CC BY
28
© А.А. Сашурин, А.В. Яковлев,
Н.И. Ермаков, А.Н. Панжин,
А.В. Наумов, 2003
"АК
АЛ. Сашурин, А.В. Яковлев, Н.И. Ермаков,
А.Н. Панжин, А.В. Наумов
РОЛЬ ТЕКТОНИЧЕСКИХ АЕФОРМАЦИЙ ПОРОА-НОГО МАССИВА В ФОРМИРОВАНИИ ОПОЛЗНЕВЫХ ЯВЛЕНИЙ НА КОРШ"НОВСКОМ КАРЬЕРЕ
7 октября 2001 года на северном борту Коршуновского карьера произошло оползневое явление, прямой экономический ущерб от которого составил около 41 тыс. руб., а сопутствующий ущерб из-за невозможности использовать транспортные пути был для предприятия в несколько раз больше. Размеры области оползневой деформации достигли 140 м по простиранию залежи, 305 м по линии уклона борта и до 30 м в глубину массива. Явление произошло на участке борта высотой 120 м и углом откоса от 20 до 22°. Участок борта был поставлен в проектное положение в 1988 г.
Ранее на этом борту произошло 6 оползневых явлений: в марте 1975 г., в сентябре 1980 г., в июле 1988 г., в сентябре 1995 г., в декабре 1998 г. и в июне 2000 г. На плане горных работ карьера каждое явление выделено и сейчас представляет собой фрагмент оползневой зоны, вытянутой в меридиональном направлении. На верхних горизонтах практически сформировался еще один оползень, контуры которого укладываются в контуры оползневой зоны. Особенностью случившихся оползней служит то обстоятельство, что смещение оползневой породной призмы происходило не в румбах азимута падения слоистости, а основной вектор движения массы был ориентирован под углом 15-20° к направлению падения слоев. Движение массы имеет русловой характер, берегами русла служили достаточно отвесные породные стенки, сформированные до начала процесса сползания.
Во всех случаях масса оползня представлена породной брекчией смешанной с мелко раздробленным и глинистым материалом. Сползающая масса была насыщена водой и имела вид селя.
После случившегося в октябре 2001 года очередного стихийного явления в карьере у производственников в очередной раз возник вопрос, что же не было учтено при постановке северного борта в проектное положение? Альтернативой поведения массива при таких же конструктивных параметрах является южный борт, где оползень случился только один раз. Это произошло в мае 1995 г. Что же на этот раз способствовало скоротечному формированию оползневой массы и стало причиной ее сползания именно на участке северного, а не южного борта?
Ранее проведенные многочисленные исследования оползневых процессов, происходящих на северном борту карьера, не привели к раскрытию их природы ирешению проблемы стабилизации северного борта. Более того, угол наклона участка борта высотой около 300 м был выполо-
ны многие вопросы, касающиеся структуры вмещающей слоистой толщи, физико-механических свойств пород разных свит и их контактов. Однако фактор деформационного поведения при-контурного массива не принимался во внимание совсем. Собственно, этого не требует типовой механизм образования оползней, основанный на законах теории предельного равновесия и статики сыпучей среды и реализованный в типовых схемах расчета устойчивости ВНИМИ.
После длительного перерыва в исследованиях устойчивости бортов и отвалов Коршуновского карьера вследствие возникновения крупномасштабного оползня в декабре 1998 г. для решения проблемы устойчивости северного борта вновь были приглашены специалисты ИГД УрО РАН. Была выдвинута гипотеза, что объяснение причин возникновения оползневых процессов следует искать в изменении напряженно-деформированного состояния прибортового массива, поэтому на карьере и за его пределами были организованы систематические инструментальные наблюдения за деформациями массива как с использованием традиционных геодезических приборов, так и с применением высокоточных методов спутниковой геодезии.
