Разделы презентаций


Физика горных пород презентация, доклад

Содержание

АКУСТИЧЕСКИЕ (ВОЛНОВЫЕ) СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД Если к ограниченному участку породы приложить нагрузку, не превышающую предела упругости, то этот участок испытывает упругую деформацию, т.е. смещение частиц по направлению действующей силы. Так как

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Физика горных пород
Лекция 9 – Акустические свойства горных пород

Лектор:

Шульгин Павел Николаевич
http://do.dstu.education
http://sggs-donstu.ucoz.ru/

Физика горных породЛекция 9 – Акустические свойства горных пород Лектор: Шульгин Павел Николаевичhttp://do.dstu.educationhttp://sggs-donstu.ucoz.ru/

Слайд 2АКУСТИЧЕСКИЕ (ВОЛНОВЫЕ) СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
Если к ограниченному участку породы

приложить нагрузку, не превышающую предела упругости, то этот участок испытывает

упругую деформацию, т.е. смещение частиц по направлению действующей силы.
Так как частицы жёстко связаны друг с другом, деформация одной частицы вызывает смещение других, более удалённых частиц.
АКУСТИЧЕСКИЕ (ВОЛНОВЫЕ) СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД Если к ограниченному участку породы приложить нагрузку, не превышающую предела упругости, то

Слайд 4Происходит распространение упругой деформации.




Если на породу воздействовать знакопеременными нагрузками,

то в ней начнут распространяться упругие колебания (акустические волны).

Происходит распространение упругой деформации. Если на породу воздействовать знакопеременными нагрузками, то в ней начнут распространяться упругие колебания

Слайд 5По частоте упругие волны подразделяются на:
инфразвуковые - частота колебаний до

20 Гц (человек их не слышит);
звуковые - 20-20000 Гц;
ультразвуковые более

20000 Гц (человек их не воспринимает);
гиперзвуковые - более 1010 Гц.
По частоте упругие волны подразделяются на:инфразвуковые - частота колебаний до 20 Гц (человек их не слышит);звуковые -

Слайд 6Волны низкой частоты, распространяющиеся по породам земной коры, получили название

-сейсмические волны.

Волны низкой частоты, распространяющиеся по породам земной коры, получили название -сейсмические волны.

Слайд 8Так как упругие волны представляют собой распространение деформаций в веществе,

то в зависимости от вида деформаций могут возникать волны различных

типов.
Так как упругие волны представляют собой распространение деформаций в веществе, то в зависимости от вида деформаций могут

Слайд 9Для возникновения механической волны необходимо:
1. Наличие упругой среды
2.

Наличие источника колебаний – деформации среды

Для возникновения механической волны необходимо: 1. Наличие упругой среды 2. Наличие источника колебаний – деформации среды

Слайд 10Волны бывают:
Поперечные – в которых колебания происходят перпендикулярно направлению движения

волны.

Возникают только в

твердых телах.
Волны бывают:Поперечные – в которых колебания происходят перпендикулярно направлению движения волны.      Возникают

Слайд 11Волны бывают:
2. Продольные
- в которых колебания

происходят вдоль направления распространения волн.
Возникают в любой среде

(жидкости, в газах, в тв. телах).
Волны бывают: 2. Продольные  - в которых колебания происходят вдоль направления распространения волн.   Возникают

Слайд 12ЭТО ИНТЕРЕСНО !
Волны на поверхности жидкости не

являются ни продольными, ни поперечными. Если бросить на поверхность воды

небольшой мяч, то можно увидеть, что он движется, покачиваясь на волнах, по круговой траектории. Таким образом, волна на поверхности жидкости представляет собой результат сложения продольного и поперечного движения частиц воды.
ЭТО ИНТЕРЕСНО !   Волны на поверхности жидкости не являются ни продольными, ни поперечными. Если бросить

Слайд 131. Упругие продольные колебания

вызываются деформациями сжатия и растяжения в

веществе
Продольные волны распространяются в любой среде - газах, жидкостях и

твёрдых телах, так как все вещества обладают сопротивлением объёмному сжатию.

Все звуковые явления связаны с распространением продольных волн.
1. Упругие продольные колебания вызываются деформациями сжатия и растяжения в веществеПродольные волны распространяются в любой среде -

Слайд 142. Второй тип волн, обусловлен распространением переменных деформаций сдвига в

среде и получил название поперечных волн.

