Подать статью
Стать рецензентом
EN
Том 277
Страницы:
136-145
В печати
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Механизм формирования зон микротрещиноватости в образцах пород различных литологических типов при разрушении в условиях объемного напряженного состояния

Авторы:
В. Л. Трушко1
М. Д. Ильинов2
А. О. Розанов3
М. М. Саитгалеев4
Д. Н. Петров5
Д. А. Карманский6
А. А. Селихов7
Об авторах
  • 1 — д-р техн. наук директор Научного института «Глубинная метагеология» Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid ▪ Scopus
  • 2 — канд. техн. наук заведующий лабораторией Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid ▪ Scopus
  • 3 — cтарший научный сотрудник Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 4 — ведущий инженер Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 5 — канд. техн. наук доцент Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 6 — ведущий инженер Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 7 — аспирант Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
Дата отправки:
2025-09-15
Дата принятия:
2025-12-24
Дата публикации онлайн:
2026-02-11

Аннотация

Изучение механики разрушения гетерогенных пород, зарождения и развития трещин имеет практическое применение для геоконтроля и выявления зоны трещиноватости при скважинной добыче углеводородов. Рассмотрены особенности формирования зоны микротрещиноватости в зависимости от типа неоднородностей горной породы при разрушении образцов в условиях объемного напряженного состояния. Исследования проводились на сервогидравлической прессовой установке MTS 815 с интегрированной в нее системой акустической эмиссии Milne DAQ (Itasca International Company, UK). Представлены результаты разрушения образцов различных литологических типов, изготовленных из кернов постмагматических пород. Испытаны мелкозернистые образцы гнейсовой и полосчатой текстуры и крупнозернистый образец массивной текстуры. В процессе испытаний производилась регистрация акустической эмиссии (АЭ) с помощью 12 пьезокерамических датчиков. Для описания геометрии зоны трещиноватости рассчитывались координаты гипоцентров событий АЭ, затем проводился анализ конфигурации распределения гипоцентров с помощью процедуры томографии (послойное построение карт плотности событий АЭ) и определялись углы β между направлением макроразрыва и осевым напряжением σ1. С целью интерпретации эволюции разрушения рассчитывались тренды b-фактора и активности АЭ, интервалы критического поведения которых сопоставлялись с данными локации и томографии. После испытаний образцов выявлены виды их деформирования и механизм разрушения с явлением дилатансии. Установлено, что для рассмотренных типов неоднородностей образцов формируются различные структуры микротрещиноватости при одинаковых условиях объемного нагружения. В мелкозернистой породе гнейсовой текстуры образуется линейное распределение гипоцентров АЭ, указывающее на формирование микротрещиноватости вдоль направления слоистости. Для мелкозернистой породы полосчатой текстуры характерно распределение гипоцентров с образованием ярко выраженных кластеров, отражающих области наиболее интенсивного разрушения. В образце крупнозернистой массивной текстуры наблюдается объемное распределение гипоцентров с проявлением свойства дилатансии и образования обширной сети микротрещин.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
объемное сжатие дилатансия микротрещиноватость акустическая эмиссия механизм разрушения b-фактор
Перейти к тому 277

Финансирование

Работа выполнена в рамках Государственного задания FSRW-2024-0008.

