
10.2. Uprugie i p'ezoelektricheskie svoistva gornyh porod i sred
Osnovnymi uprugimi parametrami gornyh porod prinyato schitat' skorosti prodol'nyh (




10.2.1. Skorosti rasprostraneniya uprugih voln v razlichnyh gornyh porodah.
Skorosti rasprostraneniya uprugih voln yavlyayutsya opredelennym diagnosticheskim priznakom gornoi porody. Metody ih opredeleniya delyatsya na laboratornye (izmereniya na obrazcah), skvazhinnye (seismicheskie i akusticheskie nablyudeniya v skvazhinah), polevye (raschet skorosti v rezul'tate interpretacii dannyh seismorazvedki).
Skorosti rasprostraneniya voln opredelyayutsya sostavom, stroeniem i sostoyaniem gornyh porod, kotorye, v svoyu ochered', zavisyat ot granulometricheskogo i mineral'nogo sostava tverdyh chastic, glubiny zaleganiya, vozrasta porod, stepeni metamorfizma, plotnosti, poristosti, treshinovatosti, razrushennosti, vyvetrennosti, vodonasyshennosti, neftegazonasyshennosti i drugih faktorov.
Naimen'shimi skorostyami ()
obladayut ryhlye suhie peski (0,5 - 1 km/s), neft' (~1,2 km/s),
voda (~1,5 km/s), gliny (1,3 - 3 km/s), ugol' (1,8 - 3,5
km/s). Bol'shie skorosti (3 - 6 km/s) u skal'nyh osadochnyh porod
(izvestnyaki, mramor, dolomit, sol' i dr.). Samye bol'shie (4 - 7
km/s) - u izverzhennyh i metamorficheskih porod.
Vse ostal'nye faktory, kotorye delayut porodu bolee
massivnoi, scementirovannoi, konsolidirovannoi - naprimer, vodonasyshennost',
zamerzanie, stepen' metamorfizma - delayut
bol'she. S uvelicheniem razdroblennosti, treshinovatosti, ryhlosti,
poristosti ( pri zapolnenii por vozduhom ili gazom)
umen'shaetsya. Neftenasyshennye porody po
malo otlichayutsya ot vodonasyshennyh. Dlya sil'no rasslancovannyh porod
harakterno razlichie skorostei v raznyh napravleniyah (anizotropiya):
u nih skorost' na 10 - 20 % bol'she vdol', chem vkrest naplastovaniya.
Chem bol'she absolyutnyi vozrast porod (
) i glubina zaleganiya
(
), tem bol'she skorost'. Dlya osadochnyh porod izvestna sleduyushaya
empiricheskaya formula zavisimosti skorosti ot etih faktorov
, gde
- koefficient proporcional'nosti.
T a b l i c a 4.1
Naimenovanie porody ili sredy | ![]() | |
ot | do | |
Vozduh | 0,3 | 0,36 |
Pochvennyi sloi | 0,2 | 0,8 |
Gravii, sheben', pesok | 0,1 | 1,0 |
Voda | 1,43 | 1,59 |
Glina | 1,2 | 2,5 |
Peschanik | 1,5 (ryhlye) | 4,0 (ochen' plotnye) |
Slancy | 2,0 | 5,0 (metamorficheskie) |
Izvestnyaki, dolomity | 3,0 | 6,0 |
Led | 3,0 | 4,0 |
Granit | 4,5 | 6,5 |
Bazal't | 5,0 | 7,0 |
V tablice 4.1 privedeny primery velichin skorostei prodol'nyh voln v nekotoryh porodah i sredah, kotorye svidetel'stvuyut o bol'shom intervale ih izmeneniya dlya kazhdoi porody i vozmozhnosti odinakovoi skorosti u raznyh porod.
Skorosti rasprostraneniya poperechnyh voln () men'she, chem prodol'nyh (
).
Otnoshenie
menyaetsya
dlya raznyh porod: ot 1,3 - 1,6 (dlya vysokoporistyh gazonasyshennyh),
k 1,5 - 2 (dlya scementirovannyh skal'nyh ili vodoneftenasyshennyh)
do 2 - 3 (dlya ryhlyh ploho scementirovannyh tipa l\"essov, peskov,
glin). Etim otnosheniem opredelyaetsya koefficient Puassona (
).
