Abstract

Manifestations of microplastic inelasticity in rocks initiated by seismic and acoustic waves are detected at the stress-time recording a(t) with microsecond resolution during measurements in shallow boreholes and on the samples. Amplitude-dependent inelastic manifestations have the step form and consist of the stress plateau with short duration inserted into elastic process. New knowledge in the physics of wave propagation can be useful for applications using the effect of the amplitude-dependent wave attenuation.

Keywords

Rock physics, microplastic inelasticity, stress-strain ratio, amplitude dependence of wave velocity and attenuation,

Reference

  •  1) Mashinskiy E.I. Processy kvazimikroplastichnosti i nelineynaya seysmika // Fizika Zemli. 1994. №2. S. 3-10.

  •  2) Mashinskiy E.I., Kochegarov G.G., Koksharov V.Z.,Chaply-gin V.N. Eksperimentalnye issledovaniya kvazimikroplastichnosti porod pri deformacii szhatiem // Geologiya i geofizika. 1994. №12. S. 131-137.

  •  3) Mashinskiy E.I., Koksharov V.Z., Nefedkin Yu.A. Amplitudno-zavisimye effekty v diapazone malyh seysmicheskih deformaciy // Geologiya i geofizika. 1999. T. 40. №4. S. 611-618.

  •  4) Mashinskiy E.I. Amplitudno-zavisimoe zatuhanie prodolnyh i poperechnyh voln v suhom i nasyschennom peschanike pod davleniem // Geologiya i geofizika. 2009. T. 50. S. 950-956.

  •  5) Mashinskiy E.I., Golikov N.A. Vliyanie vodonasy-scheniya na relaksacionnye spektry zatuhaniya akusticheskih voln v gornyh porodah // Tehnologii seysmorazvedki. 2011. №4. S. 22-28.

  •  6) Bradby J.E. and Williams J.S., 2004, Pop-in events induced by spherical indentaton ib compound semiconductors. J. Mater. Res., 19, No 1, 380-386.

  •  7) DerletPM, MaafR., 2013, Micro-plasticity and intermittent dislocation activity in a simplied micro structural model, arXiv:1205.1486v2 [cond-mat.mtrl-sci] 8 Feb 2013, p. 1-33.

  •  8) GolovinI.S., SinningH.-R., Goken J., Riehemann W., 2004. Fatigue-related damping in some cellular metallic materials. Materials Science and Engineering, A 370, 537-541.

  •  9) MashinskiiE. I., 2008. Amplitude-frequency dependencies of Wave Attenuation in Single-Crystal Quartz: Experimental Study. Journal of Geophysical Research, 113, B11304.

  •  10) Mashinskii E.I., 2014. Elastic-microplastic nature of wave propagation in the weakly consolidated rock. Journal of Applied Geophysics, 101, p. 11-19.

  •  11) Mikowski A., Soares P., Wypych F. and Lepienski C.M., 2008. Fracture toughness, hardness, and elastic modulus of kyanite investigated by a depth-sensing indentation technique, American Mineralogist, v. 93, pp. 844-852.

  •  12) Qiang J.B., Xie G.Q., Zhang W. and Inoue A., 2007. Unusual room temperature ductility of a Zr-based bulk metallic glass containing nanoparticles. Applied Physics Letters, 90, 231907, 1-3.

  •  13) ShiraiKei, KatoManabu, NorikoK. Mitani and Masahiko Arakawa, 2008 // Journal of Geophysical Research, Vol. 113, E11002, doi:10.1029/2008JE003121.

  •  14) Smirnov B.I., Shpeizman V.V., Peschanskaya N.N., Nikolaev R.K., 2002. Effect of magnetic field on microplastic strain rate for C60 single crystals. Physics of the Solid State, 44 (10), 2009-2012.

  •  15) Sheng-NianLuo, J.G. Swadener, ChiMa, Oliver Tschauner, 2007. Examining crystallographic orientation dependence of hardness of silica stishovite. Physica, B 390, 138-142.

  •  16) Tutuncu A.N., Podio A.L., Sharma M.M., 1994. An experimental investigation of factors influencing compressional-and shear-wave velocities and attenuations in tight gas sandstones. Geophysics, 59 (1), 77-86.

  •  17) Yarushina V.M., Podladchikov Y.Y., 2010, Plastic yielding as a frequency and amplitude independent mechanism of seismic wave attenuation // Geophysics, 75, 3, 51-63.

Микропластическая неупругость при распространении сейсмической и акустической волн в горных породах

Машинский Э.И.

