Пружна анізотропія метаморфічних порід Кривбасу і її використання для вирішення задач тектонофаціального аналізу

· величина А_м для метаморфічних порід КНГС і її полігону змінюється від 0,8 % до 25,4 %. Високоанізотропними є 51 % метаморфічних порід КНГС (А_м > 10 %), 41 % - середньоанізотропні (5 % < А_м < 10 %) і 8 % - низькоанізотропні породи (А_м < 5 %). Низькоанізотропні (82 %) в акустичному відношенні породи приурочені до інтенсивних зон дроблення і підвищеної тріщинуватості. Для свердловини «Супутник-2» 34 % порід високоанізотропні, 52 % - середньоанізотропні та 5 % - низькоанізотропні. Породи свердловин 16887 і 16906 характеризуються низькими і середніми значеннями цього параметру. Загалом близько 64 % досліджених зразків порід високоанізотропні;

· акустична симетрія текстури 97 % зразків досліджених метаморфічних порід не вище ромбічної, 5 зразків можна апроксимувати більш високою поперечно-ізотропною симетрією;

· пружна симетрія порід Криворізької надглибокої свердловини і її полігону переважно триклинна, іноді ромбічна, лише для двох зразків - поперечно-ізотропна;

· 65 % досліджених зразків притаманний планальний мотив текстури. Чотири відсотки досліджених зразків віднесено до текстур аксіальної і планальної поперечно-ізотропної симетрії.

3. Вперше розроблені математичні моделі тектонофацій різних реологічних обстановок - катазони, мезозони і епізони, які відповідають різним типам деформацій. Для пластичних деформацій розроблені моделі враховують переважний вплив кристалографічної орієнтації, сланцюватості і комбінований вплив зазначених факторів. Пружно-пластичні моделі (умови мезозони) характеризують вплив на параметри акустичної і пружної анізотропії сланцюватості і кліважу. Моделі крихких деформацій (умови епізони) характеризують вплив однієї, двох і трьох систем ортогональних тріщин на акустичні і пружні параметри. Для умов епізони також розроблена комбінована модель, яка розглядає накладені деформації. Вона характеризує одночасний вплив кристалографічної орієнтації, системи ортогональних мікротріщин і кліважу.

4. Вперше проведено математичне моделювання акустичної і пружної анізотропії різних тектонофацій. Встановлено, що значення інтегрального коефіцієнту пружної анізотропії A неухильно зростає з ростом рівня дислокаційних перетворень не залежно від PT-умов, і найвищих своїх значень досягає у найвищих тектонофаціях IX - X. Для умов катазони різниця між «швидкою» і «повільною» квазіпоперечними хвилями досягає величини 2,1 км/с, в той час як для умов мезозони ця величина майже вдвічі менша. Ефекти розщеплення хвиль в умовах катазони і мезозони значні. В епізоні величина цього параметру не перевищує 0,45 км/с для комбінованої моделі і не перевищує 0,25 км/с для моделей з різними системами ортогональних мікротріщин. Для всіх моделей тектонофацій показано, що навіть для тектонофацій IX - X існують окремі напрямки, де закономірності розповсюдження пружних хвиль фактично нічим не відрізняються від ізотропного середовища.

5. Вперше розроблено методику акустичного текстурного аналізу тектонофацій дислокаційних структур, яка дає можливість кількісного і якісного аналізу тектонофацій. Встановлено, що між рівнем дислокаційних перетворень і акустичним рівнем тектонофацій існують стійкі зв'язки. Показано, що кількісний рівень тектонофацій можна оцінити за величиною інтегрального коефіцієнту акустичної анізотропії А_м і диференціальним коефіцієнтом пружної анізотропії. Якісну інтерпретацію тектонофацій можна здійснювати за результатами аналізу параметрів пружної анізотропії - швидкістю квазіповздовжньої хвилі, різницею між “швидкою” і “повільною” квазіпоперечними хвилями, і кутом відхилення вектора пружних зміщень від напрямку хвильової нормалі. Для зразків метаморфічних порід свердловин полігону КНГС, що не були охоплені тектонофаціальними дослідженнями, на основі акустичного текстурного аналізу був встановлений рівень дислокаційних перетворень.

6. За результатами інверсії азимутальної залежності квазіповздовжної і квазіпоперечної хвиль у функцію розподілу орієнтації мінералів і мікротріщин проведено динамічний структурний аналіз залізистих кварцитів мікроскладки Криворіжжя. Встановлені переважні напрямки мікроорієнтації осей кварцу, магнетиту і кальциту, найбільш ймовірні формати зерен породоутворюючих мінералів та концентрації їх орієнтованих зерен.

7. Розроблено схему вимірювально-інтерпретаційної технології, за допомогою якої можуть бути вирішені задачі текстурного аналізу деформацій і ступенів дислокаційних перетворень гірських порід.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Безродний Д.А. Пружна симетрія і параметри анізотропії метаморфічних порід Криворізької надглибокої свердловини / Г.Т.Продайвода, Д.А.Безродний, І.М.Безродна, О.М. Кожан // Вісник Київськ. ун-ту, Геологія. 2001. - № 24. - С. 91-95.

