ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .......................................................... 4
ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НЕУПРУГОСТИ И НЕЛИНЕЙНОСТИ
ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ....................... 18
1.1. Особенности внутреннего строения и физико-механических свойств горных пород...................... 18
1.1.1. Неоднородность строения, уровни
неоднородностей ........................................ 21
1.1.2. Неоднородность физико-механических свойств ............. 26
1.2. Физические предпосылки неупругости
поликристаллов........................................ 41
1.2.1. Неоднородность напряженно-деформированного состояния. Концентрация напряжений.............................. 41
1.2.2. Движение дефектов....................................... 49
1.2.3. Микропластичность поликристаллов........................ 56
1.3. Область нелинейной неупругости.......................... 58
1.4. Выводы.................................................. 62
ГЛАВА 2. МИКРОПЛАСТИЧЕСКАЯ И РЕЛАКСАЦИОННАЯ НЕУПРУГОСТЬ
ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ МАЛЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ И
ДЕФОРМАЦИЯХ ............................................ 65
2.1. Характерные проявления неупругости в горных
породах и минералах. . ................................ 65
2.1.1. Общие сведения.......................................... 6Е
2.1.2. Критические напряжения и деформации..................... 7С
2.1.3. Временные характеристики................................ 71
2.1.4. Данные лабораторных экспериментов....................... 7;
2.2. Микропластическая неупругость горных пород.............. 7<
2.2.1. Методика и аппаратура................................... 8(
2
2.2.2. Погрешности измерений................................. 84
2.2.3. Экспериментальные исследования методом трехточечного изгиба............................................. 87
2.2.4. Исследования при деформации сжатием..................... 109
2.2.5. Микропластическая анизотропия........................... 117
2.2.6. Статические и динамические
модули упругости........................................ 124
2.2.7. Микропластичность и акустическая эмиссия................ 143
2.3. Выводы................................................. і50
ГЛАВА 3. НЕУПРУГИЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В СЕЙСМИКЕ............... 152
3.1. Механические модели среды
с микропластичностью.................................... 153
3.2. Предпосылки неулругости в сейсмике...................... 168
3.3. Физические механизмы поглощения
сейсмической энергии.................................... 17Е
3.4. Лабораторные и полевые экспериментальные данные
по неупругости и нелинейности........................... 201
3.4.1. Динамические характеристики источника
излучения. Форма первичного импульса.................... 20!
3.4.2. Экспериментальные исследования формы волны............ 20'<
3.4.3. Измерение динамических характеристик
сейсмических волн....................................... 211
3.4.4. Полевые эксперименты.................................... 23(
3.4.5. Амплитудная зависимость и гистерезис сейсмических параметров (лабораторные и полевые эксперименты).. . 23!
3.5. Выводы.................................................... 26
ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................... 26
ЛИТЕРАТУРА....................................................... 26
3
Вола присутствует практически во всей толще осадочных пород [74]. Растворы просачиваются сквозь межзеренное пространство и каждое зерно омывается раствором [91]. Вода здесь выступает как поверхностно-активное вещество, понижая прочность мсжзерновых контактов и проникая во внутренние объемы поликристалла.
Небольшое присутствие воды оказывает сильное влияние на механические свойства таких минералов, как кварц, оливин [241]. Установлены две возможности вхождения воды в кварц [217]:
1. В виде ”неструктурной” молекулярной воды, слабосвязанной или полностью не связанной с ионами решетки. Она входит в состав газожидкостных включений и образует пленки воды, адсорбированных на поверхности зерен и трещин;
2. В виде ’’структурной5’ примеси, имеющей сильные связи в решетке кварца. Водные молекулы удобно вписываются в структуру силикатов. Явление гидролитического разупрочнения - снижение модуля упругости и предела текучести по сравнению с параметрами деформации в "сухих” образцах кварца, объясняется гидролизацией БьО связей (8ъОН-НО-81), в результате которой при движении дислокаций облегчается их разрыв [252].
Во многих природных кварцитах обнаружено наличие водных и газовых пузырей (< 5 мкм). Они обычно встречаются в залеченных трещинах и содержат почти чистый СО2 , находящийся под давлением 5 • Ю8Па при температурах извержения. Имеются и пустые аналогичные полости. В больших количествах присутствуют субмикроскопи-чеекие пузырьки, которые примыкают к кристаллическим дефектам, а также к границам зерен. Пузырьки размером около ЮОА обнаружены на отдельных дислокациях и субзерновых границах. Встречаются трещины, декорированные пузырьками. Присутствие летучей фазы, содержащей Н2О в виде внутризерновых или межзерновых пузырьков
28
оказывает влияние на скорости и затухание сейсмических волн. Капиллярная вода, конденсирующаяся около точек взаимного контакта, также вносит свой вклад в поглощение энергии распространяющихся сейсмических сигналов [1.93].
Пленочная вода обволакивает всю поверхность частиц слоем в несколько десятков молекулярных диаметров и частицы всегда разделяются некоторой тонкой прослойкой молекулярной воды. Жидкость, заключенная между зернами, по своим свойствам напоминает вязкую жидкость [54,55,60]. Вязкость граничной жидкости молекулярной природы вблизи поверхности твердого тела существенно отличается от ее значения в объеме жидкости [7,97]. Адсорбционные слои способствуют скольжению частиц относительно друг друга, являясь как бы смазкой. Упругие характеристики таких пленок имеют аномальное значение [104]. Например, пленка воды в 0,04 мкм имеет модуль сдвига около 2 • 105 Па. Толщина водных пленок, окружающих частицы, уменьшается с уменьшением их диаметра. Так, если для частицы диаметром 0,5 мм толщина пленки воды составляет 0,28 мкм, то для частицы диаметром всего лишь в три раза меньшим (0,17 мм), она равна 0,011 мкм. Чем толще пленка, тем больше снижение механической прочности и чем тоньше она, тем больше связность и трение между частицами [26]. Прочносвязанная вода характеризуется повышенной плотностью, равной 1.2 - 1,4ТО3 кг/м* [39].
При деформации пород роль границ зерен более значительна, чем у других твердых тел, например, металлов. Границы зерен представляют собой область кристаллической решетки с: меньшей плотностью и повышенной свободной энергией [193]. Границы зерен обладают повышенной растворимостью и имеют более низкую температуру плавления, чем основная масса материала (до 4° С). В то же время субграницы при данной температуре значительно подвижнее границ [7]. Примеси,
29
- Київ+380960830922