Структуры рудных полей и месторождений - Старостин В.И.
ISBN 5-211-04522-Х
Скачать (прямая ссылка):
Упругие свойства, в частности скорости продольных ультразвуковых волн, в кристаллах минералов заметно различаются для разных кристаллографических направлений. В том случае, когда в породе существует упорядоченная ориентировка минералов, степень и направление ее можно установить не только на микроструктурных диаграммах, но и в значительно более четком виде на диаграммах скоростей ультразвуковых волн. Кроме того, на них отражены деформационные элементы (микротрещиноватость,
пластическое течение вещества, милонитизация). Интегральный эффект этих факторов и обусловливает анизотропию деформированной породы. По выявленному на диаграммах скоростей ультразвуковых волн структурному узору можно восстановить систему приложения сил и обусловленные ими направления движения при деформациях.
14.2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Существующая лабораторная импульсная ультразвуковая аппаратура предназначена для определения скоростей упругих волн методами профилирования и просвечивания на предварительно подготовленных образцах. Экспериментально измеряются продольные, поперечные и поверхностные ультразвуковые волны.
Чтобы произвести замеры скоростей упругих волн (поверхностных и продольных) в определенных направлениях, чаще всего используется способ профилей. Для этого в поле отбираются ориентированные блоки пород, которые затем в лаборатории разрезаются таким образом, чтобы в итоге получить три взаимно перпендикулярных плоскости. На этих плоскостях намечаются линии ультразвукового профилирования. Значительно реже применяется метод просвечивания на образцах, специально выполненных в форме кубов, ромбододекаэдров и т.д. Оба эти приема достаточно сложны и трудоемки, кроме того они не позволяют точно определить подлинную ориентировку анизотропии исследуемых пород, поскольку необходимо заранее определять крис-таллофизические направления, в соответствии с которыми должны быть выбраны направления распила.
В связи с этим изучение дирекционных значений скоростей ультразвука в образцах горных пород и руд рекомендуется проводить с помощью теодолитных приставок к приборам ИПА Р5-10 и ИКЛ-6 (рис. 14.1), позволяющих замерять скорости продольных ультразвуковых волн на пластинках толщиной 0,5—6 см и диаметром 4—15 см. При эксперименте плоскопараллельная пластина породы или руды помещается на предметный столик, ориентируется и закрепляется на нем. Нижний датчик, помещенный под пластиной, генерирует импульсы ультразвуковых колебаний. Перемещая верхний из датчиков (подвижный приемник) на поверхности пластинки, получаем возможность замерять скорости продольных ультразвуковых волн в разных направлениях, используя сетку 15 х 15е (рис. 14.2).
Результаты измерений скоростей продольных ультразвуковых волн наносятся на равноплощадную проекцию (сетка Шмидта). В каждой точке наблюдений скорость продольных ультразвуковых волн рассчитывается по формуле
п-
Гг
ОС
12
1
Рис. 14.1. Схема установки для определения скоростей продольных ультразвуковых волн в различных направлениях на ориентированных пластинках (по В.И. Старостину), а — общая схема; б — столик горизонтального компаратора. 1—3 — ультразвуковой прибор типа ИКЛ-6: 1 — генератор, 2 — приемник, 3 — экран; 4 — излучатель; 5 — приемник; 6 — вертикальный компаратор; 7 — горизонтальный компаратор; 8 — градуированный столик; 9 — исследуемая пластинка; 10 — зажимы; 11 — направление движения столика; 12 — дополнительный вертикальный компаратор; 13 — рама теодолитной приставки
t: + At
где vp — скорость продольной ультразвуковой волны, км/с; h — толщина пластинки в точке замера, мм; d — горизонтальное заложение, расстояние от центра пластинки до точки замера, мм; tj — среднее из трех замеров времени первого вступления продольной ультразвуковой волны, мкс; At — время задержки импульса в аппаратуре, которое определяется по времени прохождения импульса при сомкнутых датчиках (без образца), мкс.
После нанесения на равноплощадную проекцию скоростей продольных волн проводятся изолинии. На следующей стадии исследований измеряются поперечные и поверхностные ультразвуковые волны, а также рассчитываются модули и коэффициенты упругости.
5~15см
Рис. 14.2. Схема расположения датчиков при определении индикатриссы v на
плоскопараллельных пластинках: а — излучатель, 6 — приемник; 0, 1, 2, 3, 4 и t0, tj, t2, t3, t4 — различные положения приемника и соответствующие им времена первого вступления ультразвуковой волны; А—А' — линия профиля (по В.И. Старостину)
Определение пространственной ориентировки систем микротрещин
Упругая анизотропия горных пород и руд зачастую обусловлена сочетанием двух основных элементов внутренней структуры: 1) упорядоченным расположением отдельных кристаллов и зерен минералов; 2) ориентировкой микротрещиноватости и порока-пилляров. Анизотропия упругих свойств, обусловленная микро-трещиноватостью и пористостью, особенно контрастно проявляется при изучении ориентированных образцов в сухом состоянии. В этом случае скорость ультразвука при пересечении микротрещин и пор уменьшается тем заметнее, чем большее количество трещин встретилось на пути ультразвуковой волны и чем больший угол они образуют с направлением ее распространения. При последующем насыщении образца жидкостью и повторном ультразвуковом просвечивании выявленная ранее анизотропия скоростей сильно уменьшается и иногда даже исчезает, поскольку
