VII.2. Физический смысл границ,
выявляемых спектрально-акустическими измерениями
Физические свойства выявляемых границ являются ключевым моментом для любого геофизического, да и геологического метода.
В период, когда мы выясняли, какие же границы позволяют выявлять спектрально - акустические измерения, шахтные геологи предложили нам осуществить эксперимент, направленный на решение этой задачи. Эксперимент заключался в том, что спектрально-акустические измерения осуществлялись в непосредственной близости от обнаженного среза пород. При этом предполагалось, что критерием правильности выявляемых с помощью спектрально-акустических измерений границ должно являться соответствие их границам, выявляемым визуально.
При проведении предложенного эксперимента ситуация была следующая. Визуально на обнаженном 10-метровом срезе пород угленосной толщи прослеживался ряд очень четких горизонтальных, почти параллельных друг другу линий. Породы, находящиеся между этими визуально наблюдаемыми границами, различались по цвету. Однако ни одна из визуально наблюдавшихся границ не подтвердилась в результате проведенных спектрально - акустических измерений. Более тщательное исследование, осуществленное с помощью выбуривания керна, показало, что 10-метровая породная толща сложена однородными алевролитами, не содержащими никаких включений. То есть визуально наблюдаемые границы образовались всего лишь в результате изменения цветности весьма однородных по своему составу пород.
При выбуривании керна и его исследовании границы выявляют на основании наблюдаемого изменения вещественного состава пород, изменения величины зерна, изменения цвета, прочности, по факту излома керна и т. д.
С помощью геофизики можно выявлять лишь те границы, которые соответствуют свойствам используемого физического поля. При использовании, скажем, электроразведочных методов выявляются границы, которые разделяют среды с различной электропроводностью. А вот какие границы выявляются при использовании спектрально-акустических измерений - долгое время оставалось неясным.
Вернемся к рис. V.1. Здесь очень четко видна граница на расстоянии 7 м от обнажения между песчаником и песчанистым алевролитом, хорошо видна граница на расстоянии 17,3 м от обнажения между алевролитом и известняком, но не видна граница на глубине 12,5 м между алевролитом и песчанистым алевролитом. Кроме того, бурением не подтверждаются выявленные спектрально-акустическими измерениями крайне резкие границы на глубинах 2,2 и 3 м.
Для выяснения природы выявляемых спектральной акустикой границ мы в течение нескольких лет на различных шахтах обследовали породы кровли в обрушенном пространстве. При этом оказалось, что выявляемые с помощью спектрально-акустических измерений границы соответствовали поверхностям, по которым шло отслоение пород, предшествующее их обрушению. В большинстве случаев эти поверхности были обусловлены наличием тонких и сверхтонких (доли мм) углистых, мергелистых, слюдяных и прочих прослоек. Иногда эти поверхности бывают приуроченными к зеркалам скольжения, сформированным еще во время осадконакопления, и тогда они являются, по сути, сомкнутыми трещинами при полном отсутствии изменения в них состава материала.
Таким образом, на основании анализа соответствия границ, выявляемых спектрально-акусти-ческими измерениями, фактическому строению пород, был сделан вывод о том, что выявляемые границы представляют собой поверхности фактического или потенциального расслоения. В связи с этим, было введено понятие поверхностей ослабленного механического контакта (ОМК) как объекта, подлежащего изучению с помощью спектрально - акустических измерений ([18]).
Необходимо отметить, что если границы, залегающие в терригенных породах, выявляются спектральной акустикой, то это происходит только в том случае, если соседствующие породы резко различны по прочности (на рис.V.1 такая граница находится на глубине 7 м). Между терригенными и карбонатными (на глубине 17,3 м) границы выявляются спектральной акустикой всегда, поскольку эти породы никогда не "прилипают" друг к другу. Иначе говоря, границы с известняком методами спектрально-акустических измерений выявляются с наиболее высокой степенью надежности.
Поверхности ОМК могут быть выявлены другими, не спектрально-акустическими методами только в отдельных, частных случаях. Так, граница между терригенными и карбонатными породами надежно выявляется бурением. Если соседствующие породы резко отличаются по своей электропроводности (например, аргиллиты и песчаник), то и электроразведкой. Однако тонкие и сверхтонкие прослои кроме спектрально - акустических методов не могут быть выявлены никакой другой геофизикой.
При керновом бурении керн по всем поверхностям ОМК, как правило, ломается. Если эти поверхности обусловлены не сменой литотипа, а какими-то прослоями, то материал этих прослоев в результате вращения обломков керна истирается и вымывается промывочной жидкостью и, в конце концов, причина излома керна остается неизвестной. А поскольку причину излома керна установить не удается, то считается, что излом керна происходит из-за некачественного бурения.
Как показал опыт, резкие границы, подобные выявленным на рис. V.1, на глубинах 2,2 и 3 м, на угольных месторождениях почти всегда обусловлены углистыми прослоями, которые раньше, до создания спектрально-акустического направления, выявлять не удавалось. Таким образом, можно утверждать, что спектрально-акустические методы являются единственным техническим средством, позволяющим выявлять поверхности ОМК независимо от их происхождения.
Кроме перечисленных, считаем необходимым назвать еще один механизм формирования поверхностей ОМК. В ряде случаев поверхности ОМК образуются тогда, когда в процессе осадконакопления (седиментации) возникает разрыв этого процесса следующим образом. Скажем, в результате очень холодной зимы может замерзнуть входящая в состав находящихся на поверхности (на тот момент времени) осадочных пород связанная вода. Связанная вода, как известно, существует в мелкодисперсных средах и, замерзая при очень низких температурах (ниже -30°С), оттаивает лишь при достаточно высоких температурах (выше +20°С). И если после этой холодной зимы лето было недостаточно теплым, то при дальнейшем осадконакоплении из-за наличия не оттаявшей связанной воды не произойдет диффузия вышележащих пород в нижележащие. В результате, имеем очень четкую поверхность ОМК, которую вместе с тем невозможно увидеть даже при тщательном визуальном исследовании стенок скважины.
Применение метода спектральной сейсморазведки в условиях выхода на поверхность кристаллических пород (гранита) показало, что этим методом подлежат выявлению так называемые постельные трещины. Визуально их выявить невозможно. Происхождение их на сегодняшний день остается неизвестным, а выявляются они только тогда, когда уже изготовленное изделие ни с того ни с сего вдруг разваливается по этой самой трещине.
