Упругие и прочностные свойства горных пород

Введение Петрофизика — одно из направлений наук о горных породах, об их физической характеристике. Петрофизические исследования предусматривают изучение физических свойств горных пород и руд различного состава, генезиса и возраста с целью установления геодинамики литосферы, тектонического строения земной коры, истории геологического развития регионов, условий нефге газо рудообразования. Роль петрофизики особенно возрастает в связи с бурением сверхглубоких скважин и проведением сейсмических

геотраверсов с целью изучения глубинного строения литосферы, исследования океанических и шельфовых областей, геологического картирования районов двухъярусного строения, поисков глубокозалегающих месторождений и прогрессивной технологии их разработка. Физические свойства —это характерные качества, присущие веществам—твердым, жидким и газообразным; плотность, упругость, магнитность, электропроводность, теплопроводность, радиоактивность и др. Плотность , обусловленная главнейшими константами всех веществ (от химических элементов до планет

и звезд)—их массой и объемом, является одним из основных физических параметров. Особая роль плотности связана, кроме того, с возможностью ее измерения в образцах горных пород при петрографическом их изучении и оценки по гравиметрическим данным. Большое значение в нефтяной геологии и горном деле имеют связанные с плотностью пористость и механические свойства пород и руд. Весьма информативным свойством является упругость веществ, характеризующаяся параметрами

скорости распространения в них упругих волн Vp, Vs, обусловленными массой и структурой этих веществ. Регистрация упруих волн при сейсмических исследованиях позволяет изучать строение Земли, литосферы и служит основой для поисков и разведки месторождений нефти и газа. Петрофизика— неразрывная составная часть геофизики, наиболее тесно связанная с физикой веществ и петрологией. Из многих физических свойств горных пород петрофизика изучает главным образом свойства, создающие физические

поля, которые могут быть измерены геофизическими методами. Воз­можность определения при аэрогеофизических, наземных и скважинных исследованиях физической характеристики раз­личных образований в естественных условиях и на значитель­ных глубинах расширяет область применения геофизики и круг решаемых ею задаче. Изучение физических свойств и парамет­ров горных пород и минералов лабораторными методами в со­вокупности с петрографическими и минералогическими иссле­дованиями при учете

изменения внешних факторов определяет возможность разработки теории петрофизики. Для изучения глубинного строения и тектоники земной коры и геодинамики литосферы большое значение имеет составление глубинных петрофизических разрезов на основе сейсмических данных по геотраверсам (трансекам), расчета плотностных характеристик по гравиметрическим съемкам, данных о физических свойствах пород при высоких температурах и давлениях и петрофизической характеристики геологических формаций.

С целью выяснения строения месторождений весьма перспективно построение глубинных и объемных петрофизических моделей. В истории развития петрофизики можно выделить несколько этапов. Первый этап (1920—1950 гг.) отвечает созданию разведочной геофизики. Одновременно с разработкой геофизических методов создавались методы определения физических свойств горных пород (руд, углей) многими советскими (Б. А.

Андреев, Г. А. Гамбурцев, И. И. Гурвич, В. Н. Дахнов, Л. И. Заборовский, С. Г. Комаров, А. А. Логачев, Л. Я. Нестеров, Н, Н. Пузырен, А. С. Семенов, А. Г. Тархов, В. В. Федынский, Б. М. Яновский) и зарубежными (Э. Вихертт, Г, Джеффрис, Л. Неттльтон, К. Шлюмберже и др.) учеными.

Успехи наук о физике твердых тел, исследования в области физики горных пород и минералов (М. П. Воларович, Т. Н Симоиенко, Ф.Берч, Т. И агата и др.) техническое перевооружение геофизических работ и значительное повышение их точности —все это обусловило возможность углубленного изучения физических свойств горных пород и необходимость систематизации и анализа данных. Второй этап (60-е—70-е годы)—создание науки о физических свойствах горных пород — петрофизики.

