28. Виды взаимодействия гамма-квантов в горных породах реализуемые при исследовании скважин.

Гамма-излучение ослабляется в породах вследствие: фотоэффекта; комптоновского эффекта; образования пар; фотоядерных взаимодействий.

Фотоэлектрический эффект. При фотоэлектрическом эффекте энергия g-кванта передается одному из связанных электронов атома, который вылетает из атома с кинетической энергией, равной разности энергий падающего g-кванта и энергии ионизации той оболочки атома, на которой находился электрон. Фотоэффект является процессом полного поглощения g-квантов. Вероятность фотоэффекта сильно уменьшается с увеличением энергии g-кванта.

Комптоновское рассеяние. Комптон-эффект представляет собой процесс рассеяния g-квантов на свободных электронах, в результате которого меняется как направление движения, так и энергия падающих g-квантов.

Образование пар. В электрическом поле ядер при энергии g-кванта, превышающей удвоенную энергию покоя электрона может протекать процесс образования пары электрон-позитрон, при котором вся энергия падающего g-кванта передается образовавшимся частицам и ядру, в поле которого произошло образование пары. Процесс приводит к полному поглощению g-кванта. Образования каждой пары сопровождается вторичным g-излучением в виде двух фотонов с одинаковой энергией, возникающей за счет аннигиляции замедлившихся позитрона и электрона.

29. Характеристики упругости горных пород (модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модуль сдвига, модуль всестороннего сжатия) – физический смысл и способы определения.

Коэффициент Пуассона (обозначается как ν или μ) характеризует упругие свойства материала. При приложении к телу растягивающего усилия оно начинает удлиняться (то есть продольная длина увеличивается), а поперечное сечение уменьшается. Коэффициент Пуассона показывает, во сколько раз изменяется поперечное сечение деформируемого тела при его растяжении или сжатии. Для абсолютно хрупкого материала коэффициент Пуассона равен 0, для абсолютно упругого — 0,5.

Коэффициент Пуассона — как отношение относительных линейных деформаций тела в направлении, поперечном действию на­пряжения, к относительной линейной деформации в продольном на­правлении:

Модуль Юнга E(модуль упругости) — коэффициент, характеризующий сопротивление материала растяжению/сжатию при упругой деформации.

F — нормальная составляющая силы, S — площадь поверхности, по которой распределено действие силы, l — длина деформируемого стержня, Δl – модуль удлинения .

Это выражение часто называется уравнением или законом Гука для линейных деформаций.

Модуль сдвига G - (обозначается буквой G или μ), называется отношение касательного напряжения к сдвиговой деформации.

Модуль сдвига связан с модулем Юнга через коэффициент Пуассона:

где ν - значение коэффициента Пуассона для данного материала.

Модуль всестороннего сжатия (Объёмный модуль упругости (K)) характеризует способность вещества сопротивляться всестороннему сжатию. Эта величина определяет, какое нужно приложить внешнее давление для уменьшения объёма на 1 процент:

К=E/(3(1-2ν))

Для важнейших породообразующих минералов:

E= (0.1-10)*10¹¹Па

G=(0.1-4)*10¹¹Па

К=(0.25-2.5)*10¹¹Па

Упругие свойства горных пород определяют условия распространения в них упругих колебаний и достаточно полно характеризуются скоростью распространения упругих волн, акустическим сопротивлением и затуханием упругих колебаний.

От каких факторов зависит скорость упругих волн в минералах, магматических и метаморфических горных породах?

Скорость упругих волн элементов и минералов увеличивается с ростом плотности упаковки атомов и уменьшается с увеличением средней атомной массы, являющейся мерой инерционности вещества.

В связи с неоднородностью строения (наличие включений,

микротрещин) средняя скорость упругих волн в минералах может значительно увеличиваться с ростом среднего нормального напряжения от 0 до 100 МПа. При более высоких напряжениях ее рост замедляется . В жидкостях и газах распространяются только продольные волны. В идеальных газах и жидкостях при отсутствии затухания и v = 0,5 скорость продольных волн согласно равна:

где ра — адиабатическая сжимаемость; б — плотность флюида.

Однако скорость продольных волн в реальных минерализованных водах значительно растет с увеличением минерализации и давления и сложно зависит от температуры.

Упругие свойства и скорость волн в магматических и метаморфических породах зависит от химического и минерального составов пород, вида порового заполнителя и температурно-

структурных особенностей пород. Влияние химического и минерального составов на скорость упругих волн доминирует. Наименьшей скоростью обладают минералы, обогащенные легкими окислами кремния, калия и натрия (кварц, калиевый полевой шпат, альбит, олигоклаз и др.). В метаморфических породах также отмечается зависимость скорости от минерального состава, но имеет место и влияние

других факторов. Например, в породах близкого минерального состава скорость упругих волн увеличивается от низших к высшим за счет уплотнения пород. Значительное влияние благодаря пористости метаморфических пород оказывает водонасыщенность — скорость водонасыщенных пород значительно выше сухих.