Введение к работе
Актуальность проблемы
При изучении Кольской сверхглубокой скважины (СГ-3) было установлено, что величина показателя упругой анизотропии образцов керна резко возрастает в некоторых напряженно-деформированных глубинных интервалах. Это наблюдается, например, в зонах внедрения перидотитов с медно-никелевым оруденением (интервал 1.7-2.1 км), характеризующихся аномальным образованием вывалов (кавернообразованием) в стенках скважины, Лучломпольского разлома (около 4.43 км), на границе архейского и протерозойского комплексов (около 6.8 км) и в зоне прерывистой субгоризонтальной сейсмической границы (интервал 7.8-8.5 км). Кроме того, величина показателя упругой анизотропии возрастает в керне из интервала с заметным улучшением буримости пород (9-11 км), где локализовано несколько тектонически нарушенных участков. Наличие прямой связи между напряженным состоянием пород околоствольного массива и упругой анизотропией керна очевидно. Это значит, что упругая анизотропия керна может являться важным диагностическим признаком напряженного состояния в горном массиве, а пространственное положение элементов упругой симметрии породы, вероятно, в значительной мере связано с распределением главных составляющих поля напряжений. Данная работа направлена на более детальное изучение этих связей.
Цели и задачи работы
1. Объяснение причин возникновения в керне СГ—3 упругой анизотропии, проявления породами линейной акустической анизотропии поглощения поперечных волн (ЛААП) или акустического дихроизма. 2. Объяснение причин повышенных скоростей бурения и аномально высокого уровня вывалообразования в стенках скважины на некоторых глубинных интервалах. 3. Оценка напряженного состояния пород в околоствольном массиве СГ-3 по упруго-анизотропным свойствам керна. Идея работы состоит: 1 - в изучении природы упругой анизотропии и вариаций пространственного положения элементов упругой симметрии анизотропных искусственных (моделей с заданными свойствами) и естественных (горных пород) неоднородных сред в результате внешнего воздействия; 2 - в использовании полученных данных для оценки напряженного состояния околоствольного массива
СГ-3 по упругой анизотропии керна. Научная новизна.
-
Установлено, что упругая анизотропия породы не зависит от ее минерального состава, а связана, главным образом с полями напряжений, сопутствовавшими данной породе при ее возникновении и последующем существовании.
-
Установлено, что насыщение порового пространства образцов керна жидкостью, как и их нагружение, могут приводить к изменению пространственного положения (повороту) элементов упругой симметрии образцов.
-
По результатам исследования вариаций упругих свойств керна, в зависимости от его насыщаемости жидкостью и сжимаемости установлена своеобразная расслоенность околоствольного массива СГ-3, выражающаяся в чередовании слоев с преобладанием разуплотненности или в вертикальном, или в горизонтальном направлениях.
Практическая ценность работы заключается в следующих выводах:
-
При интерпретации геофизических материалов; обнаруженные в верхней части литосферы, прерывистые субгоризонтальные сейсмические границы должны учитываться как участки со сложным напряженным состоянием.
-
Приконтактовые массивы древних сдвиговых зон являются концентраторами палеонапряжений, остаточное воздействие которых может проявляться как современные аномалии напряженного состояния (вывалы, хрупкое разрушение при техногенном воздействии при проходке скважин, горных выработок).
-
Структурная перестройка анизотропных пород при их погружении, обусловленная сменой напряженного состояния в горном массиве с глубиной, способствует снижению прочности пород, что может приводить как к облегчению проходки горных выработок, так и к возникновению аварийно-опасных ситуаций в них.
Апробация работы и публикации. Отдельные результаты работы были доложены на: Белорусском конгрессе по теоретической и прикладной механике "Механика-95", Гомель-1995; IX молодежной конференции посвященной памяти К.О.Кратна, Апатиты-1995; V сессии РАО "Проблемы геоакустики: методы и средства" Москва-1996; конференциях: "Закономерности эволюции земной коры", С.-Петербург-1996; VI сессии РАО "Акустика на пороге XXI века", Москва-1997; "Докембрий Северной
Евразии", С.-Петербург-1997; "Науки о Земле на пороге XXI века: новые идеи, подходы, решения", Москва-1997; рабочем совещании проекта SVEKALAPKO, Репино-1998. Результаты исследований отражены в 10 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и приложения, изложенных на 142 страницах, содержит 29 рисупков, 10 таблиц и список литературы из 90 наименований.