gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2017-2-28-40gscience-68Research ArticleMINING ROCK PROPERTIES. ROCK MECHANICS AND GEOPHYSICSСВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. ГЕОМЕХАНИКА И ГЕОФИЗИКАSOME PETROPHYSICAL PROPERTIES OF THE MAIN ROCKS FROM THE ARCHAEAN SECTION OF THE KOLA SUPERDEEP BOREHOLE SG-3Некоторые петрофизические свойства основных пород архейской части разреза Кольской сверхглубокой скважины СГ-3ГорбацевичФ. Ф.GorbatsevichF. F.

14 Fersman St., Apatity 184209, Murmansk region, Russia

gorich@geoksc.apatity.ruТришинаО. М.TrishinaO. M.

14 Fersman St., Apatity 184209, Murmansk region, Russia

trishina@geoksc.apatity.ruКовалевскийМ. В.KovalevskiyM. V.

14 Fersman St., Apatity 184209, Murmansk region, Russia

koval@geoksc.apatity.ruГеологический институт, Кольский Научный Центр Российской Академии НаукРоссияGeological Institute, Geological Institute of the Kola Science Center Russian Academy of SciencesRussian Federation201713112017022842Copyright © Gorbatsevich F.F., Trishina O.M., Kovalevskiy M.V., 20172017Горбацевич Ф.Ф., Тришина О.М., Ковалевский М.В.Gorbatsevich F.F., Trishina O.M., Kovalevskiy M.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/68

The values of density and velocity in the samples of the main rocks from the Archaean section of the Kola superdeep borehole (SG-3)  drilled in the northern frame of the Pechenga palaeorift structure  were studied. The predominant part of rocks of the SG-3 Archaean  section is represented by gneisses, schists and amphibolites. Their  main rock forming minerals are plagioclase, hornblende, mica and  quartz. The structure of the rocks is mainly medium-grained, the  texture is nematogranoblastic and lepidogranoblastic. The elastic  anisotropy and orientation of the rock texture were estimated by the acoustopolariscopy method, the density and velocity of compression and shear waves were determined in the laboratory and the  mentioned characteristics were calculated by the mineral  composition. The measured sample velocities are unusually low, which can be explained by the decompaction effect of deep rocks.  The values of the velocity characteristics that are close to those for  the conditions of the rock deep occurrence are obtained by  calculation with regard to their specific mineral composition. The  average values of the velocity of compression and shear waves for gneisses calculated by the mineral composition are 6.38 ± 0.16  km/s and 3.52 ± 0.14 km/s, respectively. The average of the  compression wave velocity for schists is 6.40 ± 0.13 km/s, of the  shear wave velocity – 3.46 ± 0.09 km/s, and for amphibolites 6.84±0.13 km/s and 3.82±0.08 km/s, respectively. The ratios of the values of compression and shear moduli in different rocks exhibit the same trends as the average velocities. However, their values are  lower in schists, medium in gneisses and grater in amphibolites.

Целью публикации является представление результатов исследований величины плотности и скорости в образцах основных пород архейской части Кольской сверхглубокой скважины (СГ-3), пройденной в северном обрамлении Печенгской палеорифтогенной структуры. Преобладающая часть пород архейского разреза СГ-3 представлена гнейсами, сланцами, амфиболитами. Их главными породобразующими минералами являются плагиоклаз, роговая обманка, слюды, кварц. Текстура пород в основном среднезернистая, структура - нематогранобластовая, лепидогранобластовая. Выполнена оценка упругой анизотропии и направленности структуры пород методом акустополярископии, проведены определение плотности, скорости продольных и поперечных волн в лабораторных условиях и расчет перечисленных характеристик по минеральному составу. Измеренные на образцах скорости имеют необычно низкую величину, которая объясняется эффектом разуплотнения глубинных пород. Значения скоростных характеристик, близкие к условиям глубинного залегания породы, получены расчетом с учетом их конкретного минерального состава. Средние значения скоростей продольных и поперечных волн у гнейсов, рассчитанных по минеральному составу, составили 6,38±0,16 км/с, поперечной - 3,52±0,14 км/с. Для сланцев средняя продольной скорости равна 6,40±0,13 км/с, поперечной - 3,46±0,09 км/с. Средние значения скорости продольных и поперечных волн для амфиболитов равны: 6,84±0,13 км/с и 3,82±0,08 км/с соответственно. Соотношения величин модулей сжатия и сдвига у разных пород проявляют те же тенденции, что и средние скорости. Однако их величины меньше у сланцев, средние у гнейсов, большие у амфиболитов. Экспериментальные данные, полученные на образцах, извлеченных из глубины в несколько километров, непосредственно не могут быть использованы для оценки скоростных характеристик пород. Близкие значения продольных и поперечных скоростей в породах на глубине можно получить расчетным методом, используя данные по минеральному составу. Большой объем информации о свойствах пород можно получить, применяя акустополяризационный метод исследований.

Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3)глубинные породысвойстваплотностискорости продольных и поперечных волнKola superdeep borehole (SG-3)deep rockspropertiesdensitiescompression and shear wave velocitiesReferencesКольская сверхглубокая. Исследование глубинного строения континентальной коры с помощью бурения Кольской сверхглубокой скважины. М.: Недра. 1984. 490 с.Kol'skaya sverhglubokaya [Kola superdeep] Red. Ye.A. Kozlovsky. Мoskow, Nedra, 1984, 490 p.Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыт исследований. М.: МФ «Техно- нефтегаз», 1998. 260 с.Kol'skaya sverhglubokaya. Nauchnye resul'taty i opyt issledovaniya [Kola Superdeep. Scientific results and research experience]. Мoskow, МF "Tehnoneftegaz”, 1998, 260 p.Горбацевич Ф.Ф., Медведев Р.В. Механизм разуплотнения кристаллических горных пород при их разгрузке от напряжений. В кн.: Рудные геофизические исследования на Кольском полуострове. Апатиты. Изд. Кольского филиала АН СССР. 1986. С. 83-89.Gorbatsevich F.F., Medvedev R.V. Mekhanizm razuplotneniya kristallitcheskih gornyh porod pri ih razgruzke ot napryazheniy [Decompaction mechanism of crystalline rocks under stress release]. разуплотнения кристаллических горных пород при их разгрузке от напряжений. V kn.; Rudnye geofisicheskie issledovaniya na Kol'skom poluostrove [Ore geophysical investigations on the Kola Peninsula] Apatity, Izd. Kol'skogo filiala AN SSSR, 1986, pp. 83-89.Горбацевич Ф.Ф. Акустополярископ для измерения упругости образцов твердых сред. А. с. СССР № 1281993. Бюлл. изобр. № 1, 1987.Gorbatsevich F.F. Akustopolariskop dlya izmereniya uprugosti obraztsov tverdyh sred [Acoustopolariscope for determining of solid media elasticity] Avt. svid. SSSR, no. 1281993, 1987.Горбацевич Ф.Ф. Акустополярископия горных пород. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1995. 203 с.Gorbatsevich F.F. Akustopolariskopiya gornyh porod [Acoustopolariscopy of rock samples]. Apatity, Izd. KNC RAN, 1995, 203 p.Ковалевский М.В. Автоматизированный программно-аппаратный комплекс Acoustpol: Учеб. пособие. Апатиты: Изд-во ООО «K & M», 2009. 54 с.Kovalevskiy M.V. Avtomatizirovannyi programmno-apparatnyi kompleks Acoustpol [The automated software and hardware complex Acoustpol]: Uchebnoe posobie: Apatity, Izd. "K&M", 2009. 54 p.Gorbatsevich F.F. Decompaction mechanism of deep crystalline rocks under stress relief. Tectonophysics. V. 370. Issues 1-4, 2003. P. 121-128.Gorbatsevich F.F. Decompaction mechanism of deep crystalline rocks under stress relief. Tectonophysics, 2003, vol. 370, no. 1-4,. pp. 121-128.Беликов Б.П., Александров К.С., Рыжова Т.В. Упругие свойства породообразующих минералов и горных пород. М.: Наука, 1970. 276 с.Belikov B.P., Aleksandrov K.S., Ryzhova T.V. Uprugie svoystva porodoobrazuyuschih mineralov i gornyh porod [Elastic properties of rockforming minerals and rocks]. Мoskow, Nauka, 1970, 276 p.Cristensen N.I., Mooney W.D. Seismic velocity structure and composition of the continental crust: a global view // J. Geophys. Res. 1995. V. 100 (B7). P. 9761-9788.Cristensen N.I., Mooney W.D. Seismic velocity structure and composition of the continental crust: a global view. J. Geophys. Res., 1995, vol. 100 (B7), pp. 9761-9788.Rudnick, R.L. and Fountain, D.M. Nature and composition of the continental crust: a lower crustal perspective. Rev. Geophysics. 