Madame Lelica

Micromechanical értelmezés

megmutattuk, hogy a Rotokawa Andezit tartalmaz egy kiterjedt hálózat izotróp mikrorepedéseket., Izotróp eloszlásuk miatt ezeknek a mikrotömböknek a többsége összhangban van a termikus stressz (Fredrich and Wong; Reuschlé et al. ; Wang et al. ; David et al. ; Heap et al. ). Valóban, a Rotokawa Andezit tapasztalt, több cikluson keresztül a hűtés-fűtés: a kezdeti kitörés a andezit, temetés, egy hibázott, graben, hidrotermikus megváltoztatása, illetve az esetleges exhumálás során core recovery (Rae ; Lim et al. )., Mikrostrukturális elemzésünk rávilágított arra, hogy az átható mikrokrakkolás független a litológiától, az eredeti ásványtantól és a másodlagos (hidrotermális) ásványtantól.

mintáinkban az intenzív mikrokrakkolás jelentős tényezőnek bizonyult az összes mért fizikai tulajdonságban. Először is, a mikrokrakkolás jelentősen csökkentette a rugalmas hullámok terjedési sebességét az andeziten keresztül., Látjuk egyértelmű korrelációt repedés terület egységnyi térfogat (Sv), hogy a megfigyelt kompressziós hullám sebességek (ábra 8D), és értelmezni, hogy ez a csillapítás a kompressziós hullám a repedt intrakristályos és interkristályos határok, amelyek bőséges az andezit (pl ábra 3 és 4). Számos szerző (pl. Vinciguerra et al. ; Keshavarz et al. ; Blake et al. ; Heap et al. ) azt is kimutatták, hogy a rugalmas hullámsebességek nagymértékben gyengíthetők a mikrotörések jelenlétével.,

másodszor, a repedés felülete és az UCS kiváló korrelációt eredményezett (11b ábra). Amint azt Walsh (, ), David et al. (), és Chaki et al. (), a mintán belüli repedések sűrűsége kritikus az erejének diktálásában. A mikrotörések kialakulása az uniaxiális tömörítés során, valamint ezeknek a repedéseknek a összeolvadása (újonnan kialakult és már meglévő) a minta meghibásodásához vezet (Brace et al. ; Bieniawski ). Azokban a mintákban, amelyek már viszonylag magas repedéssűrűséget mutatnak, kevesebb energiára van szükség a meglévő repedések egyesítéséhez, így eredendően gyengébbek (David et al., ; Ferrero és Marini ; Keshavarz et al. ). Az AE monitorozás felhasználásával az UCS tesztelése során megfigyeljük, hogy kevesebb esemény fordul elő az uniaxiális tömörítés során gyengébb mintákban, mint a nagyobb szilárdságú mintákban (10. ábra), jelezve, hogy a gyengébb mintákban sokkal több már meglévő repedés van (Hardy ; Eberhardt et al. ; Nickiar és Martin). Így a Rotokawa Andezitben már meglévő mikrotörések jelenléte erős ellenőrzést gyakorol az uniaxiális nyomószilárdságukra.

A permeabilitás a geotermikus rendszer egyik legfontosabb tulajdonsága., Ebben a tanulmányban azt tapasztaltuk, hogy a porozitás (és az ömlesztett mintasűrűség) és a szilárdság összefügg az andezit mikrokrakkolásának mértékével. A permeabilitási méréseinkhez használt mintákban nem mértük meg a repedés felületét (a mintákat a jövőbeli vizsgálatokhoz fogjuk használni; a repedés felületének kiszámítása destruktív vékony szakasz előkészítést igényel). A permeabilitás és a mikropraktúrahálózat kiterjedése közötti összefüggést azonban proxy útján feltételezhetjük., Megmutatjuk, hogy egyértelmű inverz kapcsolat van a minta permeabilitása és a P-hullám sebessége között, így a permeabilitás növekedésével a kompressziós hullám sebessége csökken (11F ábra). Ezek az eredmények összhangban vannak azzal a sok vizsgálattal, amelyek egyértelmű összefüggést mutattak a csökkent rugalmas hullámsebességek és a megnövekedett permeabilitás között (David et al. ; Vinciguerra et al. ; Chaki et al. ; Nara et al. ; Faoro et al. ; Heap et al. )., Bár nem mértük közvetlenül az adatkészletünkben a repedés sűrűségének a permeabilitáshoz való viszonyát, megmutatjuk, hogy az Sv és a Vp fordítottan kapcsolódik egymáshoz (8d Ábra), és hasonló kapcsolat áll fenn a Vp és a permeabilitás között. Ezért arra következtethetünk, hogy azok a minták, amelyek magasabb repedésfelülettel rendelkeznek, természeténél fogva átjárhatóbbak lesznek.,

