Швидкість поширення подовжніх хвиль в км/с в осадових породах

Порода	VP min-VP max	VS/VP	Порода	VP min-VP max	VS/VP
Алевроліт	0,8-4,0	0,5-0,6	Конгломерат	1,45-5,6	0,5-0,6
Ангідрит	1,5-6,0	0,5-0,6	Лес	0,3-0,6	0,3-0,6
Глина	0,3-3,0	0,07-0,6	Пісок	0,3-1,5	0,1-0,3
Аргіліт	0,9-4,5	0,5-0,6	Мергель	1,3-4,5	0,4-0,5
Брекчія	1,45-5,6	0,5-0,6	Крейда	1,7-4,2	0,4-0,5
Гравеліт	1,7-5,4	0,5-0,6	Пісковик	0,8-4,5	0,4-0,6
Гіпс	1,5-4,6	0,5-0,6	Кам’яна сіль	4,5-5,5	0,5-0,6
Доломіт	0,9-6,3	0,5-0,6	Суглинок	0,8-1,8	0,5-0,6
Вапняк	1,0-5,5	0,5-0,6

змінюватися в широких межах. При однаковому значенні пористості швидкість максимальна в карбонатних породах із кавернозною пористістю, оскільки коефіцієнт стисливості каверн істотно нижче коефіцієнта стисливості гранулярних пор.

Вплив віку на швидкість поширення пружних хвиль в осадових породах зумовлене тим, що древні породи схильні більш значним діагенетичним змінам і інтенсивним впливом

Шифр кривих - s_{Р ск}, км/с

Рисунок 5.2 Залежність швидкості повздовжніх хвиль в осадових породах від пористості

на них складкотворних процесів. Тому швидкість пружних хвиль для однотипних порід у межах одного регіону менше в молодих відкладах.

Вплив глибини залягання порід на швидкість визначається термодинамічними умовами. Зі збільшенням глибини залягання підвищуються тиск і температура, що впливає на структуру і склад порід і на їхні фізичні параметри. Швидкість поширення повздовжніх хвиль змінюється з глибиною відповідно до залежності

, (5.15)

де: - значення швидкості на глибині Н; - значення швидкості для не ущільненої породи ( Н = 0).

Шифр кривих - b_П ×10^-5 МПа^-1

Рисунок 5.3 Залежність швидкості повздовжніх хвиль в карбонатних породах від пористості

Значення швидкості пружних хвиль залежить також від типу флюїду, що заповнює породи. У випадку насичення порового простору породи рідиною, що хімічно не взаємодіє з твердою фазою, збільшується пружність порової системи і, отже, підвищується швидкість поздовжніх хвиль. При насичені пісковиків і алевролітів розчином солі NaCl, що не спричиняє розмокання присутніх у породі глинистих мінералів, швидкість подовжніх хвиль збільшується з 5-10 до 100-120%. Вплив насичення на V_P залежить від складу основних породотворних мінералів і домішок у породі, структури і ступеня зцементованості. Відносне збільшення V_P при насиченні породи водою в залежності від коефіцієнта пористості і складу цементу приведене на рисунку 5.4.

Насичення глин і глинистих пісковиків водою призводить до розбухання глинистих мінералів, утрати зв'язності породи і зменшенню швидкості.

Швидкість поширення поперечних хвиль в осадових породах при насиченні їх рідиною знижується. Спостерігається також підвищення V_s на 10-20%. При високих тисках швидкість поперечної хвилі стає нижче в насиченою водою породі в порівнянні із сухою породою.

Анізотропія швидкостей пружних хвиль зумовлюється шаруватістю і напрямком тріщинуватості порід. Особливо яскраво виражене явище анізотропії для порід із тонкими глинистими прошарками. Коефіцієнт анізотропії повздовжніх хвиль l_Vp в цих випадках може досягати 1,2-1,3. У більшості випадків l_Vp>l_Vs. Якщо анізотропія швидкостей зумовлена тріщинуватістю, то відповідно до теоретичних і польових спостережень індикатриса швидкостей представляє еліпс, довга піввісь якого розташована вертикально.

