1. 1(32)2022
  2. Зв'язок хімічного складу і фізичних властивостей гірських порід кори і мантії Землі та їх динамічні зміни в різних термобаричних умовах

Зв'язок хімічного складу і фізичних властивостей гірських порід кори і мантії Землі та їх динамічні зміни в різних термобаричних умовах

JGD.
2022;
Випуск 1(32)2022, Номер 1(32)
: 92-98
https://doi.org/10.23939/jgd2022.02.092
Надіслано: Січень 24, 2022
Автори:
  1. Ібрагім Сафаров
1
Інститут геології НАН Азербайджану, м. Баку, Азербайджан

Визначення фізичних параметрів геоматеріалів при високих термобаричних умовах необхідні в зв'язку з фундаментальними проблемами геології і геофізики, а також і для вирішення прикладних завдань, де особливо важливим є встановлення зв'язків між фізичними параметрами і хімічними компонентами гірських порід в термобаричних умовах, близьких до існуючих в надрах Землі. Метою роботи є вивчення особливостей впливу хімічних компонентів на пружні і густинні властивості магматичних і метаморфічних порід континентальної і океанічної літосфери за високих термобаричних умов. Пружні і густинні характеристики порід континентальної і океанічної літосфери визначені ультразвуковим імпульсним методом. Експерименти проводилися в твердофазній установці високого тиску типу циліндр-поршень за методикою, яка передбачає одночасне визначення швидкостей поздовжніх і поперечних хвиль, а також густини в процесі одного досліду на одному зразку гірських порід при високих термобаричних режимах до 1,5-2,0 ГПа. На підставі експериментального дослідження пружних і густинних властивостей порід континентальної і океанічної літосфери виявлено якісний зв'язок між цими параметрами і хімічним складом зразків в умовах високих термобаричних режимів. Вперше встановлено, що в досліджених гірських породах вплив окислів на величину швидкостей пружних хвиль, а також на густини залежить від регіонів, тому з підвищенням тиску в одних районах вони збільшуються, а в інших – знижуються. Таке явище пояснюється різницею в атомній будові речовини. Виявлено, що в розрізі літосфери швидкості пружних хвиль і густина з глибиною зростають при зміні хімічного складу гірських порід: від кислого складу до середнього, до основного, і нарешті, ультраосновного складу. Взаємозв'язок хімічного складу гірських порід і мінералів з пружними і густинними властивостями дає можливість для прямого пошуку твердих корисних копалин.

