Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu 		 

Na pervuyu stranicu Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory

10.2. Uprugie i p'ezoelektricheskie svoistva gornyh porod i sred

Osnovnymi uprugimi parametrami gornyh porod prinyato schitat' skorosti prodol'nyh ($V_{p}$) i poperechnyh ($V_{s}$) voln i ih poglosheniya ($b_{p}, b_{s}$), kotorye opredelyayutsya uprugimi modulyami ($E, \delta, \mu_{s}, K_{s}$) i plotnost'yu ($\sigma$) (sm. 4.1, 4.2).

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 ($V_{p}$) 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 $V_{p}$ bol'she. S uvelicheniem razdroblennosti, treshinovatosti, ryhlosti, poristosti ( pri zapolnenii por vozduhom ili gazom) $V_{p}$ umen'shaetsya. Neftenasyshennye porody po $V_{p}$ 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 ($T$) i glubina zaleganiya ($h$), tem bol'she skorost'. Dlya osadochnyh porod izvestna sleduyushaya empiricheskaya formula zavisimosti skorosti ot etih faktorov $V = k(Th)^{1/6}$, gde $k$ - koefficient proporcional'nosti.

T a b l i c a 4.1
Naimenovanie porody ili sredy$V_{p}$ (km/s)
otdo
Vozduh0,30,36
Pochvennyi sloi0,20,8
Gravii, sheben', pesok0,11,0
Voda1,431,59
Glina1,22,5
Peschanik1,5 (ryhlye)4,0 (ochen' plotnye)
Slancy2,05,0 (metamorficheskie)
Izvestnyaki, dolomity3,06,0
Led3,04,0
Granit4,56,5
Bazal't5,07,0

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 ($V_{s}$) men'she, chem prodol'nyh ($V_{p}$). Otnoshenie$ V_{p }/ V_{s}$ 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 ($\delta$).

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 $A$ eksponencial'no ubyvaet s rasstoyaniem h, t.e. $A=A_{0} e^{-bx}$ , gde $A_{0}$ - amplitudnyi parametr; $b$ - 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 $b$ = 10-5 - 10-3 (1/m), u ryhlyh osadochnyh $b$ = 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 ($V_{p}$ i $V_{s}$).

  1. Istinnaya skorost' $V_{ist}$ - eto skorost' volny v malom ob'eme porody. Ona opredelyaetsya putem ul'trazvukovyh izmerenii na obrazcah.
  2. Plastovaya skorost' $V_{p}$ - eto srednyaya skorost' rasprostraneniya uprugih voln v kazhdom plaste izuchaemogo geologicheskogo razreza.
  3. Interval'naya skorost' $V_{int}$ yavlyaetsya chastnym sluchaem srednei skorosti dlya zadannogo intervala glubin.
  4. Srednyaya skorost' $V_{sr}$ v pachke plastov - eto skorost', opredelyaemaya po formule

    $V_{sr} = \frac{{h}_{1} +{h}_{2}+{h}_{3} +\ldots}{{t}_{1} +{t}_{2} +{t}_{3} +\ldots},$

    gde $h_{1}, h_{2}, h_{3}, \ldots$ - moshnosti otdel'nyh plastov dannoi sloistoi sredy; $t_{1}, t_{2}, t_{3}, \ldots$ - vremena probega v kazhdom plaste, izmerennye vdol' lucha, perpendikulyarnogo sloistosti.

    Plastovaya, srednyaya i interval'naya skorosti opredelyayutsya po seismicheskim nablyudeniyam v skvazhinah.

  5. Effektivnaya skorost' $V_{ef}$ - eto nekotoraya srednyaya skorost', opredelyaemaya v rezul'tate interpretacii dannyh seismorazvedki metodom otrazhennyh voln v predpolozhenii, chto skorost' v tolshe, pokryvayushei otrazhennuyu granicu, postoyanna.
  6. Granichnaya skorost' $V_{g }$ - eto skorost' rasprostraneniya skol'zyashei prelomlennoi volny vdol' prelomlyayushei granicy. Ona rasschityvaetsya pri interpretacii dannyh seismorazvedki metodom prelomlennyh voln.
  7. Kazhushayasya skorost' $V_{k}$ - eto skorost' rasprostraneniya fronta lyuboi volny vdol' profilya nablyudenii. V lyuboi tochke profilya nablyudenii ona ravna otnosheniyu prirasheniya puti $\Delta h$ ko vremeni ego prohozhdeniya volnoi $\Delta t$, t.e. $V_{k} = \Delta h/\Delta t$.

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 ($F$) na granyah voznikayut elektricheskie zaryady ($q$). Oni svyazany sootnosheniem $q = dF$, gde $d$ - p'ezoelektricheskie moduli.

P'ezoelektricheskie moduli $d$ v zavisimosti ot vida, napravleniya deformacii i napravleniya polyarizacii dlya kazhdogo minerala-p'ezoelektrika menyayutsya vo mnogo raz. Deistvuyushaya sila mozhet imet' 9 sostavlyayushih $F_{i, j}$, gde $i, j = x, y, z$, 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 ($d_{i, j, k}$, gde $i, j, k = = x, y, z$). 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 $d$ 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 $d$ 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 $d$ ot 10-6 do 10-4 kl/n. V porodah, soderzhashih drugie mineraly-p'ezoelektriki, $d$ 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 $d$ rastet, a s uvelicheniem svobodnoi vlagi $d$ 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.

Nazad| Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mneniya chitatelei [5]
Ocenka: 3.6 [golosov: 227]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce

Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya