Геология : трещиноватость горных пород и графические методы ее изображения

Москва 2018

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ 
 
Кафедра геологии и маркшейдерского дела

Л.Н. Ларичев

ГЕОЛОГИЯ

ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД  
И ГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЕЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Методические указания

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3216

УДК 622 
 
Л25

Р е ц е н з е н т 
канд. техн. наук А.В. Демченко, 
канд. геол.-минерал. наук М.В. Лехов (МГУ им. М.В. Ломоносова)

Ларичев Л.Н.
Л25  
Геология. Трещиноватость горных пород и графические методы ее изображения : метод. указания / Л.Н. Ларичев. – М. : 
Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2018. – 36 с.

Содержит теоретические основы характеристики трещиноватости массива 
горных пород, методы их изучения и графического изображения и задания для 
выполнения расчетно-графических работ.
Для студентов, обучающихся по направлению 21.05.05 «Физические процессы горного и нефтегазового производства».

УДК 622

 Л.Н. Ларичев, 2018
 НИТУ «МИСиС», 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ....................................................................................................4
1. Трещины в горных породах .................................................................5
1.1. Нетектонические трещины .............................................................. 7
1.2. Тектонические трещины .................................................................. 9
1.2.1. Трещины с разрывом сплошности пород ............................. 10
1.2.2. Кливаж ...................................................................................... 12
1.3. Наблюдения за трещинами на горно-геологических  
объектах ................................................................................................... 15
2. Графические методы изображения замеров трещин .......................20
2.1. Розы-диаграммы .............................................................................. 20
2.2. Круговые диаграммы в изолиниях ................................................ 22
3. Задания .................................................................................................30
4. Исходные данные ................................................................................31
Литература ...............................................................................................35

Введение

Рассматривая земную кору как среду горного производства, легко 
убедиться, что в ее пределах практически невозможно найти сцементированные (скальные) горные породы, лишенные трещин, под которыми обычно понимают разрывы их сплошности без заметного по 
ним перемещения. Трещиноватостъю называется совокупность трещин, нарушающих монолитность горных пород и весьма влияющих 
на свойства горного массива.
Практика ведения горных работ свидетельствует о том, что естественная трещиноватость горных пород является одним из главных 
факторов, влияющих на рациональную и безопасную разработку месторождений полезных ископаемых. Трещиноватость пород в значительной степени снижает их прочностные свойства и устойчивость, 
особенно в областях ее интенсивной проявленности. По трещинам 
происходит отделение пород от массива, нередко в виде крупных блоков, что приводит к нарушению технологического процесса разработки 
полезного ископаемого и существенно затрудняет отработку его запасов. Недоучет влияния трещиноватости при подземных горных работах 
является также одним из главных источников различных аварий.
В то же время знание особенностей трещиноватости вмещающих 
пород и полезных ископаемых позволяет выбрать правильное положение забоя относительно господствующих систем трещин, что способствует успешному применению горных машин и механизмов и существенно повышает производительность и безопасность труда горняков.
С трещиноватостью горных пород связана не только их устойчивость при проведении горных выработок, но и притоки подземных 
вод. Повышенная трещиноватость угольных пластов является одной 
из причин внезапных выбросов угля и газа в шахтах. Поэтому знание 
трещиноватости дает возможность выбрать наиболее рациональные 
способы ведения горных выработок и предварительной дегазации 
шахтных полей. Кроме того, изучение трещиноватости имеет большое значение для оценки устойчивости бортов карьеров и определения комплекса инженерно-геологических свойств горных пород при 
проходке шахтных стволов.
Настоящие методические указания составлены для обучения студентов горных специальностей методам обработки результатов изучения естественной трещиноватости массива горных пород с целью использования полученных данных в горной практике.

1. ТРЕЩИНЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Разрывы в горных породах делятся на две большие группы. К первой группе относятся трещины, представляющие собой разрывы, 
перемещения по которым имеют очень незначительную величину. Во 
вторую группу объединяются разрывы с заметными перемещениями пород. Совокупность трещин, разбивающих тот или иной участок 
земной коры, называется трещиноватостью. По степени проявления трещины можно разделить на три группы: открытые, закрытые 
и скрытые.
Открытые трещины характеризуются четко видимой полостью. 
В закрытых трещинах разрыв хорошо заметен невооруженным глазом, но стенки трещин оказываются сближенными до такой степени, 
что заметить полость по разрыву не удается. Скрытые трещины очень 
тонки и при обычных наблюдениях незаметны, но их легко обнаружить при разбивании или окрашивании горных пород.
Трещины, имеющие одинаковую или близкую ориентировку, объединяются в ряды трещин. Трещины одного ряда могут ветвиться, 
но не пересекаться. Обычно в горных породах развивается несколько 
рядов трещин. Нередко при этом ряды трещин оказываются взаимосвязанными и изменения в ориентировке одного ряда сопровождаются 
соответствующими изменениями в ориентировке другого ряда.
Отдельностью называются блоки и глыбы, на которые разделяется трещинами горная порода. Форма отдельности обусловливается 
расположением трещин. В осадочных горных породах обычно развиваются прямоугольная, кубическая, параллелепипедная, призматическая, плитчатая, шаровая и глыбовая отдельности; в метаморфических – плитчатая, пластинчатая, ребристая, остроугольная; в 
лавах – призматическая, столбчатая или шаровая отдельности; среди 
интрузивных массивов встречаются кубическая, прямоугольная, параллелепипедная и другие отдельности.
Классификация трещин. Трещины, развитые в горных породах, 
можно классифицировать либо относительно текстурных особенностей (слоистости, сланцеватости, ориентировке линейных и пластинчатых минералов) и по ориентировке трещин в пространстве, либо 
исходя из условий их образования. В первом случае классификация 
трещин будет отражать лишь геометрические особенности; такая 
классификация называется геометрической. Во втором случае классификация имеет генетический характер. Обе классификации не ис

ключают одна другую, трещиноватость в них рассматривается с различных точек зрения, и они дополняют друг друга.
При геометрической классификации трещин в осадочных и метаморфических породах, обладающих ясно выраженной слоистостью 
или имеющих неясную слоистость, но четкую, сланцевую текстуру, 
выделяются: 
а) поперечные трещины, секущие в плане слоистость или сланцеватость по направлению падения. В разрезах поперечные трещины 
могут быть либо вертикальными, либо наклонными;
б) продольные трещины, параллельные линии простирания, но 
секущие слоистость или сланцеватость в вертикальных разрезах;
в) косые трещины, секущие слоистость или сланцеватость под 
углом относительно простирания и направления падения;
г) согласные трещины, ориентированные параллельно слоистости 
или сланцеватости как в плане, так и в разрезах.
В массивах, а также в слоистых и сланцеватых породах нередко 
трещины удобнее классифицировать по углу наклона. В таких случаях обычно выделяются следующие виды трещин: вертикальные – с 
углами падения от 80 до 90°, крутые – от 45 до 80°, пологие – от 10 
до 45°, слабонаклонные и горизонтальные – с углами падения от 0 до 
10°.
В генетической классификации выделяются следующие типы и 
виды трещин:
Нетектонические трещины:
1) первичные трещины;
2) трещины выветривания;
3) трещины оползней, обвалов и провалов;
4) трещины расширения пород при разгрузке.
Тектонические трещины:
1) трещины с разрывом сплошности пород (трещины отрыва 
и скалывания);
2) кливаж.
В приведенной классификации за основу приняты геологические 
условия формирования трещин. К основным признакам, положенным 
в основу разделения трещин по видам, относятся: геологическая обстановка, характер механического разрушения пород, источник возникновения нагрузок и морфологические особенности трещин.

1.1. Нетектонические трещины

Образование нетектонических трещин в горных породах обусловлено изменениями внутренних свойств пород под влиянием сил, проявляющихся при экзогенных процессах на поверхности Земли или 
вблизи от нее.
Первичные трещины. Первичные трещины развиваются в результате проявления внутренних сил в породах при их усыхании, 
уплотнении, изменении объема и температуры и физико-химических 
превращениях.
Первичные трещины в осадочных породах. Первичные трещины 
в осадочных породах, или диагенетические трещины, возникают преимущественно при процессах диагенеза, т.е. в стадии превращения 
осадка в горную породу. Наиболее важными физическими изменениями при диагенезе являются потеря воды и уплотнение отложений 
путем уменьшения их влажности и пористости.
При повсеместном распространении диагенетических трещин 
последние наиболее четко выражены в областях с горизонтальным 
или слабо нарушенным залеганием пород. Там, где породы смяты в 
складки и испытали интенсивные тектонические движения, первичные трещины обычно замаскированы более поздней тектонической 
трещиноватостью. Диагенетические трещины не пересекают скольконибудь мощные толщи тех или иных пород, а тесно связаны с отдельными слоями или пачками слоев. Обычно они резко заканчиваются 
у поверхностей наслоения. По отношению к слоистости эти трещины располагаются различно: перпендикулярно, косо, параллельно; 
нередко они имеют изогнутые поверхности, а также неправильную 
сложную форму. На поверхностях наслоения диагенетические трещины образуют полигональную сеть.
Частота трещин находится в полной зависимости от мощности пород. Мощные пласты имеют более редкую сеть трещин по сравнению 
с пластами менее мощными, сеть трещин в которых, при прочих равных условиях, бывает более густой.
Образование диагенетических трещин объясняется уменьшением объема осадка при превращении его в породу. Различия в степени уменьшения объема пород различного состава в слоистых толщах 
вызывают появление трещин, ориентированных согласно со слоистостью. Трение, развивающееся при этом, является причиной стяжения 
породы не к одному, а ко многим центрам с распадением на большое 
число отдельностей.

Первичные трещины в эффузивных породах. Первичные трещины в эффузивных породах развиваются под воздействием напряжений, возникающих при их охлаждении. Уменьшение объема всегда 
вызывает появление растягивающих усилий, в результате которых образуются трещины. Для лав наиболее характерны плитчатая, столбчатая и шаровая отдельности, реже встречаются прямоугольная и 
остроугольная. Особенно примечательными являются столбчатая и 
шаровая отдельности в лавах. Образование трещин, ограничивающих 
столбчатую отдельность, связано с возникновением осей стяжения, 
отстоящих друг от друга на равных промежутках. Линии, соединяющие эти центры, совпадают с направлениями наибольших растягивающих напряжений, и, когда лава затвердевает, появляются трещины, 
перпендикулярные этим линиям. Трещины пересекаются таким образом, что получаются шестиугольники. По мере охлаждения лавы 
столбы удлиняются от поверхности в глубину лавового покрова, образуя многочисленные призмы.
Столбчатая отдельность иной формы (пятиугольная, четырехугольная) встречается редко и образуется за счет усиленного роста одних граней из-за недоразвитости других.
Шаровая и овальная отдельности в лавах возникают при быстром 
охлаждении лавовых потоков. Такие условия создаются при соприкосновении лав с морской водой, при излиянии лав под сильным дождем или их внедрении в мягкие, пропитанные водой отложения.
Трещины выветривания. При выветривании порода теряет свою 
монолитность. Разрушение ее происходит главным образом за счет 
раскрытия и расширения ранее существовавших в ней трещин и образования новых – трещин выветривания.
Степень разрушения породы и частота трещин, вызванных процессами выветривания, с удалением от дневной поверхности быстро 
уменьшаются. Обычно трещины выветривания распространены на 
глубину 10…15 м от поверхности, в редких случаях глубина их проникновения увеличивается до 30…50 м.
Трещины оползней, обвалов и провалов. В описываемую группу объединены трещины, довольно разнообразные по происхождению. Они 
обычно часты и четко выражены, но имеют местное распространение.
Трещины расширения пород при разгрузке. Горные породы в земной 
коре находятся в сильно сжатом состоянии. Одна из основных сил, действующих повсеместно, вызывается тяжестью вышележащей толщи. 
При высвобождении пород от действия сжимающих сил, что происходит 

у поверхности Земли, в горных выработках, бортах речных и овражных 
долин и при других подобных условиях, породы начинают выдавливаться в свободное пространство. В выработках выдавливаются боковые 
стенки, кровля и почва, стремящиеся заполнить все ее сечение; у поверхности земли развиваются трещины отслаивания; в бортах речных долин 
и оврагов появляются характерные «трещины бокового отпора».
Трещины отслаивания возникают параллельно обнаженной поверхности. Они часты и хорошо выражены вблизи нее, но становятся 
более редкими и менее ясными в глубине.
Трещины бортового отпора (отседания, откоса) развиваются в бортах долин рек и оврагов, врезанных в различные скальные и полускальные породы. Трещины бортового отпора бывают наклонены под 
углом 30…50° в сторону долины и распространяются в глубину до 
уровня реки; простирание их совпадает либо с современными, либо с 
древними долинами. Ширина захвата долин трещинами отпора зависит от глубины эрозионного среза и характера пород. При прочих равных условиях при большой глубине долины ширина зоны развития 
трещин будет соответственно больше. Крепкие и менее выветренные 
породы сокращают ширину зоны.