1995. V. 33. Р. 267-309.Rudnick, R.L. and Fountain, D.M. Nature and composition of the continental crust: a lower crustal perspective. Rev. Geophysics, 1995, vol. 33, pp. 267-309.Головатая О.С., Горбацевич Ф.Ф., Керн Х., Попп Т. Свойства некоторых пород из разреза Кольской сверхглубокой скважины при изменении РТ-параметров // Физика Земли, 2006. № 11. С. 3-14.Golovataya O.S., Gorbatsevich F.F., Kern X., Popp T. Svoistva nekotoryh porod iz pazreza Kol'skoy sverhglubokoy skvaziny pri izmenenii PT-parametrov [Properties of some rocks from the section of the Kola ultradeep borehole as a function of the P-T parameters]. Fizika Zemli = Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 2006, no. 11, pp. 3-14.Kern, H., Mengel, K., Strauss, K.W., Ivankina, T.I., Nikitin, A.N. and Kukkonen, I.T. Elastic wave velocities, chemistry and modal mineralogy of crustal rocks sampled by the Outokumpu scientific drill hole: Evidence from lab measurements and modeling // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2009. V. 175, 151- 166.Kern, H., Mengel, K., Strauss, K.W., Ivankina, T.I., Nikitin, A.N. and Kukkonen, I.T. Elastic wave velocities, chemistry and modal mineralogy of crustal rocks sampled by the Outokumpu scientific drill hole: Evidence from lab measurements and modeling. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2009, vol. 175, pp. 151-166.Kretz R. Symbols for rock-forming minerals // Amer. Mineral. 1983. V. 68. P. 277-279.Kretz R. Symbols for rock-forming minerals. Amer. Mineral., 1983, vol. 68, pp. 277-279.Справочник (кадастр) физических свойств горных пород / Ред. М.М. Протодьяконов М.: Недра, 1975. 279 с.Spravochnik (kadastr) fizicheskih svoystv gornyh porod [Reference book (cadastre) of the rock physical properties]. Red. M.M. Protodiakonov. Мoskow, Nedra, 1975, 279 p.Строение литосферы российской части Баренц-региона / Под ред. Н.В. Шарова, Ф.П. Митрофанова, М.Л. Вербы, К. Гиллена. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2005. 318 с.Stroenie litosfery possiyskoy chasti Barentc regiona [The lithosphere structure of the Russian part of the Barents Region]. Red. N.V. Sharov, F.P.Mitrofanov, M.L. Verba, K. Gillen. Petrozavodsk. Karel'sky nauchnyi tcentr PAN, 2005. 318 p.Digranes P., Kristoffersen Y., Karajev N. An analysis of shear waves observed in VSP data from the superdeep well at Kola, Russia //Geophys. J. Int. 1996. V. 126. P. 545-554.Digranes P., Kristoffersen Y., Karajev N. An analysis of shear waves observed in VSP data from the superdeep well at Kola, Russia. Geophys. J. Int., 1996, vol. 126, pp. 545-554.Структура, свойства, состояние пород и геодинамика в геопространстве Кольской сверхглубокой скважины (СГ-3) / Под ред. Горбацевича Ф.Ф. / СПб: Наука. 2015. 366 с.Structura, svoistva, sostoyanie porod i geodinamika v geoprostranstve Kol'skoy sverhglubokoy skvazhiny (SG-3) [Structure, properties, state of rocks and geodynamics in the geospace of the Kola superdeep borehole (SG-3)]. Red. F.F. Gorbatsevich. Sankt Peterburg, Nauka, 2015, 366 p.Kretz R. Symbols for rock-forming minerals. Amer. Mineral., 1983, vol. 68, pp. 277-279.Kretz R. Symbols for rock-forming minerals. Amer. Mineral., 1983, vol. 68, pp. 277-279.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.