Способ определения направлений главных тектонических напряжений в горных породах

Способ определения направлений главных тектонических напряжений в горных породах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЙ ГЛАВНЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ, включающий отбор образцов и определение пространственного распределения их,электрических характеристик, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерений, к образцам горных пород приклсщывают постоянное электрическое напряжение, регистрируют В.О времени д6 момента достижения установившегося уровня протекающие через образцы токи, по которым судят о направлениях главных тектонических напряжений, причем направление тока, наименьшего кз измеренных в различных направлениях, экспоненциально изменякжцегося и не осциллирунвдегося во времени, соответствует направлению максимальных тектонических напряжений.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

О»«Д

РЕСПУБЛИК (5Р E 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3402431/22-03 ,(22) 18.02.82 (46) 07.09.83. Бюл. Р 33 (72 ) В. С. Ямщиков, В. Л. Шкуратник, В. М. ФараФонов и А. B. Успенская (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт (53) 822.281.5(088.8) (56) 1. Авторское. свидетельство СССР

9 465477, кл. Е 21 С 39/00 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2925438/03, кл. Е 21 С 39/00, 1980. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ HAIIPABЛЕНИЙ ГЛАВНЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ, включающий

„.SUÄÄ 40149 А отбор образцов и определение пространственного распределения их электрических характеристик, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения измерений, к образцам горных пород прикладывают постоянное электрическое напряжение, регистри» руют во времени до момента достижения установившегося уровня протекающие через образцы токи, по которым судят о направлениях главных тектонических напряжений," причем направление тока, наименьшего из измеренных в различных направлениях, экспоненциально изменяющегося и не осциллирующегося во времени, соответствует направлению максимальных тектони- I ческих напряжений.

1040149

Изобретение относится к горному делу, в частности к геофизическим методам исследования и контроля напряженного состояния горных пород.

Известен способ определения напряжений в массиве горных пород, включающий бурение скважины, размещение и ориентирование в ней фотоупругого датчика, раскрепление его и определение напряжений по разности хода поляризованных лучей в цент 10 ре датчика (1) .

Недостатками известного способа являются сложность его осуществления и недостаточная точность при определении направлений главных 15 тектонических напряжений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения направлений главных тектонических напряжений в горных породах, включающий отбор образцов и определение пространственного распределения их электрических характеристик.

В указанном способе образцы пород,25 обладающих остаточной поляризацией, нагревают, после чего определяют токи термостимулированной деполяризации, по которым судят о направлении главных тектонических напряже ний (2) .

ЗО

Недостатком этого способа является сложность его осуществления, связанная с необходимостью одновременного нагрева образцов и измерения токов термодеполяризации, что требуетЗ5 использования специальных нестандартных сложных измерительных установок.

Кроме того, точное измерение токов термодеполяризации само по себе связано с определенными техническими . 40 трудностями (например, необходимостью жесткОй экранировки измерительной установки), так как уровень этих токов не превышает десятых долей микроампер. Учитывая,что при нагреве 45 образцов ряда горных пород (например, соляных) активизируются электрохими ческие реакции на границе образца и электродов, корректная реализация указанного способа предполагает напыление электродов из сплавон дра5

--гоценных металлов (например, золота с палладием). Последнее связано с большими материальными затратами, Цель изобретения — упрощение измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения направлений главных тектонических напряжений в горных породах, включающему отбор образцов и опре- 60 деление пространственного распределения их электрических характеристик, к образцам горных пород прикладывают. постоянное электрическое напряжение, регистрируют во времени до момента достижения устанонившегося уровня протекающие через образцы токи, по которым судят о направлениях главных тектонических напря-, жений, причем направление тока, наименьшего из измеренных в различных направлениях, экспоненциально изменяющегося и не осциллирующегося во времени, соответстнует направлению максимальных тектонических напряжений.

Физическое обоснование предлагаемого способа базируется на взаимосвязи направления объемной поляризации горных пород, возникающей в процессе их генезиса (под нлиянием механических, тепловых и других физических полей) и направлений главных тектонических напряжений, действующих в массиве. Экспериментально установлено, что при приложении достаточно высокого электрического напряжения к образцам горных пород, обладающих остаточной поляризацией, через них протекает электрический ток, уровень и характер изменения во времени которого зависит от степени совпадения векторов объемной поляризации горной породы и приложенного электрического напряжения (соответственно, от степени совпадения вектора поля, вызванного указанным электрическим напряжением, и на, правления максимальных тектонических напряжений). При этом, чем меньше совпадение указанных векторов, тем больше ток, протекающий через образец, и его изменения во времени, а также больше осцилляции этого тока, обусловленные скачкообразными изменениями ориентации диполей в образце, стремящихся занять положение вдоль поля, обусловленного приложенным электрическим напряжением.

На фиг. 1 представлена одна из возможных схем реализации способа, на фиг. 2 — типичные зависимости от времени токов, протекающих через образцы, ориентированные различным образом.

Способ осуществляется следующим образом.

К ориентированному в пространст-, ве образцу 1 горной породы (фиг.1) с помощью электродов 2 подключают последовательно источник 3 постоянного высокого напряжения и калиброванный резистор 4. Падение напряжения на резисторе 4, пропорциональное току, протекающему через образец 1, регистрируют на самописце 5. В качестве источника 3 напряжения и самописца могут быть использованы серийно выпускаемые приборы, например

Б5-24 и Н306.

Уровень высокого постоянного напряжения, подаваемого на образец 1, определяется энергией активации ди".,1. ,.;т — 1с

i 040149

Составитель Л. Березкина

Редактор О. Черниченко Техред М.Тепер

ЮЮ

Заказ 6849/35 . Тираж 603

ВНИИПИ ГосударственнОго комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д..4/5

Корректор И. Демчик

Подписное

Филиал ППП "Патент", г Ужгород, ул. Проектная, 4 полей, образующих остаточную поля- ризацию, и колеблется для различных типов горных пород от 0,5 до 5 кВ/см

В частности для соляных пород (фиг. 2) это напряжение составляет примерно 1 кВ/см.

Незначительный по величине и медленно изменяющийся .во времени (беэ .осцилляций) ток (кривая 6) соответствует направлению вектора электри-." ческого напряжения, совпадающего У с направлением максимальных тектони»ческих напряжений. Наибольший по ве-, личине ток (кривая 7), характеризу+:( ющийся быстрым, в течение нескольких минут, возрастанием до экстре-. мального значения, а затем относительно незначительным спадением, сопровождающимся осцилляциями, соответствует направлению вектора электрического напряжения, противополож-ному направлению максимальных тек- тонических напряжений. При любой, иной ориентации вектора электрического напряжения относительно направления максимальных тектонических напряжений зависимость тока от вре- . мени занимает промежуточное между кривыми 6 и 7 значение (кривая 8) .

Данный способ позволяет опреде- лить направления главных тектонических напряжений широкого класса

10 горных пород, обладающих остаточной поляризацией. В то же время он про- . ще, так как реализуется с помощью простой серийной аппаратуры. Достаточно большой уровень токов, проте15 кающих через образцы горных пород при осуществлении предлагаемого спо.соба, обеспечивает большую его помехоустойчивость, исключает необходи ". мость в экранировании измерительной

Э) установки и напылении электродов на образцах.