Исследователи из KAUST обнаружили, что стилолиты — неровные швы в известняке — влияют на движение акустических волн в образцах горных пород. Полученные в лаборатории данные позволяют лучше понять, как эти особенности влияют на методы акустической визуализации, которые используются для анализа индуцированных микросейсмических событий во время гидравлического разрыва пласта.
Статья [опубликована](https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0040195125001489) в журнале Tectonophysics.
Осадочные породы на основе карбонатов
Осадочные породы, такие как известняк, часто содержат запасы газа и нефти в своих слоях. Исследователи обычно используют звуковые (акустические) волны для исследования горных пород под поверхностью и определения типов горных пород, размера резервуара и внутренних осадочных или структурных особенностей, влияющих на поток жидкости.
«Слои осадочных пород редко бывают однородными. Стилолиты, например, представляют собой зубчатые неоднородности, которые проходят через карбонатные породы и приводят к образованию видимых неровных «граничных слоёв», часто под косыми углами к слоистости», — говорит Томас Финкбайнер, который руководил исследованием в сотрудничестве с коллегами и бывшим докторантом KAUST Бингом Яном из Университета Саньцзянского ущелья в Ичане, Китай.
Влияние стилолитов на распространение звуковых волн
Стилолиты отмечают поверхности растворения, где минералы из вмещающей породы были растворены под действием больших нагрузок. Образовавшаяся граница состоит из переотложенных нерастворимых материалов, таких как глина. Из-за их механического контраста с вмещающей породой эти неоднородности могут нарушать распространение звуковых волн при прохождении через них.
Результаты исследования
Команда провела визуализацию стилолитов с помощью рентгеновской томографии для сбора данных об их трёхмерной морфологии и характеристики их размеров.
«Визуализация этих стилолитов была сложной задачей, потому что они были довольно тонкими и имели геометрически очень неправильные поверхности», — отмечает Финкбайнер. «Чтобы лучше понять, как их механические свойства контрастируют со свойствами окружающей породы-хозяина, нам пришлось разрезать наши образцы горных пород пилой, долотом и молотком, чтобы получить доступ к стилолитам и измерить их твёрдость».
Исследователи зафиксировали скорости и амплитуды акустических волн, проходящих через образцы горных пород. Полученные данные были введены в компьютерную модель, которая имитировала распространение звуковых волн через породы на частотах, соответствующих лабораторным образцам.
Результаты показали, что стилолиты представляют собой слабые неоднородности, которые оказывают минимальное влияние на первые приходы передаваемых акустических сигналов. Однако они существенно влияют на кодовые волны — вторичные волны, которые образуются из-за рассеяния от мелкомасштабных вариаций. Это влияет на общую передачу энергии звуковой волны через породу.
«С увеличением толщины стилолита акустические волны рассеиваются сильнее и вносят больше шума в волновое поле», — говорит Финкбайнер. «В лабораторных экспериментах это имеет значение для мониторинга распространения гидравлического разрыва в образцах горных пород, содержащих стилолиты. Наши результаты помогут определить наилучший способ обнаружения акустических выбросов внутри лабораторных образцов горных пород».
Исследователи сейчас проводят испытания на более крупных блоках горных пород. Они будут использовать усовершенствованные методы обнаружения с помощью волоконной оптики и усовершенствованные методы обработки данных, чтобы увидеть, можно ли масштабировать и повторить эти результаты.
Предоставлено [King Abdullah University of Science and Technology](https://www.kaust.edu.sa/en)