В эти годы интенсивно и углубленно изучаются закономерные связи физических свойств с химическим и минеральным составом горных пород различных генетических типов (интрузивных, эффузивных, метаморфических, осадочных), их текстурой и структурой; анализируется природа физических параметров , исследуется кристаллохимия минералов и атомное строение веществ; рассматривается характеристика разновозрастных геологических комплексов и формаций; изучается влияние термобарических условий на образование (и преобразование) с различными

физическими характеристиками. Все это позволило создать основы теории петрофизики. Глава 1. Краткая теория. К упругим свойствам горных пород относится их способность восстанавливать свои первоначальные размеры и форму после созданных незначительных деформаций и передавать с определенной скоростью упругие колебания. Упругие свойства пород оцениваются: 1)модулем линейного удлинения (модуль Юнга) Е; 2)коэффициентом поперечного сжатия (коэффициент

Пуассона) σи; 3)модулем сдвига G; 4)модулем всестороннего сжатия (сопротивление сжатию) К или обратной величиной коэффициентом всестороннего сжатия (сжимаемость) β; 5)скоростями распространения продольных vp и поперечных vs упругих волн; 6)волновым сопротивлением υрδп, где δп, — плотность породы. Модуль линейного удлинения представляет собой величину, обратную коэффициенту пропорциональности между

относительным удлинением () и продольным напряжением ()образца: где - приращение длины образца породы воздействием силы F, первоначальная длина образца; S -его поперечное сечение. В системе GGS Е измеряется в дин/см. Практическими единицами измерения Е являются кг/см и реже кг/мм. Коэффициент поперечного сжатия представляет собой отношение юге относительного поперечного сжатия образца

() к его относительному удлинению(). Где - первоначальный поперечный размер образца породы; — абсолютная величина его изменения после растяжения образца; — является безразмерной величиной. Модуль сдвига G — величина обратная коэффициенту пропорциональности n угла сдвига напряжению сдвига где — сила, касательная к поверхности S, на которую она действует; — угол сдвига в радианах. Модуль сдвига измеряется в тех же единицах, что и модуль удлинения

Е. Модуль всестороннего сжатия или сопротивление сжатию представляет собой коэффициент пропорциональности между относительным уменьшением объема образца и развиваемыми в породе напряжениями Р (здесь они только нормальные) В системе GGS модуль всестороннего сжатия измеряется дин/см Практическими единицами измерения К являются кг/см и кг/мм Величина , обратная модулю К, называется коэффициентом всестороннего сжатия или сжимаемостью.

Единицами намерения сжимаемости являются см /дин, см2/кг мм/кг. Спорость v распространения продольных волн в горных породах определяется как отношение расстояния пробега l упругой волны ко времени г, затрачиваемому на этот пробег. Скорость v измеряется в м/сек или км/сек (в системе СGS в см/сек). Волновое сопротивление определяется как произведение скорости продольных упругих волн

vp на плотность породы . В системе CGS единицами измерения волнового сопротивления являются г /сек см. Практическими единицами измерения этого параметра могут быть м/сек. г/см и км/сек. г/см. Параметры Е G, ,и К связаны друг с другом следующими зависимостями: Это позволяет по двум известным упругим параметрам определить остальные. Скорости распространения упругих волн связаны с упомянутыми выше параметрами следующими соотношениями:

где — плотность породы. Зависимость скорости от плотности пород определяет наличие связи между этим параметром и пористостью пород. В табл. 28 и 29 приведены значения различных упругих параметров горных пород. Для определения упругих свойств пород разработан ряд способов. В настоящем руководстве описываются лишь способы определения упругих свойств при помощи склероскопа и способы определения скоростей распространения упругих волн ультразвуковым сейсмоскопом, поскольку

