Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения

Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения

Розглянуто особливості геологічного і геомеханічного моніторингу побудови та стану масивів гірських порід на основі дослідження глибинних свердловин ультразвуковими методами....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2010
Автор: Яланский, А.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2010
Назва видання:Геотехническая механика
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33541
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения / А.А. Яланский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 91. — С. 33-42. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-33541
record_format dspace
spelling irk-123456789-335412012-05-29T12:29:04Z Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения Яланский, А.А. Розглянуто особливості геологічного і геомеханічного моніторингу побудови та стану масивів гірських порід на основі дослідження глибинних свердловин ультразвуковими методами. Features of geological and geomechanical monitoring of a rock mass properties are investigated. Applied researches in a deep crack are executed by supersonic methods. 2010 Article Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения / А.А. Яланский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 91. — С. 33-42. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33541 550.3:622.831 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Розглянуто особливості геологічного і геомеханічного моніторингу побудови та стану масивів гірських порід на основі дослідження глибинних свердловин ультразвуковими методами.
format Article
author Яланский, А.А.
spellingShingle Яланский, А.А.
Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения
Геотехническая механика
author_facet Яланский, А.А.
author_sort Яланский, А.А.
title Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения
title_short Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения
title_full Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения
title_fullStr Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения
title_full_unstemmed Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения
title_sort особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2010
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33541
citation_txt Особенности изучения свойств и состояния массива горных пород ультразвуковыми методами на скважинах глубокого и сверхглубокого бурения / А.А. Яланский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 91. — С. 33-42. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series Геотехническая механика
work_keys_str_mv AT âlanskijaa osobennostiizučeniâsvojstvisostoâniâmassivagornyhporodulʹtrazvukovymimetodaminaskvažinahglubokogoisverhglubokogobureniâ
first_indexed 2025-07-03T14:13:45Z
last_indexed 2025-07-03T14:13:45Z
_version_ 1836635417375408128
fulltext Выпуск № 91 33 УДК 550.3:622.831 А.А. Яланский, д-р техн. наук (ИГТМ НАН Украины) ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ И СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД УЛЬТРАЗВУКОВЫМИ МЕТОДАМИ НА СКВАЖИНАХ ГЛУБОКОГО И СВЕРХГЛУБОКОГО БУРЕНИЯ Розглянуто особливості геологічного і геомеханічного моніторингу побудови та стану масивів гірських порід на основі дослідження глибинних свердловин ультразвуковими мето- дами. FEATURES OF STUDYING OF PROPERTIES AND THE CONDITIONS OF THE ROCK MASS BY ULTRASONIC METHODS ON CHINKS OF DEEP AND SUPERDEEP DRILLING Features of geological and geomechanical monitoring of a rock mass properties are investi- gated. Applied researches in a deep crack are executed by supersonic methods. Определение физико-механических свойств и напряженно- деформированного состояния массива горных пород – важный раздел высоко- эффективного геологического и геомеханического мониторинга, который по- стоянно развивается как в научном, так и технологическом направлениях [1]. Относительно