Теплофизич. св-ва осад.ГП (теплопроводность, теплоемкость) при повыш. температурах

среди осадочных отложений наименьшей теплопроводностью обладают насыщенные влагой морские и океанические глубоководные отложения. Теплопроводность пород уменьшается с ростом температуры. Особенно значительное изм-ие теплопроводности наблюдается при нагревании до 473-700 К. теплопроводность п/д можно разделить на электронную _эл и _р решеточную. Среди осадочных отложений основных геол.структур континентов по значению теплофиз. хар-к можно выделить 3 группы: 1)терригенно-глинистые отложения с резко меняющейся теплопроводностью, варьирующей в зав-ти от степени литификации п/д; 2)плотные (кристаллические) карбонатные, соленосные и кварцитовые п/ды с постоянно повышенной теплопроводностью; 3) каустобиолиты (торф, бурые и каменные угли, углеродистые горючие сланцы) с чрезвычайно низкой теплопроводностью и высокой теплоемкостью.

Теплоемкость п/д с повышением температуры увеличивается, причем у п\д с аморфной стр-ой это происходит равномерно во всех интервалах темпер-р. Темп роста теплоемкости у п\д с крист-ой стр-ой неодинаков: он выше в интервале от 270 до 670 К, чем при последующем нагреве.

Существует зависимость теплопроводности от возраста осадков, интенсивности их образования в различных геол.стр-ах.в целом для осадочных отложений зем.коры хар-но разнообразие в величине теплофиз. пар-ов – наличие отдельных типов п\д с наиболее низкими и чрезвычайно высокими их значениями.

46.Теплофизические св-ва магматических ГП (теплопроводность, теплоемкость) при повышенных температурах.

Теплопроводность с увеличением темпер-ры уменьшается, особенно резко уменьш. при темпер-ре от 473 до 700⁰С. Общее понижение теплопроводности изверженных ГП в 2-4 раза. Диорит: теплопроводность им. минимальные зн-я, а с увел. темпер-ры начинает увел. Минимальная теплопроводность отвечает началу плавления этих пород, но не для всех. Если нагревать обсидиан, то теплопров-ть увел. Теплопров-ть изверженных кислых пород опр-ся их структурой. Выделяют электронную и решетчатую теплопроводность. Эл. теплопров-ть изм. от 10^-8 до 10^-3 Вт/(м*К). Для изверженных ГП эти зн-я максимальны. Решетчатая теплопров-ть зависит от стр-ры ГП.

Температуропроводность – это скорость изменения темпер-ры в ед. времени. С увел. темпер-ры уменьшается. Для пород с кристаллической стр-рой эта зависимость проявл. резко.

Теплоемкость с увел. темпер-ры увел. Для пород с аморфной стр-рой это происх. равномерно, с кристалл. стр-рой – выше в определенных интервалах (от 270 до 670⁰С).

32.Влияние давления на теплофизические св-ва ГП (теплопроводность, теплоемкость).

Увеличение давления повышает теплопроводность, но его градиент с ростом давления уменьшается. При увеличении температуры влияние давления ослабевает. С увел. давления зн-я теплопроводности различных минералов сближаются. При давлении от 0 до 0,1 ГПа максимальное приращение теплопроводности составляет 5%. Рост темпер-ры до 200⁰С при том же давлении уменьшает эту величину до 1%. С ростом темпер-ры до 900⁰С теплопроводность гранита и диорита уменьш., а давление увеличивает теплопроводность.

65.Криогенные породы земной коры.

Криогенные (мерзлые) ГП – природные образования, возникшие вследствие замерзания воды на пов-ти земли или в з.к. При давлении близком к атм. необходимым усл. возникновения явл. темпер-ра ниже 0⁰С. Основным отличит. признаком, влияющим на упругие и эл. св-ва явл. наличие в мерзлых породах кристалл. и жидкой фазы воды. Вода нах. в межзерновых простр-вах. Различают ледяные образования (снег, лед, фирн) и мерзлые образования (мерзлые ГП). Промерзание – процесс кристаллизации воды в порах и трещинах ГП при взаим-ии этой воды с пов-ми минеральных частиц, а т.ж. с ионами солей и газов. При этом в породе возник. лед в виде монокристал-их зерен, пространственное положение которого опр-ет криогенную стр-ру мерзлых пород. В зависимости оо мин. состава, гранулометрического состава, влажности, режима промерзания возник. различные типы криптотекстур. Различают массивную, слоистую, сетчатую, корковую, базальную и трещиноватую криптотекструы.