Поперечные волны присущи только

твердым телам, т. к. в жидкостях и газах отсутствует сопротивление сдвигу.
2. Второй тип волн, обусловлен распространением переменных деформаций сдвига в среде и получил название поперечных волн. Поперечные

Слайд 153. Третий тип волн обусловлен тем, что частицы горной породы,

находящиеся на поверхности, испытывают особое состояние, так как встречают меньшее

сопротивление своим перемещениям в сторону свободной поверхности.

В результате этого на свободной поверхности породы возникает плоская поверхностная (рылеевская) волна.

Поверхностные волны возникают только в твёрдых телах.

3. Третий тип волн обусловлен тем, что частицы горной породы, находящиеся на поверхности, испытывают особое состояние, так

Слайд 16Волны Рэлея распространяются вблизи поверхности твердого тела. Фазовая скорость таких волн направлена

параллельно поверхности, Частицы среды в такой волне совершают эллиптическое движение.

Амплитуды колебаний затухают при удалении от поверхности.
Волны Рэлея распространяются вблизи поверхности твердого тела. Фазовая скорость таких волн направлена параллельно поверхности, Частицы среды в такой волне

Слайд 17Характер распространения упругих колебаний в горных породах определяется акустическими параметрами

пород.

К этим параметрам относятся:

Скорость распространения упругих волн.

Коэффициенты поглощения, отражения

и преломления упругих волн.

Волновое сопротивление.
Характер распространения упругих колебаний в горных породах определяется акустическими параметрами пород. К этим параметрам относятся:Скорость распространения упругих

Слайд 18Скорости распространения упругих волн в неограниченной упругой среде можно определить

по формулам, выведенным из волновых уравнений.

Скорости распространения упругих волн в неограниченной упругой среде можно определить по формулам, выведенным из волновых уравнений.

Слайд 19Скорость продольной волны в массиве:
где ρ - плотность среды, 
E -

модуль Юнга,
ν - коэффициент Пуассона

Скорость продольной волны в массиве: где 	ρ - плотность среды, 	E - модуль Юнга,	ν - коэффициент Пуассона

Слайд 20Скорость распространения поперечной волны
где ρ - плотность среды, 
E - модуль Юнга,
ν

- коэффициент Пуассона
G - модуль сдвига.

Скорость распространения поперечной волныгде 	ρ - плотность среды, 	E - модуль Юнга,	ν - коэффициент Пуассона 	G - модуль сдвига.

Слайд 21Скорость поверхностной волны может быть выражена через скорость поперечной волны:

Скорость поверхностной волны может быть выражена через скорость поперечной волны:

Слайд 22При этом всегда наблюдается следующее соотношение скоростей:

При этом всегда наблюдается следующее соотношение скоростей:

Слайд 23Скорость распространения упругой продольной волны в тонкой пластине породы

Скорость распространения упругой продольной волны в тонкой пластине породы

Слайд 24Скорость распространения упругой волны в тонком стержне породы

Скорость распространения упругой волны в тонком стержне породы

Слайд 25Таким образом, скорость распространения упругих волн в горных породах определяется

их упругими свойствами и плотностью.

Эта скорость практически не зависит от

длины волны, что позволяет использовать для исследований волны с любыми частотами колебаний.
Таким образом, скорость распространения упругих волн в горных породах определяется их упругими свойствами и плотностью.Эта скорость практически

Слайд 27Δt
Сигнал 2 датчика
Сигнал 1 датчика

Δt Сигнал 2 датчикаСигнал 1 датчика

Слайд 28Отношение скорости продольных волн к скорости поперечных является функцией только

коэффициента Пуассона породы

Отношение скорости продольных волн к скорости поперечных является функцией только коэффициента Пуассона породы

Слайд 29Для кристаллических изверженных и метаморфических пород эта величина изменяется, в

большинстве случаев, в довольно узких пределах (от 1,7 до 1,9).



Более значительные изменения наблюдаются в осадочных породах - от 1,5 до 14.
Для кристаллических изверженных и метаморфических пород эта величина изменяется, в большинстве случаев, в довольно узких пределах (от

Слайд 30Распространение упругих волн в горных породах, также как и в

любом веществе, сопровождается постепенным уменьшением интенсивности по мере удаления от

источника излучения.



Существует две основные причины уменьшения интенсивности колебаний:
Распространение упругих волн в горных породах, также как и в любом веществе, сопровождается постепенным уменьшением интенсивности по

Слайд 31поглощение части энергии упругих колебаний породой и превращение её в

тепловую;

рассеивание акустической энергии неоднородностями породы (трещинами, порами, вкраплениями и т.д.).