технологической и технической необходимости, то ежегодно, лишь в геологоразведочных организациях стран СНГ, принципиально возмо- жен контроль 25 миллионов метров керна, но их отбор, даже в угольной про- мышленности, не превышает 4% общего объема, и выполняется этот отбор, в основном, в породах, вмещающих угольные пласты, поэтому значительная часть важной информации бесповоротно теряется. В большинстве случаев оп- ределяют плотность, пористость, влажность, пределы прочности на одноосное сжатие и растяжение, модули упругости и коэффициент Пуассона. Кроме этого, исследуют коэффициенты сцепления, углы внутреннего трения, реологические параметры, минеральный и петрографический составы, текстуру и структуру по- род, а также прочность и реологические характеристики при объемном, двухос- ном и трехосном сжатии и в запредельном состоянии, электрофизические свой- ства пород. Эта информация полностью удовлетворяет проектировщиков по на- значению, но она является недостаточной ни по объему, ни по качеству [2]. Для экспресс-определения упругих свойств керна с необработанными тор- цами и образцов произвольной формы разработаны способы и средства ультра- звукового контроля, которые обеспечивают жесткий локальный контакт датчи- ков с их поверхностью и комплексно позволяют определять скорости продоль- ных и сдвиговых колебаний [3-7]. Существует несколько признаков, позво- ляющих выделить поперечную волну из общего регистрируемого сигнала: 1) по времени распространения; 2) по соотношению амплитуд; 3) по сдвигу фаз; 4) по различию частот. Однако ни один из указанных признаков в отдельности не обеспечивает надежного и устойчивого выделения поперечных волн. Предло- жено применение излучателей и приемников с концентраторами, например ко- ническими, длину которых выбирают равной целому числу полуволн ультра- 34 "Геотехническая механика" звуковых колебаний в материале, из которого они изготовлены, что необходи- мо для определения векторной направленности ультразвуковых колебаний и обеспечения надежного контакта датчиков с неровной поверхностью керна или образца, при этом также увеличивается точность определения расстояния, пройденного волнами через образец. Такие приборы позволяют проводить из- мерения с погрешностью ± 0,5 %. При прозвучивании мелкослоистых пород зачастую наблюдают две скоро- сти сдвиговых волн, поляризация которых направлена вдоль слоистости и по- перек слоистости. Две скорости сдвиговых волн могут служить дополнитель- ными информативными параметрами. В тоже время, стандарт США (Standard Method for laboratory determination of pulse velocities and ultrasonic elastic con- stants of rock. Designation: D 2845-83, p. 445-450) не разрешает использовать уравнения изотропной среды для определения модулей упругости, если любая скорость продольной волны в трех ортогональных направлениях, а также под углом 45° к любому из них отличается больше чем на 2 % средней величины. Только в таких средах исключается поляризация сдвиговых волн. Зависимости скоростей упругих волн от форм и размеров образцов для экспресс-методов их определения находятся в пределах ошибки определения параметра. Для экспресс-оценки прочностных свойств горных пород предложено ис- пользовать усовершенствованный ультразвуковой контроль керна, который не- обратимо разрушаются уже при его добыче, что весьма актуально как для ре- шения технологических задач сверхглубокого бурения (прогнозирование свойств призабойного массива), так и для массового получения объективной первичной геологической и геофизической информации [8, 9]. В основе экс- пресс-определений прочностных параметров горных пород лежат корреляци- онные зависимости прочности с замеренными на необработанных образцах и кернах скоростями продольных волн (Vp, м/с). Такой подход известен, однако отсутствие систематической классификации горных пород по степени их гене- тической однородности с точки зрения формирования прочностных и акустиче- ских свойств не позволяло давать