geophystechГеофизические технологииRussian Journal of Geophysical Technologies2619-1563IPGG SB RAS10.18303/2619-1563-2018-1-3geophystech-4Research ArticleСтатьиАмплитудно-зависимые спектры затухания продольной волны в сухом и водонасыщенном песчанике при гидростатическом давленииAmplitude-dependent spectra of the damping of a longitudinal wave in dry and water-saturated sandstone at hydrostatic pressureМашинскийЭ. И.MashinskiiE. I.

Доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физических проблем геофизики Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН.

MashinskiiEI@ipgg.sbras.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН <br>630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3РоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS <br>Koptyug Avenue, 3, Novosibirsk, 630090Russian Federation201825092018012538Copyright &#x00A9; Машинский Э.И., 20182018Машинский Э.И.Mashinskii E.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjgt.ru/jour/article/view/4

Представлены данные экспериментального исследования амплитудной зависимости затухания продольной волны  в сухом и водонасыщенном песчанике, находящемся при гидростатическом давлении 10 МПа. При измерениях  использовался метод отраженных волн на доминантной частоте излучаемого импульса 1 МГц в амплитудном  диапазоне  ~ (0,3 – 2,0)  10-6. Спектры затухания Р-волны 1( , ) P Q f  в частотном диапазоне 0,52 – 1,42  МГц в сухом и влажном состоянии образца имеют вид релаксационного пика, который зависит от величины  амплитуды деформации. В насыщенном песчанике по сравнению с сухим песчаником величина затухания выше и  пик затухания сдвинут к высоким частотам. С увеличением амплитуды затухание уменьшается в сухом песчанике  на 4,5 %, а в насыщенном – на 9 %. Скорость Р- волны практически не зависит от амплитуды. Обсуждается  возможный механизм дискретной (прерывистой) неупругости, который определяет вклад в искажение формы  импульса и оказывает влияние на спектры затухания. Полученные результаты имеют фундаментальное и  прикладное значение в сейсмике, акустике и других науках о Земле.

Data of experimental study of amplitude dependence of P-wave attenuation in the dry and watersaturatedsandstone under confining pressure of 10 MPa are presented. Measurements were conducted on samples  using the reflection method at a dominant frequency of the initial impulse of 1 MHz in the amplitude range   ~ (0,3 – 2,0)  10-6. P-wave attenuation spectra, 1( , ) P Q f  in the frequency range of 0,52 – 1,42  MHz in a dry and saturated sample have an appearance in the form of relaxation peak which depends on  the strain amplitude. In the saturated sandstone, attenuation is greater and the attenuation peak is shifted  to higher frequencies compared to the dry sandstone. With increasing amplitude, wave attenuation  decreases in dry sandstone by 4,5% and in saturated – by 9%. P-wave velocity practically doesn't depend  on the strain amplitude. The possible mechanism of discrete (intermittent) inelasticity which determines the waveform distortion and exerts influence on wave attenuation spectra is discussed. The received results  have fundamental and applied importance for seismics, acoustics and in Earth sciences.