Gombot empirikus kapcsolatok

ebben A részben bemutatjuk a kapcsolatok az egyes változók lehet, hogy könnyen, könnyen mért vagy használja photomicrography vagy geofizikai fakitermelés eszközök, valamint a megfelelési, hogy bonyolultabb, releváns fizikai tulajdonságai. Mindezek a paraméterek egyedülállóan mérhető változók, amelyek nem támaszkodnak komplex képletekre származtatásukhoz (például dinamikus Young Modulus vagy Poisson arány), ezért azokat a kulcsfontosságú kapcsolatokat választottuk ki, amelyek relevánsak a Rotokawa Andesite számára.,

porozitás és UCS

a minta porozitása és UCS közötti exponenciális korreláció létezik(11a. ábra). Az ilyen korrelációkat több szerző is felhasználta (pl. Vernik et al. ; Li és Aubertin; Palcsik és Hatzor ; Kahraman et al. ; Chang et al. ; Palcsik; Pola et al. ) különböző klasztikus és vulkanikus kőzetekhez és betonanyagokhoz. Ezek a szerzők jelen empirikus illik a korreláció fizikai tulajdonságok szemben UCS mutass egy széles korrelációs belül a megfelelő adatsorok a R2 értékek közelében 0.6, hogy olyan magas, mint 0.95., Javasoljuk, hogy a porozitás és az UCS közötti empirikus illeszkedésünk (exponenciális illeszkedés 0, 82 korrelációs tényezővel, 11a ábra) hasznos becsléseket nyújtson a Rotokawa Andezit tározóban lévő tározó kőzetek erősségéről. A porozitás korrelációjából származó UCS-becslések felhasználásával a sziklák minimális szilárdsága alkalmazható olyan fontos mérnöki kérdésekre, mint a wellbore stabilitás (Chang et al. ; Schöpfer et al. ).

Vp és UCS

exponenciális korreláció van a szilárdság és a Vp között, 0,74 R2 értékkel (11c ábra)., Amint azt Kahraman () megjegyezte, a Vp és az UCS közötti kapcsolat általában nemlineáris, és minél nagyobb az anyag szilárdsága, annál szétszórtabbak az adatpontok. Heap et al. () hasonló következtetésekre jutott a Mexikói Volcán de Colima andezitikus kőzeteiről végzett méréseket követően. Tanulmányunkban az erő növekvő tendenciája növekszik a Vp növekedésével, de amint azt a 9. ábra mutatja, A Vp tekintetében nagyfokú térbeli anizotrópia van, így az erősségnek a rugalmas hullámsebességhez való robusztus korrelációját nehéz elérni., Azonban Vp egy széles körben használt naplózási eszköz fúrólyuk geofizika (Chang et al. ), és az általunk kapott korreláció segítségével minimális szilárdsági kritériumokat lehetett megállapítani a naplózási eszköz válaszából. Ez egy fontos összefüggés, mint geofizikai fakitermelés sokkal könnyebb, gyorsabb, hatékonyabb, mint a vágási hely mag (mint a core ebben a vizsgálatban kapott), így a fejlődés empirikus összefüggéseket felismerni, erő, mint amit a 11B Ábra segíthet a kockázat mérséklése, illetve csökkenti a költségeket, a geotermikus fúrás programok.,