2. Безродний Д.А. Математичне моделювання анізотропії ефективних акустичних і пружних постійних тектонічно-деформованих метаморфічних гірських порід / Г.Т.Продайвода, Д.А. Безродний, Т.Г.Продайвода // Вісник Київ. ун-ту, Геологія. 2003. - №26. - С. 20-24.

3. Безродний Д.А., Акустический метод определения функции распределения ориентации минералов и микротрещин полиминеральных горных пород / Г.Т.Продайвода, Д.А.Безродний, Т.Г. Продайвода // Геофізичний журнал, 2005. - №3. - С. 54-61.

4. Безродний Д.А. Математичне моделювання тектонофацій мезозони на основі акустичного аналізу метаморфічних порід Кривбасу // Вісник Київськ. ун-ту, Геологія. 2008. - № 44. - С. 13-16.

5. Безродний Д.А. Математичне моделювання впливу кристалографічної орієнтації мінералів і мікротріщин на параметри пружної і акустичної анізотропії / Д.А.Безродний, І.М.Безродна // Вісник Київськ. ун-ту, Геологія. - 2008. - № 45. - С. 49-52.

6. Безродний Д.А. Пружна симетрія і параметри акустичної анізотропії порід Криворізької залізорудної зони // Тези наук. конф. проф.-викл. складу геол. ф-ту «Актуальні проблеми геології України». Київ, ВЦ “Київський ун-т”, 2000. С. 73.

7. Безродний Д.А. Анізотропія об'ємних пружних хвиль метаморфічних порід Криворіжжя за даними ультразвукових досліджень / Г.Т.Продайвода, Д.А.Безродний, І.М. Безродна // Матеріали ІІ Міжнародної конференції „Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. - К., 2001. - С. 25-26

8. Безродний Д.А. Дослідження пружної симетрії параметрів анізотропії метаморфічних порід полігону Криворізької надглибокої свердловини / Г.Т.Продайвода, Д.А.Безродний, Л.І.Миколенко // Матеріали VІ Міжнародної конференції „Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. - К., 2005. - С. 48-49.

9. Безродний Д.А. Дослідження пружної анізотропії для вирішення задач тектоно-фаціального аналізу // Матеріали Всеукраїнської конференції „Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. - К., 2007. - С. 50-52.

10.Пат. 20040706083 Україна, МПК (2006) G01N 29/04. Акустичний спосіб структурного аналізу матеріалів / Продайвода Г.Т., Безродний Д.А., Продайвода Т.Г.; заявник и патентоутримувач Київ. нац. ун-т ім. Т.Шевченка. - № 78541; заявл. 22.07.2004; опубл. 15.12.2006. Бюл.№12.

Анотація

Безродний Д.А. Пружна анізотропія метаморфічних порід Кривбасу і її використання для вирішення задач тектонофаціального аналізу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.22 - геофізика. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2008.

В роботі проведено експериментальні ультразвукові дослідження швидкостей об'ємних пружних хвиль на 177 зразках метаморфічних гірських порід Криворізької надглибокої свердловини і свердловин її полігону, визначена їх акустична і пружна анізотропія, розроблені моделі тектонофацій, що відповідають деформаціям різної природи і інтенсивності та проведені чисельні розрахунки ефективних акустичних і пружних постійних цих моделей та реальних полімінеральних метаморфічних порід Криворіжжя.

Для всіх досліджених зразків встановлені акустична і пружна симетрія їх текстур. Автором встановлені зв'язки між параметрами акустичної і пружної анізотропії і інтенсивністю дислокаційних перетворень.

На основі проведених експериментальних ультразвукових досліджень, визначення акустичної і пружної анізотропії гірських порід Кривбасу і результатів математичного моделювання розроблена методика акустичного текстурного аналізу тектонофацій різних рнологічних обстановок.

Ключові слова: швидкості квазіповздовжніх і квазіпоперечних хвиль, пружна анізотропія, тектонофаціальний аналіз, метаморфічні породи Криворіжжя

Безродный Д.А. Упругая анизотропия метаморфических пород Кривбасса и ее использование для решения задач тектонофациального анализа. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.22 - геофизика. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2008.

Диссертация посвящена разработке методики количественного и качественного акустического текстурного анализа тектонофаций по данным экспериментальных ультразвуковых исследований упругой анизотропии метаморфических пород Криворожской сверхглубокой скважины и скважин ее полигона.

Определены фазовые скорости распространения квазипродольных и «быстрой» и «медленной» квазипоперечных волн для 177 образцов горных пород Кривбасса, которые относятся к наиболее распространенным породам района исследований. Показано, что скорости как продольной, так и поперечных волн изменяются в значительных пределах, что свидетельствует о значительной упругой анизотропии метаморфических пород и интенсивных процессах расщепления волн.

