Способ определения палеонапряженийВ МАССиВЕ гОРНыХ пОРОд Советский патент 1981 года по МПК G01V9/00 

1

Изобретение относится к области прикладной геофизики, преимущественно связанной с изучением физических свойств горных пород при жестких термодинамических условиях, и может быть использовано при проведении палеотектонических исследований и прогнозировании землетрясений.

Данный способ позволяет решить задачу как количественной оценки напрял ений, действовавших на горные породы в геологическом прошлом, так и пространственного их распределения.

Известен способ определения напряжений, суш,ествовавших в геологическом прошлом в массиве горных пород, по которому производят отбор образцов, измеряют изменение объема его норового пространства с увеличением давления и по характеру этого изменения определяют максимальное напряжение, действовавшее на данную породу в геологическом прошлом. Способ основан на том, что горные породы в процессе своего развития испытывают различные деформации, в результате которых уплотняются, приобретая соответствуюш,ую структуру с определенным объемом норового пространства 1.

Однако способ имеет довольно ограниченный диапазон применения, обусловленный тем, что не все породы обладают эффективной пористостью, а большинство магматических пород вовсе не имеет заметной пористости. Следовательно, по данной методике невозможно изучение такого типа пород. Кроме того, недостатками этого метода являются неточность получаемых результатов, связанная с отсутствием учета влияния температуры, и невозможность определения данным методом поля напряжеНИИ.

Известен также способ исследования деформаций горных пород, по которому отобранные образцы пород нагрул ают в камере установки высокого давления типа

поршень-наковальня и по линейной деформации образцов рассчитывают относительную объемную деформацию. По данной методике можно охватить исследованиями значительно больше типов пород, чем в опнсанной выше 2.

Однако в этой методике также отсутствует учет температурного влияния, кроме того, не предусматривается отбор ориентированных образцов горных пород с целью

конкретной увязки полученных рез льтатов со структурным положением горного массива, из которого был произведен отбор.

Целью изобретения является повышение точности и расширение возможностей способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения палеонапряжений в массиве горных пород, по которому производят отбор образцов пород и измеряют изменение их физических свойств, отбирают в каждой точке исследований различно ориентированные образцы, определяют температуру в точке отбора образца, производят нагружение образца в направлении его ориентировки и одновременно нагревают до температуры, соответствующей температуре в точке отбора образца, определяют относительную объемную деформацию образца от приложенной нагрузки и по точке перехода от области упругой к области упругопластической деформации определяют максимальную величину и направление напряжения, действовавшего на породу, а следовательно, и па весь массив в геологическом прошлом.

Отбор ориентированных образцов породы позволяет определить величину напряжения, действовавшего на породу в данном направлении. Измерение температуры в точке отбора образца и нагружение его с одновременным нагревом до температуры в точке отбора позволяет учесть влияние температуры на величину относительной объемной деформации образца, а следовательно, и на величину напряжепия, действовавшего на породу в геологическом прошлом.

На чертеже приведен график изменения относительной объемной деформации образца горной породы при его пагружении, па котором по оси ординат отложено изменение относительной объемной деформации

VA образца горной породы - , .а по оси

цисс - величина усилия Р, приложенного к образцу.

График состоит из четырех участков 1-4, соответствующих четырем этапам нагружения образца. Участок 1 графика соответствует этапу залечивания микротрещин, имевшихся и образовавшихся в породе в результате релаксации. Участок 2 графика имеет линейный характер зависимости -

от приложенной нагрузки и соответствует второму этапу нагружения образца - упругой деформации. Участок 3 графика имеет нелинейный характер и соответствует третьему этапу - временно-упругой деформации. Участок 4 графика соответствует четвертому этапу нагружения образца - необратимой деформации.

Напряжение, соответствующее точке перехода от 2 участка графика к 3 прииимается за величину палеонапряжения для даичого образца в данном направлении.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

В заданном массиве горных пород отбирают ориентированные образцы и определяют температуру в точках отбора, например, при помощи глубинного термометра, если отбор образцов производится из глубокой скважины. Каждый отобранный образец помещают в установку высокого давления и нагружают в направлении ориентировки образца с одновременным нагревом до температуры в точке отбора образца. Нагрул ая образец, регистрируют изменение относительной объемной деформации образца от приложенной нагрузки. Указанное изменение иллюстрируется графиком. На графике выделяют участок упругой деформации (участок 2) и участок упруго-пластической деформации (участок 3). Точка перехода от участка 2 к участку 2 графика соответствует максимальному напряжению, действовавшему на породу в данном направлении в геологическом прошлом. Сопоставление между собой результатов

исследований различных, одинаково ориентированных образцов массива, позволяет исключить возможные ошибки и установить истинное значение напряжения, действовавшего в данном направлении. Кроме того, при отборе из массива горных пород образцов в различно ориентированных направлениях, например, для массивов, слагающих вытянутые структурные формы - вдоль и поперек простирания структуры,

возмол но изучение поля напряжений, вызывающих образование структур подобных форм.

Предложенный способ обеспечивает решение практических задач, связанных, в

частности, с возможностью прогноза землетрясений, основанной на том, что палеона.пряжения являются следствием предыдущего цикла землетрясения. Поэтому, сравнивая палеонапряжения с действующими в

данный период времени напряжениями в массиве горных пород, можно судить о времени наступления последующего цикла землетрясений.

При дальнейшем развитии техники определения палеотемператур предложенный способ позволит определять истинное наАКпряжение, соответствующее палеотемпературе.

Формула изобретения

Способ определения палеонапряжений в массиве горных пород, по которому производят отбор образцов пород и измеряют изменение их физических свойств под действием давления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения возможностей способа, отбирают в каждой точке исследования различно ориентированные образцы, определяют темнературу в точке отбора, производят нагружение каждого образца в направлении его ориентировки и одновременно нагревают до температуры, соответствующей температуре в точке отбора образца, определяют относительную объемную деформацию образца от

приложенной нагрузки и по точке перехода от области упругой к области упруго-пластической деформации определяют максимальную величину и направление напряжения, действовавшего на породу, а следовательно, и на весь массив в геологическом прошлом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авчан Г. М. О вероятности оценки величины давления, воздействовавшего на горную породу. ДАН СССР, т. 170, № 2, 1966, с. 399-401.

2.Воларович М. П. и др. Физико-механические свойства горных пород и минералов при высоких давлениях и температурах, М., «Наука, 1974, с. 148 (прототип).

ДУ

47