Vp és porozitás

A Vp és a porozitás közötti korrelációk a porozitás növekvő tendenciáját mutatják a csökkenő Vp-vel (11d. ábra, amelyet az Al-Harthi et al. ; Rajabzadeh et al. ; Tugrul és Gurpinar ; Heap et al. ). Ez mind a pórusszerkezet eloszlásának, mind az andeziteken belüli mikrokrakkolás mértékének tulajdonítható. A mikrostrukturális analízisből (optikai és pásztázó elektronmikroszkóp-analízissel) kitűnik, hogy a Rotokawa Andezit porozitásának nagy része valószínűleg (makro – és mezoscale) törésekből és mikrorepedésekből (pl.,, 6.és 7. szám).

a hasonló poroszitású mintákra vonatkozó rugalmas hullámsebesség-adatok változásának és széles eloszlásának magyarázata (különös tekintettel a 4000-4400 m/s közötti adatokra) az, hogy a minták között változó pórustartalomnak (vug/vezikulum) vagy hidrotermális változásnak kell lennie. A pórusok jelenléte nagymértékben növeli a porozitást (képarányuk miatt), de viszonylag kevés hatással lesz a mikrotörésekhez képest a P-hullám sebességére., Exponenciális kapcsolatunk alkalmazása (11d ábra) durva közelítést adhat a csatlakoztatott porozitásból származó szeizmikus sebességekhez, vagy fordítva. Ez hasznos lehet A Rotokawai további kutak fúrása során, ahol a porozitás a kútnál mérhető, és durva közelítést eredményez a P-hullám sebességéhez, és mint ilyen, az erő empirikus korrelációihoz kapcsolódik (11c ábra).,

Permeabilitás, valamint porozitás

A permeabilitás, valamint porozitás adatok azt mutatják, hogy egyértelműen növekvő tendenciája porozitás a fokozott áteresztő képesség a Rotokawa Andezit (Ábra 11E), egy közös megfigyelés több lithologies (pl., Hallottam, Oldal ; Géraud ; Stimac et al. ; Chaki et al. ; Watanabe et al. ; Heap et al. )., Megfigyeljük, hogy a porozitás és a permeabilitás közötti kapcsolatunk egy erőjogi korrelációval írható le, és összhangban van a Kozeny-Carman relációval (Guéguen és Palciauskas , lásd a “mikromechanikus és geometriai permeabilitási modellek alkalmazása” részt). A permeabilitás porozitástól való függését általában azzal a feltevéssel magyarázzák, hogy egy jobban összekapcsolt pórustér (repedések és pórusok) hatékonyabb utakat biztosít a folyadék vándorlásához (például Costa ; Chaki et al. )., Figyelembe kell azonban vennünk azokat az adatpontokat, amelyek nagyon hasonló permeabilitási értékkel rendelkeznek (körülbelül 3,2 × 10-17 m2, 4.táblázat), 7,6-10,3 vol% porozitástartományban, ami azt jelzi, hogy a minták változékonyak a permeabilitás tekintetében, ami tükröződik a porózus hálózat tortuositásában. Ez összhangban van Bernard et al megállapításaival. () és Heap et al. () oly módon, hogy a vulkáni kőzetek permeabilitása nagymértékben függ a mikrostruktúra összekapcsolásától.,

a mikrostruktúra tekintetében megmutattuk, hogy a porozitás nagyon szorosan kapcsolódik a repedés felületéhez (8d ábra), így a repedés sűrűségének növelése nagyobb permeabilitású mintának felel meg. A Három minta, amely kissé kívül esik az adatkészlet trendjén,különálló mezofraktúrákat (fekete csillagok a 11e, F ábrán) jelenít meg, és ezek a mezofraktúrák nagymértékben növelik a minták permeabilitását anélkül, hogy jelentősen növelnék porozitásukat. Ezek a példányok az átlagosnál nagyobb permeabilitást mutatnak porozitásuk szempontjából, ami alátámasztja a Stimac et al következtetéseit., () a mezo – és makrofraktúrák kritikus fontosságúak a geotermikus tározórendszerek permeabilitásának szabályozásában. Nagy léptékben a geotermikus tározókból származó folyadéktermeléshez makrofraktúrák szükségesek, de a fogadó kőzetek mikroszerkezeti jellemzőit nem lehet elhanyagolni a folyadékáramlás, a tárolókapacitás és a tározó (Jafari és Babadagli) teljes permeabilitásának figyelembe vételével.,

