![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Петрофизика
- •Введение
- •Глава 1. Методика петрофизических исследований
- •1.2. Методы изучения физических свойств
- •1.3. Характеристика основных геофизических свойств горных пород.
- •1.4. Статистические методы обработки определений физических свойств.
- •1.5. Построение петрофизических карт и разрезов
- •Петрофизические карты
- •Окраска карт
- •Карты физических параметров
- •Специализированные карты
- •Петрофизические разрезы
- •Глава 2 Плотность и пористость минералов и горных пород
- •Плотность минералов
- •2. 3. Плотность магматических пород
- •Плотность метаморфических пород.
- •2.6. Плотность нефтей
- •Определение плотности
- •Глава 3. Упругие свойства минералов и горных пород
- •3.1. Упругие параметры физических тел
- •Скорость упругих волн и упругие модули химических элементов и минералов
- •3.3 Скорости упругих волн в магматических и метаморфических породах.
- •3.4. Скорости упругих волн в осадочных породах.
- •Методы изучения упругих свойств
- •Глава 4 Теплофизические свойства минералов и горных пород
- •4.1 Теплофизические параметры веществ и методы их измерения
- •4.3.Теплофизические параметры горных пород
- •Глава 5. Магнитные свойства минералов и горных пород
- •5.1. Магнитные параметры физических тел
- •5.2 Магнитные свойства химических элементов и минералов.
- •5.3. Магнитные свойства горных пород
- •5.4. Магнитная восприимчивость нефти.
- •5.5. Палеомагнитная характеристика горных пород
- •Глава 6 Электрические свойства минералов и горных пород
- •6.1 Электрические свойства веществ
- •6.2. Удельное электрическое сопротивление элементов и минералов
- •6.3. Основные факторы, оказывающие влияние на удельное сопротивление минералов и горных пород.
- •6.4. Электрические свойства горных пород
- •6.5. Электрические свойства залежи нефти и газа
- •6.6. Методы определения электрических свойств горных пород
- •Глава 7. Ядерно-физические (радиоактивные) свойства минералов и горных пород
- •7.1. Естественная радиоактивность
- •7.2. Радиоактивность минералов и горных пород.
- •7.3. Искусственная радиоактивность, используемая в ядерной геофизике.
- •Глава 8 Петрофизическое моделирование.
- •8.1 Понятие о петрофизической модели
- •8.2. Формирование петрофизической модели
- •8.3. Выделение структурно-вещественных комплексов
- •В.К.Хмелевской, Геофизические методы исследования земной коры. Международный университет природы, общества и человека "Дубна"1997 г.
Скорость упругих волн и упругие модули химических элементов и минералов
По упругим характеристикам химические элементы весьма неоднородны. В упругой характеристике элементов играют роль их электронная оболочка, которая является упругой средой, и ядра атомов, обладающие различной массой. Данные о скорости распространения продольных упругих волн в элементах были получены экспериментально или рассчитаны по модулям упругости.
Наблюдается
корреляция с плотностью и атомными
радиусами в пределах периода. Скорость
увеличивается в элементах первой
половины каждого периода и уменьшается
в элементах второй половины каждого
периода. Наибольшая зависимость скорости
от атомного радиуса установлена у
sp-элементов с
большим размерами атомов. Зависимость
скорости у sp-элементов
от атомной массы – незначительна. Для
d-элементов скорость
в основном определяется атомной массой
вещества. Скорость уменьшается при
увеличении массы вещества. Это справедливо
и для скоростей продольных волн и для
скоростей поперечных волн. Поскольку
они связаны соотношением
.
Упругие модули в элементах изменяются, как и скорости продольны волн, в зависимости от величины атомного радиуса элемента и его атомной массы.
Упругие свойства минералов определяются характеристиками их внутреннего строения. Наиболее информативной характеристикой является плотность упаковки атомов ω в единице объема вещества. Параметр ω обратно пропорционален атомному радиусу. Чем больше плотность упаковки, тем меньше атомный радиус. Значение параметра вычисляется по формуле (Н.З.Евзикова, Ю.В.Казицин, В.А. Рудник):
.
(3.15)
Скорость упругих волн увеличивается с ростом плотности упаковки и уменьшается с ростом средней атомной массы, являющейся мерой инерционности вещества.
Скорость продольных волн в минералах изменяется от 2000 до 18000 м/с, поперечных от 1100 до 10000 м/с. Низкие скорости характерны для самородных металлов (золото, платина), высокие – для алюмосиликатных и окисных безжелезистых минералов (топаз, шпинель, корунд), наибольшая скорость упругих волн установлена в алмазе.
Характер
изменения скорости упругих волн в
элементах, минералах и горных породах
имеет два типа связи между скоростью
продольных волн и плотностью твердых
образований:
;
.
К первому типу относятся большинство твердых петрогенных элементов и породообразующие минералы (силикатные и частично окисные), состоящие преимущественно из элементов со структурой типа sp. Скорость упругих волн и плотность этих элементов в значительной степени зависят от плотности упаковки атомов в кристалле и его структуры. Плотность минералов первого типа составляет 0,5-4,5 г/см3, то есть они относятся к минералам с малой и средней плотностью. Скорость продольных волн изменяется от 1км/с до 18 км/с. Для минералов первого типа по мере возрастания плотности минералов наблюдается увеличение скорости упругих волн, то есть прямая зависимость, несмотря на то, что плотность в формуле (3.11) входит в знаменатель. Это как будто противоречит рассматриваемым формулам.
Уравнение связи между σ и vP в образованиях первого типа имеет вид:
,
(3.16)
где vp0=6 км/с.
По мере возрастания плотности минералов наблюдается еще большее увеличение модуля Юнга и модуля сдвига. Это возрастание параметров связано, главным образом, с увеличением плотности упаковки атомов ω в кристаллах. Для породообразующих минералов ω изменяется от 72 до 94, а в алмазе достигает 176. В результате происходит увеличение скоростей. Для коэффициента Пуассона закономерных изменений не наблюдаются. Однако в формулы, определяющие скорости продольных и поперечных волн величина коэффициента Пуассона входит таким образом, что даже небольшие его вариации сильно сказываются на значения vP и vS . Наименьшие значения коэффициента Пуассона характерно для кварца (0,05-0,10). Пониженные значения σП свойственны гематиту и пириту ( в среднем 0,15).
Ко второму типу относятся тяжелые металлы, сульфиды, окисные рудные минералы и самородные металлы, состоящие преимущественно из элементов со структурой типа d. В этих элементах и минералах существенное слияние на физические параметры оказывает атомная масса. Модуль Юнга и модуль сдвига, скорость упругих волн уменьшается с ростом плотности. В минералах второго типа наблюдается некоторое уменьшение плотности упаковки атомов в веществе и значительное увеличение их средней атомной массы (от 20 до 200 а.е.м).
Таким
образом, наиболее информативными
характеристиками для определения
упругих свойств элементов являются
плотность упаковки и атомная масса. В
общем виде зависимость скорости упругих
волн может быть представлена выражением:
(3.17).