Литература

  1. Tananykhin D., Korolev M., Stecyuk I., Grigorev M. An Investigation into Current Sand Control Methodologies Taking into Account Geomechanical, Field and Laboratory Data Analysis // Resources. 2021. Vol. 10. Iss. 12. № 125. DOI: 10.3390/resources10120125
  2. Жуков В.С., Кузьмин Ю.О. Экспериментальная оценка коэффициентов сжимаемости трещин и межзерновых пор коллектора нефти и газа // Записки Горного института. 2021. Т. 251. С. 658-666. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.5
  3. Босиков И.И., Клюев Р.В., Гаврина О.А. Анализ геолого-геофизических материалов и качественная оценка перспектив нефтегазоносности Южно-Харбижинского участка (Северный Кавказ) // Геология и геофизика Юга России. 2021. Т. 11. № 1. С. 6-21. DOI: 10.46698/VNC.2021.36.47.001
  4. Петраков Д.Г., Купавых К.С., Купавых А.С. Экспериментальное исследование упруго-пластичных свойств пород нефтяного пласта с учетом насыщенности // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2020. № 3 (327). С. 33-38. DOI: 10.33285/0130-3872-2020-3(327)-33-38
  5. Glassley W.E. Geothermal Energy. Renewable Energy and the Environment. CRC Press, 2010. 320 p. DOI: 10.1201/EBK1420075700
  6. Krumbholz J.F., Krumbholz M., Wadas S.H., Tanner D.C. Characterisation of the fracture- and karst-controlled geothermal reservoir below Munich from geophysical wireline and well information // Geothermal Energy. 2024. Vol. 12. № 9. DOI: 10.1186/s40517-024-00286-6
  7. Кашников Ю.А., Шустов Д.В., Якимов С.Ю. Учет геомеханического состояния трещинно-порового коллектора при гидродинамическом моделировании // Записки Горного института. 2025. Т. 271. № 16217. С. 42-52.
  8. Путилов И.С., Винокурова Е.Е., Гуляева А.А. и др. Создание концептуальной геологической модели, основанной на литолого-петрографических исследованиях, на примере пермокарбоновой залежи Усинского месторождения // Недропользование. 2020. Т. 20. № 3. С. 214-222. DOI: 10.15593/2712-8008/2020.3.2
  9. Dvoynikov M.V., Sidorkin D.I., Kunshin A.A., Kovalev D.A. Development of Hydraulic Turbodrills for Deep Well Drilling // Applied Sciences. 2021. Vol. 11. Iss. 16. № 7517. DOI: 10.3390/app11167517
  10. Кучеров В.Г., Бессель В.В. Вызовы и риски глубокого и сверхглубокого бурения // Бурение и нефть. 2020. № 3. С. 12-16.
  11. Protosenya A.G., Verbilo P.E., Karasev M.A. Research of the mechanical characteristics’ anisotropy of apatite-nepheline ores block rock mass // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2018. Vol. 9. Iss. 11. P. 1962-1972.
  12. Trushko V.L., Protosenya A.G., Verbilo P.E. Predicting strength of pillars in fractured rock mass during development of apatite-nephelinic ores // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 13. № 8. P. 2864-2872.
  13. Вербило П.Э., Иовлев Г.А., Беляков Н.А. Методика подбора параметров модели Хука – Брауна с разупрочнением для массива горных пород на основе лабораторных испытаний образцов и численных экспериментов трещиноватого массива в дискретной постановке // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2025. № 2. С. 57-77. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_2_0_57
  14. Ильинов М.Д., Петров Д.Н., Карманский Д.А., Селихов А.А. Аспекты физического моделирования процессов структурных изменений образцов горных пород при термобарических условиях больших глубин // Горные науки и технологии. 2023. Т. 8. № 4. С. 290-302. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-09-150
  15. Tongwen Jiang, Wei Yao, Xiongwei Sun et al. Evolution of anisotropic permeability of fractured sandstones subjected to true-triaxial stresses during reservoir depletion // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 200. № 108251. DOI: 10.1016/j.petrol.2020.108251
  16. Козырев А.А., Кузнецов Н.Н., Шоков А.Н. Оценка удароопасности скальных горных пород Ждановского месторождения (Кольский полуостров) // Горная промышленность. 2022. № 6. С. 75-82. DOI: 10.30686/1609-9192-2022-6-75-82
  17. Hofmann H., Babadagli T., Jeoung Seok Yoon et al. A grain based modeling study of mineralogical factors affecting strength, elastic behavior and micro fracture development during compression tests in granites // Engineering Fracture Mechanics. 2015. Vol. 147. P. 261-275. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2015.09.008
  18. Карасев М.А., Петрушин В.В., Рысин А.И. Применение метода конечно-дискретных элементов для описания механики поведения соляных пород на макроструктурном уровне // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 4. С. 48-66. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_4_0_48
  19. Dresen G., Kwiatek G., Goebel T., Ben-Zion Y. Seismic and Aseismic Preparatory Processes Before Large Stick–Slip Failure // Pure and Applied Geophysics. 2020. Vol. 177. Iss. 12. P. 5741-5760. DOI: 10.1007/s00024-020-02605-x
