Онанко Ю. А.

КНУ,геологічний факультет, магістрант

Науковий керівник: проф. каф. геофізики, д.ф.-м.н. Продайвода Г.Т.

АКУСТИЧНА ЕМІСІЯ В ПІСКОВИКAХ

Дана робота присвяченавивченню динаміки неоднорідного термального впливу створеного потужнимімпульсним наносекундним неодимовим лазером у дисперсних твердих тілах, зокремау псевдопісковиках КНГС. Процес за наборомчасових фаз імітує «виверження вулкану».

Криворізька надглибока свердловина(КНГС) є унікальним геологічним об’єктом, який закладався з метою дослідженняоднієї з найбільших у світі залізорудної області, що розташована в СередньомуПридніпров’ї, і займає площу              S ~ 120 000 км².Геологічна структура пісковику, особливості термічного ініціюючого впливу визначаютьдинаміку процесу локальної перебудови і тип акустичної емісії (АЕ). З огляду навелику інформаційну насиченість щодо генезису гірських порід особливості прояву АЕ є важливими для розвитку теорії  деформації геологічного середовища, утворенняі розповсюдження тріщин, тому необхідні для  фізич-

Рис.1  Фотографія акустичного відгуку таповерхня після лазерного опромінення

 неодимовим лазером

ногообґрунтування використання методу АЕ для здійснення неруйнівного контролюструктури зцементованих осадових мілкозернистих пісковиків із гранулярноюпористістю. Структура гірської породи, її фізичні властивості,особливості термічного ініціюючого впливу визначають динаміку процесу локальноїперебудови і тип АЕ – дискретна чи неперервна.

Мілкозернистіпісковики з тонкошаровою текстурою характеризуються тонкошаровою чередоюмілкозернистих напівокатаних зерен ломаного кварцу і польового шпата і шарів зглинистим цементом і гідрослюдами, шари збагачені и бітумом до 10%. Уламкикварцу і гідрослюд орієнтовані вдовж шаруватості. Цемент глинистий,регенераційно-корозійний. Катагенічні зміни проявляються в ущільненні зерен зарахунок по октаедру і регенерації кварцу. Спостерігається утворення орієнтованихлусок біотиту, також проявляється мікротріщинуватість.

Створений неодимовим лазеромкороткочасний термічний вплив на пісковик призвів до локального розплавуповерхні. Після припинення дії лазерного випромінювання застигання розплавупочалося саме з поверхні (найефективніший тепловідвід), а розширена(розплавлена) нижня частина кратеру створила додаткові стискаючі механічнінапруги, що «втягують» центральну частину поверхні кратеру в глибину пісковику.

На рис. 1 наведена фотографіїакустичного відгуку та зображена поверхня після лазерного опроміненнянеодимовим лазером інтенсивністю І ≈ 110 МВт/см² вмілкозернистий псевдопісковик з КНГС №12704.1, нафлюїдений водним розчином NaClз концентрацією ρ ≈ 38,125 г/л, та в мілкозернистий пісковик №4975,що  супроводжувалось створеннямнеоднорідних термомеханічних напруг з проплавом кратеру і  викидом на поверхню зразка розплаву.

Глибина кратеру проплаву Δh присталій потужності і часу опромінення лазером лімітована локальною теплопровідністюта встановленням «тимчасово-рівноважного» розподілу градієнтів температурΔТ перпендикулярних до вісі кратеру та вздовж неї. Глибина проплавленнявнаслідок релаксації термопружних напруг σ_i при великих часовихΔТ/Δt = (55±100)^.10⁹ К/сек та просторових              ΔТ/Δx = (1±2)^.10⁴К/см градієнтах температур на рисунках оцінена Δh ≈ 10 мкм.

ВимірянаАЕ методом усереднена швидкість розповсюдження поздовжніх хвиль вмілкозернистому псевдопісковику з КНГС №12704.1, тонкошаровому з шаруватістюперпендикулярної вісі керна, нафлюїденому  водним розчином  NaCl  зконцентрацієюρ ≈ 38,125 г/л, була v_║= l/t » 0,03022 м/14,0 мкс » 2160 м/с. Враховуючи величину об’ємної густини ρ »2,63^.10³ кг/м³, визначено модульпружності                  Е » 12,26 ГПа. Групова швидкість розповсюдження поздовжніххвиль в мілкозернистому пісковику №4975 була v_║ = l/t »0,03144 м/10,8 мкс » 2910 м/с. Враховуючи величину об’ємної густини ρ »2,63^.10³ кг/м³, визначено модуль пружності             Е » 22,29 ГПа.

Динамічний та динамотермальнийметаморфізм, що накладається на породу, приводить до структурно-механічногоперетворення її при різних рівнях тисків та температур в анізотропійних поляхнапружень σ_i. Планальна структураозначає, що породи в момент свого утворення перебували в умовах літостатичноготиску. Враховуючи складну геологічну будову району КНГС, наявність древніхглибинних розломів, архейських зон зміщення та складчастих зон, можнаприпустити, що дані породи дійсно утворились при регіональному метаморфізмі,тобто при дії літостатичного тиску, а вже потім, в процесі свого існуванняопинилися в умовах бокових напружень. Орієнтована мікротріщинуватістьзразків  обумовлена міжзерновимимікротріщинами, які присутні в усіх зразках, і підкреслює аксіальний або планальнийхарактер симетрії текстур.

Своєрідністю спектруАЕ мілкозернистих пісковиків - зцементованих осадових порід із гранулярноюпористістю та магматичних порід з низькою первинною пористістю є наявністьбагатьох вторинних максимумів. Їх присутність свідчить як про розмаїттяречовинного складу і структури породи, того чи іншого набору аллотигенних іаутигенних мінералів, складу цементу, текстурних особливостей, так і передає,певною мірою, характер перебігу діа- і катагенетичних процесів.