Релаксационные спектрыдискретная (прерывистая) неупругостьфизика породнелинейное соотношение напряжение–деформациянеупругие сейсмические параметрыамплитудно-зависимые скорость волны и затуханиединамика волнRelaxation spectradiscrete (intermittent) inelasticityrock physicsnonlinear stress-strain relationinelastic seismic parametersamplitude dependence of wave velocity and attenuationwave dynamicsReferencesБаранникова С.А., Надежкин М.В., Зуев Л.Б. О локализации пластической деформации при сжатии кристаллов LiF // Физика твердого тела. – 2010. – Т. 52, вып. 7. – С. 1291–1294.Баранникова С.А., Надежкин М.В., Зуев Л.Б. О локализации пластической деформации при сжатии кристаллов LiF // Физика твердого тела. – 2010. – Т. 52, вып. 7. – С. 1291–1294.Воробьев Е.В., Анпилогова Т.В. Моделирование процесса низкотемпературной деформации металлов // Проблемы прочности. – 2011. – № 1. – С. 109–121.Воробьев Е.В., Анпилогова Т.В. Моделирование процесса низкотемпературной деформации металлов // Проблемы прочности. – 2011. – № 1. – С. 109–121.Головин Ю.И., Дуб С.Н., Иволгин В.И., Коренков В.В., Тюрин А.И. Кинетические особенности деформации твердых тел в нано-микрообъемах // Физика твердого тела. – 2005. – Т. 47, вып. 6. – С. 961–973.Головин Ю.И., Дуб С.Н., Иволгин В.И., Коренков В.В., Тюрин А.И. Кинетические особенности деформации твердых тел в нано-микрообъемах // Физика твердого тела. – 2005. – Т. 47, вып. 6. – С. 961–973.Машинский Э.И., Кокшаров В.З., Нефедкин Ю.А. Амплитуднозависимые эффекты в диапазоне малых сейсмических деформаций // Геология и геофизика. – 1999. – Т. 40, № 4. – С. 611–618.Машинский Э.И., Кокшаров В.З., Нефедкин Ю.А. Амплитуднозависимые эффекты в диапазоне малых сейсмических деформаций // Геология и геофизика. – 1999. – Т. 40, № 4. – С. 611–618.Машинский Э.И. Амплитудно-зависимые эффекты при распространении продольной сейсмической волны в межскважинном пространстве // Физика Земли. – 2007. – Т. 43, № 8. – С. 683–690.Машинский Э.И. Амплитудно-зависимые эффекты при распространении продольной сейсмической волны в межскважинном пространстве // Физика Земли. – 2007. – Т. 43, № 8. – С. 683–690.Машинский Э.И. Амплитудно-зависимое затухание продольных и поперечных волн в сухом и насыщенном песчанике под давлением // Геология и геофизика. – 2009. – Т. 50. – С. 950–956.Машинский Э.И. Амплитудно-зависимое затухание продольных и поперечных волн в сухом и насыщенном песчанике под давлением // Геология и геофизика. – 2009. – Т. 50. – С. 950–956.Машинский Э.И., Голиков Н.А. Затухание продольных и поперечных УЗ-волн в частично и полнонасыщенных песчаниках-коллекторах под давлением // Технологии сейсморазведки. – 2012. – № 4. – С. 22–28.Машинский Э.И., Голиков Н.А. Затухание продольных и поперечных УЗ-волн в частично и полнонасыщенных песчаниках-коллекторах под давлением // Технологии сейсморазведки. – 2012. – № 4. – С. 22–28.Машинский Э.И. Спектры затухания продольных и поперечных волн в песчанике и монокристаллах природного кварца // Технологии сейсморазведки. – 2016. – № 2. – С. 69–75.Машинский Э.И. Спектры затухания продольных и поперечных волн в песчанике и монокристаллах природного кварца // Технологии сейсморазведки. – 2016. – № 2. – С. 69–75.Песчанская Н.Н., Смирнов Б.И., Шпейзман В.В. Скачкообразная микродеформация наноструктурных металлов // Физика твердого тела. – 2008. – Т. 50, № 5. – С. 815–819.Песчанская Н.Н., Смирнов Б.И., Шпейзман В.В. Скачкообразная микродеформация наноструктурных металлов // Физика твердого тела. – 2008. – Т. 50, № 5. – С. 815–819.Экономов А.Н. Влияние изменения микроструктуры поликристаллических металлов на их акустические свойства: дисс. … канд. физ.-мат. наук. – М., 2002. – 143 с.Экономов А.Н. Влияние изменения микроструктуры поликристаллических металлов на их акустические свойства: дисс. … канд. физ.