Изучение условий инициирования относительных смещений структурных элементов разломно-блоковых сред при вибрационных воздействиях

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Закиров И.С. Развитие теории и практики разработки нефтяных месторождений. - М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2006. - 356 с.

2. Мангазеев В.П., Белозёров В.Б., Кошовкин И.Н., Рязанов А.В. Методика отображения в цифровой геологической модели ли-толого-фациальных особенностей терригенного коллектора // Нефтяное хозяйство. - 2006. - № 5. - С. 66-70.

3. Amaefule J.O., Altunbay M., Tiab D., Kersey D.G., Keelan D.K. Enhanced Reservoir Description: Using core and log data to identify Hydraulic (Flow) Units and predict permeability in uncored intervals/wells // SPE 26436: 68th Ann. Tech. Conf. аnd Exhibit. - Houston, Tx, 1993. - P. 205-220.

4. Corbett P.W.M., Ellabad Y., Mohammed K., Posysoev A. Global Hydraulic Elements: Elementary Petrophysics for Reduced Reservoir Modeling // EAGE 65th Conference & Exhbition. - Stavanger, Norway, 2-5 June 2003. - Z-99.

5. Корбетт П., Дятлов А., Кулагина Т., Посысоев А., Вестерман Р., Женг С., Абабков К. Новые подходы к описанию пластов на

сибирских нефтяных месторождениях (на примере Крапивин-ского и Малобалыкского месторождений) // Интенсификация добычи нефти: Матер. Междунар. научно-практ. конф. -Томск, 2004. - С. 49-56.

6. Duboz P., Lafet Y., Mougenot D. Moving to a layered impedance cube: advantages of 3D stratigraphic inversion // First break. - 1998. - V. 16. - № 9. - P. 311-318.

7. Белозёров В.Б., Разин А.В. Сейсмогеологическая интерпретация данных 3D-сейсморазведки на месторождениях нефти и газа (на примере Крапивинского месторождения) // Интенсификация добычи нефти: Матер. Междунар. научно-практ. конф. - Томск, 2004. - С. 97-103.

8. Мангазеев В.П., Белозёров В.Б., Кошовкин И.Н., Рязанов А.В. Технология построения геологической модели терригенного коллектора нефтяных и газовых месторождений // Вестник РАЕН (ЗСО). - 2005. - № 7. - С. 196-210.

Поступила 22.11.2006 г.

УДК 551.242

ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ИНИЦИИРОВАНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ СМЕЩЕНИЙ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАЗЛОМНО-БЛОКОВЫХ СРЕД ПРИ ВИБРАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

С.В. Астафуров, Е.В. Шилько, С.Г. Псахье

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск E-mail: astaf@usgroups.com

На основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов проведено теоретическое изучение условий инициирования относительных смещений по границам раздела блоков геосреды, находящейся в сложном напряженном состоянии, при локальных вибрационных воздействиях. Показано, что определяющими факторами при формировании неустойчивой подвижки по межблочной границе разломно-блоковых геологических сред являются относительная величина сдвиговых напряжений, а также частота вибрационного воздействия, т. е. времени выделения энергии импульса. Слабые по мощности, но продолжительные по времени воздействия на высоконапряженные границы раздела являются наиболее эффективными с точки зрения энергозатрат.

Введение

Известно, что геологические среды обладают иерархической многоуровневой организацией их блочной структуры [1]. Любой участок земной коры представляет собой совокупность структурных элементов, разделенных нарушениями сплошности разного масштаба. Границы раздела блоков имеют более низкие прочностные и деформационные характеристики, чем материал самих блоков. Поэтому нарушения сплошности различного масштаба являются одним из способов существования горного массива при больших необратимых деформациях [2]. Механизмы реализации упругой энергии геосреды, находящейся в сложнонапряженном состоянии, могут быть различными [3]. Среди них основным является локализация необратимых деформаций на границах раздела блоков земной коры. Режим и скорости относительных смещений блоков по активным разломам определяются особенностями структуры и локального напряженного состояния, а также внешними природными и тех-

ногенными факторами [4, 5]. Значения скорости смещений могут варьироваться от нескольких мм/год (криповый режим) до первых м/с при сильных землетрясениях. Одним из механизмов землетрясений является относительное сдвиговое перемещение блоков. Его реализация связана с достижением предельного значения сдвиговых напряжений на границе раздела. Поэтому актуальной задачей геофизики является определение условий инициации неустойчивых подвижек по активным границам раздела земной коры.

