Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Пространственно-направленная палеомагнитная анизотропия геологических сред и прогнозирование направления разрушения горных пород

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-направленная палеомагнитная анизотропия геологических сред и прогнозирование направления разрушения горных пород"

РГ6 Од

2 а пол ^

ЕРЕВАНСКИЙ ■ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МАШОСЯН ГАГИК ВАРАЗДАТОВМ

УДК 662.026:550.38

ПРОСТРАНСТВЕННО-НАПРАВЛЕННАЯ ПШСМГЕЖШАЯ АНИЗОТРОПИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Специальность - 04.СО.12 - Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

дисергации на„соискание ученой степени кандидата геолого-гяяхералогических наук

Ереван -19 3 3

Работа выполнена в лаборатории петрофизических исследований при кафедре геофизических методов поисков и разве; ки месторождений полезных ископаемых геологического факул тета Ереванского государственного университета.

Научный руководитель,- доктор геолого-шнералогически:

наук, профессор Г.М.Авчян

Официальные онпоненты-

доктор геолого-шнералогически: наук, Р.С.Минасян

Ведущее предприятие:

кандидат геолого-минералогичес: наук Э.М.Карапетян

Государственное управление Рес лике Армении по недрам

Защита состоится ''^а^зм^Р 1993г. в "ZJ 41 на заседании специализированного совета К.055.01.10 по задачам кандидатских диссертаций при Ереванском госуда: ственном университете.

Отзывы на автореферат просим направить по адресу: Ереван, 375049, ул.Алека Манукяк I, ЕГУ, геологический фа: тет, уч. секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в научном кабинете

Уненый секретарь

специализированного совета

доктор геолого-минералогических

наук, профессор ^JJ, С&^Л*---^•САД0ЯН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Если на заре развития геофизических методов исследования земной кори, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, геологическую сроду условно принимали как изотропную, но неоднородную, в виде трудности учета анизотропии, то в настоящее время начали обращать особое внимание на важность учета закономерности пространственного распределения анизотропии, для повышения точности количественной интерпретации геофизических материалов. Известии фундаментальные исследования А.И.Заборовского, В.Н.Дахнова, Ю.В.Резниченко, О.И.Силаевой, И.В.Берзон, А.К.Александрова, И.А.Резанова, Б.П.Беликова, М.Л.Воло-ровича, Е.М.Челнокова,- Л.Ю.Бродоеэ, А.Н.Храмова, Д.М.Покровского и других, в области сейсмической, электрической и магнитной анизотропии геологических сред, природы анизотропности геологических объектов.

Придавая большое научное и практическое значение вопросу -исследования анизотропии пород, во многих зарубежных странах (США, Япония, Германия, Франция и др.) также проводятся многочисленные теоретические и экспериментальные работы. Из них следует особо отметить работы Д.Андерсона, У.Ишикава, В.Бабушка, З.Просса, Д.Бамфорда, С,Крамплина, И.Фетта, А.Рееса и других, внесших большой вклад в теорию возникновения анизотропии кристаллов и гетерогенных' систем, так и в оценку степени анизотропии пород в различных условиях.

3 отличие от предыдущих работ, нами более десяти лет предметом анализа л обсуждения служили результаты воздействия физических полей на формирования горних пород и возможное влияние направленных физических полей на структуру формирующихся в данном поло порода. Установленные еще в 60-х годах А.К.Уруповнм в Пермском Прикамье факты поворота горизонтальных сечений индикатрис скоростей сейсмических волн при переходе от более древних образований к более молодым не могли бить объяснены"известными явлениями, . приводящими к анизотропии пород. С увеличением объема исследуемой толщи пород, за счет включения в нее более древних оглоле-ний, отмечается поворот направления повышенного значения скорости. Часто анизотропию связывают с трещиноватостыо пород и в первую очередь анизотропии скорости сейсмических волн и кажущегося удель-

ного сопротивления при круговых ВЭЗ. Однако само распределение 'трещиноватости в геологических средах также анизотропно. Для пород разного возраста направления максимальной трзщиноватостах различны,'

Наш совместно с профессором Г.М.Авчяном впервые было показано, что пространственно-направленная анизотропия пород может возникать под влиянием геомагнитного поля,времени и места . их формирования й быть причиной различного рода геодинамических последствий.' Явление возникновения и фиксации в горных породах палеомагнитной анизотропии физико-механических свойств пород обусловлено пространственной ориентацией частиц в процессе формирования пород и направленной магнитострикцией.

Цель настоящей работы. - является исследование процесса возникновения ''пространственно направленной палеомагнитной слоистости" (ПНПС) в породах и ее влияние на направления разрушения пород.* ~

Основные задачи исследования :

1. Установление процессов возникновения ПНПС в осадочных е магматических породах.

2. Анизотропия физических параметров,обусловленной Ш.'ПС пород.

3. Прогноз направления разрушения пород. -

4.Процессы истирания пород с позиции ПНПС пород.