10.2.2. Pogloshenie uprugih voln v gornyh porodah.
Krome skorostei rasprostraneniya uprugih voln, kotorymi opredelyaetsya kinematika voln, vazhnym seismicheskim svoistvom gornyh porod yavlyaetsya stepen' poglosheniya imi seismicheskoi energii, chto opredelyaet dinamicheskie harakteristiki voln, i prezhde vsego ih intensivnost' i dal'nost' rasprostraneniya. Pogloshenie vyzyvaetsya poteryami uprugoi energii za schet neobratimyh processov v srede vsledstvie ee neideal'noi uprugosti. Po etoi prichine amplituda, naprimer, ploskoi garmonicheskoi volny eksponencial'no ubyvaet s rasstoyaniem h, t.e.
, gde
- amplitudnyi parametr;
- koefficient poglosheniya.
Koefficient poglosheniya, raznyi dlya raznyh
porod, vozrastaet s rostom poristosti, treshinovatosti porod, s umen'sheniem
glubiny ih zaleganiya i vodonasyshennosti. V srednem u izverzhennyh,
metamorficheskih i scementirovannyh osadochnyh porod = 10-5 - 10-3 (1/m), u ryhlyh osadochnyh
= 10-3 - 0,5 (1/m).
10.2.3. Tipy skorostei v sloistyh sredah.
V svyazi s raznym stroeniem sloistyh seismicheskih sred i granic v
seismorazvedke ispol'zuyutsya sleduyushie skorosti (ili tipy skorostei)
rasprostraneniya uprugih voln ( i
).
- Istinnaya skorost'
- eto skorost' volny v malom ob'eme porody. Ona opredelyaetsya putem ul'trazvukovyh izmerenii na obrazcah.
- Plastovaya skorost'
- eto srednyaya skorost' rasprostraneniya uprugih voln v kazhdom plaste izuchaemogo geologicheskogo razreza.
- Interval'naya skorost'
yavlyaetsya chastnym sluchaem srednei skorosti dlya zadannogo intervala glubin.
- Srednyaya skorost'
v pachke plastov - eto skorost', opredelyaemaya po formule
gde
- moshnosti otdel'nyh plastov dannoi sloistoi sredy;
- vremena probega v kazhdom plaste, izmerennye vdol' lucha, perpendikulyarnogo sloistosti.
Plastovaya, srednyaya i interval'naya skorosti opredelyayutsya po seismicheskim nablyudeniyam v skvazhinah.
- Effektivnaya skorost'
- eto nekotoraya srednyaya skorost', opredelyaemaya v rezul'tate interpretacii dannyh seismorazvedki metodom otrazhennyh voln v predpolozhenii, chto skorost' v tolshe, pokryvayushei otrazhennuyu granicu, postoyanna.
- Granichnaya skorost'
- eto skorost' rasprostraneniya skol'zyashei prelomlennoi volny vdol' prelomlyayushei granicy. Ona rasschityvaetsya pri interpretacii dannyh seismorazvedki metodom prelomlennyh voln.
- Kazhushayasya skorost'
- eto skorost' rasprostraneniya fronta lyuboi volny vdol' profilya nablyudenii. V lyuboi tochke profilya nablyudenii ona ravna otnosheniyu prirasheniya puti
ko vremeni ego prohozhdeniya volnoi
, t.e.
.
10.2.4. Seismoelektricheskie svoistva gornyh porod.
Na izmenenii seismoelektricheskih svoistv gornyh porod osnovan
seismoelektricheskii metod, nahodyashiisya na styke seismorazvedki i
elektrorazvedki. K seismoelektricheskim svoistvam otnosyat razlichnye
p'ezoelektricheskie moduli. V mineralah s asimmetrichnym stroeniem
kristallov (kvarc, turmalin, sfalerit, nefelin i dr.) pod deistviem
uprugoi deformacii () na granyah voznikayut elektricheskie
zaryady (
). Oni svyazany sootnosheniem
,
gde
- p'ezoelektricheskie moduli.