Наблюдения 1999 г. поразили неожиданными деформациями отдельных точек массива. Было выявлено, что длина линии между одними пунктами триангуляции за тридцатилетний интервал изменилась на несколько десятков сантиметров, между другими - на несколько сантиметров. Деформации тех же интервалов в течение 1999-2000 гг. удивили в большей степени. Значения деформаций интервалов массива вне карьера были в преобладаю-
жен до 22° против проектного угла 28°, однако оползневые процессы по-прежнему не затухают. В предшествующих исследованиях очень добросовестно были реше-
Характер деформации при сдвигах в чехле
Относительные измерения длин интервалов на северном участке наблюдений а) спутниковая геодезия_________________________________________________
Интер- вал ПАС-6 Пюбаша ПАС- 6 Rр34в Rp34- Кр34в Любаша Rp34 Rp1- Rp2 Rp1 Rp5 Rp2- Rp5 Rp5 Rp6 Rp8- Rp9 Rp1- Rp2 Любаша Rp34в Йр34а- Rp34e
6х-10-4 -9,4 -6 -25 -13 31,7 -53 -9 0 +387 -2 10 -12
еу10-4 -95,5 -73 1,4 -614 126 6 -17 -2 8 32 -277 82 -4
б) макшейдерские измерения
Интер- вал RP36в- Rр35в Rp36А Rp35в Rp36А -Rp1 Rp1- Rp5 Rp5- Rp6 Rp1 Rp2 Rp2- Rp4 RP36в- Rp8- Rp9 Rp9- Rp10 Rpl0- Rpll Rp11- Rp12
6х-10-4 10 205 91 -59 -50 -7 50 45 14 -3 -5 -13
8у10-4 6 -2 -149 20 -20 964 -46 1 -145 39 -7 -540
щем большинстве случаев уже территории, хорошо освещены в дится в 1,5 км к востоку от него.
другие, а на некоторых интервалах изменился и знак перемещения реперов. Наблюдения за перемещением реперов внутри карьера, произведенные на северном (три станции наблюдения) и южном (2 станции наблюдения) бортах показали, что происходит не простое деформирование прибортового массива, обусловленное гравитационной составляющей напряжения, а сложное деформирование, вызванное сложным характером поля напряжений.
Для понимания деформационных процессов, происходящих в карьере в настоящее время, пришлось более детально рассмотреть генезис месторождения с точки зрения палеогеодинамики, а также учесть современные деформации структуры массива за пределами месторождения. Эти аспекты создают фон, на котором происходят запредельные деформации породного массива с образованием оползневых зон. После анализа фона становится понятным, что оползневые процессы реализуются в массиве месторождения из-за их совместного благоприятного сочетания.
Со стопроцентной вероятностью можно утверждать, что весь фоновый спектр порожден геологическим наследием, с одной стороны, и приуроченностью данного объекта к АнгароИлимской железнорудной провинции, входящей в Байкальскую сейсмическую зону, с другой стороны. Вопросы, касающиеся современной подвижности этой
[1], поэтому в статье мы коснемся геологических позиций месторождения.
За период изучения геологического строения месторождения были выдвинуты три позиции его генезиса, которые дополняют друг друга [2-5]. Если в начале семидесятых годов образование Коршуновского месторождения не связывалось с тектоническими деформациями коры в регионе, то в начале восьмидесятых В.П. Фрицев и др. [6] отметили, что «месторождение возникло в результате глобальных деформационных процессов пострифто-вой формации северо-западной байкальской провинции».В геологической литературе, касающейся строения Ангаро-Илимской железорудной провинции также найдем, что тектонические деформации в коре происходили с момента возникновения рифта и присутствуют в настоящее время. Эти деформации определяют гористый рельеф поверхности и отдельные формы провалов земной поверхности.
