Скорости в магматических и метаморфических породах

Упругие свойства магматических пород определяются: а) кристаллической структурой минералов, б) химическим составом горных пород — их средней атомной массой, в) структурой порового пространства и фазовым составом флюидов. Здесь факторы указаны в порядке убывания их значимости.

Наиболее важен фактор кристаллической структуры, определенный минеральным составом породы. Каждая из магматических пород образуется в довольно узком диапазоне условий: давления, температуры, концентрации элементов или их соединений в магме; эти условия определяют и преобладающие типы кристаллических структур тех или других соединений.

В полиминеральных агрегатах, какими являются магматические породы, скорости распространения упругих волн, в общем, оказываются осредненными из значений скоростей волн в отдельных минералах. Но это — осреднение по большим ансамблям зерен, оно не такое как, например, для плотности. В случае скоростей суммируется время пробега волны а это соответствует прямому осреднению скоростей лишь приближенно и только в больших ансамблях минеральных зерен

Главная закономерности в распределении скоростей сейсмических волн: отрицательной корреляции с содержанием $i02, увеличении их значений от кислых пород к ультрабазитам.

Несмотря на малую пористость магматических пород, изменения скоростей продольных и поперечных волн на малых глубинах зависят от давления гораздо больше, чем в глубоких частях коры;

Зависимость скоростей сейсмических волн в интрузивных породах от давления

Закрытие пор (микротрещин) в породах происходит при давлении 0,1—0,15 ГПа, на глубине 3—5 км, ниже которой уменьшение скоростей упругих волн с давлением практически не зависит от состава магматических пород.

Зависимость скоростей сейсмических волн в магматических породах от температуры в условиях земной коры (от О до 500 0С) практически линейна:

Величина коэффициентов, мало зависит от состава пород, а это значит, что различие в скоростях сохраняется при любых температурных условиях земной коры.

Больших различий в скоростях упругих волн между интрузивными и палеотипными эффузивными породами не отмечено; последние обнаруживают такую же зависимость от минералогического состава и давления, как и интрузивные породы.

Скорости сейсмических волн в метаморфических породах также определяются минералогическим составом, термодинамическими условиями, пористостью и фазовым составом флюидов. Влияние первых двух факторов практически такое же, как и на скорости в магматических породах. Рассмотрим эффект пористости и фазового состава заполнителя порового пространства. Роль пористости довольно велика даже при небольших ее вариациях, а водонасыщенные породы обнаруживают более устойчивые закономерности распределения скоростей упругих волн, в том числе их корреляцию с плотностью, чем газонасыщенные. Установлено, что пористость, даже связная (когда поры соединены между собой), меньше влияет на скорости продольных волн, чем трещиноватость, особенно в газонасыщенных породах. Вместе с тем, для кристаллических пород с невысокими значениями коэффициента пористости (до 3—5 %) справедливы оценки, основанные на принципе среднего времени пробега волны.

Тот факт, что главным определяющим фактором для скоростей распространения сейсмических волн в магматических и метаморфических породах является минеральный состав и, в первую очередь, кристаллическая структура, плотность упаковки атомов в решетке, объясняет наличие тесной корреляционной связи скоростей упругих волн с плотностью, распределение которой управляется тем же главным фактором. Зависимость между скоростью продольных волн и плотностью магматических и метаморфических пород в разных по составу группах практически одинакова.

Скорости сейсмических волн в осадочных породах Пористость и фазовый состав флюидов в осадочных породах являются главными факторами, определяющими закономерности распределения упругих свойств пород в их естественном залегании. Они важны прежде всего для терригенных пород, но и карбонатные, пусть в меньшей степени, подвержены их влиянию. Кроме общей пористости, важна геометрия порового пространства: поры сферической формы (каверны) меньше влияют на скорости упругих волн, чем трещины, упорядоченные системы которых приводят к резкому уменьшению скоростей волн, их зависимости от направления фронта волны относительно трещин (анизотропия). Через фактор пористости проявляется зависимость упругих свойств осадочных пород от условий образования, глубины залегания и положения в тектонической структуре.

Терригенные породы, сложенные из плохо окатанных и различных по размерам частиц; скорости упругих волн в них в среднем выше, чем в однородных мелкозернистых отложениях.

Карбонатные породы хемогенных типов, более однородные и менее пористые, чем органогенные, характеризуются скоростями сейсмических волн на 10—15 % выше, чем органогенные. Зависимости скоростей сейсмических волн в осадочных породах от глубины залегания обнаруживают такую закономерность: чем больше пористость и меньше скорости при нормальных давлениях, тем выше степень увеличения скорости с давлением и глубиной залегания осадочных пород. Исключение составляют каменный уголь и соль. На глубинах более З км, при давлении более 0,1 ГНа увеличение скоростей сейсмических волн по причине сокращения пористости становится сравнимым с эффектом сжатия кристаллических решеток матрицы осадочных пород.

Влияние на скорости фазового состояния флюидов в поровом пространстве довольно велико. В газонасыщенных породах при атмосферном давлении скорости на 30—50 % меньше, чем в водонасыщенных породах.

Для осадочных толщ характерно слоистое строение, наличие поверхностей раздела литологических разностей. Эти поверхности, если они разделяют слои, различающиеся по упругим свойствам — скоростям сейсмических волн, характеристикам поглощения или анизотропии, являются сейсмическими границами, объектами сейсморазведки.

Билет№5