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 ( 
).