5. Влияние влажности на прочность к на скорость прохождения продольных волн пород.

6. Возникновение направленных дислокаций при землетрясениях.

Фактический материал. _ в течении 10-и лет нами в- лабораторных условиях было исследовано около 1000 образцов, более половики отобрано па территории Армении,, а часть было коллекциями■отдельных ученых Армении и г.Москвы.Всего было'проведено'более 10000 измерений. В лабораторных условиях на образцах были измерен-;.;: плотность»пористость,скорость распространения упругих продольных волн для абсолютно сухих и водонасыценных образцов,удель-*

ко: :..лгггг.ге?::оз .сопротивление породестественной влажностью и на?.;; растворами разной концентрации,проницаемость по газу, ¡г; г.;'.. ¡то остаточной намагниченности,магнитная восприимчивос-.. ..и продел;- прочности по внедреншо штампа,элементы - •-.„•-трещины п т.д."

Научная новизна. Впервые выявлено влияние геомагнитного поля эпохи формирования пород нь структуру, предопределяющую анизотропию петрофлзических характеристик :

- установлена зависимость направления разрушения пород от направленности палеомагнитннх слоев, возникающих,в породе под действием внешнего геомагнитного поля;

- выявлены закономерности изменения в пространстве петрофи-зических параметров, обусловленные палеомагнитноц анизотропией.

Практические значения - заключаются в тон, что на основе выявленной закономерности можно повышать эффективность интерпретации геофизических материалов путем учета направленной анизотропии пород,прогнозировать направление разрушения геологической среды,учитывать при эксплуатации местороздений нефти и газа,прогнозировать направление орудинейия в.скрытых районах и т.д.

Защищаемые положения :

I.- влияние геомагнитного поля Зошн на формирование структуры пород,

2 - методы прогноза направления разрушения горных пород,

3 - методы оценки анизотропии геологической среды.

Апробация работ.чу Основные положения диссертации докладывались на УН Всесоюзном совещании по физическим свойствам горных пород (при высоких давлениях" и температур) (Ереван,1985г.)

П и Ш Всесоюзной школе "Физические основы прогнозирования разрушения пород" в г.Фрунзе 1935г.' и в г.Иркутске 1988г., также на научных конференциях в ЕГУ с 1982-1993г.г.

Публикация. По теме диссертации опубликованы II работ.

Объем. Диссертация состоит из.введения,четырех глав,заключения и библиографии. Работа содержит 84 страниц машинописного текста, 41 рисунка и 2-х.таблиц. Список литературы включает 62 наименования.

В заключение автор считает приятным долгом выразить глубокую- признательность своему научному руководителю, доктору гволо-го-минералогических наук, профессору Г.МДвчяну, а такие докторам А.Л.Никитину,А,К,Урупову,В.И.Богоявленскому,В.Б.Тамояну и кандидатам геолого-минералогических наук М.А.Григоряну,!.К.Тате-восян.Д.АДачатряну л А.С.Сардаряну за ценные советы и поддержку при работе над данной темой.

•Автор выражает глубокую благодарность И.А.Хачатрян и С.М.Мна-цаканяя за огромную помощь при оформлении диссертации.

Содержание работы

Глава I. Природа возникновения палеомагнитной слоистости в геологической'среде.

Рассматривается^влияние геома'гнитного поля на процесс формирования Структуры горных пород во время его образования. До настоящего времени предполагалось, что магнитное поле Зеши при формировании пород играет только ориентирующую роль для осадочных пород и намагничивающую для магматических пород. Но по представленной наш модели (Г.М.Авчян, Г.В.Маркосян, Г.Г.Маркосян, 1983г.) для осадочных пород в процессе осаздения, внешнее магнитное поле приобретает роль "направляющей" силы при движении частиц под действием силы тяжести. Намагниченные частицы ориентируются по направлению магнитного поля и дальнейшее движение происходит не вертикально, а по направлению поля, так как здесь играет роль планирующая поверхность частицы и законы гидродинамики. Не исключается вероятность вертикального осаядения частиц, масса которых значительно превышает нритические значения, при котором не в состоянии вращаться и ориентироваться вдоль направления магнитного поля. Такие частицы вместе с диамагнитными и слабо парамагнитными частицами осаздаются вертикально и образуют горизонтальную слоистость, названную наш "гравитационной" слоистостью.

Учитывая все вышеизложенные принципы, в осадке до литифика-ции, кроме гравитационной (горизонтальной)., образуются так;се слои до трем взаимно-перпендикулярным направлениям относительно геомагнитного поля названными "гравимагнитныш" и "магнитными 1 и П вида" слоями или в совокупности "палеомагнитной слоистостью" среды. Отметим, что гравимагнитные .слои перпендикулярны направ-. лению полного вектора геомагнитного поля эпохи образования осадочной породы. Магнитные слон I вида параллельны ьектору геомагнитного поля, а магнитные слои П вида параллельны магнитному меридиану и перпендикулярны горизонтальной плоскости.

Для проверки вышеуказанных предположены"! проведены эксперименты по пореозаадению глин и- магнитных.и электромагнитных фракций, отобранные из специальных шлихов. Осаждение этих частиц проводилось в наполненной еодой стеклянной трубке высотой 50см, дна-

втром '5см. Частицы как и предполагалось, осадцались не вертикально, а по направлению геомагнитного севера. Это приводило " . увеличению мощности осадка в северном направлении и образовало наклонных слоев разного цвета,так как использовались разно-ветнне магнитные фракции. Детальный эксперимент по переосажде-ию глин поставлен по нашей проста в КГИС АН Армении. Резуль-аты которого"подтвердили существование гравимагнитной слоистос-и в осадочных породах.

Приводится -также модель палеомагнитной слоистости магмати-еских пород. Сущность заключается в следующем: в состав магма-ических пород входят ферромагнитные минералы,которые имеют доенную структуру и при намагничивании магнитные моменты отдельное доменов располагаются как параллельно, так и последователь-о направлении намагничивающего магнитного поля, т.е. по направ-енига магнитного поля Земли. В этом случае,по-видимому,поязляет-я анизотропия напряжения, т.е. остаточная напряженность. В частости силы сцегогеппя между двумя частицами, расположенными парал-ельно с параллельными магнитным! моментами, должны быть меньше из-за сталкивающих сил), чем между частицам*,расположенными по-ледоЕательно (из-за протяглванднх сил)вследствие разнополярнос-и, примыкающих концов). Это приводит к тому,что по направлению амагниченности будет иметь место сжатие, а в перпендикулярном -астяжоние. К аналогичного эффакту приводит также магнитострик-ия кристаллов. При намагниченности кристаллов,когда происходит араллеяъная ориентация Еокторов намагниченности доменов или ращение доменов,появляется магнитострикционннй эффект, т.е. из-енение формы и объема кристалла с'доменной структурой. В магма-пч еских породах процесс кристаллизации и образования структуры бычно происходит при более еясоких температурах,■чем блокирующие ешера£уры, при которых возникает термоостаточная намагниченность, ти зоны растяжения находятся на одной плоскости и соответствуют равимагнитноп слоистости, а плоскости сжатия-магнитной слоистос-и I вида, т.о. как и в осадочных породах, в магматических поро-ах такие существует палеомагнитная слоистость. При наличии в ороде "палеомагнитной слоистости" наряду с горизонтальной (гра-итационной) слоистостью предопределяет анизотропию физических войств.: Значение физического параметра должно быть функцией лементов магнитного поля эпохи образования пород, т.'е'." должна ущестЕОвать связь между значением физического параметра,скло-знием Л) и наклонением } древнего геомагнитного поля."

Известно по работе А.К.Урупова и Л.П.Неволина, что индикатриса физического параметра, если анизотропия обусловлена слоистостью, имеет вид эллипса. Длинная полуось эллипса, в зависимости от физического параметра, может совпадать с направлением слоистости (скорость распространения упругих волн, электрическая проводимость, проницаемость по газу или по жидкости)'или быть пе] пендикулярной (электрическое 'сопротивление). В зависимости от того, где рассматривается распределение параметра, индикатрисы анизотропии могут быть эллипсом, а такке фигурой более сложной формы, обусловленной сложением эллипсов с различными фокальными па-ражтра:ли.

Теоретический анализ методом подобия с учетом чисел Рейноль-ца показало, что при вертикальном осаждении сила сопротивления определяется формулой Стокса только для зерен сферической формы. Поскольку последние имеют форму двух или трехслойного эллипса, то планирующий эффект жидкости приводит к наклонному движению частиц.

С учетом вышекзлоленного сделаны теоретические расчеты и "выведены формулы, которые дают возможность теоретическим путем рас-чктать вероятное направление экстремальных значений физико-механических параметров в пространстве геологической среды.

Глава 2. Экспериментальное подтверждение о существовании палеомагнитной слоистости в горных породах, как предопределяющий фактор анизотропии физических свойств.

■Проверка теоретических предположений зависимости анизотропии скорости распространения упругих продольных волн ( V/») »удельного электрического сопротивления ( Яз ), магнитной восприимчивости. проницаемости по газу (Кпр. от направления древнего геомагнитного поля эпохи образования пород,было проверено экспериментально, путем измерения соответствующих параметров V}»*, Ли, ¿.V. , д'у < Ке/ К»!>*> Кпр.у, Нпр.2, ъ и } на ориентированных ог-"г.о:тпл; пород кубической форма: Х,у,2 индехсама обозначены кор

т ;г:=лс осп, & ^ склонение и наклонение остаточной намаг-::\г::."1сотп породы.

'.•• :.-пор."1ментальнойу исследованию подтвердились осадочные ,вул-- ' :.гло-осадочнне, магматические породы разного возраста, отоб-пг. кз территории Армении, так и использованы коллекции ' ' ■ различных регионов Евразии,которые любезно предоставлены .' учеными г.Еревана и г .Москвы (А.Караханян.Н.З. Тер-

■.Давтян, О.Л.Андреева, В.И.Трухин и другие). Пользуясь случаем, считаю своим долгом выразить благодарность этим товарищам.

При определении поротшслв1Г-—х параметров, использованы общепринятые методики и соответствующие аппаратуры, о которых подробно описываются в работе.

Для подтверждения наличия палеомагнитной слоистости необходимо оценить среднее значение отношения скорости продольных волн, удельного электрического сопротивления, проницаемости по газу, магнитной восприимчивости по взаимно перпендикулярны!,1 на- -правлениям одновозрастнцх пород одного литологического состава и сопоставить это значение со средней величиной Ь и & , полученные на основе статистики Фишера. Этим методом могло получить одно-значение на кривой зависимости

, но аналогичные результаты молно полутать в большом диапазоне £ , если катдаг образец рассматреть как представитель условной коллекции "разновозрастных" пород, у которых азимут Р такке является условным и соответствует углу Ц гжкду истшшым Угл и условным направлением ;<• .взятым произвольно на горизонтальной плоскости.

Нами рассматривались эти зависимости как для каждой кр.ллек-цпи в отдельности, т.е. для пород одного возраста с произвольным выбором координатных осей относительно направления древнего геомагнитного поля Тор. , так и совместно для различных коллекций с учетом среднего азимута и наклонения, полученных на основе статистики Зишера.

При измерении скорости Уг- по трем взаимно-перпендикулярным направлениям,значения скорости Уя^хсоответсвуОт направлению палесмагнптных слоев. Если направление измерения составляет со слоистость» некоторый угол, то скорость уменьшается с увеличением этого угла. Данный факт подтвержден как на осадочных, так и на магматических породах. Анизотропия \/р в зависимости от направления измерения относительно направления первичной намагниченности достигает 30-40$.

При измерении проницаемости по газу для образцов с азимутом $>< 45° зиачвтвНпр.^Кту ,с увеличением р отношение увеличивается. Для многих пород это отношение достигает 1,3-1,4.

Если магнитная слоистость предопределяет анизотропию проницаемости, то естественно полагать наличие связи мезду анизотрс-

- ГО -

•пией проницаемости и скоростью распространения упругих волн, поскольку как было показано, анизотропия скорости также является следствием палеомагнитной слоистости. Экспериментальные результаты показали, что имеется хорошее согласие между двумя рассматриваемыми параметрами. Эта зависимость позволяет предложить способ.определения направления максимальной проницаемости на основе изучения анизотропии скорости распространения упругих волн с учетом палеомагнитной слоистости пород и их возрастав

Зная возраст пород',координаты палеомагнитного полюса для данного возраста, направление древнего магнитного поля при соответствующих координатах на месте залегания пласта и его элементы залегания, можно определить направление максимальной проницаемости.

Исследования анизотропии удельного электрического сопротивления, согласно принципу возникновения палеомагнитной слоис-тости.показала, что с учеличением $ отношение умень-

шается, а при р =45 это отношение равняется единице. Экспериментальные результаты показали, что это отношение для туфов Армении и для вулканогенно-осадочных пород Курильских островов достигает 1,5-1,6. Полученная четкая зависимость

, ^ гпу

от £ , свидетельствует о наличии связи между направлением древ него гаеомагнитного поля и анизотропией электрической проводимости пород. Зависимость между и • также показывает хорошее согласие между этими параметрами, т.е. существует об ратное соотношение между и увеличением Щ± отношение уменьшаетсяГ'при этом* чем меньше отношение т.е.- чем меньше ¿> ,тем значительнее изменение удельного сопротивлений при изменении $ .

Таким образом наличие в породах слоистости, обусловленной магнитным полем времени осаждения или кристаллизации магмы, под тверздается не только характером изменения скорости V,'р ,но и значениями 1\п/>. и Рп . Поскольку все три параметра тесно связаны со структурой порода, а последняя определяется ориентировкой зерен и машитос^икцией кристаллов, то логично предполагать наличие связи и между анизотропией магнитной восприимчивости л направлением геомагнитного поля;-

Это положение легко проверить путем сопоставления изменения скорости в горизонтальной плоскости, как структурного параметра, я магнитной воспр^^т.-^ости - как параметра, но зависящего от трзаянезатости -оспстостп пород, а только от ориентировки форрлудагнп'пш: частиц.

При сопоставлении экспсрнмгнтапышх результатов отношения скорости и восприимчивости по двум Бзапшю-парпондикуляртдл нздракдениям для различных пород (песчаники, туфы, алевролиты, порфириты, андезито-базальты а др.], была установлена законе- ' -мерность - уменьшение отношения с увеличением У?* . При этом данная закономерность вписывается з'общуо теоретическую основу - наличие в породах палеомагнитной слоистости.'.

Таким образом, результаты экспериментальных определений комплекса физических параметров, подтверждают яалачаз в породе лалеегдагштюй слоистости. Следовательно, используя знание вероятных напрз2ле'!:лл слог.стосг.-:, козяо прогнозировать направления экстремальных значений, физических параметров п отражение анизотропии свойств з геофизических полях, изучае1.зях полевыми и сквазиняцж методсет.

Глаза 3. Современное понятие прочности и разрушения пород II ах способы определения.

В" данной глззо дается анализ о современных понятиях прочности и разрушения твердого тела. Рассматриваются причина расхождения теоретической и реальной'прочности материалов. Причиной этого' „азллется существование, в том числе и .в горних породах,, грггетоллячвехпл и структурких дефектов, которые всегда понижают расчссние значения прочности. На примере железа, дается кглэтестЕонлая оценка расхождения теоретической и реальной прочности.

Для пород однотипной литологии, в зависимости от вида гошгогенних шепнпх нагрузок, прочность породы отличается в связи чем они носят название пределов прочности. Различаются пределы прочности при сжатии, растяжении, сдвига, изгиба и т.д. Естественно существует и определенная методика для определений прочности. Из такая методик в этой главе описывается методика определения прочности на одноосьном сжатии, на разрыв, на сдвиг и их модификации.

В этой главе рассмотрены некоторые теории прочности и разрушения. Из hid: отмечена "Теория хрупкого разрушения" А,-Грнфитсона, где решающее значение для начала разрушения дает- ' ся крссташгаесотл трещинам, 'Тсшотичосгая (тормофлуетуационная) . теория" акадвьяка С.Н.Пуркова, которая основано на том,что разрушение не является каким-то критическим состоянием тела, а считает,что в твердых толах непрерывно идет процесс накопления повреждений,-т.е. дефектов(старение) .который к конце концов приводит к полному разрушению. А внешние усилия только уменьша- . ют длительность этого процесса,т.е. существование тела в неразрушенном состоянии.

По экш теория;.! известны некоторые физико-математические модели разрушения Т.Л.Челидзе (Перкалационная модель разрушения), Л.НДввушкин2 (Сункциспальная модель разрушения для упруго-пластичных горних пород) г. т.д.' Авторы этих моделей щш: к выводу, что при зарождении трепзтн существенную роль играют размеры,форма зерен и их ориентировка.

Отмечена также "Теория прочности Мора",которая основана на зависимости*швду касательным: и нормальными напряжениями.в каждой материальной точке тела.находящейся в слозхнонапрякенкоы состоянии. Согласно этой теории,разрушение наступает тогда,когда либо касательное напряжение,либо нормальное напряжение перевиси определенное предельное значение.

Кроме перечисленных теорий прочности и разрушения, в настоя щее время обсуждается Сизико-химячвскив и кваЕго-кзхштчбские тео-piiii разрушения. Отделяется "квакто-механкческая теория разрушения" Ы.Г.Геоглакяна, где разрушение определяется как явление необратимого нарушения связей шэдг системами микрочастиц,связанных силами электромагнитной природы. Автор считает,что различные виды энергии не электромагнитной природа,преобразуются в электромагнитные волны(фотоны)¡которые позднее могут стать причиной рззрувстгяВрабоз&зсЩ^Геокчакяна отмечается хакас,тео горные породы и другие материалы в геомагнитном поле(и в других искусственных полях) разрушаются асиметрично, а именно - степень разрушения по направлениэ магнитного меридиана больше, чем*по другим направлениям,исиа степень прочности и характер разрушения исследуемого объекта,кроме известных факторов,существенную роль игра-Г?г естественные и искусственные магнитные(алектромагнптние)поля^

Во всех вышеизложенных теориях прочности и разрушения иг. гсогда,шт почти всгда, не учккшпэтся еткро ляп шкро токегур-шю и структурякв особенности изучаемого объскта(порода), что по папегуу мнеткэ приводит :: тому,что та или иная теория стапг-еится неполноценной,нока но учтены структурные анизотропии в обт.см объеме. Несмотря на это,последние годы у некоторых исследователей появляются работы, в которих прямим или косвешпсл путем отражаются некоторые аспекты упущенного вопроса. Среди таких ученых отметим М.Г.Гаокчакяна, Д.0.3илтп1миани,П.Б.!.!эндд-гададз о, Ю .1,1 .Колесников, Т ,Л Лелидзе ,В .В .Наганстяна, 3 .Рогачэва, А..Зубова,М.ВДанина,Янсона.Шульца и ярутие.:

Глава 4. Прогнозирование направления разрушения горшке пород.