В настоящей работе на основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов (ПКА) [6] проведено исследование условий инициации динамического проскальзывания блоков по границе раздела, находящейся в сложном напряженном состоянии, при вибрационных воздействиях. Отметим, что на протяжении уже ряда лет метод ПКА успешно используется для изучения особенностей отклика сложных гетерогенных материалов и сред [7, 8].

подвижки, убывает обратно пропорционально амплитуде. Исключение составляет кривая 3, для которой данная зависимость справедлива только при «малых» Ртах (Ртах<300 МПа). Зависимости Еш1(Ртж) являются возрастающими и могут быть аппроксимированы прямыми линиями (рис. 6, б). Это связано с тем, что энергия одного цикла вибрации Есус1е пропорциональна (Ртах)2. С учетом того, что Л^а~1/Ртах (рис. 6, а), справедливо соотношение ЕшаГРтш.. Таким образом, с уменьшением амплитуды вибраций возрастает число циклов воздействия, но в то же время уменьшается полная величина энергии, затрачиваемой на инициацию неустойчивой подвижки по границе. Это позволяет утверждать, что слабые по мощности, но продолжительные воздействия на высоконапряженные границы раздела в блочных средах в ряде случаев могут оказаться наиболее эффективными (по крайней мере, с точки зрения энергозатрат).

сокоамплитудных колебаний длительностью до нескольких минут могут также излучаться в очагах сильных землетрясений.

Рис. 6. Зависимость полного количества циклов (а) и энергии (б) локального вибрационного воздействия, затраченных на инициацию динамического проскальзывания активного блока, от амплитуды Pmax при v=2vHl для Fx/Fmax: 1) 0,66; 2) 0,76; 3) 0,82

Следует отметить, что рассмотренный в настоящей задаче интервал «пиковых» давлений вибрационного источника является достаточно высоким. Так, характерные давления волновых колебаний, составляющих микросейсмический фон в земной коре, на порядки величины ниже. В то же время, давления, достигающие десятков-сотен МПа, имеют место при воздействии на изучаемый фрагмент разрывного нарушения техногенными источниками колебаний, в качестве которых могут выступать скважинные вибраторы [13]. Серии вы-

Рис. 7. Закон изменения «вибрационного» давления источника при Тоа^е^ (а) и зависимости величины Ыш от отношения Тмау/У: 1) 0,25; 2) 0,67. Fx/Fmax=0,66, Рта=490 МПа

Характер вибраций в реальных средах как естественного, так и искусственного генезиса, зачастую существенно отличается от идеализированного (рис. 2, б). Помимо различий, касающихся формы и повторяемости сигналов, важной особенностью многих излучателей механических колебаний является неравенство времени «импульса» воздействия Тш и временного интервала ТМуу между воздействиями. При этом отношение 7Муу/Тш может варьироваться в широких пределах. Так, микросейсмический фон представляет собой сложную и нерегулярную последовательность распространяющихся «волновых пакетов» с различными характеристиками, разделенных временными промежутками различной продолжительности. Поэтому в работе исследовался отклик модельной границы раздела (рис. 1) на локальные вибрационные воздействия источника 8, представляющие собой серии «импульсов» синусоидальной формы с заданной скважностью (определяемой отношением 7Муу/Т0ау). Схема такого воздействия приведена на рис. 7, а. Анализировалось влияние продолжительности интервалов ТМуу и Тш на эффективность вибрационного воздействия, определяемую через количество циклов N.и энергию Еш, затраченные на инициацию неустойчивой подвижки верхнего блока. Результаты расчетов, в частности, показали, что значительные колебания величины N ш происходят в узком диапазоне ТМуу<ЪТ} (7^=1/^). При этом ам-

а

б

а

б