эти параметры представляют основной интерес при геофизических методах исследования. Прочностные свойства горных пород относятся к базовым техническим, используемым наряду с упругими свойствами в инженерных расчетах в горном строительстве, при прогнози­ровании и контроле физических процессов горного производства, контроле состояния массивов горных пород, изучении и моделирования физических процессов рудообразования и т. п. Прочность горных пород — свойство воспринимать в определенных условиях, не разрушаясь,

воздействия механических нагрузок, физических полей (температурных, магнитных, электрических и прочих), а также влияния неравномерного протекания в них физико-химических процессов. Под прочностной характеристикой понимается предел прочности, определяемый напряжением, соответствующим наибольшей нагрузке, выдерживаемой горной породой перед разрушением. Глава 2. Аппаратура и условия измерения Определение скорости распространения упругих волн сейсмоскопом

При определении скорости распространения упругих волн в горных породах с помощью ультразвукового сейсмоскопа специальным датчиком упругих волн, действие которого основано на пьезоэлектрическом эффекте, посылаются упругие колебания ультразвуковой частоты. На противоположном конце образца породы находится приемник, преобразующий прошедшие через образец упругие колебания в электрические. Прибором, позволяющим определить время прохождения упругой волны вдоль образца, служит электронно-лучевая

трубка. На ее вертикальные пластины одновременно с включением датчика подается электрический сигнал, отклоняющий электронный пучок в вертикальном направлении. Через определенное время после первого сигнала на те же пластины трубки поступает трансформированный сигнал приемника. Этот сигнал дает новое, более резкое, также вертикальное отклонение электронного луча. Этот процесс повторяется с частотой, равной частоте развертки электронного луча, и поэтому дает установившееся

изображение на экране трубки. Для оценки времени прохождения через образец упругих колебаний (времени между первым и вторым сигналами) на вертикальные пластины катодного осциллографа вместо сигналов, создающих волновую картину, подаются синусоидальные колебания заданной частоты. При помощи этих колебаний размечается развертка электронно-лучевой трубки и создается возможность определить время между моментом излучения импульса и его приходом к приемнику.

Приход импульса к приемнику отсчитывается на экране сейсмоскопа по первому вступлению ультразвуковой волны. Фотоприставка к сейсмоскопу позволяет сфотографировать экран сейсмоскопа и имеющееся на нем изображение или марки времени. Описание прибора. Основными частями сейсмоскопа пьезоэлектрические датчики, электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), генераторная установка, блок усилителей и кернодержатель. Пьезоэлектрические датчики могут служить в качестве излучателей

И и приемников П упругих колебаний. Устроены Они так. В нижнюю часть плексигласового стакана с внутренней перегородкой и нижней и верхней крышками, на резиновой прокладке, помещается определенным образом вырезанный кристалл сегнетовой соли в форме куба и заливается касторовое масло. Кристалл слегка выступает из стакана, вследствие чего у собранного датчика создается хороший акустический контакт между кристаллом и плотно навинчивающейся нижней тонкостенной алюминиевой

крышкой. Для электрической изоляции кристалла от электродов, приложенных к его противоположным граням, между нижней крышкой и кристаллом помещают слюдяную пластину. Электроды соединяются с коаксиальными проводниками, выведенными через перегородку и верхнюю крышку. Кристалл сегнетовой соли при приложенном кратковременном электрическом импульсе приходит в быстро затухающее колебание. Это колебание передается нижней крышке, а затем образцу, к которому последняя плотно прижата.