1.2. Тектонические трещины

Тектонические трещины появляются в горных породах под влиянием тектонических сил, вызываемых в земной коре эндогенными 
процессами. Возникающие при этом деформации почти всегда сопровождаются развитием в горных породах трещин, образующихся как 
на сравнительно небольших площадях, ограниченных отдельными 
структурами, так и на огромных пространствах.
Тектонические трещины во многом отличаются от трещин нетектонических. Различия выражаются прежде всего в том, что эти трещины более выдержаны как по простиранию, так и по падению и 
ориентированы по единому плану в различных по составу породах.
Напомним, что тектонические трещины в соответствии с принятой 
нами классификацией делятся на трещины с разрывом сплошности пород и на кливаж. Кливаж, в противоположность другим видам тектонических трещин, не нарушает сплошности пород. В породах с развитым 
кливажем разрушается их текстура и структура, но они не теряют монолитности, если только поверхности кливажа не расширены какимилибо более поздними процессами (например, выветриванием).

1.2.1. Трещины с разрывом сплошности пород

Трещины с разрывом сплошности пород возникают при появлении 
в породах напряжений, превышающих пределы их прочности. Ниже 
описаны только те трещины отрыва и скалывания, которые связаны с 
тектоническими силами, развивающимися в земной коре.
Трещины отрыва. Трещины отрыва обычно приоткрыты, обладают неровной зернистой поверхностью и лишены каких-либо следов 
перемещений. Гальки и крупные зерна при пересечении их поверхностью отрыва нередко выдергиваются из породы, оставляя на поверхности трещины гнезда в виде ямок и вдавленностей. Трещины отрыва 
быстро выклиниваются по простиранию и падению, но часто рядом 
или в стороне от выклинивающейся трещины можно найти новую, 
продолжающуюся в том же направлении.
При разрастании трещин отрыва выделяется несколько последовательных стадий их роста. Вначале появляются редкие, удаленные 
друг от друга трещины. Затем, при увеличении их числа и размеров, 
они как бы заходят друг за друга и на последней стадии соединяются 
между собой с образованием коротких косых смыкающихся разрывов.
Образование трещин отрыва происходит в разнообразных условиях. Они могут быть развиты на огромных пространствах, в таких 
региональных структурах, как флексуры или крылья прогибов, либо 
имеют узкое местное распространение.
Региональные трещины отрыва возникают в породах, испытывающих растяжение в результате проявления вертикальных движений. 
Появляющиеся при этом трещины обычно образуют систему из двух 
рядов крутонаклонных трещин, пересекающихся в плане и разрезе 
под прямым или близким к нему углом. Один из рядов развивается 
согласно с простиранием пород, в общем плане параллельно оси поднятия или оси опускания. Второй совпадает с направлением падения 
пород.
Морфология региональных трещин отрыва имеет ряд характерных черт. Это обычно вертикальные или крутонаклонные ровные трещины, выдержанные по простиранию и падению на десятки и сотни 
метров. Они бывают открытыми, и очень часто речная и овражная 
сеть вырабатывается согласно с планом расположения таких трещин. 
Региональные трещины отрыва широко развиты на крыльях многих 
платформенных прогибов, обладающих большой глубиной.

Местные трещины отрыва возникают на участках, испытывающих 
растяжения при формировании складок и разломов. Морфологически эти трещины не отличаются от описанных выше региональных 
трещин, но они не имеют такого широкого распространения. Многочисленные трещины отрыва образуются на сводах пологих куполовидных поднятий, в ядрах складок, на участках крутого погружения 
шарниров складок и на смыкающих крыльях флексур.
Расположение трещин на сводах куполовидных поднятий зависит 
от их формы. В изометричных куполах трещины отрыва развиваются 
по радиусам концентрически. Нередко возникает лишь один из этих 
видов трещин.
В ядрах линейных складок трещины отрыва развиваются по двум 
направлениям. Одно из них продольное (совпадает с простиранием 
осей складок), другое поперечное.
Появление продольных трещин объясняется общим растяжением 
пород в замках складок, связанным с изгибом слоев. Поперечные трещины возникают там, где шарниры складок образуют перегибы. Растяжение, которое испытывают при этом породы, направленное вдоль 
оси складки, приводит к образованию поперечных трещин (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема расположения трещин отрыва в ядре антиклинальной 
складки

Трещины отрыва возникают на смыкающих крыльях флексур в направлении, совпадающем с их простиранием. Такие трещины бывают 
интенсивно развиты на участках, нарушенных сбросами. Последние 
чаще образуются в условиях растяжения горных пород и отражают 
дальнейшее развитие тех напряжений, которые приводят к образованию трещин отрыва. Там, где развиты сбросы, трещины отрыва ориентированы параллельно поверхности сместителя. Они образуются 
раньше, чем произойдет перемещение крыльев сброса, и имеют наибольшую частоту у сместителя, становясь более резкими вдали от него.