Способ определения направлений действия главных напряжений в массиве горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

00

1с

со

Изобретение относится к методам акустического контроля напряженного состояния твердых материалов и может быть ис- нользовано в горном деле и сейсмологии для диагностики и определения направлений действия горизонтальных тектонических напряжений в массивах горных пород, обладающих естественной анизотропией упругих свойств.

Целью изобретения является повышение надежности и точности результатов, юлу- чаемых в массивах с естественной анизотропией.

Способ зак. иочается в том, что в массивах rop. iiiix по)од с естественной анизотропией ог.,).1е. 1яют положение элементов ее CHM.vieTpiiH, возбуждают упругие волпы, из- Mc.viK)T скорости распространения волн в на- 11- ; л(ния.. отклоненных от элемента сим- ii I, ИИ 1U оди11 и тот же угол, для каждой па|)ы таких направлений вычисляют разность cKopocToi i и но наибольшей ее величине выделяют направления, соответствую- И1ие осям действия главных папряжений.

В качестве элементов симметрии естественной анизотронии массива может выступать: плоскость симметрии (плоскость напластования слоев, нлоскость систе.мы тре- nj,HH, |лоскость преимущественного разворота минеральных зерен и т.д.) и ось си.м- метрии (1ернендикуляр к плоскости слоев, системе трешин, плоскости преимущественного разворота минеральных зерен и т.д.).

В способе используется эффект искажения симметрии естественной анизотропии массива под влиянием напряжений. Рассмотрим этот эффект на примере одного из типов анизотропии, обусловленной тонко- слоистостью массивов. Если в таком массиве отсутствуют напряжения, то симметрия его анизотропии, как известно не может быть ниже гексагональной. Это означает, что если взяты два направления, равноотклонен- пые на один и тот же угол от элементов симметрии (в данном случае это плоскость напластования и перпендикуляр к ней), то скорости упругих волн в этих наиравле П1ях будут равны. Если тонкослоистый массив попадает в негидростатическое напряженное состояние () и глазные напряжения действуют под углом к слоистости, то отмеченное выше равенство скоростей исчезнет. Из двух равноотклопенных направлений одпо, которое б.тиже к оси действия наибольшего ршпряжения, будет иметь большую, другое . меныпую скорость. Разница в скоростях с учетом того, что в ненапряженном состоянии 1ассива скорости в этих 11аправ. 1еппях рав/чьи будет характеризовать именно 11анряже -:11ое состояние массива, а не его естественную анизотрО1П1).

0

Таким образом, измеряя сксфости вдоль нескольких пар рар.чоотклоненных (от элементов симметрии) ьанравлений, можно выделить то направлепие, скорость в котором отличается от скорости в парном направлении на наибольшую величину и, соответственно, находится ближе всего к оси действия наибольшего главного напряжения.

Пример. Определение направлений действия главных напряже нй осуществляют на

О участке .массива, обладаюп1.е.м естественной анизотропией упругих CBoiicTB за счет тонкой слоистости пород в его пределах. Направление простирания слоев, выявленное в результате анализа геологического строе5 ПИЯ участка, иринимают за нулевой азимут. Измерение скоростей распространения у |ругих волн производят в сейс.мическо.м диапазоне частот с исгюльзованием стандартной среднечастотной сейсмической станции СМП-24 и приемников СВ-1-30. Приемники располагают попарно таким об- разо.м, чтобы азимут р;)1Ч ростра11ения волн на каждый из прие.мнико , отличался от ази- .мута линии иростирания с.:оев на один и тот же угол. Например, азимут первого при5 емника А, -80°, ази.мут шестнадцатого A,g +80°; А,, .Aj- А„ 60 А -50% ,

А5 40°, А,., , AS -30°, А,, 30

А, ---20°, А, - 10°, АЗ 10. Затем возбуждают и нрипнмают сейсмические волны; определяют времена распространения и скорости волн вдоль указанных направлений. ,Цля каждой пары приемников (азимутов) вычисляют разницу скоростей ДУ и выявляют тот прие.мник (азимчт), скос рость для которого нревьпнает скорость на соответствуюн.е. парном приемнике на наибольшую величину по сравнению с Д V других пар. Этот азимут принимают за направлепие .действия одного из главных папряже- пий.

0

Д;1я уточнения ориентировки оеей главных плч:1:;;:- емиГ1 15 массиве- ана.погичным образом ,- - тяют онре.теление на.пран,е- ния действия гнорого г. швного нанряжения.

5 Д- ЭТОГО прие.миики располагают по азимутам, равноотклонепны.м от Нерпендику- ляра к линии п Остирания пород. Проводят измерепия скоростей и выявляют приемник, скорость для которого меньнге скорости на нарно.м прие.мнике н Л V этой нары имеет

0 наибольшую абсо.- ютную величину. Аз;; мут этого нриемника припимают за азим де| 1ствия второго главного нанряжения. Затем его уточняют с учетом результатов не первому этап- :)1ре.1елений. а также требос ванием об .: -: .ii HocTii I . iaBHbix напря- Ж1 : 1:1:.

0