Датчик может использоваться и как приемник. Тогда он приложен нижней крышкой к образцу, через который проходят упругие колебания. Последние вызывают в кристалле электрические напряжения, передаваемые через усилитель на пластины электронно-лучевой трубки. Для получения упругих импульсов с различными спектрами частот и их приема в датчиках используются кристаллы со стороной 6 и 10 мм. Пьезоизлучатели с размерами кристаллов 6 х 6 х 6 мм и 10

X 10 X 10 мм позволяют получать волновой импульс с основными частотами излучаемого сигнала 140 и 250 кгц ± 10%. Генераторная установка служит для генерации: а) кратковременных высокочастотных импульсов: б) развертывающего напряжения, синхронного с импульсами и в) синусоидальных колебаний. Сейсмоскоп работает следующим образом. Блок маркировщика времени I создает синусоидальные колебания с частотой 100, 200, 500 кгц для маркировки времени на экране электронно-

лучевой трубки. Эти колебания по мере надобности подаются на пластины трубки (ЭЛТ) для маркировки развертки и на радиотехническую схему генератора II электрических импульсов в целях синхронизации его работы с .маркировщиком времени. Блок II генерирует электрические импульсы длительностью 4—20 сек. с регулируемой частотой подачи посылок импульсов (от 2 до 50 гц). Эти импульсы поступают в блок III, создавая в нем развертывающие напряжения (идущиена

ЭЛТ), и в схему запаздывания IV. Блок III обеспечивает широкие пределы изменения скорости развертки (масштаб на экране ЭЛТ изменяется от 2 до сотен микросекунд на 1 см экрана) и значительное усиление развертывающих напряжений. Блоки IV и V предназначены для задержки и формирования импульсов посылок. Задержка необходима для того, чтобы начало развертки опережало момент подачи импульса в пьезодатчик. Запаздывание в схемах IV и V обычно равно 80-100сек.

В блоке IV импульсы обычно искажаются по форме. Ячейка V формирует и усиливает импульсы, подающиеся к излучателю И. Последний преобразует электрические высокочастотные колебания в механические колебания и передает их образцу породы. Блок VI создает короткие импульсы, которые отмечаются на развертке ЭЛТ в момент излучения ультразвуковых волн либо служат для нанесения на развертку дополнительных отметок

времени, запаздывающих относительно момента посылки импульса на определенное время. Упругие колебания, прошедшие через образец и трансформированные при помощи пьезоприемника П в электрические, поступают на схему приемного усилителя VII и далее к ЭЛТ. К пластинам трубки от блока III постоянно подводится развертывающее напряжение. На другую же пару пластин трубки поочередно подается то маркирующее напряжение от блока

I, то волновой процесс с усилителя VII. Следовательно, на экране ЭЛТ через определенные промежутки времени между посылками запускается развертка, на которую от блока VI наносится сигнал о моменте посылки и от усилителя VII — принятый волновой процесс. Кернодержатель состоит из двух держателей 1 и 2, в которых установлены излучающий и приемный датчики 3. Держатели плотно крепятся в станине 4 винтами 5.

В частично полых трубках 6 находятся пружины, плотно прижимающие датчики к образцу породы 7. Каждый держатель состоит из текстолитовой пластины 8 укрепленной на подставке 9 станины, и прижимного винта 10, оканчивающегося шляпкой 11 из электроизоляционного материала. Глава 3. Обработка результатов. Последовательность работы 1. Подготовка образцов к измерениям. При помощи сейсмоскопа можно измерять скорости и исследовать затухание

упругих волн в массивных, сыпучих, пластичных и других образцах горных пород: а)для исследования скорости распространения упругих волн в массивных породах отбирают образцы без трещин и включении, так как последние не характерны для породы в целом; в то же время трещины не только уменьшают амплитуду прошедшей через образец волны, но и дают неточные времена первых вступлений; б)образцы могут иметь произвольную форму (желательна правильная геометрическая); в)образцы приводят к естественному содержанию природных однофазных

или многофазных жидкостей; г)на противоположных концах образца при помощи напильника спиливают две параллельные плоскости, называемые «пятачками». В точном шлифовании «пятачков» нет необходимости. Из слоистых пород изготовляют два цилиндра, вырезанные вдоль и перпендикулярно слоям, чтобы иметь возможность измерять скорость упругих волн вдоль и перпендикулярно напластованию. На крупных слоистых образцах можно нанести четыре «пятачка», чтобы образец был изучен вдоль и перпендикулярно

напластованию; д) образцы помещают в кернодержатель 2. Установка датчиков. На «пятачках» устанавливают излучатель И и приемник П навстречу друг другу так, чтобы центры их мембран лежали на одной прямой. При этом «пятачки» образца или мембраны датчиков смазывают солидолом или другим смазочным материалом, водой, пластилином и др. и последние притирают друг к другу.