P'ezoelektricheskie moduli v zavisimosti
ot vida, napravleniya deformacii i napravleniya polyarizacii dlya kazhdogo
minerala-p'ezoelektrika menyayutsya vo mnogo raz. Deistvuyushaya sila
mozhet imet' 9 sostavlyayushih
, gde
, t.e.
sushestvuet 9 komponent tenzora mehanicheskih napryazhenii, ili
deformacii. Ob'yasnyaetsya eto tem, chto na kazhduyu iz treh granei
kristalla, sovpadayushih s koordinatnymi ploskostyami, mozhet deistvovat'
sila, imeyushaya tri sostavlyayushie, napravlennye vdol' osei koordinat.
V svyazi s etim p'ezoelektricheskii modul' kristalla mozhet opredelyat'sya
kak etimi devyat'yu mehanicheskimi tenzorami, tak i tremya sostavlyayushimi
vektora polyarizacii, sovpadayushimi s osyami koordinat. Takim obrazom,
kazhdyi kristall mozhet opisyvat'sya 27 p'ezoelektricheskimi modulyami
(
, gde
).
Krome modulya d, imeyutsya drugie p'ezoelektricheskie moduli,
svyazannye s d cherez modul' Yunga, dielektricheskuyu pronicaemost'
i inye konstanty. Maksimal'nye p'ezoelektricheskie moduli, izmeryaemye
v kulonah na n'yuton (kl/n), ravny: u kvarca ot 0,6*10
-3 do 2*10-3, u turmalina ot 0,3*10
-3 do 3*10-3, u nefelina ot 0,5*10
-3 do 2*10-3. U bol'shinstva mineralov
ne prevyshaet 10-5 kl/n.
P'ezoelektricheskie moduli gornyh porod harakterizuyutsya ne tol'ko nalichiem i procentnym soderzhaniem v porode mineralov-p'ezoelektrikov, no i ih opredelennoi uporyadochennost'yu. Esli kristally v porode orientirovany po napravleniyu odnogo iz elementov simmetrii, to poroda otlichaetsya povyshennymi znacheniyami d i mozhet byt' otnesena k tak nazyvaemym p'ezoelektricheskim teksturam.
Kvarcsoderzhashie porody, osobenno esli v
nih imeetsya gornyi hrustal', otlichayutsya naibol'shimi p'ezoelektricheskimi
modulyami, hotya oni v desyatki i sotni raz men'she, chem moduli monokristalla
kvarca. Po mere ubyvaniya ot 10-3 do 10-6 kl/n eti porody mozhno raspolozhit' v sleduyushim poryadke: zhil'nyi kvarc, kvarcevye yadra pegmatitovyh zhil, kvarcity, granity, gneisy, peschaniki. Ob'yasnyaetsya eto tem, chto v izverzhennyh porodah v processe
ih obrazovaniya mineraly bolee zakonomerno orientiruyutsya otnositel'no
kristallograficheskih osei, v to vremya kak v osadochnyh porodah zerna
kvarca zanimayut besporyadochnoe polozhenie.
Nefelinsoderzhashie porody obladayut znacheniyami
ot 10-6 do 10-4 kl/n. V porodah,
soderzhashih drugie mineraly-p'ezoelektriki,
men'she 10-5 kl/n. P'ezoelektricheskie moduli gornyh porod s p'ezoelektricheskimi
mineralami opredelyayutsya ne tol'ko soderzhaniem etih mineralov i ih
prostranstvennym polozheniem, no i genezisom porod, ih dielektricheskoi
pronicaemost'yu i uprugimi svoistvami.
Seismoelektricheskii effekt obuslovlen elektrokineticheskimi processami vlagosoderzhashih
porod. On opredelyaetsya ih mineral'nym sostavom, strukturoi i teksturoi,
a v osnovnom poristost'yu, vlazhnost'yu, sostavom i koncentraciei rastvorennyh
v vode solei. S uvelicheniem poristosti i svyazannoi vlagi
rastet, a s uvelicheniem svobodnoi vlagi
libo malo menyaetsya,
libo umen'shaetsya. Krome perechislennyh geologo-gidrogeologicheskih
faktorov oni zavisyat ot elektricheskih i uprugih svoistv etih porod.
V celom p'ezoelektricheskie moduli vlagosoderzhashih porod menyayutsya
ot 10-6 do 10-4 kl/n.
Publikacii s klyuchevymi slovami:
geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |