8.4 Петроакустичні методи

Результати досліджень пружних властивостей гірських порід широко використовуються при інтерпретації даних сейсморозвідки та акустичного каротажу, при вирішенні задач структурної геології, при побудові речовинно-фізичних моделей геологічних об’єктів та процесів, а також при інженерно-геологічних вишуковуваннях.

Здатність порід деформуватися, передавати з певною швидкістю і на певні відстані пружні коливання, а також поглинати і розсіювати енергію пружності характеризується низкою петрофізичних величин, певним чином пов’язаних з іншими їх характеристиками, а також температурою і тиском. Згідно теорії пружності для опису напруженого стану анізотропних однорідних середовищ (при напругах які менші за межі пружності) необхідна інформація щодо 36 пружних модулів, 21 з яких є незалежними. Величини модулів пружності залежать від типу зв’язку, іонних радіусів, валентності та координаційних чисел катіонів. Дослідження речовини з такою детальністю проводяться, наприклад, при вивченні властивостей кристалів. В більшості ж випадків середовище в першому наближенні вважають однорідним та ізотропним і обмежуються визначенням однієї з пар простих модулів: модуля Юнга (E), коефіцієнта Пуассона (), коефіцієнтів Ляме  (G - модуль зсуву) і , модуля всебічного стиску (K, чи оберненої величини – коефіцієнта стискуваності =K^‑1). Слід пам’ятати що пружні модулі залежать від тиску і їх можна розглядати як константи лише для певного напруженого стану. Важливими для петрофізичних досліджень параметрами є також швидкості поширення пружних хвиль, які виникають в результаті деформування середовища: поздовжні хвилі є наслідком деформацій розтяг-стиск, поперечні - деформацій зсуву. В вільних газах і рідинах виникають поздовжні хвилі, а поперечні відсутні.

В ідеально-пружних ізотропних середовищах співвідношення між пружними модулями та швидкостями пружних хвиль характеризується наступними формулами:

Таблиця 8.11 – Основні пружні параметри гірських порід

Параметр, індекс	Визначення	Одиниця виміру
Швидкість поздовжніх хвиль, Vp	Швидкість пружних хвиль, які виникають внаслідок деформації розтяг-стиск в твердих тілах, рідинах та газах	м/с (км/с)
Швидкість поперечних хвиль, Vs	Швидкість пружних хвиль, які виникають внаслідок деформації зсуву в твердих тілах	м/с (км/с)
Модуль Юнга (модуль поздовжньої пружності), Е	Відношення нормального напруження до відносного видовження, викликаного цим напруженням в напрямку його дії, характеризує спроможність тіл протидіяти деформації розтягу або стиску	Па
Коефіцієнт Пуассона (коефіцієнт поперечного стиснення), 	Відношення відносної поперечної деформації тіла до відносної поздовжньої деформації, характеризує пропорційність між поперечним стиском та поздовжнім видовженням тіла при одновісному розтягу	—
Модуль зсуву (коефіцієнт Ляме ), G	Відношення дотичного напруження до величини кута зсуву, характеризує здатність тіл протидіяти зміні форми при постійному об’ємі.	Па
Модуль всебічного стиску, K	Відносне зменшення об’єму кубу при його всебічному стиску	Па