Скоростные свойства горных пород
Основными упругими
параметрами горных пород принято считать
скорости продольных (VP)
и поперечных (VS)
волн.
и их поглощения (
),
которые определяются упругими модулями
(
)
и плотностью (
)
(см.
Скорости распространения упругих волн являются диагностическим признаком горной породы. Методы их определения делятся на лабораторные (измерения на образцах), скважинные (сейсмические и акустические наблюдения в скважинах), полевые (расчет скорости в результате интерпретации данных сейсморазведки).
Скорости распространения волн определяются составом, строением и состоянием горных пород, которые, в свою очередь, зависят от гранулометрического и минерального состава твердых частиц, глубины залегания, возраста пород, степени метаморфизма, плотности, пористости, трещиноватости, водонасыщенности.
Наименьшими скоростями обладают рыхлые сухие пески (0,5 - 1 км/с), вода (~1,5 км/с), глины (1,3 - 3 км/с), уголь (1,8 - 3,5 км/с). Большие скорости (3 - 6 км/с) у скальных осадочных пород (известняки, мрамор, доломит, соль и др.). Самые большие (4 - 7 км/с) - у изверженных и метаморфических пород.
Все остальные факторы, которые делают породу более массивной, сцементированной, консолидированной - например, водонасыщенность, замерзание, степень метаморфизма - делают скорости больше. С увеличением раздробленности, трещиноватости, рыхлости, пористости ( при заполнении пор воздухом или газом) скорости уменьшается.
Для сильно рассланцованных пород характерно различие скоростей в разных направлениях (анизотропия): у них скорость на 10 - 20 % больше вдоль, чем вкрест напластования. Чем больше абсолютный возраст пород и глубина залегания, тем больше скорость. Для осадочных пород известна следующая эмпирическая формула зависимости скорости от этих факторов
где T- возраст пород, h – глубина залегания, к - коэффициент пропорциональности.
|
Наименование породы или среды |
Скорость VP (км/сек) | |
|
от |
до | |
|
Воздух |
0.3 |
0.36 |
|
Почвенный слой |
0.2 |
0.8 |
|
Гравий, щебень, песок |
0.1 |
1.0 |
|
Вода |
1.4 |
1.6 |
|
Глина |
1.2 |
2.5 |
|
Песчаник |
1.5 (рыхлые) ((рыхлый) |
4.0 ( очень плотные) |
|
Сланцы |
2.0 |
5.0 (метаморфич) |
|
Известняки, доломиты |
3.0 |
6.0 |
|
Лед |
3.0 |
4.0 |
|
Базальт |
5.0 |
7.0 |
|
Гранит |
4.5 |
6.5 |