Скорости распространения упругих волн в различных горных породах

Скорости распространения упругих волн являются определенным диагностическим признаком горной породы. Методы их определения делятся на лабораторные (измерения на образцах), скважинные (сейсмические и акустические наблюдения в скважинах), полевые (расчет скорости в результате интерпретации данных сейсморазведки).

Скорости распространения волн определяются составом, строением и состоянием горных пород, которые, в свою очередь, зависят от гранулометрического и минерального состава твердых частиц, глубины залегания, возраста пород, степени метаморфизма, плотности, пористости, трещиноватости, разрушенности, выветренности, водонасыщенности, нефтегазонасыщенности и других факторов.

Наименьшими скоростями () обладают рыхлые сухие пески (0,5 - 1 км/с), нефть (~1,2 км/с), вода (~1,5 км/с), глины (1,3 - 3 км/с), уголь (1,8 - 3,5 км/с). Большие скорости (3 - 6 км/с) у скальных осадочных пород (известняки, мрамор, доломит, соль и др.). Самые большие (4 - 7 км/с) - у изверженных и метаморфических пород.

Все остальные факторы, которые делают породу более массивной, сцементированной, консолидированной - например, водонасыщенность, замерзание, степень метаморфизма - делают больше. С увеличением раздробленности, трещиноватости, рыхлости, пористости (при заполнении пор воздухом или газом) уменьшается. Нефтенасыщенные породы по мало отличаются от водонасыщенных. Для сильно рассланцованных пород характерно различие скоростей в разных направлениях (анизотропия): у них скорость на 10 - 20 % больше вдоль, чем вкрест напластования. Чем больше абсолютный возраст пород () и глубина залегания (), тем больше скорость. Для осадочных пород известна следующая эмпирическая формула зависимости скорости от этих факторов , где - коэффициент пропорциональности.

Т а б л и ц а 4.1

Наименование породы или среды	(км/с)
от	до
Воздух	0,3	0,36
Почвенный слой	0,2	0,8
Гравий, щебень, песок	0,1	1,0
Вода	1,43	1,59
Глина	1,2	2,5
Песчаник	1,5 (рыхлые)	4,0 (очень плотные)
Сланцы	2,0	5,0 (метаморфические)
Известняки, доломиты	3,0	6,0
Лед	3,0	4,0
Гранит	4,5	6,5
Базальт	5,0	7,0

В таблице 4.1 приведены примеры величин скоростей продольных волн в некоторых породах и средах, которые свидетельствуют о большом интервале их изменения для каждой породы и возможности одинаковой скорости у разных пород.

Скорости распространения поперечных волн () меньше, чем продольных (). Отношение меняется для разных пород: от 1,3 - 1,6 (для высокопористых газонасыщенных), к 1,5 - 2 (для сцементированных скальных или водонефтенасыщенных) до 2 - 3 (для рыхлых плохо сцементированных типа л\"ессов, песков, глин). Этим отношением определяется коэффициент Пуассона ().