-мат. наук. – М., 2002. – 143 с.Baud P., Vajdova V., Wong T. Shear-enhanced compaction and strain localization: Inelastic deformation and constitutive modeling of four porous sandstones // J. Geophys. Res. – 2006. – Vol. 111 – P. B12401.Baud P., Vajdova V., Wong T. Shear-enhanced compaction and strain localization: Inelastic deformation and constitutive modeling of four porous sandstones // J. Geophys. Res. – 2006. – Vol. 111 – P. B12401.Derlet P.M., Maaf R. Micro-plasticity and intermittent dislocation activity in a simplified micro-structural model // Modelling and simulation in materials Science and engineering. – 2013. – Vol. 21, No. 3. – P. 035007.Derlet P.M., Maaf R. Micro-plasticity and intermittent dislocation activity in a simplified micro-structural model // Modelling and simulation in materials Science and engineering. – 2013. – Vol. 21, No. 3. – P. 035007.Diallo M.S., Prasad M., Appel E. Comparison between experimental results and theoretical predictions for P-wave velocity and attenuation at ultrasonic frequency // Wave Motion. – 2003. – Vol. 37. – P. 1–16.Diallo M.S., Prasad M., Appel E. Comparison between experimental results and theoretical predictions for P-wave velocity and attenuation at ultrasonic frequency // Wave Motion. – 2003. – Vol. 37. – P. 1–16.Dvorkin J., Nur A. Dynamic poroelasticity: A unified model with the squirt and the Biot mechanisms // Geophysics. – 1993. – Vol. 58. – P. 524–533.Dvorkin J., Nur A. Dynamic poroelasticity: A unified model with the squirt and the Biot mechanisms // Geophysics. – 1993. – Vol. 58. – P. 524–533.Dvorkin J., Prasad M., Sakai A., Lavoie D. Elasticity of marine sediments // GRL. – 1999. – Vol. 26. – P. 1781–1784.Dvorkin J., Prasad M., Sakai A., Lavoie D. Elasticity of marine sediments // GRL. – 1999. – Vol. 26. – P. 1781–1784.Dvorkin J., Walls J., Taner T., Derzhi N., Mavko G. Attenuation at Patchy Saturation – A Model // EAGE 65th Conference & Exhibition. – 2003.Dvorkin J., Walls J., Taner T., Derzhi N., Mavko G. Attenuation at Patchy Saturation – A Model // EAGE 65th Conference & Exhibition. – 2003.Gurmani S.F., Jahn S., Brasse H., Schilling F.R. Atomic scale view on partially molten rocks: Molecular dynamics simulations of melt-wetted olivine grain boundaries // J. Geophys. Res. – 2011. – Vol. 116, No. 12. – P. B12209.Gurmani S.F., Jahn S., Brasse H., Schilling F.R. Atomic scale view on partially molten rocks: Molecular dynamics simulations of melt-wetted olivine grain boundaries // J. Geophys. Res. – 2011. – Vol. 116, No. 12. – P. B12209.Jones S.M. Velocity and quality factors of sedimentary rocks at low and high effective pressures // Geophys. J. Int. – 1995. – Vol. 123. – P. 774–780.Jones S.M. Velocity and quality factors of sedimentary rocks at low and high effective pressures // Geophys. J. Int. – 1995. – Vol. 123. – P. 774–780.Liu Chu-ming, Liu Zi-juan, Zhu Xiu-rong, Hu Bi-wen, Wang Rong, Wang Meng-jun. Influence of isochronal heat treatment on damping behavior of AZ61 alloy // J. Cent. South Univ. Technol. – 2007. – Vol. 14, No. 3. – P. 315–Liu Chu-ming, Liu Zi-juan, Zhu Xiu-rong, Hu Bi-wen, Wang Rong, Wang Meng-jun. Influence of isochronal heat treatment on damping behavior of AZ61 alloy // J. Cent. South Univ. Technol. – 2007. – Vol. 14, No. 3. – P. 315–Luo S.-N., Swadener J.G., Ma C., Tschauner O. Examining crystallographic orientation dependence of hardness of silica stishovite // Physica. – 2007. – Vol. 399, No. 2. – P. 138–142.Luo S.