает особую значимость в связи с освоением месторождений полезных ископаемых.

Актуальность проведенных автором исследований природы свойств и их пространственной изменчивости применительно к асбестоносным гипербазитовым массивам непосредственно связана с решением вопросов устойчивости горных пород, разрабатываемости, обогатимости руд, попутным использованием вскрышных пород и отходов обогатительных фабрик в качестве строительного камня. Решение данных вопросов стоит особенно остро в условиях создания крупных по своим размерам карьеров с проектируемой глубиной до 600 800 метров и длиной более 10 километров.

Объекты исследований, Баженовский и Джетыгаринский гипербазитовые массивы, являются типичными представителями баженовского комплекса дунит-гарцбургитовой формации к которому приурочены все крупнейшие месторождения хризотил-асбеста баженовского подтипа.

Баженовское месторождение уникально и как крупнейшее в мире и как объект для изучения влияния процесса серпентинизации на свойства гипербазитов. Серпентинизация здесь протекала стадийно в условиях регрессивного и прогрессивного метаморфизма при изменяющихся термодинамических и геохимических параметрах, что привело, в отличие от многих других гипербазитовых массивов, к широкому распространению всех минеральных видов серпентинов.

Для достижения поставленной в диссертационной работе цели, которой является изучение природы физико-механических свойств серпентинизированных гипербазитов дунит-гарцбургитовой формации и разработка основ прогноза изменения этих свойств в пределах месторождений хризотил-асбеста, автором решались ряд задач. Кратко они сводятся к следующему: 1) анализ влияния генезиса и эволюции гипербазитов на их строение и свойства- 2) изучение геолого-структурных особенностей месторождений хризотил-асбеста- 3) оценка влияния прожилков хризотил-асбеста на прочность асбестоносных пород- 4) комплексное изучение вещественного состава, петрографических особенностей и физико-механических свойств серпентинизированных гипербазитов и анализ выявленных взаимосвязей.

Анализируя изменения, претерпеваемые гипербазитами в течение эволюционного развития, обращается внимание на то, что протрудирование и их глубокая переработка при гидротермальном метаморфизме, обусловили ряд особенностей в формировании состояния, состава, структуры и свойств альпииотипных гипербазитов, отличающих их от других интрузивных пород. Синтезируя наблюдения [43, 138] о характерных для гипербазитов пластических деформациях и результаты изучения поведения горных пород в условиях всестороннего сжатия при высоких давлениях [96, 97, 117], говорящих об увеличении объема и проницаемости пород при пластических деформациях, автор приходит к выводу о том, что неравномерное развитие пластических деформаций пород послужило в дальнейшем одной из причин неравномерного распространения ранней серпентинизации (автолизардитизации) в пределах гипербазитовых массивов.

Изучение геолого-структурных особенностей месторождений хризотил-асбеста позволяет говорить о наличии многих общих для них признаков. Среди них отметим: 1) сходство парагенезов пород, слагающих месторождения- 2) «холодные» тектонические контакты гипербазитов с боковыми породами- 3) раздробленность гипербазитовых массивов сетью сопряженных тектонических нарушений на структурно-тектонические блоки- 4) сложная трещинная тектоника (непостоянство элементов залегания систем трещин, контрастность в распределении трещиноватости при общей тенденции уменьшения размеров блочности от центральных частей структурно-тектонических блоков к периферии в сторону разломов). В ходе исследования трещиноватости пород проведены массовые замеры элементов залегания трещин, изучались морфология и геометрия трещин, модуль трещиноватости, блочность. В результате, для всех пород, доминирующих в геологическом разрезе Баженовского месторождения, выделены основные системы трещин и количественно охарактеризована пространственная изменчивость интенсивности трещиноватости.

Исследования физико-механических свойств включали определение широкого спектра показателей для всех основных типов пород Баженовского месторождения, а также сбор и систематизацию имеющихся данных по Джетыгаринскому месторождению. Сравнение средних значений показателей свойств перидотитов и серпентинитов этих двух месторождений говорит о том, что серпентинизированные гипербазиты Джетыгаринского месторождения по прочностным параметрам и плотности заметно уступают тем же породам Баженовского.

Для перидотитов и серпентинитов проведен корреляционно-регрессионный анализ, показавший наличие тесных взаимосвязей между многими показателями физико-механических свойств. При уровнях значимости связи более 1% и более 5% определялись взаимоотношения между показателями. Найденные формулы позволяют производить достаточно надежный экспресс-переход от одних параметров к другим, что создает возможность без дополнительных затрат решать некоторые горно-технические задачи на стадии предварительных изысканий и проектирования. Первоочередной интерес представляют взаимоотношения, где переменными выступают такие показатели как плотность, скорость продольных волн и коэффициент крепости. Они просты в определении и обнаруживают тесные взаимосвязи со многими другими показателями.

