Эффекты прерывистой неупругости при распространении сейсмической волны в зоне малых скоростей


https://doi.org/10.17073/2500-0632-2019-1-31-41

Полный текст:


Аннотация

Изучение нетипичных проявлений неупругости горных пород расширяет понимание физических механизмов распространения и затухания сейсмических волн в реальных средах. Полевые эксперименты выполнены при распространении продольной волны частотой 240–1000 Гц в пространстве между двумя неглубокими скважинами в зоне малых скоростей (ЗМС). Измерения проводились с помощью пьезоэлектрического импульсного излучателя и аналогичных приемников, размещенных в скважинах. Цифровые записи сигналов в виде «напряжение-время» σ(t) регистрировались открытым каналом с микросекундным разрешением во времени. На профиле волны обнаружены необычные короткопериодные вариации амплитуды в виде резкого уменьшения крутизны фронта, падения напряжения или плато различной длительности (десятки микросекунд). Эти малоамплитудные вариации на форме волны были расценены как проявления скачкообразной прерывистой неупругости. Сделано предположение, что этот неупругий процесс оказывает влияние на трансформацию формы волны. Вклад скачкообразной неупругости зависит от величины прикладываемого напряжения, т.е. в нашем случае от величины амплитуды сейсмического сигнала. Возможный механизм скачкообразной неупругости на малых деформациях может быть объяснен микропластичностью горных пород. Полученные результаты представляют новый шаг в понимании физики распространения сейсмических и акустических волн в горных породах и могут быть полезными для решения прикладных задач в геофизике и горном деле.

Об авторе

Э. И. Машинский
Институт нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука СО РАН.
Россия
Новосибирск.


Список литературы

1. Баранникова С. А., Надежкин М. В., Зуев Л. Б. О локализации пластической деформации при сжатии кристаллов LiF // Физика твердого тела. 2010. Том 52. Вып. 7. С. 1291-1294.

2. Вознесенский Е.А. Поведение грунтов при динамических нагрузках. М.: Издательство Московского университета, 1998. 320 с.

3. Головин Ю.И., Дуб С.Н., Иволгин В.И., Коренков В.В., Тюрин А.И.. Кинетические особенности деформации твердых тел в нано-микрообъемах // Физика твердого тела. 2005. Том 47. Вып. 6. С. 961-973.

4. Гущин В. В., Павленко О. В. Изучение нелинейно-упругих свойств земных пород по сейсмическим данным // Современная сейсмология. Достижения и проблемы. М.: 1998. Т. 13

5. Кондратьев О. К. Сейсмические волны в поглощающих средах. М.: Недра, 1986. 176 с.

6. Лебедев С. В., Савич С. В. Параметры скачкообразной деформации сплава Al- 3% Mg в интервале температур (210-350) К. // Вюник ХНУ. 2010. № 915. Серiя <^зика». Вип. 14. С. 91-95.

7. Машинский Э. И., Амплитудно-зависимое затухание продольных и поперечных волн в сухом и насыщенном песчанике под давлением // Геология и Геофизика. 2009. Т. 50. С. 950-956.

8. Николаев А. В. Проблемы нелинейной сейсмики. М.: Наука, 1987. 288 с.

9. Песчанская Н. Н., Смирнов Б. И., Шпейзман В.В.. Скачкообразная микродеформация в наноструктурных материалах // ФТТ. 2008. Т. 50. Вып. 5. С. 815-819.

10. Barsoum M. W. MAX Phases: Properties of Machinable Ternary Carbides and Nitrides, Wiley-VCH Ver- lag GmbH., 2013

11. Braccini S., et al.. The maraging-steel blades of the Virgo super attenuator. Meas. Sci. Technol., 2000, 11, pp. 467-476.

12. Bradby J. E. and Williams J. S. Pop-in events induced by spherical indentaton ib compound semiconductors. J. Mater. Res., 19, 2004, No. 1, pp. 380-386.

13. Brantut N., Schubnel A., and Y. GueguenDamage and rupture dynamics at the brittle-ductile transition: The case of gypsum. Journal of Geophysical Research, 2011, Vol. 116, B01404.

14. Derlet P. M., Maaf R. Micro-plasticity and intermittent dislocation activity in a simplied micro structural model, arXiv:1205.1486v2 [cond- mat.mtrl-sci] 8 Feb 2013, 2013, pp. 1-33.

15. Dhakal H. N., Zhang Z. Y., Richardson M. O. W. Nanoindentation behaviour of layered silicate reinforced unsaturated polyester nanocomposites. Polymer Testing, 2006, 25, pp. 846-852.

16. Golovin I. S., Sinning H.-R., Goken J., Riehemann W. Fatigue-related damping in some cellular metallic materials. Materials Science and Engineering, , 2004, A 370, pp. 537 - 541.