70.Многолетнемерзлые ГП.

Многолетнемерзлые породы по площади земного шара заним. ¼ суши Земли. Мощность изм. от ед. метров до 700-1000 м и более. Темпер-ра, при которой сущ-ют эти породы нах. в пределах от –10⁰С до -0,01⁰С. На огромных простр-ах земного шара распр-ны сезонно-мерзлые грунты, оттаивающие летом. Различают морозные грунты (воздушно-сухие породы, при отриц. темпер-рах их льдистость =0) и охлажденные группы (им. отриц. темпер-ру и не им. льда. Они насыщены водой с большой концентрацией растворенных солей и не замерзают при 0⁰С).

66.Основные хар-ки состава мерзлых пород.

Характеризуя многолетнемерзлые породы исп.:

1.Суммарная влажность W_C – отношение массы воды и льда, содержащегося в ГП, к массе сухой породы.

2.Объемная льдистость W_V – отношение объема льда, содержащегося в породе, к объему мерзлой породы.

3.Степень заполнения пор и трещин породы льдом Q – изменяется от 0 до 1.

68.Плотность многолетнемерзлых пород.

Средняя плотность льда 0,9 г/см³. В зависимости от содержания пузырьков воздушной и жидкой фазы плотность м.б. 0,85-0,95 г/см³.

Плотность снега 0,05 (свежий и пушистый) до 0,6 (лежалый) г/см³.

Плотность фирна (многолетний лежалый снег) 0,6-0,85 г/см³.

Плотность многолетнемерзлых пород опр-ся плотностью их мин. скелета и степенью заполнения порового пр-ва и трещинного простр-ва льдом. В общем случае плотность мерзлых пород м. рассчитать. На изм. плотности основное влияние оказ. степень заполнения пор льдом Q: с увел. Q плотность увел. При увел. объемной льдистости Wv плотность уменьш. Если известна суммарная влажность Wс то плотность равна:

Где - плотность мин. скелета.

Если имеется мерзлый скальный массив, то его плотность равна:

Где h₀ - открытая пористость; - ср. плотность образцов сухой породы.

71 Упругие св-ва ледяных образований.

Хаар-ки упругих св-в опр-ся и в природных и в лаб. усл. в интервале темпер-р от -1 до –50⁰С. Значения скоростей распространения продольных и поперечных волн во льду зависят от генезиса льда, стр-ых особенностей льда, его трещиноватости, присутствия в нем газообразных и жидких компонентов. Основной диапазон скорости продольных волн в пресных льдах нах. в пределах 3,2-3,9 км/с. Эта скорость уменьшается на уч-ках речных торосов до 1,5-2 км/с. Это связано с большой трещиноватостью торосов. Скорость продольных волн в соляных и морских льдах увел. с уменьшением объемного содержания жидкой фазы. Это зависит от темпер-ры, солености воды и возраста льда. Значения скорости продольных волн в слабоминерализованных льдах равна скорости продольных волн пресного льда.

В снеге и фирне зав-ть скорости прод. волн от плотности не линейная, но в первом приближении она оказ. линейной с разными коэф-ми. При расчетах для льдокомпозитных сред приним. скорость прод. волн 3,6 км/с, скорость поперечных волн 1,75 км/с, плотность 0,91 г/см³. Эти параметры берут при учете влияния зон малых скоростей, т.е. не изучают специально, а берут общие хар-ки. Имеет место скоростная анизотропия полнокристаллического льда: для продольных волн 1,05 (для монокристаллических 1,12). Для фирна и уплотненного снега коэф-нт анизотропии для прод. волн 1,1-3.

51.Упругие св-ва мерзлых пород.