a porozitás és a permeabilitás közötti robusztus kapcsolat szélesebb körű tározó alkalmazásokkal rendelkezik, ahol meg kell érteni a rezervoár kőzet permeabilitását (maga a tömeg, nem pedig azok a részek, amelyekben nagy makroszkopikus törések vannak, például Massiot et al. ) fontos a víztározó előrejelzéséhez és modellezéséhez. A porozitás mérése ezután jó közelítést adhat a Rotokawai ép tározó kőzet permeabilitásának teljesítményjogi korrelációnkon keresztül (11e ábra). Óvatosságra intünk azonban, ha a porozitás a mért tartományon kívül esik., Mivel a porozitás a geofizikai naplózási eszközök (Ellis és Singer) által könnyen mérhető tulajdonság, egy ilyen eszköz válasza empirikus illeszkedésünkkel együtt a mérnököknek és a geoscientistáknak a Rotokawa Andezit mátrix permeabilitásainak közelítését adhatja.

permeabilitás és akusztikai sebességek

egyértelmű inverz kapcsolat van a permeabilitás és a P-hullám sebesség mérése között (11F ábra) úgy, hogy minél áteresztőbb a minta, annál lassabb a kompressziós hullámsebesség. Ezek a megállapítások sok más szerző (pl.,, Vinciguerra et al. ; Chaki et al. ; Nara et al. ; Heap et al. ). A korrelációs az ilyen tulajdonságok egy kiváló eszköz, a megértés, a mikro -, illetve mesoscopic törés hálózatok, valamint a kapcsolatos permeabilitás a Rotokawa Andezit a következők szerint: (1) megmutattuk, hogy a porozitás, crack-sűrűség szorosan összefügg (8A Ábra), (2) akusztikus sebesség, crack-sűrűség szorosan összefügg (Ábra 8D), illetve (3) van egy erő, törvény korreláció Alelnök, valamint permeabilitás (Ábra 11F)., Így a P-hullám sebességének közvetlen kapcsolata van a permeabilitással, amely a minták repedéssűrűségétől függ. A 11F. ábrán bemutatott összefüggés azt mutatja, hogy a pórus tér (pórusok és repedések) hidraulikus sugara hasonló méretű, de minél nagyobb a repedések koncentrációja, annál nagyobb a megfigyelt permeabilitás (Bourbie és Zinszner ).

hasonlóképpen vannak alkalmi mezofraktúrák (1 mm-nél kisebb nyílásokkal; megjegyezzük,hogy ezek a törések sokkal kisebbek, mint a Massiot et al., ) a mintákban, amelyek eltérnek az adatkészlet többi részétől (fekete csillagok, 11F ábra). Ezek jelenlétét macrofractures növeli a permeabilitás (tényezője 2), szintén megjelenik káros, hogy rugalmas hullám terjedési (mind a három mintát tartalmazó mesofractures alacsony a rugalmas hullám sebessége, bár nem választhatjuk el a hatása, mezo -, illetve mikrorepedéseket a sebességek ezeket a mintákat). Továbbá, a rugalmas hullámok hasznosak a repedések kimutatására a kőzetben és a betonban (Chaki et al. ; Heap et al., ), és a csökkent elasztikus hullámsebesség jól korrelál a több áteresztő közeggel, amelyet a három külső, nagyobb permeabilitás, alacsonyabb rugalmas hullámsebesség-minta figyel meg.