В предыдущих главах теоретически обосновано и экспериментально доказано сущестованио палаомапштней слоистости в осадочных и в магматических породах. Вштлона евггзь элемента?л первичной остаточной намагниченности ц нокоторггл пвгро^яз;яосгп.г: параметрами,охаракторизующие фязико-мзханичссгае свойства гор:-,--: пород. Вцдвинута рабочая гипотеза о том, что при гоздеЛсткш ут~ хаанческой силы, в породах при вскяшжсшпзи врспкя(з региональном аспекте- тектонические- наруисшго в виде раолошз) от дат«;;: идти по палоомзгшжпл.! слояа,Ив1»!кшю цредяатогешге о зс-рояг-ном направлении будущего разрушения пород. Для нзучешм гздгл-нутого Еопроса наги сдала:-:;; зкепоримодталькые исслэдоганттг. и теоретические расчеты.

Известно,что разрушение пород з заЕискместк от ноирэ-попг": действия механических сил главным образом идет но плоскостям максимально:': тренпноватостп,расположеннаяв породе патяг-хольж) слоистости.

Поскольку в породе кромз грш-птациошгой слоистости еущест-вует и падеомапп'иная слоистость,то естественно полагать, что магистральные трещины должны цдтп по этим направлениям. При этом важное значение должен имзтъ угол юззду нвпрзаяеттеч вия силы и плоскостью палеомагнитной слоистости пород.

Для осадочных пород,если сила направлена вертикаль:)с, л

45°,то разрушение должно идти по гравидж^гге" атсис: а если />45°,то по магнитной слоистости I вида. С.-.^сь •

Нгв могут идти также по плоскостям, параллельным м-'тпнтнг: с."" :• -

-тоста П вида. Если сила-направлена в горизонтальной iuiockocti под углом J3 =90°,относительно магнитного меридиана древнего геомагнитною поля, то разрушение может идти по трем напразш ниям: по грагимагнитной слоистости,по гравитационной слоистос и по магнитной слоистости I вида. При fi =0 разрушение должш идти по гравитационной слокстости(горизонтально) и по магшш слоистости П вида(вертикально).

Дня магматических пород все линии разрушения дол&ны бытз параллельна направлению древнего геомагнитного поля,т.е. нап] ленив первичной остаточной намагниченности. Все закономерное: относительно соотношения направления разрушающей силы и напр; ления слоистости сохраняются и для магматических пород." В гоз зонтальной плоскости,если разрушающая сила направлена перпещ кудярно этой плоскости,линии разрушения будут перпендикулярш горизонтальной составляющей остаточной намагниченности при м: нитной слоистости I вида и параллельны,в случае магнитной слс истости П вида,' Если разрушающая сила направлена в горизонта; ной плоскости,то разрушение будет аналогичного типа,что л да осадочных пород без гравитационной' слоистости."

Если обозначить грани куба а у, ас ,,yz , а направленЕз.гз внмагшшюй слоистости относительно горюоатальной оси чэроз то направление разрушения должно выражаться утлом ¡X*?, в зависимости от того,на какой грани образца рассматривается процесс

íqctyey — ÍQ^xy ;

ÜCIXB = tí-ÍJ'39'j - CCPS^ixy J

i'J

raccv* =• UU - W) ■ s сnpxy ,

<f u o

где Рху и ¿ - азимут и наклонение первичной остаточной намагш -ченности породы, установленной по, палеомагнитным данным п соос ветствующей направлению геомагнитного поля эпохи образования пород.

В случае магнитной слоистости-I вида

Z?ti>(y — С^Дсу '»

i4ol*£ = í¡.¡ COS&y •

t<j<Xyi = tfj- Sin])Ky .

Правильность предположений о направленности разрушения пород, обусловленной палеомагнитной слоистостью, била проверена серией опытов по разрушению пород.

В настоящей работе при изучении прочности и направления разрушения использован метод вдавливания по внедрению штампа, который- разработан Шрейнером и его учениками. Методика вдавливания штампа выбрана в связи с тем, что напряженное состояние при вдавливании является объемным. В связи с этим данные испытаний могут служить для сравнительной предварительной оценки различных деформационных процессов, протекающих в условиях всестороннего сзха-.тия и для сравнительной оценки прочностных характеристик, без полного разрушения образца. Кроме того, при полном разрушении, на поверхности образца получается магистральная траектория раз- ' рушения в виде трещин. Это дает возмсскнос'ть коррелировать направление разрушения с измеренными физическими параметрами.

