Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Как показывают лабораторные исследования, параметры анизотропии горных пород не остаются постоянными при повышении давления, причем по мере увеличения давления анизотропия часто возрастает. Наблюдение над осадочными породами в их естественном залегании (например, на соляно-купольных структурах) также свидетельствует о влиянии напряженного состояния на характеристики анизотропии.
Влияние температуры на упругие параметры начали изучать преимущественно на металлах еще в 19 в. В последнее десятилетие подобного рода исследования проводились с использованием ультразвуковой техники путем пересчета полученных значений vp и vs в модули упругости при известных значениях плотности р. Было отчетливо установлено, что модули E и (і планомерно уменьшаются по мере увеличения температуры. На рис. 2.8 представлены кривые зависимости модулей E и [і от величины TlT1n для алюминия. Как видно, обе зависимости с хорошим приближением можно считать линейными. Поскольку величина плотности р изменяется в значительно меньших пределах, чем ? и ,и, то можно считать справедливой линейную зависимость квадратов скоростей vp и vs от TlT1n. Что касается коэффициента Пуассона, то в данном опыте он увеличивается с повышением температуры от 0,34 до 0,38.
Поскольку с увеличением глубины давление и температура возрастают, то совместное их действие на скорости в определенной мере будет компенсироваться, особенно в верхних частях литосферы, что и подтверждается в эксперименте над консолидированными породами.
Лабораторные и натурные наблюдения расплавов горных пород при высоких температурах показали, что скорость vp при расплавлении падает в ~ 2—2,5 раза по сравнению с твердым состоянием. Что касается скоростей поперечных волн, то они могут регистрироваться
Рис. 2.8. Зависимость модулей упругости E и ц от отношения температуры в опыте к температуре плавления (TlTJ для алюминия [Бэлл, 1984].
4
Глава 2. Физико-сейсмические параметры горных пород
Рис. 2.9. Зависимость скорости vp от температуры и давления для песчаника.
Vp, М/с 4000
1000C 2O0C
3600-
3200-
2800
60 Р, МПа
только в непосредственной близости от точки плавления (см. рис. 2.8). Имеются данные о том, что, например, в риолите поперечные волны могут распространяться до температуры 1300 °С, андезите — до 1200, базальте — до 900 °С.
Значительно меньше данных о влиянии температуры и давления на скорости волн в осадочных породах, особенно на скорости поперечных волн. В качестве примера на рис. 2.9 изображены кривые зависимости vp от давления и температуры (в пределах до 200 °С) для сухого песчаника по данным [Сейсмическая стратиграфия, 1982]. Как и для кристаллических пород, отчетливо отмечается уменьшение скорости с увеличением температуры, причем величина уменьшения практически не зависит от давления.
Температура в криозоне, как правило, находится в пределах от 0 до -5 °С, причем нижняя граница ее весьма нечеткая; переходная зона, в которой постепенно уменьшается количество льда, может достигать приблизительно 100 м, а возможно и больше. Влияние отрицательных температур, естественно, будет тем значительнее, чем больше коэффициенты пористости и водонасыщенности породы. В связи с этим максимальные различия между мерзлыми и талыми породами одного и того же литологического состава наблюдаются для терригенных отложений. Влияние отрицательных температур зависит от агрегатного состояния льда при температуре 0 °С. Значение vp находится в пределах 3,4—3,6 км/с, a V3 в среднем равно 1,7 км/с. При понижении температуры vp и vs медленно увеличиваются, но даже при температуре -30 °С это увеличение составляет всего лишь 10 %. Коэффициент Пуассона для льда изменяется в пределах 0,36—0,33. Для песчано-глинистых отложений, по данным полевых и лабораторных наблюдений, скорости несколько больше, чем в толще льда, и для Vp равны в среднем 4 км/с. Для консолидированных осадочных и кристаллических пород влияние отрицательных температур, как правило, незначительно.
2.3. УПРУГИЕ ПАРАМЕТРЫ МИКРОНЕОДНОРОДНЫХ СРЕД
В предыдущих двух параграфах при рассмотрении влияния ряда факторов на значения скоростей продольных и поперечных волн материал породы представлялся в виде некоторого локально однородного тела. Иначе говоря, не принималось во внимание непосредственное агрегатное состояние горной породы. Фактически, как известно, любая порода, за исключением, может быть, вулканических стекол, льда и некоторых других, представляет собой сложный микронеоднородный объект, состоящий из зерен различных минералов, а также цементирующего материала и флюида. Кроме того, во многих типах горных пород, особенно в карбонатных, наблюдаются микротрещины различной протяженности, толщины и ориентировки в пространстве. Флюиды могут состоять из жидкой, газообразной и смешанной фаз. Экспериментально и теоретически показано, что характер агрегатного состояния микронеоднородной породы в сильной степени влияет на скорости распространения волн Vp и vs, а также на параметры поглощения.
Приведем прежде всего экспериментальные данные по зависимости скоростей vp и V3 от пористости, давления и флюидонасыщения. На рис. 2.10 показаны области значений vp и V3 для сцементированных осадочных пород различной пористости [Сейсмическая стратиграфия, 1982]. Отмечаются следующие основные закономерности. Самые низкие скорости продольных волн фиксируются в газонасыщенных породах при низких давлениях, а самые высокие скорости поперечных волн — в газонасыщенных породах при высоких давлениях. Зона пересечения областей близких значений vp и vs соответствует значительному газонасыщению.