уверенные прогнозы и широко применять этот метод на практике [10, 11]. Генетическую принадлежность углевмещающих пород разделяют на укруп- ненные полигенетические группы (УПГ) и элементарные полигенетические ти- пы (ЭПТ). УПГ – это совокупность горных пород, характеризующаяся близки- ми гидродинамическими условиями седиментации и дальнейшего преобразова- ния за счет наложения процессов эпигенеза и тектогенеза (полигенетическая концепция). Основные диагностирующие признаки УПГ – это литологическая принадлежность, тип слоистости породы, стадия эпигенеза и основная группа фациальной седиментации. Более крупными таксономическими единицами классификации в угольных бассейнах являются геотектонические зоны, отве- чающие принятому крупному структурно-тектоническому районированию бас- сейнов по геолого-генетическим комплексам в ранге угленосных формаций. УПГ – обоснована статистическими исследованиями прочностных и акустиче- ских характеристик вмещающих пород Донбасса [11]. Таксономическими еди- Выпуск № 91 35 ницами наименьшего ранга являются гранулометрические разновидности гор- ных пород конкретной фациональной принадлежности – ЭПТ, табл. 1. Таблица 1 – Генетическая классификация углевмещающих пород Укрупненные полигенети- ческие группы (УПГ) пород (гранулометрия + основной тип слоистости) Индекс УПГ и входящих в ее со- став ЭПТ Элементарные полигене- тические типы (ЭПТ) гор- ных пород (фация + гра- нулометрия) Индекс ЭПТ * Прибрежно-континенталь- ные (дельтовые или аллю- виально-лагунные) песча- ники, преимущественно среднезернистые, косо- слоистые ПАЛ1 (АР1+ПР1+ПП1) Песчаные осадки русла Песчаные выносы рек (подводная дельта) Песчаные осадки пересы- пей, кос, баров АР1 ПР1 ПП1 Морские (зона морских те- чений) песчаники, преиму- щественно мелкозернистые, неслоистые (или скрыто- слоистые) ПМТ1 Песчаные осадки морских течений МП1 Прибрежно-морские (зона волнений лагунно-заливно- го и морского побережья) алевролито-песчаные отло- жения с преобладанием песчаников мелкозернис- тых, волнисто-слоистых ПЗВ1 (ПВ1+МВ1) Песчаные осадки волно- вой ряби заливно- лагунного побережья Песчаные осадки зоны волнений прибрежной части моря ПВ1 МВ1 Прибрежно-морские (зона волнения лагунно- заливного и морского побе- режья) песчано- алевролитовые отложения с преобладанием алевроли- тов, волнисто-слоистых АЗВ2 (ПВ2+МВ2) Алевролитовые осадки волновой ряби заливно- лагунного побережья Алевролитовые осадки прибрежной части моря ПГ2 МА2 Прибрежно-морские и мор- ские алевролиты, горизон- тальнослоистые или не- слоистые, неуглистые АЛМ2 (ПГ2+МА2+МГ2) Алевролитовые осадки ла- гун и заливов Алевролитовые осадки материкового моря Алевролитовые осадки материкового моря ПГ2 МА2 МГ2 Прибрежно-морские и мор- ские аргиллиты горизон- тально-слоистые или не- слоистые, неуглистые АРЛМ3 (ПГ3+МГ3) Глинистые осадки лагун и заливов Глинистые осадки мате- рикового моря ПГ3 МГ3 * В индексах ЭПТ, УПГ: 1 – песчаники; 2 – алевролиты; 3 – аргиллиты; ЭПТ и УПГ по объему охватывает весь диапазон эпигенетических преобразований (классификация правомочна вне зависимости от приуроченно- сти пород к угленосным формациям, свитам и геотектоническим зонам). 36 "Геотехническая механика" Генетическая классификация положена в основу каталогов уравнений рег- рессии σсж (Vp ┴) и для σp (Vp IІ) углевмещающих пород Донецкого бассейна (нижне- и среднекаменноугольных формаций), классифицированных на эле- ментарные полигенетические типы (ЭПТ) и их укрупненные полигенетические группы (УПГ). Исходными данными для расчета уравнений регрессии явилась информация, накопленная по результатам исследований различных типов гор- нах пород УкрНИМИ, НГУ и ИГТМ [10-12]. Уравнения регрессии для УПГ горных пород следует использовать для массовых экспресс-определений. Урав- нения регрессии для ЭПТ горных пород рекомендуются тогда, когда решаются горнотехнические задачи, связанные с устойчивостью выработок и необходи- мостью выявления деталей фациальных условий седиментации