Az összefüggés rugalmas hullám sebessége, illetve permeabilitás kívül a laboratórium potenciálisan messzemenő érték a jóslat a tározó permeabilitás kölcsönhatások a vezetékes kapcsolat a fakitermelés, illetve nagyobb léptékű szeizmikus pedig microseismic felmérések., Rotokawában egy komplex mikroszeizmikus hálózat van telepítve, a földrengés aktivitásának helye szorosan kapcsolódik a tartályon belüli makroszkopikus permeabilitáshoz (Sewell et al. ; Sherburn et al. ). A mélységi sebességstruktúra meglévő modelljét tovább finomíthatjuk a rezervoár rock mátrix akusztikai sebesség-és permeabilitási adatainkkal. Ez lehetővé teszi a permeabilitás mélyreható eloszlásának mélyebb és pontosabb megértését.,

ezenkívül az általunk bemutatott adatok felhasználhatók a mátrix permeabilitás értékeinek következtetésére a közeli Ngatamariki geotermikus mező (Wallis et al. ). Ha hasonló Geofizikai fakitermelést kell használni a Rotokawában fúrt jövőbeli kutakban, a mátrix permeabilitása becsülhető az itt bemutatott kapcsolat felhasználásával. Ezen túlmenően ezeknek az adatoknak a mikroszeizmikus adatokkal való összekapcsolása jelentősen megnövelheti a Rotokawa Andezit tározó összetettségének megértését., Miközben tisztában vagyunk azzal, hogy macrofractures fokozza a rugalmas hullám sebesség során rutin akusztikus profilalkotás (pl., Barton pedig Zoback ), a laboratóriumi adatok azt mutatják, hogy bár a mintákat tartalmazó mesofractures (azaz a minta skála) tolódnak magasabb permeabilities, rugalmas hullám sebessége, nem túl messzire, távol a trend extrapolálták a hatalom-törvény kapcsolat. Ennek ellenére bizonyos fokú óvatosságot sürgetünk a nagyméretű törések potenciális jelenléte alapján, amikor a permeabilitást a származtatott permeabilitás-rugalmas hullámsebesség kapcsolatunk segítségével becsüljük meg.,

Alkalmazása micromechanical, valamint geometriai permeabilitás modellek

Kitermelése empirikus kapcsolatok között laboratóriumi eredetű kőzet tulajdonságai hasznos; azonban a paraméterek nem könnyen kapcsolódó önállóan mérhető mennyiségek (azaz, hogy nincs fizikai alapon). A mikromechanikus (például az Ashby és Sammis szárny-repedéses modellje ) és a geometriai permeabilitási modellek (pl. a Kozeny-Carman reláció, Guéguen és Palciauskas ) jobban korlátozhatók, mivel az ilyen modellekben használt paraméterek egyértelmű fizikai jelentéssel bírnak., Ebben a részben mind a csúszó szárny-repedés modellezést, mind a Kozeny-Carman permeabilitás modellezést próbáljuk megvizsgálni a deformáció mikrostrukturális vezérlésein, illetve a folyadék áramlásán.

Micromechanical modeling

Micromechanical modeling can provide useful insights in the mechanics of compressive failure in rideg rock (Wong and Baud ). Mivel ennek a tanulmánynak a sziklái nagy mikrokrack sűrűséget tartalmaznak, az Ashby és a Sammis () csúszó szárny-repedéses modelljét fogjuk használni., Ez a modell idealizálja a szikla mikroszerkezetét rugalmas kontinuumként, amely ferde (45°) mikrorepedésekkel van beágyazva (2C hosszúságú). Ezek a mikrotörések stressz-koncentrátorként működnek a “szárny” repedések elindításához, amikor a zárt repedés súrlódási ellenállását leküzdik, és a repedés csúcsán lévő stressz meghaladja a kritikus feszültségintenzitási tényezőt (TIT). A repedések ezután a maximális fő stressz irányába terjedhetnek. Végül a repedések összeolvadnak, ami a rugalmas közeg meghibásodásához vezet. Abban az esetben, uniaxiális tömörítés, Baud et al., () származtatott analitikus közelítés becslés UCS:

ahol μ a súrlódási együttható a csúszó megrepedhet D0 egy kezdeti sérülés paraméter függvényében a szög a kezdeti microcrack tekintetében a maximális igazgató stressz, illetve a kezdeti száma csúszó repedések egységnyi területen (Ashby, valamint Sammis ).