поглощение части энергии упругих колебаний породой и превращение её в тепловую;рассеивание акустической энергии неоднородностями породы (трещинами, порами,

Слайд 32Амплитуда упругих колебаний U связана с пройденным волной расстоянием экспоненциально
где:

U0 - начальная амплитуда колебаний;
θ - коэффициент поглощения, 1/м;
X -

расстояние, пройденное волной, м.
Амплитуда упругих колебаний U связана с пройденным волной расстоянием экспоненциальногде: U0 - начальная амплитуда колебаний;θ - коэффициент

Слайд 33Коэффициент поглощения упругих колебаний зависит от свойств породы (упругих, тепловых,

коэффициента внутреннего трения) и от частоты колебаний.


Он всегда больше

в тех породах, где скорость упругих колебании меньше.
Коэффициент поглощения упругих колебаний зависит от свойств породы (упругих, тепловых, коэффициента внутреннего трения) и от частоты колебаний.

Слайд 34В расчётах часто используется произведение плотности породы на скорость распространения

упругой волны в ней.
Этот показатель носит название -удельное волновое

сопротивление (удельный акустический импеданс)
В расчётах часто используется произведение плотности породы на скорость распространения упругой волны в ней. Этот показатель носит

Слайд 35Волновое сопротивление пород определяет их способность отражать и преломлять упругие

волны.


Отражение и преломление упругих волн происходит на границе раздела

двух сред.
Волновое сопротивление пород определяет их способность отражать и преломлять упругие волны. Отражение и преломление упругих волн происходит

Слайд 37Коэффициентом отражения называют отношение энергии отражённой волны к энергии падающей

волны.


Коэффициент отражения можно выразить через удельное волновое сопротивление.

Чем больше

разница в волновых сопротивлениях сред, тем больше энергии отражается.
Коэффициентом отражения называют отношение энергии отражённой волны к энергии падающей волны.Коэффициент отражения можно выразить через удельное волновое

Слайд 38Коэффициент преломления упругой волны
Это отношение скоростей упругой волны в первой

и второй средах.

Коэффициент преломления упругой волныЭто отношение скоростей упругой волны в первой и второй средах.

Слайд 39Как уже говорилось, все акустические свойства пород определяются их упругими

характеристиками
Скорость продольных волн возрастает с увеличением модуля Юнга и

коэффициента Пуассона.

Изменение коэффициента Пуассона от 0,1 до 0,4 увеличивает скорость продольной волны примерно на 45%.
Как уже говорилось, все акустические свойства пород определяются их упругими характеристиками Скорость продольных волн возрастает с увеличением

Слайд 40
Максимальной скоростью упругих воли обладают темноцветные малопористые породы. Так, например,

скорость продольных волн в габбро, перидотитах, базальтах и др. достигает

6000-7000 м/сек.
Максимальной скоростью упругих воли обладают темноцветные малопористые породы. Так, например, скорость продольных волн в габбро, перидотитах, базальтах

Слайд 41Скорость поперечных волн, с увеличением модуля Юнга возрастает, но уменьшается

с ростом коэффициента Пуассона.

Скорость поперечных волн, с увеличением модуля Юнга возрастает, но уменьшается с ростом коэффициента Пуассона.

Слайд 42В пористых породах уменьшается модуль Юнга, соответственно уменьшается и скорость

упругих воли.


В слоистых породах наблюдается различная скорость упругих воли вдоль

и поперек слоев.
Коэффициент анизотропии для большинства осадочных пород составляет 1,1-1,3.
В пористых породах уменьшается модуль Юнга, соответственно уменьшается и скорость упругих воли.В слоистых породах наблюдается различная скорость

Слайд 43Зависимость скорости
продольной волны
от объемной массы
Зависимость скорости
продольной волны


от пористости

Зависимость скорости продольной волны от объемной массыЗависимость скорости продольной волны от пористости

Слайд 44Зависимость скорости
продольной волны
от напряжений
Зависимость скорости
продольной волны
от

влажности:
1 – неразмокаемые породы;
2 – размокаемые породы

Зависимость скорости продольной волны от напряженийЗависимость скорости продольной волны от влажности:1 – неразмокаемые породы; 2 – размокаемые

Слайд 45Зависимость скорости продольной волны
от температуры:
1 – породы, уплотнение которых

происходит при нагревании;
2 – породы, ослабление которых происходит при

нагревании
Зависимость скорости продольной волны от температуры:1 – породы, уплотнение которых происходит при нагревании; 2 – породы, ослабление

Слайд 46Величина скорости упругих колебаний в породах определяет такие их свойства,

как:
удельное волновое сопротивление Z,
коэффициент поглощения θ,
коэффициенты отражения

K,
коэффициенты преломления n.

