Пояснения к работе

ВЫЧИСЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ ПО ГОДОГРАФУ ПРЯМОЙ ВОЛНЫ

Практическое занятие № 5

Навески в граммах

№ варианта
	0,5	0,5
	0,5		0,5		0,5		0,5

Цель работы: изучение теоретических сведений об упругих свойствах горных пород и освоение методикиопределения скоростейраспространения продольных и поперечных волн ультразвуковым способом.

Материалы и принадлежности: варианты заданий; калькулятор.

Горные породы в первом приближении представляют собой квазиупругую среду. Основными характеристиками этой среды являются скорости распространения продольных V_p и поперечных V_s волн. Скорости распространения упругих колебаний в системе СИ представлены в м/с или км/с.

Скорости распространения упругих волн определяются через упругие параметры и плотность пород следующими соотношениями:

где Е – модуль упругости (модуль Юнга); ν – коэффициент поперечного сжатия (коэффициент Пуассона); δ –плотность горной породы.

Скорости упругих волн обусловливаются составом, пористостью, состоянием породы. Под состоянием породы понимается ее трещиноватость, степень выветривания или раздробленности, водонасыщенность и напряженное состояние.

Для пород, залегающих на больших глубинах, находящихся под воздействием высоких напряжений и имеющих малую трещиноватость, преобладающее влияние на скорости упругих волн оказывает минеральный состав. Так, у основных и ультраосновных изверженных пород скорости выше, чем у кислых. Из осадочных, скальных пород наибольшими скоростями отличаются известняки, наименьшими – слабые песчаники и аргиллиты (табл. 4.1).

Важным фактором, определяющим упругие свойства горных пород, является степень их выветривания. Влияние выветривания настолько интенсивно, что отношение скорости распространения сейсмических волн в выветрелых породах к скорости в сохранных породах может уменьшаться до 0,5.

Скорости в скальных породах сильно зависят от их пористости и трещиноватости. Чем выше пористость и трещиноватость, тем ниже значение скоростей. Степень уменьшения скоростей зависит от типа наполнителя. Влияние одной и той же пористости будет максимальным, когда заполнитель – воздух (V_P≈340 м/с), и минимальным, когда – вода (V_P≈1430 м/с).

Таблица 5.1

Категория пород	Тип породы	Скорость распространения продольных упругих волн, км/с
Скальные	Кристаллические	2,8 – 6
Метаморфические	1,8 – 6
Осадочные	1,7 – 5,8
Полускальные
Песчаники	1,3 – 5,5
Рыхлые	Гравийно-галечниковые	0,6 – 3,2
Пески	0,4 – 2,6
Супеси, суглинки	0,4 – 2,2
Глины	0,8 – 2

В рыхлых отложениях типа гравия, галечника, песков, супесей и их смесей скорости продольных волн сильно зависят от водонасыщенности.

Важным свойством горных пород является анизотропия упругих свойств (скоростей), заключающаяся в зависимости скоростей от направления измерения.

Различают микро- и макроанизотропию. Первая связана с текстурой и структурой пород, вторая – со слоистостью или ориентированной трещиноватостью. Как правило, скорости, измеренные вкрест слоистости, меньше скоростей, измеренных вдоль них.

Лабораторные измерения на образцах производятся для изучения скоростей и упругих параметров породы в малых объемах с помощью ультразвуковых сейсмоскопов по двум методикам: профилирования и просвечивания.

При ультразвуковом просвечивании образцов пород на сейсмограмме стремятся получить максимально резкие первые вступления с тем, чтобы иметь возможность наиболее четко определить момент прихода фронта волны.

Обработка сейсмограмм ультразвукового просвечивания сводится к вычислению скоростей распространения прямых продольных волн и состоит из следующих операций:

1. Построение годографов – графиков зависимости времени прихода волны от расстояния до пункта возбуждения: . Пример построения годографов представлен на рис. 4.1.

Рис. 5.1 Годографы продольной Р и поверхностной R волн при ультразвуковом профилировании на образцах известняков

Уравнение годографа прямой волны, распространяющейся вдоль прямолинейного профиля на плоской поверхности, записывается в виде

.

Определение скорости распространения волны по наклону годографа:

.

Дата добавления: 2017-02-01