Учитывая, что в асбестоносных частях гипербазитовых массивов трещины, в основном, выполнены хризотил-асбестом, а влияние прожилков хризотил-асбеста на прочность пород ранее не исследовалось, автором разработана и применена новая методика определения сопротивления сдвигу по прожилкам хризотил-асбеста. В основе данной методики лежит использование срезных матриц конструкции автора. Конструкция позволяет использовать для испытаний на сдвиг по поверхностям ослабления непосредственно керн скважин. При использовании данной конструкции матриц не требуется, чтобы поверхность ослабления лежала в плоскости, совпадающей с осью керна. В результате, значительно упрощается камнерезная подготовка образцов к испытаниям, а сами испытания становятся доступнее.

В ходе испытаний определены сцепления и углы внутреннего трения для двух структурных разновидностей хризотил-асбеста: продольнои поперечноволокнистого строений. Используя полученные результаты и известную зависимость между сцеплениями в образце и в «массиве» (Г.Л.Фисенко, 1972), рассчитаны коэффициенты структурного ослабления для асбестоносных пород с различными типами асбестоносности.

Особое внимание в работе уделяется закономерностям формирования свойств гипербазитов при серпентинизации. Эта часть работы базируется на комплексном изучении изменений петрографических особенностей, химического состава и физико-механических свойств гипербазитов в зависимости от степени и минерального типа серпентинизации с учетом стадийности данного процесса. Изучение перестройки микроструктур при серпентинизации, а также анализ выявленных корреляционных связей между химическим и минеральным составом с одной стороны и физико-механическими свойствами серпентинизированных гипербазитов с другой, позволили сделать следующие выводы. Во-первых, физико-механические свойства серпентинизированных гипербазитов зависят не только от степени серпентинизации и состава ее эдуктов, но и от минерального типа серпентинизации (лизардитизация, хризотилизация или антигоритизация). Это обусловлено присущими данными типам различиями термодинамических и геохимических параметров процесса, и как следствие, различиями вещественного состава и петрографических особенностей продуктов серпентинизации. Во-вторых, общая тенденция снижения плотностных и прочностных характеристик гипербазитов с увеличением степени серпентинизации нарушается при смене регрессивной стадии метаморфизма прогрессивной. При этом, в ходе перестройки микроструктур и замещения одних серпентиновых минералов менее гидратированными и стоящими по составу ближе к первичным минералам (замещение лизардита антигоритом) происходит увеличение плотности и упрочнение пород. В результате, антигоритовые серпентиниты отличаются от лизардитовых и хризотиловых тем, что у них значительно выше значения плотности, показателей прочности и модуля Юнга, а более серпентинизированные, но антигоритизированные перидотиты обычно превосходят по прочностным характеристикам менее серпентинизированные, но лизардитизированные и хризотипизированные разности.

Полученные результаты изучения физико-механических свойств гипербазитов в их взаимосвязи с петрографическим составом, отображены в кадастре, где наиболее важные показатели физических и механических свойств приводятся отдельно для подгрупп гипербазитов, выделенных с учетом степени и минерального состава серпентинизации.

Таким образом, физико-механические свойства асбестоносных гипербазитов обусловлены влиянием нескольких признаков. Наиболее важными из них являются: 1) степень серпентинизации- 2) минеральный тип серпентинизации- 3) интенсивность трещиноватости- 4) тип асбестоносности и строение асбестовых прожилков. Все эти признаки подчинены определенным закономерностям изменения в пределах структурно-тектонических блоков на которые расчленены тектоническими нарушениями гипербазитовые массивы. Степень серпентинизации и интенсивность трещиноватости закономерно увеличиваются от центров перидотитовых ядер в сторону разломов. Поперечноволокнистое строение прожилков хризотил-асбеста сменяется в том же направлении на продольноволокнистое.

Изменение минерального типа серпентинизации также подчиняется зональному строению структурно-тектонических блоков, но имеет более сложный характер. Здесь выделяют целый ряд зональностей свойственных для отдельных участков месторождения или в целом для месторождения. В связи с этим следует учитывать, что преобладание того или иного типа серпентинизации, может послужить причиной отличий свойств серпентинизированных гипербазитов. Так, например, отсутствием площадной антигоритизации (антигорит I генерации) на Джетыгаринском месторождении объясняется то, что серпентинизированные гипербазиты данного месторождения уступают по своим плотностным и прочностным характеристикам аналогичным породам Баженовского месторождения, где этот минеральный тип серпентинизации широко распространен.

Обобщая результаты проведенных исследований делается вывод о том, что пространственная изменчивость физико-механических свойств асбестоносных гипербазитов подчинена блоковозональному строению массивов и в пределах структурно-тектонических блоков обусловлена закономерным изменением степени серпентинизации, минерального типа серпентинизации, интенсивности трещиноватости и типа асбестоносности от центральных частей блоков к их периферии.

Проведенные исследования свидетельствуют о необходимости изменения методического подхода к инженерно-геологическому изучению гипербазитов, при котором изменение их свойств объясняется лишь степенью серпентинизации без учета состава эдуктов и минерального типа серпентинизации.

В последние годы при составлении крупномасштабных геологических погоризонтных планов и разрезов, наносимая на них геологическая информация, достаточно детально дополняется данными о составе эдуктов серпентинизации, ее степени и минеральном типе. Это дает реальную возможность широкого применения полученных результатов для повышения качества и надежности прогноза пространственной изменчивости свойств асбестоносных гипербазитов.