Процес поглинання пружної енергії гірськими породами дотепер найбільше слабко вивчений, незважаючи на численні теоретичні і експериментальні дослідження в цій області. Для осадових порід, що є пористими неоднорідними середовищами, передбачається, що поглинання пружної енергії зумовлено в’язким тертям між твердою і рідкою фазами при їхньому відносному переміщенні під впливом звукового поля, а також теплообміном між фазами. Лабораторні експериментальні дослідження підтверджують основні положення цієї теорії. Проте абсолютні значення коефіцієнта поглинання для низьких частот (сейсмічні частоти) у нафтогазових покладах, за польовими даними, на два порядки менше визначених за лабораторними і теоретичними даними. Причина розбіжності полягає в тому, що в теорії не враховується ряд чинників, як, наприклад, поглинання пружної енергії породи в скелеті, двофазність порового заповнювача, стан газу (розчинений або вільний) у шаровій рідині.

1 – цемент глинисто-слюдистий; 2 - цемент глинисто-карбонатний;

3 – цемент опаловий і кремнієвий;

4 – розрахункові значення. Шифр кривих - b_п ×10^-5 МПа^-1

Рисунок 5.4 Відносне збільшення швидкості розповсюдження пружних хвиль у пісковиках і алевролітах при їх насиченні розчином солі NaCl в залежності від коефіцієнта пористості і складу цементу.

Залежність коефіцієнта поглинання від частоти визначається зцементованістю середовища. У насиченому піску коефіцієнт a зростає пропорційно частоті (30-110кГц), тоді як у зцементованих двофазних середовищах за лабораторними експериментальними даними a з мінюється від частоти лінійно. Тим часом відповідно до теорії Біо і Ніколаєвського значення a повинно зростати з ростом частоти пропорційно . Із збільшенням пористості коефіцієнт a зростає так само, як і при збільшенні діаметра зерен. Чим вище частота, тим більше це збільшення.

Коефіцієнт Пуассона s_П осадових порід, так само як і інші параметри, залежить від структури і складу породи, глибини залягання і т.п. У залежності від зазначених чинників значення s_П варіює в діапазоні 0,1-0,45. Для порід, що містять кварц, значення s_П мінімальне, оскільки кварц має аномально низькі значення s_П (s_П =0,07-0,09). Ще меншими значеннями s_П володіють високопористі газонасичені, тріщинуваті рифогенні вапняки. Якщо для водонасичених різниць s_П коливається від 0,2 до 0,37, то для газонасичених - від -0,3 до 0,3, тобто в ряді випадків можливі негативні значення s_П. Значення модуля пружності (модуля Юнга) Е при одновісьовому стиску для осадових порід змінюються від 0,03×10¹⁰ (глини) до 16,5×10¹⁰×Па (доломіти). При визначенні Е методом вигину або розтягу результати відрізняються від приведених вище. При вигині модуль Юнга в 1,1-1,3 рази більше його значення при розтязі і складає 0,25-0,35 модуля пружності при стиску. Потрібно також врахувати, що статичний модуль пружності менше динамічного. Це розходження може досягати для осадових порід 20-35%. Водонасичення призводить до збільшення модуля Юнга, особливо для низкопористих взірців (збільшення досягає 100-120%). Модуль зсуву унаслідок водонасичення може як збільшуватися (до 20-30%), так і зменшуватися (до 20%). Всі розглянуті пружні параметри зі збільшенням пористості зменшуються. При цьому чим більше стисливість порід, тим більше це зменшення.

Питання для самоконтролю

1. Яку властивість речовини характеризує пружність?

2. Які константи використовуються для характеристики властивостей ідеально пружних тіл?

3. Дайте визначення параметрів пружності і вкажіть на одиниці виміру.

4. Які ви знаєте методи виміру пружних параметрів?

5. Опишіть характер залежності швидкості пружних хвиль у хімічних елементах від їхньої атомної будови.

6. Охарактеризуйте основні чинники, які визначають пружні властивості гірських порід.

7. Опишіть залежність швидкості пружних хвиль магматичних порід від ступеню і виду флюїдонасичення.

8. Який зв’язок між швидкістю пружних хвиль у магматичних і метаморфічних породах та густиною (щільністю)?

9. Чим визначається швидкість пружних хвиль в осадових породах?

10. Які ви знаєте способи оцінки пористості на швидкість повздовжніх хвиль?

11. Вкажіть на зв’язок швидкості пружних хвиль з глибиною залягання порід та їх віку.

12. Опишіть залежність швидкості пружних хвиль від типу флюїду.

13. Чим зумовлена анізотропія пружних хвиль в осадових породах?

14. Які чинники впливають і як на поглинання пружної енергії гірськими породами?

15. Охарактеризуйте залежність коефіцієнта Пуассона і модуля Юнга осадових порід від структури і складу породи.

Дата добавления: 2015-07-12