Результаты исследования петрофизических свойств, механических и прочностных характеристик калькаренитовых пород
- заведующий геотехнической лабораторией Университет им. Альдо Моро в Бари ▪ Orcid
Аннотация
Недавние исследования прогнозирования петрофизических и механических свойств карбонатных пород, объединяющие текстурные и микроструктурные наблюдения с геотехническими измерениями, вызвали бурное обсуждение. Некоторые исследователи представляют надежные экспериментальные методы и новые идеи, другие придерживаются менее строгих подходов. В Средиземноморском регионе мелководные калькарениты обнажаются как вдоль береговой линии, так и на суше. Как правило, это мягкие карбонаты с пористостью открытого типа, контролируемые осадочными породами и постседиментационными процессами. Их прочность в первую очередь зависит от типа и количества карбонатного цемента, а на напряженно-деформированное состояние значительно влияет присутствие воды. Прочность и жесткость заметно снижаются при переходе от сухого к насыщенному состоянию. Хорошо сцементированные калькарениты с ранним и поздним диагенетическим цементом хрупкие как в сухом, так и в насыщенном состоянии, тогда как плохо сцементированные типы только с ранней карбонатной цементацией хрупкие в сухом состоянии и от псевдопластичных до пластичных в насыщенном состоянии. В гидравлических свойствах калькаренитов преобладают системы двойной пористости, объединяющие микро- и макропоры, играющие ключевую роль в механизмах и моделях распада. В исследовании литературные данные сравниваются с результатами лабораторных анализов литофаций калькаренита из Апулии и Базиликаты (Южная Италия), что дает новое понимание их механических, физических свойств и долговечности.
Финансирование
Настоящее исследование поддержано MIUR (Министерство образования, университетов и исследований Италии) в рамках гранта 2010 г. ex MURST 60 % «Modelli geologico-tecnici, idrogeologici e geofisici per la tutela e la valo-rizzazione delle risorse naturali, ambientali e culturali» (координатор Дж.Ф.Андриани). Исследование профинансировано Европейским сообществом в рамках проекта Interreg III A «WET SYS B» 2000-2006 (ответственный Дж.Ф.Андриани) и регионом Апулия в рамках программы «CT14» (ответственный Дж.Ф.Андриани). Работа выполнена в рамках проекта MIUR (Министерство образования, университетов и исследований Италии) 2017-2018 гг. ex MURST 60 % «Инженерная геология и гидрогеологические исследования, применяемые для защиты, развития и продвижения георесурсов и исторического, художественного и геоэкологического наследия» (ответственный Дж.Ф.Андриани).
Литература
- Ciantia M.O., Castellanza R., Crosta G.B., Hueckel T. Effects of mineral suspension and dissolution on strength and compressibility of soft carbonate rocks // Engineering Geology. 2015. Vol. 184. P. 1-18. DOI: 10.1016/j.enggeo.2014.10.024
- Lollino P., Andriani G.F. Role of Brittle Behaviour of Soft Calcarenites Under Low Confinement: Laboratory Observations and Numerical Investigation // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2017. Vol. 50. Iss. 7. P. 1863-1882. DOI: 10.1007/s00603-017-1188-0
- Zimbardo M. Mechanical behaviour of Palermo and Marsala calcarenites (Sicily), Italy // Engineering Geology. 2016. Vol. 210. P. 57-69. DOI: 10.1016/j.enggeo.2016.06.004
- Noël C., Fryer B., Baud P., Violay M. Water weakening and the compressive brittle strength of carbonates: Influence of fracture toughness and static friction // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2024. Vol. 177. № 105736. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2024.105736
- Kanji M.A. Critical issues in soft rocks // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2014. Vol. 6. Iss. 3. P. 186-195. DOI: 10.1016/j.jrmge.2014.04.002
- Pastore N., Andriani G.F., Cherubini C. et al. Pore network model to predict flow processes in unsaturated calcarenites // Italian Journal of Engineering Geology and Environment. 2024. Special Issue 1. P. 261-273. DOI: 10.4408/IJEGE.2024-01.S-29
- Ciantia M.O., Castellanza R., di Prisco C. Experimental Study on the Water-Induced Weakening of Calcarenites // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2015. Vol. 48. Iss. 2. P. 441-461. DOI: 10.1007/s00603-014-0603-z
- Festa V., Fiore A., Luisi M. et al. Petrographic features influencing basic geotechnical parameters of carbonate soft rocks from Apulia (southern Italy) // Engineering Geology. 2018. Vol. 233. P. 76-97. DOI: 10.1016/j.enggeo.2017.12.009
- Andriani G.F. Comment on «Petrographic features influencing basic geotechnical parameters of carbonate soft rocks from Apulia (southern Italy)» [Eng. Geol. 233: 76-97] // Engineering Geology. 2021. Vol. 285. № 106053. DOI: 10.1016/j.enggeo.2021.106053