пород. С целью оценки достоверности экспресс-определения прочности пород на одноосное сжатие наиболее перспективным методом экспресс-контроля – ме- тодом акустического каротажа, с учетом возможности полного перехода геоло- гической разведки на бурение без отбора керна, исследованы 45 скважин на участке Холодная Балка Нижняя. Участок, по которому проводился отбор фак- тического материала, расположен в центре района. Определены средние значе- ния скоростей распространения продольных волн и предела прочности на сжа- тие по данным акустического каротажа, табл. 2. Таблица 2 – Средневзвешенные значения скоростей распространения продольных волн и предела прочности пород на одноосное сжатие по данным акустического каротажа скважин участка Холодная Балка Нижняя Аргиллит Алевролит Песчаник Глубина залегания, м Vp, м/с σсж, МПа суммарная мощность пластов, м Vp, м/с σсж, МПа суммарная мощность пластов, м Vp, м/с σсж, МПа суммарная мощность пластов, м 0-100 3440 30,5 6 3960 50,5 50 4350 72,0 31 101-200 3450 31,0 66 3850 45,5 116 4470 81,0 95 201-300 3500 32,0 193 3790 43.0 363 4330 70,5 238 301-400 3500 32,0 163 3940 49,5 468 4330 70,5 283 401-500 3460 31,0 354 3990 52,0 324 4600 92,5 313 501-600 3540 34,0 203 3960 50,5 464 4580 90,5 327 601-700 3510 32,5 312 3950 50,0 438 4520 85,0 213 701-800 3600 35,5 201 4010 53,0 377 4600 92,5 115 801-900 3640 37,0 233 4010 53,0 276 4580 90,5 139 901-1000 3820 44,0 97 4100 57,5 89 4760 108,5 407 1001-1100 3700 39,0 87 4030 54,0 111 4740 106,0 181 1101-1200 3730 40,5 112 4200 63,0 135 4640 96,5 62 1201-1300 3700 39,0 74 4100 57,5 82 4500 83,0 17 1301-1400 3780 42,5 30 4280 67,0 66 4900 124,0 4 Для сравнения скорости упругих волн и упругие параметры горных пород Криворожской сверхглубокой скважины, определенные непосредственно на скважине, представлены в табл. 3. Выпуск № 91 37 Таблица 3 – Упругие свойства горных пород Криворожской сверхглубокой скважины Название породы Глубина, м Vp, м/с Vs, м/с ν G×10-4, МПа E×10-4,МПа Метаалевролит 962-966 4980 1560 0,446 0,632 1,831 Метапесчаник 1030-1034 5530 1890 0,434 0,928 2,682 Метаконгломерат 1148-1150 4190 1530 0,423 0,608 1,730 Метапесчаник 1167-1172 5130 2130 0,396 1,180 3,290 Метаалевролит 1309-1319 4560 2140 0,357 1,191 3,232 Сланец 1462-1473 5190 2400 0,365 1,498 4,089 Метапесчаник 1490-1501 6280 1710 0,460 0,759 2,216 Сланец 1700-1705 4400 1970 0,375 1,009 2,775 Метаалевролит 1747-1749 2460 1340 0,292 0,468 1,209 Сланец 1845-1848 4900 1540 0,445 0,616 1,781 Кварцит 1938-1941 6870 3410 0,339 3,016 8,080 Сланец 1993-1996 5660 3700 0,115 3,562 7,943 Сланец 2105-2109 4970 2910 0,237 2,200 5,455 Метаалевролит 2120-2123 6029 2680 0,378 1,867 5,145 Кварцит 2270-2276 5570 3260 0,237 2,756 6,817 Плагиогранит 2368-2373 4640 3020 0,143 2,371 5,421 Амфиболит 2534-2536 5000 2270 0,372 1,339 3,674 Плагиогранит 2548-2590 3530 1690 0,353 0,741 2,005 Бластокатаклазиты 2630-2635 2530 1160 0,368 0,351 0,960 Бластокатаклазиты 2728-2735 6090 2220 0,423 1,282 3,648 Бластокатаклазиты 2879-2886 4790 2620 0,283 1,784 4,577 Вычислены случайные и систематические ошибки при определении прочно- сти пород методом акустического каротажа и лабораторных испытаний. Разно- гласия в измерениях зависят от величины предела прочности пород на сжатие. В скважинах, заполненных жидкостью, скорости распространения упругих волн слабо реагируют на трещиноватость пород, поэтому рационален многопа- раметровый контроль акустического сигнала: регистрация обменных и отра- женных волн, амплитуд продольных и поперечных волн, спектра частот. Ам- плитуды волн резко снижаются с появлением отдельных трещин, причем попе- речных волн больше, чем продольных, дальнейшее увеличение трещиноватости уже не может существенно снизить амплитуду сигнала, зато происходит изме- нение частоты максимума спектральной плотности. Установлена эффективность выявления тектонических нарушений по мате- риалам акустического каротажа. На участке Холодная Балка Нижняя по 38 ис- следованным скважинам выявлено 46 нарушений, 26 из них подтверждается геологическими материалами, преимущественно это крупные нарушения. 