تاثیر ناهمسانگردی تنش بر سرعت موج فشاری در سنگ های آندزیتی و ماسه سنگ

فشار و دمای بسیار زیاد اعماق پوسته زمین منجر به ایجاد گسستگی در سنگ ها و پدید آمدن ریز درزها در آنها می گردد. دسترسی مستقیم به سنگ های پوسته زمین در اعماق زیاد بسیار پرهزینه بوده و در بیشتر موارد ناممکن است. مطالعه وضعیت سنگها در عمق زیاد غالباً با استفاده از روشهای غیرمستقیم همچون امواج لرزه ای انجام می گیرد. نتایج این پژوهشها با نتایج حاصل از بررسی آزمایشگاهی سرعت عبور امواج در سنگهای مختلف مورد مقایسه قرار گرفته و شرایط سنگها شبیه سازی می شود. در عمق زیاد فشار هیدروستاتیک بر سنگهای پوسته زمین اعمال می گردد و تنشهای تکتونیکی و تنشهای امواج زلزله و غیره، موجب ناهمسانگردی آن می شود. هدف اصلی در این مطالعه، بررسی تغییرات سرعت عبور موج فشاری به دلیل تغییر وضعیت تنش فشاری در سنگ است. ابتدا مغزه استوانه ای از سنگهای مختلف با نسبت طول به قطر 2 تا 2.5 مطابق با روش آزمون استاندارد (astm d4543) آماده گردیده و ابعاد و وزن آنها تعیین می گردد. پس از تعیین مقاومت فشاری تک محوری مغزه های سنگ مطابق با روش آزمون استاندارد (astm d2938)، فشار هیدروستاتیک معادل 50 تا 95 درصد آن بر مغزه های استوانه ای سنگ تهیه شده از زمین اعمال می گردد. این فشار با استفاده از سلول هوک (فشار جانبی) و دستگاه اعمال فشار محوری بر نمونه وارد گردیده و با استفاده از دستگاه اولتراسونیک، سرعت عبور موج فشاری (پالس اولتراسونیک) مطابق با روش آزمون استاندارد (astm d2845) در جهت محوری نمونه تعیین می شود. سپس با کاهش فشار جانبی (افزایش تنش انحرافی) به صورت پلکانی، در هر مرحله سرعت عبور موج از مغزه های سنگی اندازه گیری می گردد. در ادامه نمودارهای مقایسه ای سرعت عبور موج فشاری (vp) با چگالی (ρd)، مقاومت فشاری تک محوری (ucs) و اثر تنش هیدروستاتیک (σhyd) و تنش انحرافی (σdev) بر سرعت عبور موج فشاری در هر یک از نمونه ها ترسیم می گردد. نتایج بدست آمده نشان دهنده روابط خطی میان سرعت موج فشاری و ویژگیهای فیزیکی نمونه های سنگ می باشند، همچنین سرعت عبور موج فشاری در بالاترین فشار هیدروستاتیک بیشینه بوده و با کاهش فشار جانبی (افزایش تنش انحرافی)، سرعت عبور موج نیز کاهش می یابد.

stress anisotropy effect on compressional wave velocity of andesite and sandstone

high pressure and temperature in earth crust lead to fracture and microcracks in rocks. direct access to earth crust rocks at great depths is very costly and in most cases impossible. the study of the condition of rocks at great depths is often done using indirect methods such as seismic waves. the results of these studies are compared with the results of laboratory studies of wave velocities in different rocks and the conditions of the rocks are simulated. at high depths, hydrostatic stress is applied to the rocks of earth crust, and tectonic, earthquake and other stresses cause it to be anisotropic. the main purpose of this study is to investigate the change in compressive wave velocity due to change in compressive stress in rocks. in first, a cylindrical core of different stones with a length to diameter ratio of 2 to 2.5 is prepared according to the standard test method (astm d4543) and their dimensions and weight are determined. after measuring the unconfined compressive strength of cores according to standard test method (astm d2938), the hydrostatic pressure of 50% to 95% of it is applied to the rock samples prepared from the earth. this pressure is applied to the cores by using the hoek cell (for lateral pressure) and the axial load machine and using ultrasonic device, determine the compressive wave velocity (ultrasonic pulse) is determined according to the standard test method (astm d2845) in the axial direction of the sample. then, the wave velocity was measured during decreasing the lateral pressure (increasing deviatoric stress) in a stepwise manner, the wave velocity measured at each step. in the following, comparative diagrams of compressive wave velocity (vp) with density (ρd), uniaxial compressive strength (ucs) and the effect of hydrostatic stress (σhyd) and deviatoric stress (σdev) on p-wave velocity in each sample are drawn. the results show linear relationships between compressive wave velocity and physical properties of rock samples, also the p-wave velocity at hydrostatic pressure is the highest and as the lateral pressure decreases (increasing the deviatoric stress), the velocity also decreases.