Тема 8. Зв'язок між різними параметрами фізичних властивостей гірських порід

З'ясування взаємних зв'язків між різними параметрами гірських порід дуже важливе для правильного рішення питань методики комплексних досліджень і комплексної інтерпретації результатів різних геофізичних методів. Найбільш досліджені взаємозв'язки між швидкістю повздовжніх хвиль і густиною, між електричним опором, швидкістю повздовжніх хвиль і густиною, між густиною і магнітною сприйнятливістю. Саме ці залежності найбільш актуальні для комплексування геофізичних методів при рішенні геологічних задач.

Зв'язок між швидкістю повздовжніх хвиль і густиною. З теорії пружності відомо, що швидкість повздовжніх хвиль V для однорідного ідеально пружного тіла зв'язана з його густиною s співвідношенням

, (8.1)

де: Е — модуль Юнга.

Для гірських порід зв'язок між V і s звичайно має інший характер. У більшості порід зростання густини супроводжується зростанням швидкості поширення хвиль у них і навпаки. Удавана невідповідність з теорією пояснюється тим, що реальні середовища значно відрізняються від ідеально пружних. Тому, в практиці комплексних геофізичних досліджень затвердилося емпіричне правило: збільшення густини супроводжується збільшенням швидкості сейсмічних хвиль і навпаки. Це правило часто приймається аксіоматично, таке що необґрунтовано. У реальній ситуації при рішенні конкретних геологічних задач необхідно за експериментальним даним оцінювати взаємний зв'язок між швидкістю сейсмічних хвиль і густиною, маючи на увазі, що між цими параметрами можливі різні співвідношення.

Наведемо дані, що свідчать про неоднозначність зв'язку між густиною і швидкістю сейсмічних хвиль.

Швидкість пружних хвиль — величина векторна, змінюється з частотою хвиль, у той час, як густина — величина скалярна. Швидкість повздовжніх хвиль зменшується на 10—15% при насиченні пор рідиною від 75 до 100%, у той же час густина при цьому процесі продовжує збільшуватися. Розвиток систем тріщин призводить до порушення монолітності порід, погіршує контакти між часточками, що призводить до істотного зменшення швидкості, але не робить помітного впливу на густину.

При підвищенні тиску швидкість у магматичних породах збільшується на десятки відсотків, а густина залишається практично незмінною. Швидкість повздовжніх хвиль залежить від кількості атомів у одиниці об’єму і особливостей їхнього упакування, у той час, як особливості упакування атомів на густину не впливають.

Експерименти показують, що для багатьох металів спостерігається зменшення швидкості хвиль при збільшенні густини.

Із широко розповсюджених осадових порід аномальний взаємозв'язок між густиною і швидкістю спостерігається у кам'яній солі, для якої характерні високі пластові швидкості і низькі густини. На підставі фактичних даних можна зробити висновок, що відхилення від прямої залежності між змінами зазначених властивостей характерні для порід метаморфічних і хімічних, тріщинуватих, високопористих вологонасичених, а також для металів і металоносних порід.

Розглянемо тепер матеріали, що свідчать про прямий зв'язок між швидкістю і густиною.

Названі параметри тісно пов'язані з пористістю порід. Тому в пористих породах, де основним фактором зміни фізичних властивостей є зменшення об’єму пор, прямий взаємозв'язок між густиною порід і швидкістю поширення пружних коливань у них не викликає сумніву. Швидкість і густина подібно корелюються з підвищенням основності магматичних порід. Тому для даних порід зв'язок між густиною і швидкістю виявляється чітко. Багатьма авторами були запропоновані тільки такі формули, що відображали лише пряму залежність між густиною і пористістю.

Згідно Ф. Берчу, зв'язок між густиною і швидкістю визначається співвідношенням

, (8.2)

де: a і b — чисельні коефіцієнти. При цьому для значень s >2,9×10³ кг/м³. і V >6,6 км/с, b» 3, a = -2,2, тобто при зміні густини на 0.1×10³ кг/м³, V змінюється на 0.3 км/с. При значеннях s = 2.6-2.9×10³ кг/м³ коефіцієнт b» 6, a =-11. При більш низьких значеннях sвзаємозв'язок густини і швидкості має більш складний характер. Стосовно оцінки густини за даними про швидкість Ф.Берчем (1964 р.) були запропоновані два співвідношення:

s=0,768+0,328V; s=0,252+0,379V. (8.3)

Більш схематизовані оцінки взаємозв'язку швидкості та густини отримані Н.Н. Пузирьовим (1959 р.)

V=6s-11, (8.4)

І.С. Вольвовським і ін. (1962 р.)

V=3,7s-4, (8.6)

А.К. Курськєєвим і Б.М.Уразаєвим (1966 р.) для ефузивних порід

V=3,64s-4,73, (8.7)

для метаморфічних порід (рисунок 8.1)

V=2,47s-1,55. (8.8)

А.К. Курськєєвим і Б.М. Уразаєвим (1966 р.) запропоновані також кореляційні формули для всіх типів магматичних порід при різних тисках, що зв'язують зміни густини і швидкості і наведені в таблиці 8.1 (s —в кг/м³, V — в км/с).

Щоб співставити дані сейсморозвідки чи сейсмокаротажу про ефективні та середні швидкості з матеріалами вивчення густини необхідно обчислювати середньозважені значення густини для того ж інтервалу розрізу. При порівнянні таких даних можлива оцінка густини осадового покрову за результатами сейсморозвідки на територіях, не вивчених бурінням. Для мезо-кайнозойських порід Південного Казахстану рівняння регресії:

. (8.8)

а – по А.К.Курськєеву і Б.М.Уразаєву для Центрального Казахстану;

б – узагальнені залежності за даними різних дослідників:

1 – по М.Тальвані, 2 – по Ю.Г.Юрову, 3 – по Н. Н. Пузирьову,

4 – по І.С.Вольвовскому і ін, 5 – по Ф.берчу, 6 – по А.К.Курскєеву для метаморфічних порід, 7 – по Вуллрду,; в – по В.К.Серову і М.С.Чадаєву (1975 р. зі змінами) для осадових порід Солікамської западини;

1 – ангідрит, 2 – доломіт, 3 – вапняк, 4 – теригенні породи,

5 – кам'яна сіль.

Рисунок 8.1 Залежність між густиною s і пластовою швидкістю V гірських порід

Ці залежності в інтервалі значень середньозваженої густини (1,8-2,4)×10³ кг/м³ і середньої швидкості 1,7-2,6 км/с визначають значення зазначених параметрів з похибкою не більш 5%.

Для Північного Сахаліну аналогічним чином була отримана залежність

(8.9)

добре апроксимуюче співвідношення швидкості в інтервалі 2—4 км/с і густини (2,3-2,62)×10³ кг/м³.

Таблиця 8.1

Дата добавления: 2015-07-12