Введение к работе
Актуальность работы. Одной из главнейших теоретических задач грунтоведения является разработка учения о формировании инженерно-геологических свойств горных пород. Известно, что различные постгенетические процессы, воздействие которых испытывают породы в ходе геологической истории, как правило, изменяют, а нередко и полностью затушевывают их первичные особенности. В молодых вулканических областях существенная роль в формировании свойств пород принадлежит гидротермально-метасоматическим процессам. В последние десятилетия интенсивные буровые работы на геотермальных месторождениях, с целью использования их тепловой энергии, открыли широкие возможности для последовательного исследования всех этапов становления своеобразной группы гидротермально-метасоматических пород: от неизмененных эффу-зивов до полностью переработанных гидротермальных продуктов. К настоящему времени накоплен обширный материал, касающийся различных аспектов гидротермального процесса, однако вопросы формирования свойств гидротермально-метасоматических пород остаются не исследованы, а их место в общей инженерно-геологической классификации не вполне определено. Между тем, изучение гидротермально-метасоматических пород имеет важное значение при оценке инженерно-геологических условий геотермальных станций и месторождений рудных и неметаллическим полезных ископаемых, приуроченных к гидротермально измененным толщам разного возраста.
Объект исследования. В нашей стране, начиная с 60-х годов, ведутся интенсивные поисково-разведочные и эксплутационные работы на геотермальные ресурсы на многих активных вулканах Курило-Камчатского региона. Фактический материал, положенный в основу диссертационной работы был собран автором во время полевых исследований 1989-90 г. г. на двух гидротермальных системах (ГТС) Курило-Камчатского региона, находящихся на разных стадиях развития: Океанской, расположенной в центральной части о. Итуруп (Южные Курилы) и Паужетской, приуроченной к одноименной вулкано-тектонической депрессии на Южной Камчатке. Исследованные системы сложены однотипными туфогенными отложениями плиоцен-четвертичного возраста, которые, однако, в процессе гидротермальной деятельности претерпели различные изменения. На Океанской ГТС автором проведено детальное опробование двух скважин (до глубины 1200 м) и поинтервально - десяти скважин, пробуренных в различных геолого-структурных зонах. Кроме того, изучен разрез скважины, пробуренной в 20 км от Океанской системы. На Паужетской ГТС опробованы шесть скважин (до глубины 640 м).
Лабораторные исследования были проведены автором за время обучения в очной аспирантуре с 1988 по 1991 г. г. и работы на кафедре инженерной геологии и охраны геологической среды геологического факультета МГУ с 1995 по 1997 г.г. Примерно для 1000 образцов определены значения основных физико-механических показателей свойств. С помощью программы "SYSTAT" в ФЦЧС "Экология" проведена математическая обработка полученных данных по физико-механическим свойствам. С целью изучения минерального состава просмотрено около 250 шлифов, использовано более 100 определений рентгеноструктурного и термогравиметрического анализов, 15 образцов исследовано и сфотографировано в электронном микроскопе.
Цель и задачи работы. Целью работы является исследование закономерностей формирования состава, строения и свойств туфогенных пород под воздействием современных гидротермально-метасоматических процессов на примере двух гидротермальных систем Курило-Камчатского. региона.
Основные задачи:
1. Выявление закономерностей формирования физико-
механических свойств туфогенных пород в ходе регионального эпигенеза;
2. Изучение минералогической зональности на прогрессивной и
регрессивной стадиях современного гидротермального процесса;
3. Инженерно-геологическая характеристика выделенных
гидротермально-метасоматическихзон;
-
Анализ изменения физико-механических свойств туфогенных пород в процессе их гидротермальной переработки;
-
Исследование особенностей гидротермальной зональности и физико-механических свойств пород в различных структурно-тектонических обстановках;
-
Исследование влияния структурно-минералогических факторов на физико-механические свойства гидротермально переработанных пород;
7. Составление инженерно-геологической классификации изу
чаемых пород.
Научная новизна и защищаемые положения.
-
Выявлены основные закономерности формирования физико-механических свойств туфогенных пород в процессе регионального эпигенеза.
-
Впервые установлено зональное изменение свойств пород по разрезу гидротермально измененной толщи в пределах изученных гидротермальных систем.
-
Впервые прослежено изменение физико-механических свойств туфогенных пород в ходе гидротермального процесса и выявлены отличия инженерно-геологических особеностей гидротермально измененных
туфогенных пород на прогрессивной и регрессивной стадиях развития гидротермальной системы.
4. Установлено влияние геолого-тектонической обстановки на
гидротермально-метасоматическую зональность и физико-механические
свойства пород.
-
Показано влияние структурно-минералогических характеристик пород на их физико-механические свойства на разных этапах гидротермального изменения.
-
Выявлены основные закономерности преобразования состава, строения и свойств туфогенных пород под влиянием гидротермально-метасоматических процессов и предложена модель формирования метасоматитов.
-
Предложена инженерно-геологическая классификация туфов и продуктов их гидротермального изменения и обосновано их место в общей инженерно-геологической классификации грунтов.
Научно-практическая значимость работы заключается в трактовке гидротермально измененных туфогенных пород современных ГТС как аналогов регионально пропилитизнрованных пород, образованных в различные геологические эпохи, слагающие мощные горизонты, с которыми связаны многие месторождения полезных ископаемых. Выявленные инженерно-геологические особенности туфогенных пород современных ГТС могут быть учтены и использованы в практике инженерно-геологических изысканий и проектирования в связи со строительством и добычей полезных ископаемых в районах развития регионально измененных пород. Комплексный анализ полученных физико-механических характеристик и структурно-минералогических особенностей гидротермально измененных пород позволяет уточнить структуру ГТС - оценить ее неоднородность, выделить зоны-коллектора термальных вод, водоупоры, зоны предполагаемого перетока вод - восходящих гидротерм и нисходящих холодных метеорных вод, участки фазового перехода жидкость-пар, контактовые зоны субинтрузивных тел и. т. д., с целью наиболее рациональной эксплуатации месторождений парогидротерм.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на конференциях аспирантов и молодых ученых геологического факультета МГУ (Москва, 1991, 1998), на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Использование геофизических методов для решения геоэкологических, инженерно-геологичеких и гидро-геологичеких задач» (Ташкент, 1991), на генеральной ассамблее IAVEI Puerto Vallarta (Мексика, 1997), на международной научно-технической конференции «Проблемы инженерной геологии» (Ленинград, 1997). По теме диссертации опубликовано 8 работ, 5 работ находятся в печати.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения и списка литературы из 115 наименований. Работа
изложена на ..vT.v страницах, содержит J.f... таблиц, .?,Х.. рисунков. В приложении приведены данные о физико-механических свойствах пород по скважинам.
Работа выполнена на кафедре инженерной геологии и охраны геологической среды геологического факультета МГУ под руководством доктора геол.-мин. наук профессора Г.А. Голодковской и канд. геол.-мин. наук В.М.Ладыгина, которым автор выражает глубокую благодарность за ценные советы, замечания и помощь на всем протяжении подготовки диссертационной работы. Автор искренне благодарен за помощь и консультации докторам геол.-мин. наук В.Н.Соколову, Э.М.Спиридонову, А.Д.Коробову (Саратовский ун-т), канд.-м геол.-мин. наук В.Г.Шлыкову, З.А.Кривошеевой, Л.Л.Панасьян, С.Н.Рычагову (ин-т Вулканологии ДВО РАН), О.В.Зеркалю (ФЦЧС «Экология»).