Автором была изготовлена установка, соответствующая требованиям измерения прочности по методике Шрейнера. Экспериментальному исследованию подвергались 66 образца кубической формы различного состава и возраста пород (базальты, андезито-базальты, фельзиты, туфы, известняк'-7, песчаники). Направление разрушения для всех 66 .образцов сопоставлялось с различны»® физико-механическими параметрами. Как и ожидалось, наблюдается слабая связь направления разрушения и направлением максимальных значений Vp.m&x. Лишь у 52% образцов направление разрушения и направление V* та* совпадали. Направление разрушения не зависит также от' состава породы. При одном и том лее составе, но разном возрасте направление разрушения в плоскости разрушения имеют азимуты от 0° до 180°. Сопоставление направления разрушения с направлением -азимута древнего геомагнитного поля эпохи образования пород выявило четкую связь между этими параметрами. Для 61 образцов угол между направлением разрушения и азимутом древнего магнитного поля в плоскости внедрения штампа составил 88°. Для 5-ти образцов, у которых повторные измерения показали нестабильность намагниченности, рассматривавши угол изменялся до 130°.

В этой главе рассмотрено такае влияние современного магниз Ного поля -Земли на направление разрушения пород. Эксперименташ но была изучена зависимость направления разрушения (НР) от ориентации образца в лабораторном магнитном поле. Испытанию подвех гались палеогеновые фельзяты из Ноемберянского района Армении. Анализ лабораторных исследовании показали,что направление разру шения совпадает с палеомагнитной слоистостью, а внешнее магнитное поле оказывая влияние на процесс разрушения, в/следствии чего троектория магистральной трещины претерпевает изгиб от 10е до 15° в сторону магнитного меридиана.

С целью выявления связи между деформацией и скоростью от гидоскопичной влажности,с -учетом палеомагнитной слоистости, изучено взаимосвязь этих параметров и 'выдвинуто. предположена, что деформационное свойство породы'тоже" является функцией эле-^ ментов"палеомагнитнойгс^оистости. При увеличении гигроскопичной

' влажности. до 8% (пористость Кп-2&,5%) ?ш уменьшается от 1925 до Ю75МПа, а для образца с Ш -2,1,0% при повышении XV до 10/5 разрушающее напряжение снижается от 925!Ша при абсолютно сухом состояний до 525Ша. Соответственно Рдд0 и Р^одо (напряжение на уровнях деформации 500 и 1000 микрон) уменьшается от 325 до 225 и от 450 до ЗООШа. Чем меньше пористость,тем больше влияния влажности на Ни . С увеличением гигроскош-гчной влажности наблюдается также уменьшение скорости \/р , от 3174м/с до 2188м/с, т.е. существует четкая связь между Р& и \'р , Рд^о или Р1000 и \/р.

Рассмотрено также образование речных галек как следствие направленного истирания пород. Так как доказано,что 'разрушение идет параллельно палеомагнитным слоя:-,1,то естественно полагать, что речнне кальки при естественном истирании ео время переноса в речных руслах,преобретают определенную форму,вследствие- наличия в, них лайеомапштных .слоевтфор:лу трехосного .эллипсоида.

Экспериментальная проверка направленного истирания пород с позиции палеомагнитной слоистости,была проведена на 100 гальках из пяти речных'бассейнов Армении. На всех гальках были измерены скорости \/р по трем взаимно перпендикулярным направлениям. После термомагнитной чистки образцов были измерены значения остаточной намагниченности и определены условные значения азиму-

та Р и наклонения .

В результате обобщения этих данных было установлено,что

- скорость V,р по дайной оси нальет больше на 30-40^ чем по коротким осям,

- условное направление остаточной намаишченности тагояо совпадает с длинной осью,с отклонением не более 12°.

Из полученных данных вытекает,что истиранив галек происходило не в случайном направлении,а параллельно направлению палео-магнитной слоистости."

Выводы.

1. Под действием геомагнитного поля как в осадочных,так и

в магматических породах образуются "слои", обусловленные ориентирующим действием геомагнитного поля как при осаждении частиц в водных бассейнах.так и при кристаллизации магмы и при магнито-стрикции ферромагнетиков в процессе намагничивания.

Кроме горизонтальной^ гравитационной) слоистости, в порода:: образуются такие слои по трем взаимно перпендикулярным напршзло-яиям, названным, наш "граЕИмагшшааек" и "магнитными I и П вида" злоягсг или в совокупности "палеомапштной слоистостью" среды. •

2.Анизотропия скорости прохождения продолышх волн,удельного электрического сопротивления,проницаемости по газу или жидкости, магнитной восприимчивости определяется палссмагнитной слоистостью

3. Разрушение пород вдет по направлению четко взаимосвязан-1утспалеомагш1тной слоистостью и направлением доасггвуюшей имк.

4. Зная возраст и место формировать пород,можно прогнозировать направление разрушения пород и анизотропию физических пара-яетррн. т.е. направление экстремальных значений физико-мехашгаес-:их параметров.

3 а к' л ю ч е н и е

Изложенные в диссертации результаты позволяют пересмотреть ¡уществующие представления о влиянии магнитного поля времош! п 1еста образования пород на ее структуру, согласно которым магнит-:ое поле является лишь намагничивающим полем для магматических :ород и ориентирующим полем фэрро и феррямагнитных шноралов в садке. В настоящей работе показано,что магнитное поле является риентирующим полем непосредственно в процессе осаждения частиц водной среде.предопределяющее направление движения частиц при х осаждении и приводящее к возникновений в осадочных потютгох слоистости".