ультразвуковий імпульсний метод
хімічні компоненти
швидкість
поздовжні хвилі
поперечні хвилі
твердофазна установка
густина
  1. Azizbekov, Sh. R., Bagirov, A. R.,Veliev, M. M., Ismail-zade, A. D., Yemelyanova, E. N., & Mamedov. M. N. (1979). Geology and volcanism of Talysh. Baku, Elm, 246 p. (in Russian).
  2. Birch, F. (1960). The velocity of compressional waves in rocks to 10 kilobars: 1. Journal of Geophysical Research, 65(4), 1083-1102. https://doi.org/10.1029/JZ065i004p01083
  3. Boadu, F. K. (2000). Predicting the transport properties of fractured rocks from seismic information: numerical experiments. Journal of applied geophysics, 44(2-3), 103-113. https://doi.org/10.1016/S0926-9851(99)00020-8
  4. Freund, D. (1992). Ultrasonic compressional and shear velocities in dry clastic rocks as a function of porosity, clay content, and confining pressure. Geophysical Journal International, 108(1), 125-135. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1992.tb00843.x
  5. Kahraman, S., & Yeken, T. (2008). Determination of physical properties of carbonate rocks from P-wave velocity. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 67(2), 277-281. https://doi.org/10.1007/s10064-008-0139-0
  6. Khandelwal, M., & Ranjith, P. G. (2010). Correlating index properties of rocks with P-wave measurements. Journal of applied geophysics, 71(1), 1-5. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2010.01.007
  7. Kireenkova, S. M., & Safarov, I. B. ( 1979). Simultaneous determination of the velocities of longitudinal and transverse waves in rocks at high pressures. Izv. AN SSSR, Physics of the Earth, N12, p. 93-98 (in Russian).
  8. Kurtuluş, C., Sertçelik, F. A. D. İ. M. E., & Sertçelik, I. (2016). Correlating physico-mechanical properties of intact rocks with P-wave velocity. Acta Geodaetica et Geophysica, 51(3), 571-582. https://doi.org/10.1007/s40328-015-0145-1.
  9. Lutz, B. G. (1975), The chemical composition of the continental crust and the upper mantle of the Earth. Moscow, Science, 167 p.
  10. Lutz, B. G. (1980). Geochemistry of oceanic and continental magmatism. Moscow, Nedra, 247 p.
  11. Moradian, Z. A., & Behnia, M. (2009). Predicting the uniaxial compressive strength and static Young’s modulus of intact sedimentary rocks using the ultrasonic test. International Journal of Geomechanics, 9(1), 14-19. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1532-3641(2009)9:1(14)
  12. Mushkin, I. V. (1979). Petrology of the upper mantle of the Southern Tien Shan. Tashkent, Fan, 136 p. (in Russian).
  13. Dortman, N. B. (1992). Petrophysics. Directory. (In three books. The first book. Rocks and useful minerals (edited by NB Dortman). Moscow, Nedra, 391 p. (in Russian).
  14. Physicochemical and petrophysical studies in the Earth sciences (1999). II Int. Conf. Moscow: Science, 55 p. (in Russian).
  15. Safarov, I. B. (1984). Investigation of the elastic and density properties of rocks and  minerals of the deep layers of the earth's crust and upper mantle at high thermodynamic conditions. Author's abstract. Cand. diss. M., IFZ AS USSR, 20 p. (in Russian).
  16. Safarov, I. B. (2011). Petrophysical models of lithospheric plates of continents and oceans. Baku, Elm, 306 p. (in Russian).
  17. Safarov, I. B. ( 2006). Petrophysical characteristics of crustal and mantle eclogites under high thermodynamic conditions and their position in the Earth's lithosphere. Izv. ANAS, series of Earth Sciences, No. 4, p. 31-43 (in Russian).
  18. Safarov, I. B. (2003). Anisotropy of elastic properties at high thermodynamic conditions and petrophysical models of the lithosphere. Author's abstract. Doct. diss. Baku, IG NANA, 47 p. (in Russian).
  19. Safarov, I. B., & Levykin, A. I. (1992). Device for determining elastic characteristics  materials. A.S. 1742710 (USSR), Bull. No. 223 (in Russian).
  20. Safarov, I. B., & Kireenkova, S. M. (1985). Device for determining the elastic characteristics of materials – А.С. No. 1183885 (USSR), Bull. No 37 (in Russian).
  21. Smorodinov, M. I., Motovilov, E. A., & Volvov, V. A. (1970). Determinations of correlation relationships between strength and some physical characteristics of rocks. In: Proceedings of the second congress of the international society for rock mechanics, Vol. 2. Belgrade, pp. 35–37.
  22. Smorodinov, M. I. (1966). Determinations of correlation relationships between strength and some physical characteristics of rocks. In Proc. of 1st Int. Congress of ISRM, Lisvbon.
  23. Sobolev, V. S., Sobolev, N. V. (1964), Xenoliths in the kimberlites of Northern Yakutia and the structure of the Earth's mantle. Dokl. AN SSSR, v. 158, No. 1 (in Russian).
  24. Udovkina, N. G. (1985), Eclogites of the USSR. M.: Science, 285 p. (in Russian).
  25. Volarovich, M. P., Bayuk, E. I., Levykin, A. I., & Tomashevskaya, I. S. (1974). Physical properties of rocks and minerals at high pressures and temperatures. M., Science, 223 p. (in Russian).
  26. Yasar, E., & Erdogan, Y. (2004). Correlating sound velocity with the density, compressive strength and Young's modulus of carbonate rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41(5), 871-875.
  27. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2004.01.012