Научная статья на тему 'Изучение условий инициирования относительных смещений структурных элементов разломно-блоковых сред при вибрационных воздействиях'

Изучение условий инициирования относительных смещений структурных элементов разломно-блоковых сред при вибрационных воздействиях Текст научной статьи по специальности «Тектоника дна морей и океанов»

CC BY
47
9
Поделиться

Аннотация научной статьи по геологии, автор научной работы — Астафуров С. В., Шилько Е. В., Псахье С. Г.

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

Похожие темы научных работ по геологии , автор научной работы — Астафуров С. В., Шилько Е. В., Псахье С. Г.,

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «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.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

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