Так с ростом скорости распространения упругих волн возрастают - Z и К, и уменьшаются θ и абсолютное значение n.
Величина скорости упругих колебаний в породах определяет такие их свойства, как: удельное волновое сопротивление Z, коэффициент поглощения

Слайд 47Рыхлые породы практически не оказывают сопротивления сдвиговым усилиям, величина которых

определяется внутренним трением, поэтому в них, подобно жидкостям, могут распространяться

только продольные волны.

В соответствии с этим, чем больше нарушенность массива пород (трещиноватость, выветренность и т.д.), чем больше он приближается к рыхлому состоянию, тем меньше скорость поперечных волн в нем, и тем больше поглощение этих волн.
Рыхлые породы практически не оказывают сопротивления сдвиговым усилиям, величина которых определяется внутренним трением, поэтому в них, подобно

Слайд 48Увлажнение пористых пород приводит к изменению скоростей упругих продольных волн

в них. Чем выше скорость звука в заполнителе порового пространства,

тем больше суммарная скорость в образце породы.

Однако, даже у максимально насыщенных водой пород, скорость волн будет ниже скорости в малопористых породах.
Увлажнение пористых пород приводит к изменению скоростей упругих продольных волн в них. Чем выше скорость звука в

Слайд 49Поперечные волны могут проходить только через минеральный скелет. Следовательно, скорость

поперечной волны остается примерно постоянной для пористых пород любой степени

влажности.
Поперечные волны могут проходить только через минеральный скелет. Следовательно, скорость поперечной волны остается примерно постоянной для пористых

Слайд 50С увеличением давления на породу (особенно всестороннего) возрастают упругие параметры

пород. Это приводит к увеличению скорости распространения упругих волн.

Поэтому, одни

и те же породы, лежащие на различных глубинах и подверженные различному давлению, будут характеризоваться разной скоростью прохождения упругих волн.
С увеличением давления на породу (особенно всестороннего) возрастают упругие параметры пород. Это приводит к увеличению скорости распространения

Слайд 51Зависимость скорости звука от уплотнения и нагружения более резко проявляется

в случае пористых и рыхлых пород, так как давление на

них оказывает относительно большее уплотняющее действие.


Так, у песчанистого мергеля с пористостью 25% скорость продольных волн при давлении до 1000 кг/см2 увеличивается на 50-60%, в то время как у менее пористых пород она увеличивается всего на 20-10%.
Зависимость скорости звука от уплотнения и нагружения более резко проявляется в случае пористых и рыхлых пород, так

Слайд 52С повышением температуры скорость упругих волн изменяется.

При этом в

большинстве случаев скорость продольных волн уменьшается
а коэффициент поглощения увеличивается.

С повышением температуры скорость упругих волн изменяется. При этом в большинстве случаев скорость продольных волн уменьшается а

Слайд 53С понижением температуры у влажных пород, наблюдается скачкообразное возрастание скорости

звука при переходе в область отрицательных температур, соответствующую замерзанию воды.




Скорость звука во льду составляет около 3500 м/сек. Кроме того, в замерзших породах происходит резкое возрастание скоростей поперечных волн.
С понижением температуры у влажных пород, наблюдается скачкообразное возрастание скорости звука при переходе в область отрицательных температур,

Слайд 54Использование волновых свойств пород в горном деле
Для исследований свойств горных

пород и промышленного использования акустических явлений в них необходимо возбудить

упругие колебания.

Это обеспечивается:
взрывом,
ударом,
механическим вибратором,
пьезоэлектрическим или магнитострикционным датчиками.
Использование волновых свойств пород в горном делеДля исследований свойств горных пород и промышленного использования акустических явлений в

Слайд 55Взрывной способ применяется для получения сейсмических колебаний,

механический - в

основном для получения колебаний инфра- и звуковых частот,

пьезоэлектрические и

магнитострикционные преобразователи - для получения ультразвуковых колебаний.
Взрывной способ применяется для получения сейсмических колебаний, механический - в основном для получения колебаний инфра- и звуковых

Слайд 56В горном деле широко используются акустические методы для получения информации

о горных породах и массивах.

Эти методы основаны на зависимости между

различными акустическими свойствами пород и прочими их физическими свойствами:
минеральным составом;
строением;
внешним воздействием (напряженным состоянием).
В горном деле широко используются акустические методы для получения информации о горных породах и массивах.Эти методы основаны

Слайд 57Сейсморазведка основана на изучении особенностей распространения упругих колебаний в земной

коре.
Упругие колебания (сейсмические волны) чаще всего вызываются искусственным путем.


