Введение к работе
Актуальность, Затухание упругих волн .является одной из информативных физических характеристик, отражающих состояние, состав и структуру вещества Земли. В частности, затухание упругих волн обладает высокой чувствительностью по отношение к физическим процессам, происходящим в горных породах при высоких термодинамических параметрах.
Важное место в комплексе экспериментальных данных о процессах трансформации вещества ьа больших глубинах занимают результаты лабораторных исследований акустических свойств горных пород при высоких давлениях, проводимые на образцах ограниченных размеров ультразвуковыми методами на частотах ~ I МГц. К настоящему времени достаточно широко изучены зависимости скоростей продольных и поперечных упругих волн от давления, установлены связи этих зависимостей с различными микроструктурными факторами. В то же время исследования параметров затухания волн развивались недостаточно интенсивно; это было связано прежде всего с отсутствием надежных, физически обоснованных экспериментальных методик, учитывающих особенности распространения ультразвуковых волн в сложных акустических трактах лабораторных установок высокого давления, из которых наиболее распространены квазигидростатические камеры' типа " цилиндр-поршень " позволяющие подвергать образцы горных пород сжатию до даилений евшее I ГПа.
Целью работы является разработка зі апробация методики определения частотных зависимостей затухания продольных упругих волн в горных породах при сжатии образцов в установках "цилиндр-поршень" до давлений более I ГПа. За основу взят импульсный спектра льниїі подход, причем последовательность измерительных операций и методика обработки сигнала отражают особенности акустического тракта, состоящего из образца ограниченных размеров и* последовательности соединенных друг с другом звеньев.
Задачами методической часта диссертации является: I) разработка физических' основ и вывод расчетной формулы для определения коэффициента ззтуяаваз продольных волн в горной
породе;
2) установление критериев количественного частотного анализа
импульсных акустических сигналов, излучаемых ультразвуковыми
преобразователями резонансного тила, в сложный акустический тракт;
3) исследование затухания ультразвука в некоторых металлах при
атмосферном и высоком давлениях с целью их использования
в качестве эталонов;
4) проведение апробационных экспериментов, в том числе проверка
взаимной согласованностич разных аппаратурнкх л методических
версий спектрального подхода.
В части работы, посвященной изучению затухания упругих волн в горных породах вод давлением до 1.5 ГПа на информативных частотах спектра ~ I "МГц, основное внимание уделено связи затухания с такими структурными особенностями пород как гетерогенность, пористость, упругая анизотропия, фазовый переход под давлением.
Научная новизна. Разработаны методика и способ определения частотных характеристик затухания продольных упругих волн в горных породах под високим давлением. На способ получено авторское- свидетельство Госкомизобретений.
Получен критерий количественного частотного анализа упругих импульсов, включая оценки точности анализа и рекомендации относительно выбора информативной части регистрируемых импульсов. Впервые получены данные о затухании продольных упругих волн в ряде горных пород (гранитоиды, кальцитсодержащле, ультрассновной ксенолит), находящихся под квазигидростатическим давлением свыше I ГПа . Разработанная спектральная методика-позволила определить зависимости коэффициента затухания от частоты в диапазоне информативных частот спектра ~ I МГц. Для некоторых фиксированных частот спектра построены зависимости коэффициента затухания продольных волн от давления. Установлена качественная связь меаду названными зависимостями и ммкр'оструктурными факторами.
Получены новые данные о затухании ультразвука на частотах . ~ I МГц в поликрисгаллической меди и латуни при атмосферном и высоких давлениях до 1.5 ГПа. Показана эффективность использования'. этих металлов в качестве эталонных веществ при исследовании затухания упругих волн в горных породах.
Проведено сопоставление результатов настоящей работа с данними других исследователей; предпринята попытка обобщения известного экспериментального материала.
Практическая ценность. Разработанная методика обладает широкими возможностями и может найти разнообразные приложения в геофизике, физике твердото тела, дефектоскопии. В частности, ее внедрение в лаборатории высоких давлений ИФЗ АН СССР позволило расширить комплекс изучаемых параметров и повысить достоверность лабораторных исследований физических свойств горных пород при высоких давлениях.
Эксперимента на горных породах продемонстрировали высокую чувствительность частотных характеристик затухания ультразвука к процессам, происходящим в сложных поликристаллических средах на микроструктурном 'уровне. Результаты настоящей работы могут оказаться полезными при решении вахнои проблемы современной геофизической науки - построении единой феноменологической модели процесса затухания упругих волн с учетом термодинамических условий.
Апробация работы. -Материалы диссертации докладывались на vn Всесоюзном совещании по физическим свойствам горных пород и минералов при высоких давлениях и температурах С Ереван,1985), Всесоюзных кокференцях молодых ученых "Актуальные проблемы геофизики" (Звенигород,. 1984, Суздаль,1986 ), тематических симпозиумах Проекта З КАПГ (Потсдам, 1985, Мншколъд, 1987).
Публикации. Основные результаты изложены в 10 опубликованных работах, включая 2 авторских свидетельства."
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, содержит 244 страницы машинописного текста и 55,рисунков. Список литературы состоит из 127 наименований,
Л