В магматических породах под влиянием внешнего геомагнитного поля происходит ориентированная кристаллизация и ориентированная магнитострикция, что также приводит к'образованию слоистости в структуре пород.

Структурная' слоистость, названной палеомагнитной слоистосты пород, обусловливает различие их физико-механических свойств по Различным направлениям, т.е. приводит к явлению пространственно-направленной палеомагнитной анизотропии в соответствии с возрастом пород.

Одним из значительных научных приложений нашей работы является расшифровка механизма образования анизотропного состояния горных пород и связь направления экстремальных значений физичес-.ких параметров с направлением древнего геомагнитного поля. Знание параметров анизотропии пород, связанной -геомагнитны},! полем эпохи их образования, открывает широкие возможности сравнительного анализа разновозрастных пород.

Пространственно-направленная палеомагнитная анизотропия пород предопреде^ет характер распределения в пространстве аномальных геофихич'еских полей, разрушение породы при приложении 'сосредоточенной силы,естественное и искусствешюе истирание,пути передвижения различных флюидов (нефть,вода,газ и т.д.) и гидротермальных растворов, направление магистральных .трещин и тектонических нарушений, направленность формирования геотектонических структур и многие другие геолого-геофизические процессы происходящие в земной коре.

Если в палеомагнитологии решения различных геолого-геофизических задач основываются на изучении направления первичной оста точной намагниченности горных пород, то на основе сделанной рабо • ты аналогичные задачи могут,быть решены "путем изучения параметро: пространственно-направленной палеомагнитной анизотропии широкого круга физико-механических свойств пород. Этим открывается новое направление в геофизике но решению различных геолого-ге'офизичес-ких задач. _ ' •

Знание пространственно-направленной палеомагнитной анизотро пии пород открывает также новые пути по исследованию распределения, в пространстве и Изменения во времени геомагнитного поля в геологическом прошлом, закономерности фиксации и цроявления этого поля $ структуре и в составе горных пород и последующая история изменения во времени фиксированных характеристик среды.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Авчян Г.М., Арутшян P.A., Манукян A.B., Маркосян Г.В., Татевосян Л.К, Влияние парового заполнителя на скорость распространения упругих волн, Известия АН Арм.ССР "Науки о Земле", ]'3,т.ХШШ,с.47-53, 1935

2. Авчян Г.;,!., Татевосян Л.К., Арутюнян P.A., Манукян A.B., Маркосян Г.В. Природа понижения Vpi Vs , фельзитовых туфов при их насыщения, Тезисы докладов УП Всесоюзного совещания (физических свойств горных пород при высоких давлениях и тенператур).Ереван, 1985'(28-30 мая).

3. Авчян Г.М., Маркосян Г.В. Влияние адсорбционной влажности на прочность горных пород по внедрению штампа. Тезисы докладов П Всесоюзной школы-беминар (физические основы прогозиро-ровая разрушения горных пород), г.Фрунзе, 1985,(-3-12-IX).

4.' Авчян Г.М.,Маркосян Г.В. Влияние гигроскопичной влажности ' на прочность фельзитовых туфов по штампу. Ученые записки ЕГУ} ЩШ), ID86, с. 129-134

5. Авчян Г.М.,Маркосян Г.В. Прогноз направления разрушещгя пород. Известия АН Арм.ССР, Науки о Земле, И,т.ХХХХ,1987,

с.63-67

6. Авчян Г.М;,Гуюмдаян О.П., Маркосян Г.В,. О направленном истирании пород с позиции палеомагнитной слоистости. "Доклады" АН Арм.ССР, ГЗ,т.87,1988,0.126-130

7. Авчян Г.М.,Маркосян Г.Г., Маркосян Г.В., Оганесян С,Р. Влияние палеомагнитной слоистости и лабораторного магнитно- . го поля на разрушение пород. Тезисы докладов Ш Всесоюзной школы-семинар,(физические основы прогнозирования, разрушения горных пород, г.Иркутск,I98S

8. Авчян Г.1.1'., Маркосян Г.В., Маркосян Г.Г. Влияние палеомагнитной слоистости и лабораторного магнитного поля на разрушение пород. Учение записки ЕГУ, 13(169),1988,с.132-138

9. Авчян Г.М..Маркосян Г.В. Связь направления разрушения пород с палеомагнитной слоистостью. Известия АН Арм.ССР, Науки о Земле, J,"6,т.41.1988,с.29-36

[0. Авчян Г.М..Маркосян Г.В., Гентенман Л, Анизотропия скорости упругих волн в горных породах. Известия АН Арм.ССР.Науки о Земле, т.41, J,3,1988, с. 39-46

:i. Авчян Г.М., Маркосян,Г.В.Датевосян Л.К. Анизотропия удель-