О достаточной степени притирки судят по достижению необходимой величины первого экстремума на экране трубки. Желательно иметь эту амплитуду не менее 1—3 см, в таких условиях точнее определяется первое вступление волн. 3. Измерение скорости упругих волн в образцах: 1) включают сейсмоскоп, предварительно убедившись в том, что напряжение сети в лаборатории соответствует требующемуся для сейсмоскопа; 2)после прогревания ламп устанавливают светящуюся линию примерно посредине

экрана, фокусируют ее и придают ей необходимую яркость, для чего последовательно используют ручки «вверх - вниз», «влево - вправо», «фокус» и «яркость»; 3)устанавливают рабочую развертку сейсмоскопа. При этом ручки «синхронизация», «частота посылок», «развертка плавно» «усиление развертки» и «форма посылок» вначале ставят в среднее положение, затем стабилизируют развертку при помощи ручек «синхронизация» и «частота посылок»; 4)на развертке в левой ее части должна находиться отметка момента излучения (небольшая

пика). Чтобы окончательно установить развертку, следует ручкой «влево - вправо» вывести яркое пятно (или замкнутую линию) вправо за экран трубки и ручкой «решение развертки» настолько увеличить развертку, чтобы отметка момента излучения находилась на расстоянии 5—10 мм от левого края экрана; 5)затем на экране сейсмоскопа устанавливают марки (близкие к синусоиде кривые, период которых для частот 100, 200 и 500 кгц соответствует 10, 5 и 2 сек; марки служат мерой времени), для чего используется переключатель

«посылки-марки», устанавливающийся в положение марки. Возникшее при переключении с одних марок на другие нестабильное положение развертки устраняемся вращением ручки «синхронизация»; 6)подбирают наибольшие из возможных скорость развертки и установления волновой картины на экране трубки, в связи с чем; а) переключатель посылки марки переводят в положение «посылки»; 6)штыри датчиков включают в гнезда «вход» и «выход»; в)ручки «усиление приемного усилителя» и «усиление

посылок»перемещают в среднее положение; г)приемник и излучатель устанавливают друг против друга на металлическом стержне длиной 10—15 см (на экране ЭЛТ появляются колебания, располагающиеся на некотором расстоянии от отметки времени излучения); д)необходимая скорость развертки достигается путем манипуляции ручками «развертка грубо» и «развертка плавно» (наблюдающееся при этом смещение отметки ив лучения влево или вправо устраняется с использованием ручки «усиление развертки»); е)подбирают оптимальные форму и амплитуду

принимаемых волн, для чего служит ручка «форма посылки» (эту операцию следует проводить при переходе с одного датчика на другой). Не рекомендуется получать двойной импульс, возникающий при чрезмерно широкой посылке. В этих условиях передний и задний фронт посылки генерируют два раздельных ультразвуковых импульса; 7)определяют скорость упругих продольных волн в образце горной породы, для чего измеряют: а)время т пробега упругой волны в образце по отрезку синусоидальной кривой (маркировщика времени) между отметкой

момента излучения и первым вступлением волны; б)расстояние I между мембранами датчиков излучателя И и приемника П. Точность определения времени пробега волны определяется точностью отсчета времени первого вступления волны. Согласно экспериментальным данным время может быть отсчитано с точностью 0,5 сек. Следовательно, точность определения времени для образцов горных пород высотой 5—10 см не превышает 5%.