Наиболее убедительно о современной тектонической подвижности массива свидетельствуют результаты специальных наблюдений за деформациями поверхности. Кроме указанного выше масштабного объекта наблюдения за деформациями земной поверхности вокруг карьера с 11 специально оборудованными пунктами на территории месторождения проводились наблюдения еще на двух объектах. Один из них расположен в 5 км на юго-запад от карьера, другой нахо-
Периодические наблюдения на первом объекте, проводившиеся в семидесятые годы на участке складирования вскрышных пород, выявили сложность деформирования участка земной поверхности. Но из-за отсутствия анализа деформирования участка на должном уровне этому фактору не было уделено большого внимания. На втором объекте была обнаружена разноплановость деформаций отдельных интервалов наблюдения, когда сжатие сменялось растяжением и наоборот, или шло смыкание, или раскрытие провальных трещин на земной поверхности, но не было произведено оценки тектонического характера замеренных деформаций на интервалах наблюдения.
По нашему мнению, тектоническое деформирование массива связано с тектонической конструкцией массива в региональном масштабе. По данным бурения геологами установлено, что массив представляет собой слоистую толщу пород, сформированную в раннем и среднем палеозое. В формировании слоистой толщи принимали участие как терригенные, так и хемоген-ные осадки [7] .Наиболее ослабленные в физическом отношении прослои выполнены хемогенно-глинистым материалом чешуйчатого строения. Этот массив в районе месторождения в нижнем мезозое был основательно разрушен, сдеформирован и собран с включением нескольких рудных тел. Рудные тела явились скрепляющим элементом массива от
Rp2-Rp3 Rp34-Rp1 Rp3-Rp8 Rp9-Rpll Rpl0- Rpll Rp9-Rp10 Rp34a-Rp3
0 -3,6 0 -79,5 8 -144 12
0 64 93 -98 87 -246 -20
будущих природных разрушений.
Вмещающая породная толща, разделенная на отдельные свиты, представляет собой брахисинк-линаль, проткнутую скарновыми рудными образованиями. Северное и южное крылья брахисинк-линали разведены по высоте и дополнительно разорваны с большой амплитудой смещения отдельных слоев относительно друг друга по глубине. Крылья складки имеют пологое падение в направлении к рудной залежи и углами от 6° на периферии бра-хисинклинали до 30° в центре на северном крыле и от 6° до 13° -на южном. Отдельные свиты также тектонически разрушены с образованием дислоцированных слоев, имеющих физикомеханические характеристики заполнителей мощных тектонических нарушений. Особенно сильно дислоцирован массив на переходе двух свит, образованных с перерывом в разные геологические эпохи. Толща была деформирована настолько, что между свитами образовалось пологопадающее рудное тело непромышленной мощности, а в следующий геологический период возникли жильные образования гипса и кальцита.
Несомненно, что деформирование осадочной толщи и формирование рудной зоны происходило за счет действия высокой горизонтальной компоненты напряжений в регионе. Образование рудной залежи стабилизировало субгоризонтальное деформирование массива в пределах месторождения, процессы разрушения массива стали очень медленными, поэтому месторождение оказалось приуроченным к возвышенности, что стало благоприятным моментом для его отработки открытым способом. При отработке рудной залежи стабилизирующее влияние ее значительно снизилось. Тектонические деформации породного
массива за пределами скарновой зоны усилились.
Кратко остановимся на характере тектонических деформаций породного массива и на результатах, к которым они приводят. В настоящее время за деформированием породного массива внутри карьера ведутся наблюдения на семи участках южного и северного бортов, охватывающих площадь от 1 тыс. м2 до 10 тыс. м2. Более детальные наблюдения проводятся на северном борту карьера, где уже случилось 6 оползневых явлений. Наблюдения проводятся по методике высокоточной спутниковой геодезии аппаратурой фирмы « Trimble » и на базе маркшейдерской аппаратуры. При анализе деформаций вычисляется направленность и амплитуда перемещения каждого наблюдательного репера.
Выявлено, что деформирование участков массива северного борта отличается от южного. Вектора деформаций на северном борту для каждого репера ведут себя «независимо», то есть спектр азимутов перемещений, как и скоростей этих перемещений, весьма широк. На южном борту все реперные точки массива имеют вектор перемещения в направлении карьерного пространства с небольшим отклонением от меридиана. Простой анализ векторов смещений и деформаций различных точек массива северного борта свидетельствует о дезинтегрированном состоянии массива.
Если произвести оценку деформаций массива между реперами в каждой из наблюдательных станций, то выявится характер такой дезинтеграции массива. Полнота информации по деформированию отдельных точек массива и промежутков между этими точками обеспечивает надежность выводов о типе деформирования массива. Относительные изменения длин интервалов на двух из семи участков, данные
в таблице, однозначно свидетельствуют о сложном тектоническом деформировании массива. На приведенных в качестве примера двух наблюдательных станциях сжатие интервалов чередуется с их растяжением, а амплитуда их относительных деформаций интервала значительно превышает пределы упругого поведения породного массива. Деформации в таблице указаны в координатных осях X и У, чтобы продемонстрировать их амплитудное разнообразие в двух фиксированных направлениях измерения.
Попытаемся объяснить причину таких деформаций интервалов наблюдения. Гравитационный механизм объяснения выявленному деформированию блочного массива совсем не годится. Тектонический механизм деформирования массива еще не объясняет, как же такое деформирование происходит физически. Пояснение указанному деформированию массива может служить моделирование процесса нагружения массива, сделанное Риде-лем, описанное в [8] и показанное на рисунке. Исходя из этого механизма, деформированию блочного потенциально оползневого массива способствует тектонический характер деформаций породного массива современного периода. Тектонические подвижки формируют не только структуру оползневого материала, но и создают условия для его перемещения в новом состоянии, когда потециально оползневой массив оказывается только под действием гравитационных сил, то есть веса пород. Перемещение блоков массива, с одной стороны, приводит к разрушению меж-дублочных контактов с образованием тонкой фракции, а с другой стороны, к созданию фильтрационных каналов для воды. Совместное их действие резко снижает сцепление по контакту до 2-4 т/м2 и угла трения по
контакту до 12-14°. Тектонически раздробленный массив благодаря действия современного поля напряжений в период дождей или таяния снега пропитывается влагой и из потенциально оползневого становится ополз-
невым.
Таким образом, деформации массива, обусловленные геологической историей развития месторождения и возникающие под действием современного текто-
нического поля напряжений, приводят к разрушению отдельных его областей до состояния брекчии и одновременно формируют плоскость скольжения неглубокого заложения, так что
оползневая масса до увлажнения находится в статическом состоянии, а затем перемещается по тектоническому желобу.
1. Колмогров В.Г., Колмогорова П.П. Современная кинематика земной поверхности Юга Сибири. - Новосибирск: Наука, 1990 - 151 с.
2. Антипов Г.И, Иващенко М.А. Ангаро-Илимское железорудное месторождение трапповой формации южной части Сибирской платформы. - Госгеолтехиздат, 1960 -375 с.
3. Бессолицин Е.П. О происхожении рудовмещающих форм железнорудных месторождений Ангаро-Илимского района// Сб. Геология и полезные ископаемые Юга Сибирской платформы - Л.: Недра, 1970 - с.161 - 163
4. Шабынин Л.И. Магнезиально-скарновые железоруд-
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ные месторождения. - М: Недра, 1978 - 227 с.
5. Фон-Дер-Флаас Г.С., Никулин В.И. Атлас структур рудных полей железорудных месторождений. - Иркутск: Изд. Иркутского университета, 2000 - 185 с.
6. Фрицев В.П, Кротов П.П, Колесников В.И. Отчет по предварительной разведке глубоких горизонтов Коршуновского месторождения. - Иркутск: 1982 - 146 с.
7. Жаркова Т.М. Типы пород Кембрийской соленой формации Сибирской платформы. - Новосибирск: Наука, 1976 - 293 с.
8. Уткин В.П. Сдвиговые дислокации, магматизм и ру-дообразование. - М: Наука, 1989 - 163 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Сашурин АД, Яковлев А.В., Ермаков НИ, Панжин А.Н. - ИГД УрО РАН. Наумов А.В. - Коршуновский ГОК.
