Анализ нестационарного поведения динамических и статических параметров предварительно нагретого гранита Вэстерли для экспериментов по микросейсмическому мониторингу трещин

摘要

В данной статье представлен детальный анализ динамических и статических параметров предварительно нагретого до 650°C гранита Вэстерли,характер поведения которых зависит от времени нагружения и деформации,и который стоит принять во внимание при локализации акустических событий при проведении микросейсмического мониторинга трещин.Термально обработанный цилиндрический образец гранита Вэстерли был всесторонне сжат до 5 МПа и нагружен одноосно до 415 кН,вдоль вертикально ориентированной оси,до разрушения,в установке псевдотрехосного сжатия при скорости деформации 3.2 × 10-6 с-1.Скорости продольных волн(P-волн)измерялись периодически с помощью трехосной системы датчиков ультразвукового прозвучивания вдоль трех ортогональных направлений на протяжении всего временного интервала нагружения,вплоть до разрушения образца керна.Как динамические(скорости P-волн вдоль трех ортогональных направлений прозвучивания и их анизотропия),так и статические(осевая,радиальная и объемная деформации)свойства образца продемонстрировали значительную вариацию значений с течением времени(например,скорость P-волны в вертикальном направлении сначала возросла на 58%,с 3100 м/с до 4900 м/с,а затем упала на 38%,до 3048 м/ с).Момент инициации трещин,вызванных нагрузкой,проявился при 0.5% осевой деформации.В течение первоначальной стадии нагружения,в тестируемом образце гранита Вэстерли преобладал процесс осевого сжатия,так как доминировало закрытие горизонтально ориентированных трещин термального генезиса.При достижении осевой деформации равной 0.5%,было обнаружено начало дилатансии образца.Впоследствии,начал преобладать процесс открытия вертикально ориентированных трещин,индуцированных возрастающей осевой нагрузкой на образец,что имело отклик как в ультразвуковых,так и в геомеханических данных.Это привело к наличию анизотропии динамических свойств,индуцированной напряжениями,а именно – вследствие осевого нагружения образца.Анизотропия скоростей,также,как и сами скорости волн,значительно варьируется с течением времени и ростом осевой деформации.При осевой деформации равной 0.78%,было выявлено разрушение образца.В конечном счете,нестационарная(зависимая от времени)и анизотропная скоростная модель может считаться надежной и может быть применена для точной и достоверной локализации микросейсмических событий в процессе мониторинга разрывных нарушений горных пород,будь то гидроразрыв пласта(ГРП)или сухие трещины,индуцированные напряжениями.