Упругие волны распространяются во все стороны от источника и проникают в толщу земной коры.
Здесь они претерпевают отражение и преломление и частично возвращаются к поверхности земли, где регистрируются сейсморазведочной станцией.
Измеряя время распространения волн и изучая характер колебаний, можно определить глубину залегания и форму тех геологических границ, на которых произошло преломление или отражение волны, а также судить о составе пород, через которые волна прошла на своем пути.
Сейсморазведка основана на изучении особенностей распространения упругих колебаний в земной коре. Упругие колебания (сейсмические волны) чаще всего

Слайд 59Примеры сейсмических разрезов трещиноватости, на основе которых заложены скважины

Примеры сейсмических разрезов трещиноватости, на основе которых заложены скважины

Слайд 60Ситуационная схема наблюдения

Ситуационная схема наблюдения

Слайд 61Неоднородность нефтесодержания пластов на площади 100 км2

Неоднородность нефтесодержания пластов на площади 100 км2

Слайд 62Технологии сейсмоакустического воздействия позволяют: кратно повысить продуктивность и приемистость добывающих

и нагнетательных скважин; реанимировать скважины, находящиеся в длительном простое; подключить

к работе низкопроницаемые, неоднородные заглинизированные пропластки; вовлечь в разработку слабодренируемые и застойные зоны; инициировать и интенсифицировать традиционные физико-химические, тепловые, гидродинамические методы увеличения нефтеотдачи; повысить успешность гидроразрыва пласта; эффективность гидроизоляции и др.
Технологии сейсмоакустического воздействия позволяют: кратно повысить продуктивность и приемистость добывающих и нагнетательных скважин; реанимировать скважины, находящиеся в

Слайд 63Принципиальная схема комплексного волнового воздействия на пласт из скважины и

с поверхности.
1 – забойный волновой генератор на постоянной подвеске, 2

– нагнетательная скважина, 3 – платформа для вибросейсмического воздействия на пласт с поверхности, 4 – добывающая скважина, 5 – импульсная насосная установка, 6 – продуктивный пласт;
Принципиальная схема комплексного волнового воздействия на пласт из скважины и с поверхности.1 – забойный волновой генератор на

Слайд 64Акустические свойства горных пород широко используются геологами и геофизиками при

разведке и доразведке месторождений полезных ископаемых.
На этапе эксплуатации угольных шахт

в широких масштабах применяется сейсмоакустический метод прогноза состояния горного массива для выявления зон, опасных по выбросам угля, породы и газа или по горным ударам.
Акустические свойства горных пород широко используются геологами и геофизиками при разведке и доразведке месторождений полезных ископаемых.На этапе

Слайд 65Для прогноза горных ударов на шахтах и в рудниках применяют практически полную

аналогию современной сейсмологической аппаратуры и методы обработки сигналов, заимствованные у

сейсмологов, адаптированные для наблюдений в пределах шахтного поля. Деятельность службы прогноза горных ударов заключается в многоканальной регистрации сейсмоакустических событий, происходящих в диапазоне частот от нескольких герц до нескольких десятков герц. 
Для прогноза горных ударов на шахтах и в рудниках применяют практически полную аналогию современной сейсмологической аппаратуры и методы обработки

Слайд 66Суть сейсмоакустического метода прогноза зон, потенциально опасных по внезапным выбросам угля

и газа, заключается в том, что состояние каждого добычного или

проходческого забоя прогнозируется отдельно, а для регистрации акустической эмиссии применяют датчики вибрации, которые размещают в верхней и нижней частях лавы или вблизи от забоя подготовительной выработки.
Весьма перспективным является прогноз напряженного состояния выбросоопасного массива по спектрам сигналов оборудования, работающего по углю.
Суть сейсмоакустического метода прогноза зон, потенциально опасных по внезапным выбросам угля и газа, заключается в том, что состояние

Слайд 67Схема организации сейсмических наблюдений с использованием аппаратуры ЗУА-98:
1 –

очаг сейсмоакустического события; 2 – передатчик звукоулавливающей аппаратуры; 3 –

телефонная линия связи; 4 – приемник звукоулавливающей аппаратуры; 5 – регистратор сейсмоакустической информации
Схема организации сейсмических наблюдений с использованием аппаратуры ЗУА-98: 1 – очаг сейсмоакустического события; 2 – передатчик звукоулавливающей

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика