ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зависимость сейсмических свойств горных пород от их фазового состава из "Применение сейсмоакустических методов в гидрогеологии и инженерной геологии " Как показывают многочисленные экспериментальные данные, сейсмические свойства горных пород существенно зависят от соотношения в них твердой, жидкой и газообразной фазы. [c.20] Для анализа характера этих зависимостей целесообразно воспользоваться решениями, полученными в результате теоретического рассмотрения ряда модельных сред, имитирующих особенности строения и свойств горных пород. Подчеркнем, что все рассматриваемые ниже теоретические соотношения качественно, а в ряде случаев и количественно подтверждены экспериментальными данными. Поскольку большинство из имеющихся теоретических решений относится к скорости продольных волн, сведения о других сейсмических характеристиках чаще всего опираются непосредственно на данные эксперимента. [c.20] Следует особо подчеркнуть, что в горных породах довольно часто наблюдается упорядоченность в расположении различных фаз (например, при наличии преобладающего направления трещиноватости скальных пород, в случае слоистой шлировой текстуры мерзлых пород и т. д.). Это приводит к тому, что по отношению к достаточно длинным волнам горные породы нередко выступают как квазианизотропные среды со свойствами, различными по разным направлениям. [c.20] Поскольку здесь важно проследить лишь общие закономерности изменения сейсмических свойств пород в зависимости от изменения их фазового состава, то рассмотрим лишь случаи равномерного распределения фаз в изучаемом объеме породы (например, случай хаотического распределения трещин в скальных породах, случай массивной криогенной текстуры мерзлых пород и т.д.). [c.20] Сейсмические свойства скальных пород тесно связаны с их пористостью и трещиноватостью а также с типом заполнителя пустот. Существуют теоретические решения, позволяющие оценить влияние пустотности скальных пород на их сейсмические свойства. [c.20] Как видно из рисунка, с увеличением пустотности породы скорость продольных волн падает, в пределе приближаясь к соответствующему значению в заполнителе пустот. Наиболее интенсивно Гр уменьшается в случае заполнения пустот воздухом, наименее интенсивно - при их заполнении льдом. При этом для фиксированного значения П переход из одного состояния в другое сопровождается заметным изменением Гр, причем интенсивность этого изменения зависит от П и Гр . [c.21] Скорость Г5 при увеличении пустотности также уменьшается, однако несколько по-иному, чем скорость Гр. Это приводит к изменению отношения г /гр при изменении пустотности. [c.21] Приведенные выше теоретические соотношения не только качественно, но и количественно подтверждаются экспериментальными данными. Так, формулу (1) нередко прямо используют для практических расчетов пустотности по сейсмическим данным Близки к расчетным и фактически наблюдающиеся значения г /гр в сухих и водонасыщенных пористых (трещиноватых) скальных породах. [c.22] Изменение пустотности скальных пород существенно сказывается не только на скоростях, но и на коэффициентах поглощения волн. С увеличением пустотности значения ар и а возрастают, причем в случае газового заполнителя возрастание ар происходит значительно быстрее, чем при заполнении пустот водой. [c.22] Наименьшие изменения сейсмических свойств скальных пород при изменении их пустотности наблюдаются в случае, когда заполнителем пустот является лед. Это относится как к скорости (см. рис. 4), так и к коэффициентам поглощения продольных и поперечных волн. [c.22] Основные рассмотренные здесь закономерности изменения свойств скальных пород в случае, когда заполнителями пустот являются воздух, вода или лед, сохраняются и для случаев, когда пустоты заполнены рыхлым материалом, находящимся соответственно в неводонасыщенном, водонасыщенном и мерзлом состоянии. Этот вывод вытекает из характера зависимости сейсмических свойств обломочно-песчаных и глинистых пород от их фазового состава, рассмотренного ниже. [c.22] Результаты расчетов по формулам (2) и-(3) удобно представлять в виде зависимости скорости продольных волн от объемного содержания жидкости, представляющего собой отношение объема, занимаемого жидкостью, к общему объему среды. При этом оказывается возможным проследить характер изменения Гр при последовательном развитии двух процессов постепенного заполнения жидкостью пористой среды, первоначально насьшхенной газом, и увеличения объемного содержания жидкости за счет возрастания пористости среды. [c.23] Таким образом, настоящая форма представления результатов удобна для последующего анализа. [c.23] Проведем анализ этих зависимостей, а также имеющихся экспериментальных данных. [c.24] Как показывают теоретические расчеты и экспериментальные данные, сейсмические свойства обломочно-песчаных пород в наибольшей степени зависят от того, в каком состоянии находится порода-сухом, водонасыщенном или льдонасыщенном (иными словами, чем представлен заполнитель пор воздухом, водой или льдом). [c.24] Для указанных случаев теоретические расчеты предсказывают существенно различные значения Гр (см. рис. 6). Это подтверждается и экспериментальными данными. Так, для чистых кварцевых песков пористостью около 40% при отсутствии давления наиболее характерны следующие значения Гр для воздушно-сухого состояния Гр = 0,25 ч-0,35 км/с для водонасыщенного состояния Гр = 1,5 1,7 км/с для льдонасыщенного состояния при температуре — 3°С Гр = 3,5 н- 4,0 км/с. Обратим внимание на хорошее соответствие экспериментальных данных расчетным а также на то, что приведенные значения Гр ненамного отличаются от скорости продольных волн соответственно в воздухе, в воде и во льду. [c.24] Коэффициенты поглощения продольных и поперечных волн также существенно зависят от характера заполнителя пор. Так, в сухих обломочно-песчаных породах ар в 5-10 раз выше, чем водонасыщенных и в 10-20 раз выше, чем при заполнении пор льдом. Значения в сухих и водонасыщенных обломочно-песчаных породах примерно одинаковы, но значительно уменьшаются в случае, когда поры заполнены льдом. [c.25] Характер изменения Гр при изменении пористости в случае полного заполнения пор водой или льдом можно оценить по графикам, представленным на рис. 6 (при = 1). Согласно этим графикам, с увеличением пористости Гр как в первом, так и во втором случае в целом уменьшается, стремясь к соответствующему значению Гр в воде и во льду. Однако при заполнении пор водой существует минимум Гр, соответствующий пористости около 80%, после чего Гр с ростом пористости начинает несколько возрастать. Скорость продольных волн в среде, заполненной льдом, обычно всегда выше, чем в чистом льду. [c.25] Экспериментальные данные, полученные для случаев полного насыщения обломочно-песчаных пород водой и льдом (рис. 7), достаточно хорошо соответствуют расчетным (см. рис. 6). [c.25] Вернуться к основной статье