Способ определения направлений главных тектонических напряжений в горных породах

Збр Е 21 С 39/О ИЯ Бюл. Р 3ков, В. Л и А. Б. ордена Ти горный088,8) ик,. Шкурат Успенска рудового институт во СССР975.СССР видетельсС 39/00 фдетельств/03,980,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВ ГОРСКОМУ СВИД":ТЕЛЬСТВ(56) 1. Авторское.Р 465477, кл. Е 212. Авторское свпо заявке 9 292543кл. Е 21 С 39/00,54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЙ ГЛАВНЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ, включающий отбор образцов и определение пространственного распределения их электрических характеристик, о т л ич а ю щ и й с я 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, соответству- ет направлению максимальных тектони- Е ческих напряжений.55 Изобретение относится к горномуделу, в частности к геофизическимметодам 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 егои определение напряжений по разности хода поляризованных лучей в цент 10ре датчика 1) .Недостатками известного способаявляются сложность его осуществления и недостаточная точность приопределении направлений главных 15тектонических напряжений.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ определения направленийглавных тектонических напряженийв горных породах, включающий отборобразцов и определение пространственного распределения их электрических характеристик.В указанном способе образцы пород,25обладающих остаточной поляризацией,нагревают, после чего определяюттоки термостимулированной деполяризации, по которым судят о направлении главных тектонических напряже.ний 21 .ЗОНедостатком этого способа является сложность его осуществления, связанная с необходимостью одновременного нагрева образцов и измерениятоков термодеполяризации, что требуетЗ 5использования специальных нестандартных сложных измерительных установок,Кроме того, точное измерение токовтермодеполяризации само по себе связано с определенными техническими . 40трудностями (например, необходимостьюжесткой экранировки измерительнойустановки), так как уровень этихтоков не превышает десятых долеймикроампер, Учитывая,что при нагреве 45образцов ряда горных пород (например,соляных) активизируются электрохимические реакции на границе образцаи электродов, корректная реализацияуказанного способа предполагает напыление электродов из сплавон дра 5гоценных металлов (например, золотас палладием), Последнее связанос большими материальными затратами,Цель изобретения - упрощениеизмерений,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу определения направлений главных тектонических напряжений в горных породах,включающему отбор образцов и определение 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, экспоненциальноизменяющегося и не осциллирующегосяво 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 главныхтектонических напряжений, действующих в массиве. Экспериментальноустановлено, что при приложении достаточно высокого электрическогонапряжения к образцам горных пород,обладающих остаточной поляризацией,через них протекает электрическийток, уровень и характер измененияво времени которого зависит от степени совпадения векторов объемнойполяризации горной породы и приложенного электрического напряжения(соответственно, от степени совпадения вектора поля, вызванного указанным электрическим напряжением, и на,правления максимальных тектоническихнапряжений). При этом, чем меньшесовпадение указанных векторов, тембольше ток, протекающий через образец, и его изменения во времени, атакже больше осцилляции этого тока,обусловленные скачкообразными изменениями ориентации диполей в образце, стремящихся занять положениевдоль поля, обусловленного приложенным электрическим напряжением.На фиг. 1 представлена одна извозможных схем реализации способа,на фиг, 2 - типичные зависимостиот времени токов, протекающихчерез образцы, ориентированные различным образом,Способ осуществляется следующимобразом.К ориентированному в пространст-,ве образцу 1 горной породы (фиг,1)с помощью электродов 2 подключаютпоследовательно источник 3 постоянного высокого напряжения и калиброванный резистор 4. Падение напряжения на резисторе 4, пропорциональноетоку, протекающему через образец 1,регистрируют на самописце 5. В качестве источника 3 напряжения и самописца мог 9 т быть использованы серийно выпускаемые приборы, напримерБ 5"24 и Н 306.Уровень высокого постоянного напряжения, подаваемого на образец 1,определяется энергией активации ди1 1040149 Составитель Л. ко Техред М,тепер тираж б 03 арственного комитет зобретений и открыт Ж, Раушская наБерезкин едактор О. Черниче мчик тор аказ 6849/35 ВНИИПИ Госу по делам 113035, МосквПодписное а Сийбеу илиал ППП "Патент", г Ужгород, ул, П ная,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 б) 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, соот.- ветствует направлению вектора электрического напряжения, противополож ному направлению максимальных тек-тонических напряжений. При любой, иной ориентации вектора электрического напряжения относительно направления максимальных тектоническихнапряжений зависимость тока от вре- .мени занимает промежуточное междукривыми б и 7 значение (кривая 8).Данный способ позволяет опреде-лить направления главныхтектони"ческих напряжений широкого класса 10 горных пород, обладающих остаточнойполяризацией. В то же время он про- .ще, так как реализуется с помощьюпростой серийной аппаратуры. Достаточно большой уровень токов, проте кающих через образцы горных породпри осуществлении предлагаемого спо.соба, обеспечивает большую его помехоустойчивость, исключает необходи" мость в экранировании измерительной Э) установки и напылении электродов наобразцах,