Скорость упругих волн в мерзлых породах выше по сравнению с талыми породами. При замораживании скальных песчано-глинистых водонасыщ. пород зн-я скорости прод. и поперечных волн резко изм. в диапазоне темпер-р от 0⁰С до –2⁰С (иногда от –4⁰С до –6⁰С). При наиболее низкой темпер-ре скорость волн тех же самых пород практически не изменяется. В глинистых и глинисто-карбонатных породах с большим содержанием пиритовых частиц при повышенной минерализации рост зн-ий скорости тоже наблюдается, но в большем диапазоне темпер-р от 0⁰С. Изм-е скорости волн при пониженных темпер-рах водосодержащих пород описывается ур-ем:

Где V₀ – скорость в талой породе, а и b – эмпирические коэф-ты, зависящие от структурно-текст. особенностей.

30.Скоростные особенности обломочных ГП при изменении теплофизического состояния.

Наиб. изм. скорости волн при переходе из талого в мерзлое сост. набл. в песках и галечниках, т.к. в них при 0⁰С большая часть влаги уже замерзает. Как только песок содержит глинистые частицы скачок увелич. Для глин и глин. пород скачок скорости при охлаждении ниже 0⁰С составляет 10-30%, т.к. значит-ая часть влаги приходится на связанную воду. Для песчано-глинистых пород хар-но снижение влияния льдистости на скорость прод. волн с уменьш. темпер-ры. При низких темпер-рах за счет сужения межзерновых зон возник. монолитизация мерзлых пород при кот. скорость прод. волн примерно равна скорости прод. волн льда. Такие низкие темпер-ры можно считать граничными. При их увеличении изм. скорости не происх. При темпер-ре меньше граничной, когда скорость в мерзлой породе при некот зн-ии объемной льдистости окажется меньше скорости прод. волн льда, дальнейшее увел. льдистости приводит к уменьш. скорости. При постоянной пористости и неполной влагонасыщенности увел. объемной льдистости приводит к увел. сиепени заполнения пор льдом, а следоват-но и к увел. скорости прод. волн.

28.Влияние давления (одноосного и трехосного) на упругие св-ва мерзлых пород.

Измерение при одноосном сжатии показ., что изм. скорости упругих волн в процессе сдавливания им. экстремальный хар-р. Величина деф-ии Е, при которой скорость прод. волн достигает максимума при определенном давлении, соотв-ет началу расхождения, начинается изм. скорости. Это соотв-ет началу микротрещиноватости. Увел. льдистости в грубодисперсных породах вызывает небольшое снижение скорости. В талом состоянии породы составляют определенный ряд в порядке возрастания средней скорости прод. волн: песок – супесь – суглинок – глина – песчаник – мергель – мел. Породы этого ряда различаются по скорости прод. волн. В мерзлом состоянии по абс. зн-ям скорости прод. волн четко выделяются лишь водонасыщенные пески при темпер-ре меньше –2⁰С. Остальные породы хар-ся такой скоростью прод. волн, кот. можно принять за одинак. зн-я. При фиксированной темпер-ре дифференциация скорости прод. волн присутствует. Эта дифференциация основана на различных фазных переходах вода – лед. По данным сейсморазведки в различных районах России, Канады и США четко отличают две группы отложений, хар-ся различными зн-ми скорости прод. волн: песчано-гравийно-галечные и суглинистые П.

55.Упругие св-ва скальных и полускальных мерзлых пород.

Скальные и полускальные породы хар-ся кристаллизационными связями минералов. Зн-я скорости прод. волн в образцах таких пород для разных состояний сводятся в таблицы. При переходе из талого в мерзлое состояние относительное приращение скорости прод. волн тем больше, чем меньше зн-е этой же скорости в исходном талом состоянии. При замораживании влагосодержащих ГП в диапазоне темпер-р от 0 до –30⁰С зн-я модулей упругости Е, k, g растут по экспоненциальному закону. Коэф-нт Пуассона мерзлых ГП зависит от степени заполнения пор водой, от темпер-ры он меняется незначительно и принимается за константу. Для песка: 0,2-0,22; для глинистых пород 0,37; для скальных пород 0,26-0,31; морозные скальные породы 0,15-0,21.

Коэф-нт анизотропии скальных ГП зависит от сухого состояния. Водонасыщенность приводит к уменьшению анизотропии. Зн-я анизотропии мерзлых ГП не превышает 1,2-1,3.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: