Упругие параметры

Упругость характеризует свойство веществ сопротивляться изменению их объема и формы (твердые тела) или только объема (жидкости, газы) под воздействием внешних факторов (поверхностные силы, объемные силы, нагрев), что обусловливается возрастанием внутренней энергии веществ.

Деформация, т. е. изменение размеров и формы пород, является результатом относительного смещения атомов, молекул или ионов узлов кристаллической решетки минеральных зерен твердой фазы, молекул или ионов жидкой и газовой фаз. Деформации пород препятствуют внутренние силы – силы взаимодействия между их различными частицами.

Горные породы подразделяют на идеально и дифференциально упругие.

Идеально упругие горные породы – это те, которые полностью восстанавливают свои первоначальные размеры и форму после снятия напряжения внешних сил, не превышающих пределов упругости для данного тела. К ним относятся большинство минералов, магматических и метаморфических и некоторых осадочных горных пород, так как они, как правило, малопористые, а, следовательно, содержание жидкой и газообразной фаз в них невелико.

Дифференциально упругие породы – это те, которые не восстанавливают своей формы и размеров после приложенных воздействий. К ним относятся породы с большой величиной пористости, содержащие воду, газ (гравий, песок и другие горные породы, насыщенные нефтью, газом, водой).. К числу этих характеристик относятся модули Юнга E, сдвига G, всестороннего сжатия К, скорости распространения продольных v _P, поперечных v _S и поверхностных v _R упругих волн, коэффициенты Пуассона s _п, объемного сжатия b, поглощение продольных, поперечных и поверхностных упругих волн a _P, a _S и a _R.

Упругость однородно-анизотропных пород описывается большим числом (до 21) независимыхкоэффициентов упругости, скоростей упругих волн икоэффициентов поглощения.

Модули E, G и К (Па) являются коэффициентами пропорциональности в уравнениях, связывающих напряжения ; (Па), созданные в породе определенными усилиями с соответствующими им деформациями.

Коэффициент сжимаемости (Па^-1) – это величина, обратная модулю всестороннего сжатия b =1/ К. Коэффициент Пуассона = l ₂/ l ₁ (где l ₂ и l ₁ – поперечная и продольная деформации бруска породы, к торцовым граням которого приложены равные растягивающие или сжимающие усилия) характеризует интенсивность поперечных деформаций пород при приложении к образцу продольных усилий.

Скорости v _P, v _S и v _R (м/с) распространения упругих колебаний связаны с временами t _P, t _S и t _R (мкс/м) распространения упругих продольных, поперечных и поверхностных волн в образце породы следующими равенствами. Для продольных волн v _P= l / t _P, для поперечных волн v _S= l / t _S, для поверхностных волн v _R= l / t _R, где l – длина образца.