Способ определения палеонапряженийв массиве горных пород

 

О П И С А Н И Е (11)828!56

ИЗОЬГКтЕНИЯ

Союз Caserne

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.06.79 (21) 2803731/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М, Кл.

G 01V 9/00

ГоаударатвеннМИ кемитат

СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (53) УДК 550.83 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.05.81

I т

2 а

Т. А. Исмаил-заде, Ш. А. Балакишиев и А. Б. Га а вв

Научный центр «Геофизика» АН Азербайджанской ССР--(72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАЛЕОНАПРЯЖЕНИИ

В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

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 напряжений, действовавших на горные породы в геологическом прошлом, так и пространственного их распределения.

Известен способ определения напряжений, существовавших в геологическом прошлом в массиве горных пород, по которому производят отбор образцов, измеряют изменение объема его порового 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 соответствующую структуру с определенным объемом порового 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 напряже1р ний.

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

15 поршень †наковаль и по линейной деформации образцов рассчитывают относительную объемную деформацию. По данной методике можно охватить исследованиями значительно больше типов пород, чем в описанной 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 результатов со структурным положением горного массива, из которого был произведен отбор.

Целью изобретения является повышение точности и расширение возможностей спозо соба.

828156

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, отоирают 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 на 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 напряжения, действовавшего на породу в геологическом прошлом.

На чертеже приведен график изменения относительной объемной деформации образца горной породы нри его нагружении, на котором по оси ординат отложено изменение относительной объемной деформации

1 Ь образца горной породы —,.а по оси абс1 о 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

М имеет линейный характер зависимости

1 о 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 принимается за величину палеонапряжения для данчого образца в данном направлении.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

В заданном массиве горных пород отбирают ориентированные образцы и определяют температуру в точках отбора, напри5

65 мер, 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.

Нагружая 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 м аксим альному 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, возможно 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 палеонапряжения 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 напряжение, 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 температуру в точке отбора, производят нагружение каждого ооразца в направлении его ориентировки и одновременно нагревают до температуры, соответствующей тем пер атуре в точке отбора образца, определяют относительную объемную деформацию образца от

828156 дЧ

v„

Составитель Э. Волконский

Техред И. Заболотнова

Корректор Л. Орлова

Редактор О. Филиппова

Заказ 742/18 Изд. № 317 Тираж 749 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 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.

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