a fent bemutatott analitikai oldat (amely 45° kezdeti repedésszöget feltételez) öt paramétert tartalmaz., Van, át kísérleti adatok, megfigyelések, egy jól tudom, három paraméterek: (1) meg kell mérni az UCS 22 minták (3. Táblázat), (2) μ ritkán eltér 0.6 0,7 (Byerlee ), illetve (3) c meghatározható, optikai mikroszkópos (megállapítottuk, c mérésével a közelítő átlagos hossza a mikrorepedéseket a mikroszkóp alatt). Nincs laboratóriumban meghatározott értékünk a TIT számára. Míg az andezit Tic – jét korábban körülbelül 1,5 MPam0.5-re mérték (Ouchterlony; Obara et al. ; Tutluoglu és Keles ; Nara et al., ), nincs garancia arra, hogy ez az érték reprezentálja a Rotokawa andezitet, amely a hidrotermális változások miatt valószínűleg alacsonyabb, mint ezek az értékek. Ezért az elemzéshez egy kissé alacsonyabb, 1,0 MPam0.5 TIT-et választottunk. UCS-adataink felhasználásával megoldhatjuk a 10-es egyenletet, hogy minden kísérlethez D0 értéket rendeljünk (μ = 0,6; KIC = 1,0; c = 0,001 m)., Az ilyen elemzés célja, feltételezve, hogy a többi paraméter nagyjából állandó marad a különböző minták/magok között, a D0 becslése egy könnyen mérhető fizikai tulajdonsággal, például a Vp-vel (ezért lehetővé teszi számunkra, hogy a mikromechanikus modell segítségével megjósoljuk a sziklaszilárdságot, csak a Vp mérésekből). Elemzésünk azt mutatja, hogy a D0 a 22 mért minta esetében 0, 0019-től 0, 26-ig terjed (átlagosan 0, 039). A D0-t az egységnyi térfogatra (Sv) és a 12.ábrán látható VP-re eső repedéstérrel ábrázolják, és azt jelzi, hogy a D0 az Sv növekedésével növekszik (12a. ábra)., Bár ez logikusnak tűnhet (a D0 a kezdeti repedés sűrűségének függvénye), a koncepció biztató bizonyítékaként szolgál. A D0 növekedése a repedés sűrűségével nem lineáris; a D0 gyorsabban növekszik a 10 mm−1-nél (12a ábra). Azt is látjuk, hogy a Vp csökken a D0 növekedésével; részletesen, A Vp gyorsan csökken, mivel a D0 0-ról 0,05-re nő, majd fokozatosan csökken 0,05 fölé., Sajnos, a kapcsolat D0 valamint a Vp egy kicsit elhomályosult (az adatok vagy több scatter szimbólumot, 12B Ábra) valószínűleg képviseli változó vesicle sűrűség (a modell feltételezi, hogy a hólyagok nem játszanak szerepet hiba tömörítés), valamint a hidrotermikus megváltoztatása (feltételezzük, hogy a TIT, valamint az átlagos repedés hossza állandó). Ennek a kísérleti elemzésnek az a következtetése, hogy a Rotokawa Andezit variabilitása potenciálisan túl nagy ahhoz, hogy értelmes mikrostrukturális szárny-repedés modellezést lehessen elérni, de nagyobb sikert lehet elérni a TIT laboratóriumi meghatározással meghatározott értékeivel., Ezért, ha micromechanical modellezés az országba, mint egy lehetséges módszer, hogy megjósolni, hogy az erő Rotokawa Andezit tározó sziklák, a minták/mag kell csoportosítani a módosítás, TIT, mért minden változtatás csoport.