20 нарушений с амплитудой смещения около 10 м не установлено по геологиче- ской документации, а 5 – по данным акустического каротажа, без комплексного анализа они были бы пропущены [12]. Поскольку большинство испытаний горных пород направлено на определе- ние прочности пород, то основное внимание уделялось стандартизации именно этих методов. Измерения акустических параметров для однородной пробы с ко- 38 "Геотехническая механика" эффициентом вариации 5-10 % следует проводить на 3-4 образцах, отражаю- щих представительность пробы, с коэффициентом вариации 10-15 % – на 6-8 образцах. Следует отметить, что длительное хранение керновых проб недопустимо. Консервацию их при лабораторных исследованиях следует производить в «свежем» состоянии, а акустические измерения горных пород осуществлять сразу же после поступления керна в лабораторию. При изучении вмещающих пород необходимо регламентировать время начала исследований или консерва- ции керновых проб. Исследование изменения акустических и прочностных ха- рактеристик углевмещающих пород Донбасса показывает, что стабилизация рассматриваемых свойств в период упругого последствия происходит у алевро- литов и аргиллитов в среднем в течение 5 ч., а у песчаников – 2 ч после выемки керна из колонковой трубы. Информация, полученная при исследовании керна сразу же после его выемки, будет неоднозначной из-за разного времени пребы- вания в колонковой трубе различных частей керна. Поэтому рекомендуется из- мерять данные на образцах или консервировать образцы пород в следующие ориентировочные интервалы времени после их выемки из колонковой трубы: 5- 10 ч аргиллиты; 5-24 ч алевролиты; 2-24 ч песчаники [11]. С другой стороны, при бурении глубоких и сверхглубоких скважин, соот- ветственно Кольской (достигнутая глубина 12060 м), Криворожской (исследо- ванная глубина 3500 м) и Саатлинской (достигнутая глубина 8500 м), было вы- явлено резкое несоответствие между общепринятой геологической интерпрета- цией глубинных сейсмических границ и их реальной природой. В результате, как известно, на месте ожидаемого «базальтового слоя» Кольская скважина вскрыла архейские гранитогнейсы вулканитов; Криворожская скважина на мес- те предполагаемого погружения нижнепротерозойских железистых кварцитов и вмещающих их толщ вскрыла архейский гранитоидный фундамент. Причина этого несоответствия состоит в том, что фиксируемые на различных глубинах континентальной коры горизонты и зоны увеличения (или уменьшения) скоро- стей продольных упругих волн (Vp) отражают не столько особенности вещест- венного состава пород, сколько изменения их физического состояния. Установ- лено, что керн при подъеме с глубин более 5 км, вследствие декомпрессии, ис- пытывает техногенное разуплотнение, приводящее к искажению петрофизиче- ских характеристик. Доказано, что широко практикуемый способ определения скоростей продольных и поперечных волн в образцах, насыщенных водой, или другими жидкостями, приводит, как правило, к ошибочным результатам. Наи- большее соответствие с каротажными данными достигается коррекцией значе- ний этих скоростей, измеренных по керну при нормальных условиях, путем введения поправок на давление и температуру по экспериментальным данным для соответствующих глубин [13]. Авторские способы и методики измерений легко позволяют связать резуль- таты исследований с реальной структурой массива и его фактическим геомеха- ническим состоянием, если провести несколько раз через определенные про- межутки времени измерения скоростей упругих волн непосредственно на сква- Выпуск № 91 39 жине и учесть время отбора пробы в скважине. Затем, по аналогии построения градуировочных зависимостей для твердеющего бетона определяем первичные параметры по графикам (или таблицам), аппроксимированных уравнениями линейного или экспоненциального вида. Оценка физико-механических