17. Guyer R. A., McCall K. R., Boitnott G. N. Hysteresis, Discrete Memory and Nonlinear Wave Propagation in Rock: a New Paradigm, Phys. Rev. Lett., 1995, 74, 17, pp. 3491-3494.

18. Guyer R. A., Johnson P. A. Nonlinear mesoscopic elasticity: Evidence for a new class of materials Physics Today 52, 1999, 4, pp. 30-36.

19. Jackson I., Faul U. H., Fitz Gerald J. D., Tan B. H. Shear wave attenuation and dispersion in melt-bearing olivine polycrystals: 1. Specimen fabrication and mechanical testing // J. Geophys. Res., 2004, v. 109, B06201, pp. 1-17.

20. Johnston D. H., Toksoz M. N., 1980. Thermal cracking and amplitude dependent attenuation. Journal of Geophysical Research, 85, pp. 937-942.

21. Lorenz D., Zeckzer A., Hilpert U., Grau P. Pop-in effect as homogenous nucleation of dislocationsduring nanoidentation. Physical Review, B 67, 172101, 2003.

22. Mashinskii E. I. Amplitude-frequency dependencies of Wave Attenuation in Single-Crystal Quartz: Experimental Study. Journal of Geophysical Research, 113, B11304, 2008.

23. Mavko G. M. Friction Attenuation: An Inherent Amplitude Dependence. Journal of Geophysical Research 84 (9), pp. 4769-4775, 1979.

24. McCall K. R., Guyer, R. A. Equation of State and Wave Propagation in Hysteretic Nonlinear Elastic Materials, J. Geophys. Res., 1994, 99, B 12. 23,887-23,897.

25. Nishino Y., Asano, S., 1996. Amplitude-dependent internal friction and microplasticity in thin-film materials. Journal de Physique IV, 6, pp. 783-786.

26. Ostrovsky L. A., Johnson P. A. Dynamic nonlinear elasticity in geomaterials. La Rivista del Nuovo Cimento 24, 2001, 4, 7.

27. Qiang J. B., Xie G. Q., Zhang W., Inoue A., 2007. Unusual room temperature ductility of a Zr-based bulk metallic glass containing nanoparticles. Applied Physics Letters, 90, 231907, pp. 1-3.

28. Sapozhnikov K. V., Vetrov V. V., Pulnev S. A., Kustov S. B. Acousto-pseudoelastic effect and internal friction during stress-induced martensitic transformations in Cu-Al-Ni single crystals. Scripta Materialia., 1996, 34(10), pp. 1543-1548.

29. Smirnov B. I., Shpeizman, V. V., Peschanskaya, N. N., Nikolaev R. K., 2002. Effect of magnetic field on microplastic strain rate for C60 single crystals. Physics of the Solid State, 44 (10), pp. 2009-2012.

30. Sheng-Nian Luo J. G. Swadener, Chi Ma, Oliver Tschauner, 2007. Examining crystallographic orientation dependence of hardness of silica stishovite. Physica, B 390, 138-142.

31. Tutuncu, A.N., Podio, A.L., Sharma, M.M., 1994. An experimental investigation of factors influencing compressional- and shear-wave velocities and attenuations in tight gas sandstones. Geophysics, 59 (1), pp. 77-86.

32. Vodenitcharova T., Zhang L.C., 2004. A new constitutive model for the phase transformations in mono¬crystalline silicon. International Journal of Solids and Structures, 41, pp. 5411-5424.

33. Wang W., 2003. Deformation behavior of Ni3Al single crystal during nanoindentation. Acta Materialia, 51, pp.6169-6180.

34. Winkler, K.W., Nur, A., Gladwin, M., 1979. Friction and seismic attenuation in rock. Nature 274, pp.528-531.

35. Xu H., Day S.M., Minster, J.-B.H., 1998. Model for Nonlinear Wave Propagation Derived from Rock Hysteresis. Measurements Journal of Geophysical Research, 103, (B 12), 29,915-29,929.

36. Yarushina V.M., Podladchikov Y.Y., 2010, Plastic yielding as a frequency and amplitude independent mechanism of seismic wave attenuation. Geophysics, 75, 3, pp. 51-63.

37. Zaitsev V. Yu., Nazarov V. E., Talanov V. I., 1999. Experimental Study of the self-action of seismoacoustic waves. Acoustic Physics, 45 (6), pp. 720-726.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Машинский Э.И. Эффекты прерывистой неупругости при распространении сейсмической волны в зоне малых скоростей. Горные науки и технологии. 2019;4(1):31-41. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2019-1-31-41

For citation: Mashinskii E.I. Effects of Intermittent Inelasticity when Propagating Seismic Wave in Low Velocity Zone. Mining science and technology. 2019;4(1):31-41. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/2500-0632-2019-1-31-41

Просмотров: 68

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0632 (Online)