-N., Swadener J.G., Ma C., Tschauner O. Examining crystallographic orientation dependence of hardness of silica stishovite // Physica. – 2007. – Vol. 399, No. 2. – P. 138–142.Mashinskii E.I. Nonlinear amplitude-frequency characteristics of attenuation in rock under pressure // J. Geophys. Eng. – 2006. – No. 3. – P. 291–306.Mashinskii E.I. Nonlinear amplitude-frequency characteristics of attenuation in rock under pressure // J. Geophys. Eng. – 2006. – No. 3. – P. 291–306.Mashinskii E.I. Amplitude-frequency dependencies of wave attenuation in single-crystal quartz: experimental study // J. Geophys. Res. – 2008. – Vol. 113. – P. B11304.Mashinskii E.I. Amplitude-frequency dependencies of wave attenuation in single-crystal quartz: experimental study // J. Geophys. Res. – 2008. – Vol. 113. – P. B11304.Mashinskii E.I. Microplasticity effect in low-velocity zone induced by seismic wave // Journal of Applied Geophysics. – 2012 – Vol. 83. – P. 90–95.Mashinskii E.I. Microplasticity effect in low-velocity zone induced by seismic wave // Journal of Applied Geophysics. – 2012 – Vol. 83. – P. 90–95.Mashinskii E.I. Elastic-microplastic nature of wave propagation in the weakly consolidated rock // Journal of Applied Geophysics. – 2014. – Vol. 101. – P. 11–19.Mashinskii E.I. Elastic-microplastic nature of wave propagation in the weakly consolidated rock // Journal of Applied Geophysics. – 2014. – Vol. 101. – P. 11–19.Mashinskii E.I. Dynamic microplasticity manifestation in consolidated sandstone in the acoustical frequency range // Geophysical Prospecting. – 2016. – Vol. 64. – P. 1588–1601.Mashinskii E.I. Dynamic microplasticity manifestation in consolidated sandstone in the acoustical frequency range // Geophysical Prospecting. – 2016. – Vol. 64. – P. 1588–1601.Mavko G.M., Mukerji T., Dvorkin J. Rock Physics Handbook. – Cambridge University press, 1998. – 329 р.Mavko G.M., Mukerji T., Dvorkin J. Rock Physics Handbook. – Cambridge University press, 1998. – 329 р.Mavko G., Dvorkin J. P-wave attenuation in reservoir and non-reservoir rock // EAGE 67th Conference & Exhibition – Madrid, 2005.Mavko G., Dvorkin J. P-wave attenuation in reservoir and non-reservoir rock // EAGE 67th Conference & Exhibition – Madrid, 2005.Olsson A.K., Austrell P-E. A fitting procedure for viscoelastic-elastoplastic material models // Proceedings of the Second European Conference on Constitutive Models for Rubber, Germany. – 2001.Olsson A.K., Austrell P-E. A fitting procedure for viscoelastic-elastoplastic material models // Proceedings of the Second European Conference on Constitutive Models for Rubber, Germany. – 2001.Winkler K.W., Plona T.J. Technique for measuring ultrasonic velocity and attenuation spectra in rocks under pressure // J. Geophys. Res. – 1982. – Vol. 87, B 13. – P. 10776–10780.Winkler K.W., Plona T.J. Technique for measuring ultrasonic velocity and attenuation spectra in rocks under pressure // J. Geophys. Res. – 1982. – Vol. 87, B 13. – P. 10776–10780.Winkler K.W. Frequency dependent ultrasonic properties of high-porosity sandstones // J. Geophys. Res. – 1983. – Vol. 88, B 11 – P. 9493–9499.Winkler K.W. Frequency dependent ultrasonic properties of high-porosity sandstones // J. Geophys. Res. – 1983. – Vol. 88, B 11 – P. 9493–9499.Yin H., G. Zhang, Nanoindentation behavior of muscovite subjected to repeated loading // Journal of Nanomechanics and Micromechanics. – 2011. – Vol. 1 (2). – P. 72–83.Yin H., G. Zhang, Nanoindentation behavior of muscovite subjected to repeated loading // Journal of Nanomechanics and Micromechanics. – 2011. – Vol. 1 (2). – P. 72–83.Zaitsev V.Yu., Nazarov V.E., Talanov V.I. Experimental Study of the self-action of seismoacoustic waves // Acoustic Physics. – 1999. – Vol. 45 (6). – P. 720–726.Zaitsev V.Yu., Nazarov V.E., Talanov V.I. Experimental Study of the self-action of seismoacoustic waves // Acoustic Physics. – 1999. – Vol. 45 (6). – P. 720–726.Zhou C., Biner S.B., LeSar R. Discrete dislocation dynamics simulations of plasticity at small scales // Acta Materialia. – 2010. – Vol. 58. – P. 1565–1577.Zhou C., Biner S.B., LeSar R. Discrete dislocation dynamics simulations of plasticity at small scales // Acta Materialia. – 2010. – Vol. 58. – P. 1565–1577.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.