свойств горных пород, залегающих на боль- ших глубинах, имеет важное значение для понимания закономерностей форми- рования этих свойств и полей напряжений нетронутого массива. С этой целью в ИГТМ было подвергнуто испытаниям шесть проб пород, отобранных из сверх- глубокой скважины СГ-1 (Саатлы) (глубина отбора 6516 – 7752 м). Испытуе- мые образцы имели призматическую форму, поперечные размеры их находи- лись в пределах от 18 мм до 23 мм с высотой от 20 мм до 30 мм. Динамические упругие характеристики определялись методом ультразвукового прозвучивания параллельно и перпендикулярно напластованию на частоте 150 кГц, табл. 4 [1]. Таблица 4 – Упругие характеристики пород Саатлинской сверхглубокой скважины Скорость прохождения упругих волн Динамический модуль упругости Динамический модуль сдвига Коэффици- ент Пуассона Продольных Попереч- ных № пробы Vp┴, м/с Vp║, м/с Vs┴, м/с Vs║, м/с Ед┴× 10-2, МПа Eд║× 10-2, МПа Gд┴× 10-2, МПа Gд║× 10-2, МПа ν д┴ ν д║ Eд║/ Ед┴ 5383 4530 5060 2310 3090 437,5 703,0 165,7 292,9 0,32 0,20 1,27 6059 4660 5270 2730 2780 551,2 629,5 225,9 245,9 0,22 0,28 1,07 6219 4690 4590 2600 2580 515,5 523,5 2030 211,1 0,27 0,24 1,01 6309 4590 4580 2700 2950 522,9 576,1 212,6 252,7 0,23 0,14 1,05 6526 4710 4660 2640 2690 500,0 543,3 196,8 224,5 0,27 0,21 1,04 6765 4020 4300 2700 2700 429,3 463,4 198,7 198,0 0,17 0,17 1,04 Сред- ние значе- ния 4530 4740 2610 2800 492,7 573,1 200,5 237,5 0,23 0,21 1,08 Ультразвуковые испытания показали, что у всех проб скорости прохожде- ния упругих волн и динамические упругие характеристики имеют довольно большие значения. Коэффициент анизотропии испытанных проб, за исключе- нием пробы 5383 (коэффициент анизотропии 1,27), незначительно отличается от единицы, среднее его значение составляет 1,08. Это говорит об относитель- ной однородности упругих свойств в двух взаимно-перпендикулярных направ- лениях. Количество испытанных образцов недостаточно для обобщающего анализа и установления закономерностей. Однако, исходя из имеющихся результатов, можно сказать следующее, что с увеличением глубины отбора проб происходит повышение скорости упругих волн, прочности пород и их упругих параметров, причем при общей тенденции имеется масса исключений. Например, проба 5383, взятая из глубины до 6520 м (СГ-1), имеет наибольшие объемный вес и 40 "Геотехническая механика" прочность. У пробы 6765, имеющей наибольшую глубину залегания, значение объемного веса наименьшее, табл. 5. Таблица 5 – Физико-механические свойства по результатам испытаний в режиме контролируемого разрушения №№ пробы Глубина, м Плот- ность, γ , т/м3 Предел прочности на сжатие, σсж, МПа Модуль уп- ругости, Ест×10-2, МПа Коэффици- ент Пуассо- на статиче- ский Модуль спада, M×10-2, МПа 5383 6516 – 6520 2,99 334 315 0,015 193 6059 7332 – 7343 2,84 201 596 0,020 123 6219 7420 – 7428 2,87 223 300 0,012 1254 6309 7515 – 7517 2,82 221 496 0,025 723 6526 7639 – 7642 2,76 169 322 0,010 461 6765 7745 – 7752 2,64 250 495 0,017 892 Таким образом, сравнивая результаты испытаний пород сверхглубоких скважин с аналогичными параметрами ранее изученных пород, можно сказать, что у первых они значительно выше, чем у пород Западного и Восточного Дон- басса и близки по свойствам к скальным и некоторым прочным породам Цен- трального Донбасса, отобранным на меньшей глубине. С глубиной по скважи- нам происходят структурные преобразования пород: осадочные или магматиче- ские структуры сменяются метаморфическими структурами; сланцеватыми с анизотропией, охватившей всю массу пород, породами с преобладающе изо- тропными структурами. Эта закономерность нарушается на разных глубинах разреза наличием зон катаклаза и милонитизации пород. Влияние поздних про- цессов образования пород на более ранние создает исключительно сложную картину структурно-вещественных особенностей кристаллической коры и глу- бинного строения [14]. По скважинам с глубиной возрастает метаморфизм пород. Кристаллическая кора до рассмотренных глубин имеет