Аннотация

Проявления микропластической неупругости в горных породах, вызванные сейсмической и акустической волнами, обнаружены при измерениях в неглубоких скважинах и на образцах. На записи напряжение-время a(t) с микросекундным разрешением амплитудно-зависимые эффекты микропластичности имеют вид ступенек и плато напряжения короткой длительности, встроенных в упругий процесс. Прерывистая неупругость вносит вклад в трансформацию формы волны. Новое знание в физике распространения волн может быть полезно для решения прикладной задачи, использующей эффект амплитудно-зависимого затухания волн.

Ключевые слова

Физика пород, микропластическая неупругость, соотношение напряжение-деформация, амплитудная зависимость скоростей волн и затухания,

Информация об авторах

Библиографическая ссылка

Машинский Э.И. Микропластическая неупругость при распространении сейсмической и акустической волн в горных породах // Геофизика. 2016. № 2. С. 19-23.

Список литературы

  •  1) Машинский Э.И. Процессы квазимикропластичности и нелинейная сейсмика // Физика Земли. 1994. №2. С. 3-10.

  •  2) Машинский Э.И., Кочегаров Г.Г., Кокшаров В.З.,Чаплы-гин В.Н. Экспериментальные исследования квазимикропластичности пород при деформации сжатием // Геология и геофизика. 1994. №12. С. 131-137.

  •  3) Машинский Э.И., Кокшаров В.З., Нефедкин Ю.А. Амплитудно-зависимые эффекты в диапазоне малых сейсмических деформаций // Геология и геофизика. 1999. Т. 40. №4. С. 611-618.

  •  4) Машинский Э.И. Амплитудно-зависимое затухание продольных и поперечных волн в сухом и насыщенном песчанике под давлением // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. С. 950-956.

  •  5) Машинский Э.И., Голиков Н.А. Влияние водонасы-щения на релаксационные спектры затухания акустических волн в горных породах // Технологии сейсморазведки. 2011. №4. С. 22-28.

  •  6) Bradby J.E. and Williams J.S., 2004, Pop-in events induced by spherical indentaton ib compound semiconductors. J. Mater. Res., 19, No 1, 380-386.

  •  7) DerletPM, MaafR., 2013, Micro-plasticity and intermittent dislocation activity in a simplied micro structural model, arXiv:1205.1486v2 [cond-mat.mtrl-sci] 8 Feb 2013, p. 1-33.

  •  8) GolovinI.S., SinningH.-R., Goken J., Riehemann W., 2004. Fatigue-related damping in some cellular metallic materials. Materials Science and Engineering, A 370, 537-541.

  •  9) MashinskiiE. I., 2008. Amplitude-frequency dependencies of Wave Attenuation in Single-Crystal Quartz: Experimental Study. Journal of Geophysical Research, 113, B11304.

  •  10) Mashinskii E.I., 2014. Elastic-microplastic nature of wave propagation in the weakly consolidated rock. Journal of Applied Geophysics, 101, p. 11-19.

  •  11) Mikowski A., Soares P., Wypych F. and Lepienski C.M., 2008. Fracture toughness, hardness, and elastic modulus of kyanite investigated by a depth-sensing indentation technique, American Mineralogist, v. 93, pp. 844-852.

  •  12) Qiang J.B., Xie G.Q., Zhang W. and Inoue A., 2007. Unusual room temperature ductility of a Zr-based bulk metallic glass containing nanoparticles. Applied Physics Letters, 90, 231907, 1-3.

  •  13) ShiraiKei, KatoManabu, NorikoK. Mitani and Masahiko Arakawa, 2008 // Journal of Geophysical Research, Vol. 113, E11002, doi:10.1029/2008JE003121.

  •  14) Smirnov B.I., Shpeizman V.V., Peschanskaya N.N., Nikolaev R.K., 2002. Effect of magnetic field on microplastic strain rate for C60 single crystals. Physics of the Solid State, 44 (10), 2009-2012.

  •  15) Sheng-NianLuo, J.G. Swadener, ChiMa, Oliver Tschauner, 2007. Examining crystallographic orientation dependence of hardness of silica stishovite. Physica, B 390, 138-142.

  •  16) Tutuncu A.N., Podio A.L., Sharma M.M., 1994. An experimental investigation of factors influencing compressional-and shear-wave velocities and attenuations in tight gas sandstones. Geophysics, 59 (1), 77-86.

  •  17) Yarushina V.M., Podladchikov Y.Y., 2010, Plastic yielding as a frequency and amplitude independent mechanism of seismic wave attenuation // Geophysics, 75, 3, 51-63.