Эдуард Иннокентьевич Машинский – д.г.-м.н.
SCOPUS ID: 8886240600
г. Новосибирск
Eduard I. Mashinskii – Dr. Sci. (Geol. and Min.)
SCOPUS ID: 8886240600
Novosibirsk
This research belongs to the field of rock physics. In recent years, in solid state physics and materials science, new knowledge has emerged about microplastic strain of various materials, including rocks. These data were obtained using high-precision micro- and nanoscale strain measurements. The very fact of the existence of the poorly studied rock property in the earth sciences requires the study of the possible influence of the rock microplasticity on the propagation of seismic and acoustic waves. The studies were carried out using three alternative methods and under different observation conditions. The field measurements were carried out in the zone of low velocities in crosshole space with transmitted waves of frequency of 240–850 Hz. The laboratory measurements were carried out on sandstone samples with transmitted (6.8 kHz) and reflected (1 MHz) waves at the strain of 10−8–10−6. The manifestations of microplasticity were recorded using high-resolution recording of signals with discretization time tdiscret = 1 μs – 40 μs and 32.5 ns. The wave amplitude variation was provided in a closed cycle: discrete increasing the amplitude from minimum to maximum and return to the initial value (A1+ → A2+ → … Amax … → А2– → A1–). In this amplitude range, an amplitude hysteresis was observed, a sign of which was the inequality of wave velocities on the upward and downward amplitude courses. This effect was recorded for all three measurement methods at different frequencies. However, the amplitude hysteresis of the wave velocity was not observed only in the measurements at full water saturation of loam. The largest amplitude-dependent change in the wave velocity reached 2% (at the accuracy of 0.02%), and the change in the attenuation value amounted to 5%. The reason for this effect could be microplastic inelasticity, which manifested itself by amplitude plateaus located within the waveform. The amplitude microhysteresis forms overall picture of the amplitude dependence of the wave velocity in wide amplitude range. Proposals for the potential use of the obtained data for solving some applied problems have been presented.
Это исследование относится к области физики горных пород (Rock Physics). За последние годы в физике твердого тела и материаловедении появились новые знания о микропластической деформации различных материалов, в том числе горных пород. Эти данные получены с помощью высокоточных измерений деформации на микро- и наноуровне. Сам факт существования мало изученного в науках о Земле свойства горных пород требует изучения возможного влияния микропластичности пород на распространение сейсмических и акустических волн. Исследования проведены по трем альтернативным методикам и при различных условиях наблюдения. Полевые измерения проведены в зоне малых скоростей в межскважинном пространстве на проходящих волнах частотой (240–850) Гц. Лабораторные измерения выполнены на образцах песчаника на проходящих (6,8 кГц) и отраженных волнах (1 МГц) при деформации (10−8–10−6). Проявления микропластичности зарегистрированы с использованием высокоразрешающей записи сигналов с временем квантования tквант = 1 мкс – 40 мкс и 32,5 нс. Вариация амплитуды волны осуществлялась по замкнутому циклу: дискретное увеличение амплитуды от минимума до максимума и возврат к исходной величине (А1+ → А2+ → … Амакс … → А2– → А1–). В этом амплитудном диапазоне имеет место амплитудный гистерезис, признаком которого является неравенство скоростей волн на восходящем и нисходящем амплитудном курсе. Этот эффект зарегистрирован для всех трех методов измерения на разных частотах. Однако амплитудный гистерезис скорости волны отсутствует только в случае измерений при полном водонасыщении суглинков. Наибольшее амплитудно-зависимое изменение скорости волны достигает 2 % (с точностью 0,02 %), а изменение величины затухания составляет 5 %. Причиной такого эффекта может быть микропластическая неупругость, признаками которой являются амплитудные плато, располагающиеся внутри формы волны. Амплитудный микрогистерезис формирует общую картину амплитудной зависимости скорости волны в широком амплитудном диапазоне. Представлены предложения возможного применения полученных данных для решения некоторых прикладных задач.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.