- Bonomo A.E., Munnecke A., Schulbert C., Prosser G. Microfacies analysis and 3D reconstruction of bioturbated sediments in the calcarenite di Gravina formation (southern Italy) // Marine and Petroleum Geology. 2021. Vol. 125. № 104870. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2020.104870
- Margiotta S., Sansò P. The Geological Heritage of Otranto – Leuca Coast (Salento, Italy) // Geoheritage. 2014. Vol. 6. Iss. 4. P. 305-316. DOI: 10.1007/s12371-014-0126-8
- Calia A., Tabasso M.L., Mecchi A.M., Quarta G. The study of stone for conservation purposes: Lecce stone (southern Italy) // Stone in Historic Buildings: Characterization and Performance. Geological Society of London, 2014. Vol. 391. P. 139-156. DOI: 10.1144/SP391.8
- Romanazzi A., Gentile F., Polemio M. Modelling and management of a Mediterranean karstic coastal aquifer under the effects of seawater intrusion and climate change // Environmental Earth Sciences. 2015. Vol. 74. Iss. 1. P. 115-128. DOI: 10.1007/s12665-015-4423-6
- Balacco G., Alfio M.R., Parisi A. et al. Application of short time series analysis for the hydrodynamic characterization of a coastal karst aquifer: the Salento aquifer (Southern Italy) // Journal of Hydroinformatics. 2022. Vol. 24. Iss 2. P. 420-443. DOI: 10.2166/hydro.2022.135
- Zhilei He, Guoli Wu, Jun Zhu. Mechanical properties of rock under uniaxial compression tests of different control modes and loading rates // Scientific Reports. 2024. Vol. 14. № 2164. DOI: 10.1038/s41598-024-52631-1
- Aydin A. ISRM Suggested Method for Determination of the Schmidt Hammer Rebound Hardness: Revised Version // The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014. Springer, 2015. P. 25-33. DOI: 10.1007/978-3-319-07713-0_2
- Popov Y., Beardsmore G., Clauser C., Roy S. ISRM Suggested Methods for Determining Thermal Properties of Rocks from Laboratory Tests at Atmospheric Pressure // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016. Vol. 49. Iss. 10. P. 4179-4207. DOI: 10.1007/s00603-016-1070-5
- Mongelli F., Loddo M., Tramacere A. Thermal conductivity, diffusivity and specific heat variation of some Travale field (Tuscany) rocks versus temperature // Tectonophysics. 1982. Vol. 83. Iss. 1-2. P. 33-43. DOI: 10.1016/0040-1951(82)90005-1
- Lokier S.W., Al Junaibi M. The petrographic description of carbonate facies: are we all speaking the same language? // Sedimentology. 2016. Vol. 63. Iss. 7. P. 1843-1885. DOI: 10.1111/sed.12293
- Karagiannis N., Karoglou M., Bakolas A., Moropoulou A. Building Materials Capillary Rise Coefficient: Concepts, Determination and Parameters Involved // New Approaches to Building Pathology and Durability. Springer, 2016. P. 27-44. DOI: 10.1007/978-981-10-0648-7_2
- Dasgupta T., Mukherjee S. Porosity in Carbonates // Sediment Compaction and Applications in Petroleum Geoscience. Springer, 2020. P. 9-18. DOI: 10.1007/978-3-030-13442-6_2
- El Sharawy M.S., Gaafar G.R. Pore – Throat size distribution indices and their relationships with the petrophysical properties of conventional and unconventional clastic reservoirs // Marine and Petroleum Geology. 2019. Vol. 99. P. 122-134. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2018.10.006
- Nash D.J. Calcretes, Silcretes and Intergrade Duricrusts // Landscapes and Landforms of Botswana. Springer, 2022. P. 223-246. DOI: 10.1007/978-3-030-86102-5_13
- Pia G., Casnedi L., Sanna U. Pore Size Distribution Influence on Suction Properties of Calcareous Stones in Cultural Heritage: Experimental Data and Model Predictions // Advances in Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 2016. № 7853156. DOI: 10.1155/2016/7853156
- Mineo S., Pappalardo G. InfraRed Thermography presented as an innovative and non-destructive solution to quantify rock porosity in laboratory // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019. Vol. 115. P. 99-110. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2019.01.012
- Tatone B.S.A., Abdelaziz A., Grasselli G. Novel Mechanical Classification Method of Rock Based on the Uniaxial Compressive Strength and Brazilian Disc Strength // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2022. Vol. 55. Iss. 4. P. 2503-2507. DOI: 10.1007/s00603-021-02759-7
- Hemeda S. Influences of bulk structure of Calcarenitic rocks on water storage and transfer in order to assess durability and climate change impact // Heritage Science. 2023. Vol. 11. № 118. DOI: 10.1186/s40494-023-00949-w
- Paraskevopoulou C. Time-Dependent Behavior of Rock Materials // Engineering Geology. IntechOpen, 2021. 33 p. DOI: 10.5772/intechopen.96997