Wiarygodność ocen parametrów sprężystości ośrodków skalnych na dużych głębokościach

Praca stanowi wprowadzenie do cyklu artykułów prezentowanych w niniejszym Biuletynie PIG przez zespół pracowników Zakładu Geomechaniki Uniwersytetu Warszawskiego, dotyczących oceny parametrów sprężystych ośrodków skalnych na dużych głębokościach na podstawie badań wytrzymałościowych (geomechanicznych) oraz geofizycznych (pomiar prędkości fali akustycznej). Prace te dotyczą: metodyki badań modelujących warunki ciśnienia i temperatury do głębokości 3,5 km w komorach termociśnieniowych (P. Łukaszewski, A. Dziedzic), analizy wyników laboratoryjnych badań wytrzymałościowych nad zróżnicowaniem głównych parametrów sprężystości typowych skał magmowych i osadowych zależnie od ich genezy i głębokości (A. Domonik) oraz zmienności prędkości propagacji fali ultradźwiękowej w zależności od ciśnienia i temperatury na modelowanej głębokości (A. Dziedzic, J. Pinińska). W niniejszym artykule przedyskutowano współczesne poglądy na niejednorodność rzeczywistego rozkładu naprężeń w górotworze i ograniczone możliwości jego wyznaczenia oraz wynikające z tego konsekwencje w niepewności oznaczania cech sprężystych ośrodków skalnych na podstawie pomiarów geofizycznych w warunkach zróżnicowanego naprężenia, nawodnienia, temperatury i dużych głębokości. Omówiono czynniki powodujące trudności korelowania cech sprężystych uzyskanych na drodze badań geomechanicznych oraz geofizycznych. Korelacje takie niezbędne są szczególnie do identyfikacji cech górotworu na dużych głębokościach, gdzie dostępne są jedynie pomiary prędkości fali sprężystej, ale również powszechnie stosowane w warunkach rozpoznania powierzchniowego. Niejednorodność ośrodków skalnych w odrębny sposób ujawnia się w funkcji zmian przebiegu fali sprężystej i parametrów sprężystości mechanicznej wraz głębokością. Stąd zbyt duże uogólnienia, zapożyczone z ogólnych zasad teorii sprężystości, zacierają rzeczywisty obraz zmian właściwości ośrodka skalnego w warunkach wysokich ciśnień i temperatury. Niepewność wzajemnej korelacji cech sprężystych uzyskanych na drodze badań geomechanicznych oraz geofizycznych bez indywidualnej analizy pogłębia niejednoznaczność metod interpretacji tych pierwszych. Różnice ocen modułu sprężystości, zależnie od przyjętego zakresu sprężystości, mogą dla tej samej skały dochodzić do 100%. Zatem istotą wiarygodnego tworzenia korelacji łączących parametry sprężystości uzyskane na drodze badań geofizycznych z danymi geomechanicznymi są kompleksowe, laboratoryjne badania wytrzymałościowe w komorach termociśnieniowych z równoczesną rejestracją charakterystyk odkształcenia oraz zmian prędkości fali sprężystej na znanym materiale skalnym, w warunkach wzrastającego ciśnienia symulującego warunki termiczne i ciśnieniowe w danych warunkach geologicznych. W pracy szczególną uwagę poświęcono analizie stanu wiedzy nad wiarygodnością ocen rzeczywistego stanu naprężeń w górotworze, gdyż ich ustalenie w skali regionalnej jest możliwe z dokładnością zaledwie do 20%, a w 70% globalnych przypadków naprężenia poziome są większe od pionowych. Na lokalną dystrybucję naprężeń wpływa natomiast przyrodnicza niejednorodność ośrodka skalnego. Wszystkie te czynniki powinny być uwzględnione przy doborze warunków badań i interpretowanych na ich podstawie parametrów sprężystości.

Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
Dziedziny: nauki ścisłe i przyrodnicze
Dyscypliny: nauki o ziemi i środowisku