Из полученной величины вычитают время задержки импульса в аппаратуре (для определения датчики устанавливают друг на друга их рабочими поверхностями и по изображению на экрана-сейсмоскопа при максимальной скорости развертки определяют время задержки принятого импульса относительно начала «всплеска» отметки момента излучения). обычно равно ~ 1 /л сек. Скорости: распространения продольных упругих волн рассчитывают по формуле где l дана в метрах, а и в сек, что дает значение скорости в м/сек.

Приближенное определение упругих свойств горных пород склероскопом Принцип действия склероскопа А. Г. Тархова заключается в регистрации эффекта, получаемого при соударении двух упругих тел. На шлифованную поверхность изучаемого образца с определенной высоты Н падает стальной шарик и в зависимости от упругих свойств образца отскакивает на высоту h. Упругие свойства породы характеризуются коэффициентом отскока который равен отношению скорости отскока

см/сек (g – ускорение силы тяжести) к скорости см/сек, падения шарика на поверхность образца: Согласно экспериментальным данным М.Л. Озерской связь между коэффициентом отскока и скоростью распространения упругих волн v для пород осадочного комплекса определяется следующей квадратичной зависимостью: Последнюю формулу для скоростей, изменяющихся в пределах от 1,5 до 4 км/сек, можно с погрешностью не превышающей 0,11км/сек, заменить линейной зависимостью

Которая и предлагается для практического использования. Постоянные этого уравнения установлены эмпирически и обусловливаются структурой изучаемых горных пород и надлежащим качеством обработки их поверхности. Для перевода значений коэффициента отскока в скорости распространения упругих волн моет служить следующая таблица, составленная по результатам измерения скорости и коэффициента отскока с использованием последней зависимости.

Коэффициент отскока для осадочных горных пород изменяется от 0,3 до 0,9. На рисуснке приведена вариационная диаграмма абсолютной и относительной упругой характеристики для пород различного типа, взятая из работы М. Л. Озерской. 1 – скорость распространения ультразвука; 2 - коэффициент отскока Описание склероскопа В кронштейнах 1 штатива 2 укрепляют калиброванную стеклянную трубку 3.Трубку при помощи винтов 4 устанавливают по отвесу 5

На верхнем кронштейне закрепляют головку 6 склероскопа с воронкой 7 и спусковым устройством 8. Подготовленный к замеру образец винтами 9 закрепляют в коробке 10. При помощи винтов 11 и накладного уровня 12 шлифованную поверхность образца устанавливают в горизонтальное положение. Нижний конец трубки специальным башмаком 13 ножками, которыми трубка опирается на образец. Такое устройство делает возможным свободное выкатывание шариков из трубки и сбора их в коробке 10.

Шарики по одному сбрасываются из воронки при помощи гибкого спускового устройства 8 с пружинной тягой. Высота отскока шарика отмечается по шкале, нанесенной на стеклянной трубке 3. Подвижный указатель 14 фиксирует приблизительную высоту отскока шарика. Подготовка образцов к замеру. Отобранный образец породы (вес образца должен быть не менее 100 г) шлифуют на карборундовом диске с применением карборундового порошка (№ 80 или № 60) по одной или двум граням.

Окончательно образец дошлифовывают на диске с водой без прибавления порошка. Отшлифованные образцы споласкивают водой и подсушивают на воздухе при комнатной температуре (1—2 дня) до постоянного веса. Высохший образец вновь слегка полируют на сухом диске. Последовательность работы 1.Образец породы зажимают в коробке 10 винтами 9. На шлифованную поверхность образца, обращенную кверху, накладывают уровень 12 и винтами 11 коробки 10

образец устанавливают в строго горизонтальное положение. 2.Освобождают нижний кронштейн и башмак 23, находящийся па нижнем конце стеклянной трубки, опускают на шлифованную поверхность образца. Проверяют положение отвеса. В случае смещения последнего поворотом нижнего кронштейна приводят отнес в требуемое положение. 3.Стальные шарики одинаковой массы, помещенные в воронку 7, при помощи гибкого спуска 8 поочередно

сбрасывают на шлифованную поверхность, образца. 4.Передвижной указатель 14 устанавливают на уровне высоты отскока первого шарика. В дальнейшем высота отскока следующих шариков регистрируется визуально с точностью примерно 1 мм (0,5 деления на трубке). 5.Если порода твердая и поверхность ее однородна, то на такой образец спускается три—четыре шарика. На менее твердые образцы пород во избежание деформации поверхности не рекомендуется сбрасывать более двух шариков. В случае если структура образца неоднородна, для лучшего

усреднения полученных данных следует сбрасывать шарики на все части поверхности. Среднее арифметическое из полученных значений h (высоты отскока каждого шарика) принимается за истинное значение высоты отскока для данной породы. Величина Н (высота падения шарика, см. при условии жесткого закрепления стеклянной трубки 3 в муфте верхнего кронштейна является постоянной величиной данного прибора.

Коэффициент отскока вычисляют но формуле где h — среднее арифметическое величины отскока шарика для данного образца; Н — высота падения шарика. Глава 4. Использование данных для решения задач геологии и геофизики. Основные факторы, определяющие упругие свойства горных пород при нормальных термобарических условиях,— химический и минеральный состав, текстурно-структурные особенности состав норового заполнителя, фазовое

состояние вещества. В магматических и метаморфических породах в целом проявляется однонаправленная зависимость упругих параметров от химического и минерального состава. Однако наряду с этой тенденцией в метаморфических горных породах отмечается также зависимость только от минерального состава, что обусловлено кристаллизацией вещества в различных структурных формах главным образом в связи с термодинамическими условиями их формирования.

В зависимости от рТ - параметров и их соотношения при формировании вещества и в процессе его эволюции может происходить как уменьшение, так и увеличение исходной скоростной характеристики горной породы. Это четко проявляется при анализе полиморфных модификаций минералов и при изучении регионально-метаморфизованных геологических образований. В породах близкого химического состава скорость упругих волн увеличивается в направлении от низших стадий метаморфизма к высшим.

Простейшими примерами изохимических превращений при региональном метаморфизме первично осадочные пород могут служить переходы известняка в мрамор и песчаника в кварцит под воздействием высокой температуры. Эти переходы сопровождаются увеличением плотности и скорости продольных волн в среднем на 5-—20%. При региональном метаморфизме в кристаллических образованиях наименьшие (возможные) изменения (3—5%) отмечаются в породах кислого состава наибольшие (15*-25 %) — в породах основного состава.

Наряду с общей тенденцией роста скорости упругих волн, обусловленной образованием более упругих минеральных ассоциаций под действием высоких термобарических параметров, на стадии зеленосланцевой фации метаморфизма в ряде случаев наблюдается уменьшение . Особенно резко это проявляется в породах основного состава. Снижение скорости от исходной породы диабаза к хлоритовому сланцу связано главным образом с появлением в условиях низкого давления и сравнительно высокой температуры зеленосланцевой фаций значительной трещиноватости

пород с образованием по трещинам структурно-рыхлых минералов (хлорита, серицита и др.), содержащих гидроксильные группы. Влияние текстурно-структурных особенностей и порового заполнителя кристаллических пород на скорость упругих волн. Магматические и метаморфические породы характеризуются пористостью 1 - 3%. Встречается пористость различного вида: изолированные поры, поровые каналы, поровые плоскости, образующиеся при трещиноватости или между слоями в породах слоистой текстуры, и т. д.

Пористость, образованную порами и поровыми каналами, будем называть структурной пористостью; пористость, связанную с макро- и микротрещиноватостью,—текстурной пористостью. Экспериментальные исследования, выполненные на моделях (М. Ш. Магид, 1970 г.; 3. И. Стаховская, 1969 г. и др.), показали, что влияние структурной пористости на скорость продольных волн незначительно. В моделях с текстурной пористостью (обусловленной зазорами между

твердыми пластинами) величина зазоров, их количество и характер заполнителя оказывают очень большое влияние на величину . Изменение вида пористости аналогичным образом воздействует и на величину коэффициента поглощения Р-волн. Интенсивное лент отмечается в моделях с текстурной пористостью. значительно меньшее —в моделях со структурной пористостью В кристаллических породах, судя по экспериментальным данным, пористость отрицательно коррелируется со скоростью упругих волн и положительно — с коэффициентом поглощения.

Увеличение пористости на 1 % приводит к уменьшению в водонасыщенных образцах кристаллических пород на 0,5— 1 км/с. Величина уменьшения прямо пропорциональна скорости продольных волн в минеральном скелете. Такое значительное уменьшение скорости продольных волн сопоставимо с уменьшением , наблюдаемым в моделях с текстурной пористостью. Это позволяет сделать вывод о тот, что, в кристаллических породах, обладающих всеми видами трещиноватости. основное влияние на упругую характеристику веществ оказывает пористость,

представленная трещинами, причем, чем больше размер трещин тем большее воздействие она оказывает из величину . Одним нз основных факторов, влияющих на упругую характеристику, является характер заполнения перового пространства магматических и метаморфических пород. Замена газового заполнителя жидкостным приводят к увеличению скорости продольных волн в среднем на 8—27%. Разность значении в газонасыщенных и водонасышенных породах зависит от их пористости и структуры порового

пространства; с уменьшением пористости эта разность сокращается. Наибольшая разница в скоростях наблюдается в породах кислого состава (обычно наиболее пористых и трещиноватых) — до 2 км/с, наименьшая — в породах основного и ультраосновного состава Скорость поперечных волн в кристаллических породах также зависит от величины газоводонасыщения. В среднем увеличение составляет 5—13 %. Эффект увеличения при насыщении пород жидкостью обусловлен

наличием в ней ассоциаций молекул с относительно фиксированным положением (прочно и рыхло «связанная» жидкость), способных передавать сдвиговые волны (У. В. Базаров, Б. В. Дерягин и др 1966 г.). Величина приращения определяется трешиноватостью пород и зазором микротрещин: чем больше микротрещин, тем больше слоев «связанной» жидкости; чем меньше зазор, тем больше вероятность контакта между слоями «связанной» жидкости, расположенными на противоположных стенках.

С зазором трещин связаны, по-видимому, и наблюдаемые в ряде случаев при насыщении образцов жидкостью различные соотношения величин приращения и . Увеличение зазора трещин способствует при насыщении большему росту по сравнению с ростом . Следовательно, обычно наблюдаемое превышение над имеет место в образцах с сравнительно крупными трещинами. Обратные соотношения, полученные в моделях и на некоторых образцах, обусловлены очень узкими трещинами. Влияние агрегатного состояния горных пород на скорость упругих

волн. Сопоставление скорости продольных волн и плотности в изохимических веществах различного агрегатного состояния показывает, что наименьшие скорости и плотности характерны для расплавов, наибольшие—для кристаллических веществ. Величины в кристаллических и аморфных образованиях близки. Скорость поперечных волн и отношение / также соответствуют данный по их раскристаллнзованным аналогам. Величины уменьшения скорости продольных волн и плотности при плавление твердых образований составляют

соответственно 31—64 и 11-14 %. Максимальные уменьшения скорости и плотности отмечаются в горных породах. В самих горных породах наблюдается закономерное увеличение и от кислю и средних разностей к основным Список литературы. Определение физических свойств горных пород В.Н Кобранова Москва 1957 Основы трехмерной сейсморазведки Москва А.К. Урупов 2004 Справочник. Горные породы и полезные ископаемые.

Н.Б. Дортман. М.: Недра, 1992.