дифференциально-слоистое строение, обусловленное чередованием магматических и осадочных пород, метаморфизо- ванных в различной степени. Они образовались в результате взаимосвязанных процессов магматизма, осадконакопления, метаморфизма, которые отражают проявление общей закономерности формирования континентальной коры пу- тем “единства и борьбы” процессов океанизоации и континентализации. Уста- новлена природа коровых волноводов, вскрытых Кольской и Саатлинской скважинами в верхней коре. Наблюдаемые на глубинах 3,5-9,5 км резкие ин- версии скорости продольных волн в разрезах, сложенных близкими по мине- ральному и химическому составу породами, обусловлены наличием горизонтов Выпуск № 91 41 и зон с аномально высокими пористостью (в 2-3 раза превышающей выше- и нижезалегающие породы) и трещиноватостью (в 10-20 раз), а также анизотро- пией упругих свойств и могут формироваться различными способами: путем гидрогенно-геохимического разуплотнения при дегидратации в закрытых усло- виях или путем захоронения горизонтов экзогенной трещиноватости, поддер- живаемой процессами нисходящей фильтрации и гидратации исходных вулка- ногенных пород. Увеличение пустотности пород обусловило заметное умень- шение скорости упругих волн, а направленная ориентированность возникаю- щих трещин – анизотропию упругих и теплофизических свойств. Учитывая сказанное, надежным показателем выявления глубинных коровых поровых волноводов можно считать комбинацию инверсии скорости волн с повышенной (в 40-60 раз) электропроводностью [14]. Эти результаты подтверждают зональность распределения напряжений во- круг сверхглубоких скважин, поскольку само наличие таких пустотных зон на больших глубинах было бы просто невозможным [15]. Как аппаратура, так и технологии контроля поддавались многочисленным испытанием, начиная от заводских, ведомственных и межведомственных при- емных испытаний и заканчивая государственными. Проведено испытание аппа- ратуры и технологии контроля упругих свойств на образцах разных пород: круп- нозернистых гранитах, однородных песчаниках, песчаниках с большими нерав- номерными включениями глинистых фракций, слоистых песчаниках, алевроли- тах, аргиллитах, угле, железных и фосфатных рудах, бокситах, кернах сверхглу- боких скважин, композитных материалах, а также на весьма пористых породах – резаному известняку, ракушечнику, марганцевых конкрециях из глубин океана свыше 6000 м. На однородных породах выделение поперечной волны четкое; на слоистых, пористых и зернистых породах менее четкое, но сдвиговая волна оп- ределяется на всех образцах без исключения. По качеству осциллограмм спосо- бы равноценны иммерсионному методу. Их беспрекословным достоинством является высокая производительность за счет доведения измерений практиче- ски к автоматизированному получению результатов. Приборы «Керноскоп-1» и «Керноскоп-2» переданы для апробации и вне- дрения ПО «Укруглегеология», «Кузбассуглеразведка», «Ростовуглеразведка», «Интауглеразведка», «Востокуглеразведка», «Дальвостокуглеразведка», а так- же в институт ВСЕГИНГЕО для контроля керна сверхглубоких скважин. Мето- дические рекомендации и руководства по утвержденным спискам разосланы во все геологоразведочные и углеразведочные экспедиции, подчиненные Мини- стерствам геологии и Министерствам угольной промышленности, а также в за- интересованные организации. Для потребностей геологической разведки про- ведены массовые исследования горных пород Западного и Центрального рай- онов Донбасса. Прибор УК-10ПМС передан ПГО «Недра» для контроля керна на базовом кернохранилище сверхглубоких скважин, г. Ярославль. Применение портативной аппаратуры типа «Керноскоп», УК-10ПМС, УК-10ПМ, а также любой другой ультразвуковой аппаратуры, позволяет проводить массовые экс- пресс-определения упругих и прочностных свойств различных горных пород, в 42 "Геотехническая механика" результате чего увеличивается объем информации об этих свойствах при зна- чительном снижении затрат на испытания горных пород и геологоразведочные работы в целом. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Особенности изучения геологического строения и геомеханического состояния массива горных пород скважинами сверхглубокого бурения / Б.М. Усаченко, А.А. Яланский, Т.А. Паламарчук, Н.Т. Бобро, Т.И. Яровая // Матеріали міжнародної конференції “Форум гірників – 2010” (частина 3) – Дніпропетровськ: На- ціональний гірничий університет, 2010. – С. 35 – 43. 2. Методические рекомендации по инженерно-геологическому изучению глубоких горизонтов месторож- дений твердых полезных ископаемых при разведке. Одобрено управлением гидрогеологических работ Мингео СССР / В.В. Фромм, К.-А.К. Вайтекунас, А.А. Дончук, А.А. Яланский. – М.: ВСЕГИНГЕО, 1985. – 38 с. 3. А.с. 1075146 (СССР). Устройство для ультразвукового контроля / А.А. Яланский, Н.А. Глухов, А.А. Лукашев, В.А. Глухих, А.В. Бойко// Открытия. Изобретения, 1984. – № 7. – С. 140. 4. А.с. 1221581 (СССР). Способ измерения времени распространения поперечных волн / В.Т. Глушко, И.А. Глухов, А.А. Яланский, Г.В. Балицкий, В.А. Глухих, С.А. Гришечкин // Открытия. Изобретения, 1986. – № 12. – С. 207. 5. А.с. 1259184 (СССР) Устройство для контроля физико-механических свойств образцов материала / В.Т. Глушко, А.А. Яланский, В.М. Бобренко, А.Н. Римар, С.А. Гришечкин, В.А. Глухих (СРСР). – Не публику- ется. 6. А.с. 1394120 (СССР). Способ определения скорости распространения поперечных волн в твердой среде / В.Т. Глушко, А.А. Яланский, А.В. Бойко, В.С. Хандецкий, Л.В. Фортуна // Открытия. Изобретения, 1988. – № 17. – С. 174. 7. Временные методические указания по определению упругих свойств горных пород ультразвуковым ме- тодом на необработанных образцах керна геологоразведочных скважин. РД / А.А. Яланский, Т.А. Паламарчук, С.И. Скипочка и др. – Л.: ВНИМИ, 1987. – 40 с. 8. А.с. 572704 (СССР). Устройство для ультразвукового контроля / В.Т. Глушко, Е.В. Терентьев, А.М. Кущ, А.А. Яланский, В.А. Глухих // Открытия. Изобретения, 1977. – № 34. – С. 105. 9. А.с. 734552 (СССР). Устройство для определения физических характеристик образцов / В.Т. Глушко, Г.И. Луговой, В.Ф. Череповский, А.А. Яланский, В.Н. Лупырь, В.А. Чумак, В.А. Глухих // Открытия. Изобрете- ния, 1977. – № 18. – С. 229. 10. Методические указания по разработке руководств для экспресс-определения прочностных свойств уг- левмещающих пород по керну геологоразведочных скважин. РД / Ю.Г. Мясников, А.А. Майборода, Р.Х. Миняфаев, Г.Ф. Клепач, А.А. Яланский и др.- Л.: ВНИМИ, 1983. – 66 с. 11. Руководство по экспресс-определению прочностных свойств углевмещающих пород Донбасса по их геологическим характеристикам и акустическим измерениям кернов геологоразведочных скважин. РД / А.А. Майборода, Р.Х. Миняфаев, О.С. Алферов, А.А. Яланский, Т.А. Паламарчук и др. – Днепропетровск: ДГИ, 1988. – Ч. I. – 48 с., Ч. II. – 82 с. 12. Ультразвук в разведочном бурении. Библиотека передового опыта / В.Т. Глушко, А.М. Кущ, П.К. Кучеба, В.И. Хлыстов, А.А. Яланский. – Донецк: Донбасс, 1974. – 72с. 13. Кременецкий А.А. Геологическая природа сейсмических границ континентальной коры / А.А. Кременецкий // Сверхглубокое континентальное бурение и глубинные геофизические исследования. – Ярославль: МинГЕО СССР, 1988. – 144 – 147 с. 14. Глубинное строение континентальной коры по Кольской, Криворожской, Уральской, Мурунтауской, Саатлинской сверхглубоким скважинам / Э.Б. Наливкина, А.С. Остроумова, С.Н. Суслова и др. // Сверхглубо- кое континентальное бурение и глубинные геофизические исследования. – Ярославль: МинГЕО СССР, 1988. – 229 – 231 с. 15. Открытие № 318. Закономерность пространственно-временной структурно-фазовой самоорганизации грунтовых и породных массивов вокруг протяженных подземных выработок / Л.В. Байсаров, М.А. Ильяшов, В.В. Левит, Т.А. Паламарчук, В.Н. Сергиенко, В.Б. Усаченко, А.А. Яланский // Научные открытия, идеи, гипо- тезы (1992-2007). Информационно-аналитический обзор. – М.: МААНОН, 2008. – С. 298-299.

Схожі ресурси