По результатам обработки результатов ультразвуковых исследований впервые для метаморфических пород Кривбасса определены полные наборы матриц акустических и упругих постоянных и их точечные группы симметрии.

Величина интегрального коэффициента акустической анизотропии А_м метаморфических пород Криворожской сверхглубокой скважины и скважин полигона изменяется от 0,8 до 25,4 %. Приблизительно 51 % пород КСГС высоко анизотропные (А_м > 10 %), 41 % - средне анизотропные (5 % < А_м < 10 %) и лишь 8 % - низко анизотропные. Большинство низко анизотропных пород КСГС приурочены к зонам интенсивной трещиноватости. 64 % исследованных метаморфических пород являются высоко анизотропными.

Акустическая симметрия текстуры рассмотренных образцов в большинстве случаев ромбическая, лишь в редких случаях поперечно-изотропная. Упругая симметрия, в основном, триклинная, иногда, ромбическая, и лишь в двух случаях - поперечно-изотропная. По результатам анализа параметров акустического эллипсоида L и S установлено, что большей части исследованных образцов свойственный планальный структурный мотив текстуры, хотя в подчиненном количестве присутствуют и текстуры с аксиальным структурным мотивом.

Разработаны математические модели тектонофаций, которые соответствуют различным типам деформаций - пластическим, упруго-пластическим, хрупким и комбинированным наложенным деформациям. Они соответствуют различным реологическим обстановкам - катазоны, мезозоны и эпизоны. Рассмотрено влияние на параметры акустической и упругой анизотропии кристаллографической ориентации породообразующих минералов, сланцеватости, кливажа, одной, двух и трех систем ортогональных микротрещин и их комбинированное влияние.

Проведено математическое моделирование акустической и упругой анизотропии разных тектонофаций на примере реальных моделей КСГС и скважин полигона. По его результатам установлено, что интегральный коэффициент акустической анизотропии A возрастает с ростом бала тектонофаций и особенно интенсивно в условиях высших тектонофаций ІХ - Х. Показано, что возрастание уровня деформационных преобразований существенно влияет и на параметры упругой анизотропии - дифференциальный коэффициент упругой анизотропии, скорость квазипродольной волны, разность между «быстрой» и «медленной» квазипоперечными волнами, угол отклонения вектора упругих смещений от направления волновой нормали. Установлено, что явление расщепления упругих волн значительно интенсивнее в условиях катазоны и мезозоны, чем в эпизоне. Показано, что даже в высоко анизотропных средах, которые соответствуют ІХ - Х балу тектонофаций, существуют отдельные направления, где закономерности распространения упругих волн ничем не отличаются от изотропной среды.

Разработана методика акустического текстурного анализа тектонофаций дислокационных структур, которая дает возможность их количественной и качественной оценки. Показано, что уровень деформационных преобразований возможно оценивать по величине интегрального коэффициента акустической анизотропии. Качественную оценку тектонофаций можна осуществлять при помощи параметров упругой анизотропии.

По результатам инверсии азимутальной зависимости квазипродольной и квазипоперечной волн в функцию распределения минералов и микротрещин установлена их преимущественная ориентация. Для ряда образцов выделены два ортогональных направления ориентации микротрещин, которые совпадают с направлениями действия максимальных напряжений сдвига.

Разработана схема измерительно-интерпретационной технологии для решения задач текстурного анализа деформаций и степеней дислокационных преобразований горных пород.

Ключевые слова: скорости квазипродольных и квазипоперечных волн, акустическая и упругая анизотропия, тектонофациальный анализ, метаморфические породы Криворожья.

Bezrodnеy D.A. Elastic anisotropy of the Krivbas' metamorphic rocks and it's utilization for solving problems of the techtonofacing analysis. - Manuscript.

The thesis for a candidate degree of geological science іn speciality 04.00.22 - geophysics. - National Taras Shevchenko University of Kyiv, Kyiv, 2008.

The author of the dissertation carried out the ultrasonic investigations of velocity of volumetric elastic waves on the 177 models of the metamorphic rocks of Krivbas super deep borehole; determined their acoustic and elastic anisotropy and elaborated the models of tectonofacions that correspond to different deformations. The calculations of the effective acoustic and elastic constants of these models and real polymineral metamorphic rocks of Krivbas were done.

Acoustic and elastic symmetry of the texture of all models and the relations between the parameters pf acoustic and elastic anisotropy and intensity of the shifting transformation was determined.

The technique of the acoustic texture analysis of the tectonofaces of different reological situations was elaborated on the base of experimental ultrasonic investigations, the determination of the acoustic and elastic anisotropy of Krivbas' rocks and the results of the mathematical modeling.

Key words: velocities of the quasi-transverse and quasi-longitudinal waves, elastic anisotropy, techtonofacing analysis, Krivbas' metamorphic rocks.

Размещено на Allbest.ru