Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

при высоком всестороннем давлении больше, чем при атмосферном давлении.

Модуль объемного сжатия в этом отношении ведет себя по-разному. Из табл. 24 видно, что для диабаза динамический модуль сжатия Яд при всех внешних давлениях больше, чем статический модуль сжатия Кс, для базальта и гранита при высоких всесторонних давлениях статический модуль сжатия больше динамического. Подобное явление, как нам представляется, объясняется неоднозначностью оценки степени уплотнения и упрочнения пористых пород при статических и динамических методах исследования.

Согласно данным, представленным в табл. 23 и 24, напрашивается вывод, что при статическом методе определения модулей сдвига и объемного сжатия происходит дополнительное уплотнение пористых пород, обусловленное особенностями статических методов исследования. М. П. Воларович и Фан Вэй-Цин [39] определяли модуль Юнга Ее методом изгиба, а модуль сдвига Gc - методом кручения. Поведение пористого тела при этих методах столь различно, что ири определении статического коэффициента Пуассона v, по выражению EJGc-1 получается отрицательная величина (v <<0). физически это означает невероятный процесс, согласно которому цилиндр, растягиваемый вдоль оси, должен одновременно расширяться во всех направлениях. Невероятность отрицательного значения статического коэффициента Пуассона в действительности вызвано тем, что модуль Юнга в табл. 22 несколько занижен, а модуль сдвига Gc - существенно завышен, на что обращают внимание сами авторы [39]. Поэтому в приведенных данных о статическом модуле Юнга Ее и модуле сдвига Gc имеется известная условность, связанная с методикой исследования. Не исключена возможность, что при каком-то ином методе определения статических модулей горных пород эта условность исчезнет.

Статический коэффициент Пуассона может быть определен также из выражений

<=-w- (б)

в ряде случаев и по выражениям (а) и (б) при всестороннем атмосферном давлении получается отрицательная величина Vc. Только при всестороннем давлении, начиная с 200 кгс/см, \с приобретает положительную величину (табл. 25). Из табл. 25 следует, что при всестороннем давлении, как и при одностороннем, коэффициент Пуассона с повышением давления увеличивается. Что же касается статической его величины, подсчитанной по формулам (а) и (б), то для диабаза в обоих случаях она оказалась меньше динамической, для базальта и гранита но формуле (а) - меньше, а по формуле (б) - больше динамической; для известняка почти во всех случаях по обеим формулам статический коэффициент Пуассона получается больше динамического.

Таблица 25

Статический и динамический коэффициенты Пуассона горных пород при всестороннем сжатии [39]

Учитывая это обстоятельство, по данным табл. 25 нельзя сделать какого-либо вывода о соотношениях статического и динамического коэффициента Пуассона. Для большинства горных пород величина V близка к 0,25, которая заметно возрастает только при суш;е-ственном увеличении глубины залегания пород. По имеюш;имся данным [53], ниже границы (слоя) Мохоровичича v равно приблизительно 0,27; на глубине 200-300 км оно достигает почти 0,29, а на глубине около 2400 км приблизительно 0,3. Имеются предположения, что на внешней границе ядра земли v близко к 0,5 и что при переходе к внутренним слоям оно уменьшается до 0,4 или даже еш;е до меньшей величины.

Из всех рассмотренных здесь констант упругости наиболее чувствителен к внешним нагрузкам, как уже было показано выше, модуль объемной упругости, особенно при увеличении внешнего давления до 1000-1500 кгс/см, что соответствует увеличению давления в верхних слоях земной коры мош;ностью до 5 км и связано главным образом с уменьшением объема пустот в горных породах. Хотя величина модуля объемного сжатия пород одного и того же типа может сильно колебаться, типичными значениями его вблизи земной поверхности считают для базальта 4 -10, для габбро 8 -10* и для дунита 12 -10 кгс/см. На основании расчетных данных пред-

полагается [53], что в мантии К увеличивается с 15 -10* до 60 • 10 кгс/см, а во внешнем ядре с 60 -Ю до 120 -Ю кгс/см.

В меньшей степени с глубиной изменяются модуль сдвига и модуль Юнга; предполагается, что в мантии до внешней границы ядра на глубине 3000 км модуль сдвига G увеличивается с 6 -10 до -30 -10 кгс/см, а модуль Юнга Е соответственно с 2,5 G до 3,0 G.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ УПРУГИХ ВОЛН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Раснространение упругих волн в горных породах представляет интерес не только для оценки констант упругости, но и как самостоятельная характеристика, дающая возможность судить о плотности и пористости пород. Исследовались распространения как продольных, так и поперечных упругих волн. Продольные волны, как известно, обусловлены колебаниями частиц тела вдоль их распространения, а поперечные - колебаниями частиц тела поперек их распространения. Первые из них распространяются в твердых телах, жидкостях и газах, вторые - только в твердых телах. Поэтому скорости распространения их различны. В табл. 26 приведены скорости раснространения продольных {Vp) и поперечных (fj волн в горных породах при разных внешних давлениях и температуре 20° С по данным М. П. Воларовича и Е. И. Баюк [37].

Из табл. 26 видно, что для большинства осадочных пород скорость распространения упругих волн меньше, чем для изверженных. При этом с увеличением внешнего давления она увеличивается и тем больше, чем больше пористость и меньше плотность горных пород. Поэтому при увеличении внешнего всестороннего давления увеличение скорости распространения упругих волн в осадочных породах больше, чем в изверженных. Особенно это заметно для продольных волн, скорость распространения которых с увеличением плотности пород в мантии достигает 8 км/с, а в ядре- 11,2 км/с. Однако эта особенность продольных волн больше относится к малопористым, чем к пористым породам. Из табл. 26 видно, что для изверженных пород отношение Vpl с увеличением внешнего давления увеличивается, а для пористых уменьшается или остается неизменным, хотя абсолютная величина возрастания скорости распространения продольных волн больше, чем поперечных.

Это объясняется тем, что при уменьшении емкости пустот, которые не участвуют в дижении поперечных волн, происходит увеличение контактов частиц твердой фазы и в соответствии с этим более значительное относительное увеличение скорости поперечных волн при высоких давлениях но сравнению с атмосферным. Для продольных волн это увеличение происходит преимущественно за счет различия скоростей в твердой и в жидкой или газообразной фазах, заполняющих норы. С повышением температуры горных пород, а следовательно, и с уменьшением их плотности скорость распространения упругих волн уменьшается. Поэтому в естественных условиях не исключена возможность, что ири соответствующих изменениях температуры и давления она может оказаться неизменной.