  20. Дамаскинская Е.Е., Гиляров В.Л., Носов Ю.Г. и др. Формирование дефектной структуры монокристалла кварца на ранних этапах деформирования // Физика твердого тела. 2022. Т. 64. Вып. 4. С. 455-461. DOI: 10.21883/FTT.2022.04.52185.262
  21. Гиляров В.Л., Дамаскинская Е.Е. Моделирование акустической эмиссии и разрушения поликристаллических гетерогенных материалов методом дискретных элементов // Физика твердого тела. 2022. Т. 64. Вып. 6. С. 676-682. DOI: 10.21883/FTT.2022.06.52394.29
  22. Davidsen J., Goebel T., Kwiatek G. et al. What Controls the Presence and Characteristics of Aftershocks in Rock Fracture in the Lab? // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2021. Vol. 126. Iss. 10. № e2021JB022539. DOI: 10.1029/2021JB022539
  23. Sheng-Qi Yang, Jing Yang, Zong-Long Mu et al. Experimental Study on Mechanical Behavior, Fracture Characteristics, and Acoustic Emission Damage Characteristics of Sandstone Under Triaxial Multistage Stress Disturbance // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2024. Vol. 57. Iss. 10. P. 8633-8655. DOI: 10.1007/s00603-024-03994-4
  24. Jianfeng Liu, Yang Wu, Junjie Liu et al. Acoustic emission evolution and fracture mechanism of rock for direct tensile failure // International Journal of Rock Mechanics and Mining Science. 2025. Vol. 185. № 105974. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2024.105974
  25. Boese C.M., Kwiatek G., Plenkers K. et al. Performance Evaluation of AE Sensors Installed Like Hydrophones in Adaptive Monitoring Networks During a Decametre-Scale Hydraulic Stimulation Experiment // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2023. Vol. 56. Iss. 10. P. 6983-7001. DOI: 10.1007/s00603-023-03418-9
  26. Рассказов М.И., Терешкин А.А., Цой Д.И. и др. Оценка геомеханического состояния горнорудного массива по данным сейсмоакустического мониторинга на удароопасных месторождениях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 12-1. С. 167-182. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_121_0_167
  27. Loseva E., Lozovsky I., Zhostkov R. Refining Low Strain Pile Integrity Testing for Minor Flaw Detection with Complex Wavelet Transform // Civil Engineering Journal. 2024. Vol. 10. № 10. P. 3194-3207. DOI: 10.28991/CEJ-2024-010-10-05
  28. Shuting Miao, Peng-Zhi Pan, Arno Zang et al. Laboratory Shear Behavior of Tensile- and Shear-Induced Fractures in Sandstone: Insights from Acoustic Emission // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2024. Vol. 57. Iss. 8. P. 5397-5413. DOI: 10.1007/s00603-024-03780-2
  29. Davis R.O., Selvadurai A.P.S. Plasticity and Geomechanics. Cambridge University Press, 2002. 287 p. DOI: 10.1017/CBO9780511614958
  30. Jie Li, Mingyang Wang, Kaiwen Xia et al. Time-dependent dilatancy for brittle rocks // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017. Vol. 9. Iss. 6. P. 1054-1070. DOI: 10.1016/j.jrmge.2017.08.002
  31. Stanchits S., Yarushina V., Sabitova A. et al. Dilatancy in Shale During a Creep Monitored by Volumetric Deformation, Acoustic Emission, and Ultrasonic Transmission Techniques // 85th EAGE Annual Conference & Exhibition. 2024. Vol. 2024. 5 p. DOI: 10.3997/2214-4609.202410540
  32. Reches Z., Lockner D.A. Nucleation and growth of faults in brittle rocks // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1994. Vol. 99. Iss. B9. P. 18159-18173. DOI: 10.1029/94JB00115
  33. Pollard D.D., Segall P. Theoretical displacements and stresses near fractures in rock: with applications to faults, joints, veins, dikes, and solution surfaces // Fracture Mechanics of Rock. Academic Press, 1987. P. 277-349. DOI: 10.1016/B978-0-12-066266-1.50013-2
  34. Gutenberg B., Richter C.F. Frequency of earthquakes in California // Bulletin of the Seismological Society of America. 1944. Vol. 34. № 4. P. 185-188. DOI: 10.1785/BSSA0340040185
  35. Трушко В.Л., Розанов А.О., Саитгалеев М.М. и др. Критерии акустической эмиссии для анализа процесса разрушения горных пород и оценки формирования трещинных коллекторов на больших глубинах // Записки Горного института. 2024. Т. 269. С. 848-858.
  36. Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Механика деформирования и разрушения горных пород. М.: Недра, 1992. 224 с.
  37. Козырев А.А., Каспарьян Э.В., Кузнецов Н.Н., Шоков А.Н. Анализ условий разрушения скальных горных пород в динамической форме при трехосном сжатии // Наукосфера. 2020. № 11 (2). С. 77-85. DOI: 10.5281/zenodo.4309363
Статистика
Просмотр аннотаций
70
Просмотр полного текста
22
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Разработка состава и оценка эффективности биопрепарата для очистки нефтезагрязненных почв
2026 А. С. Данилов, И. Д. Соснина, Е. А. Сердюкова
Экспериментальное моделирование снижения алмазоносности кимберлита в условиях коровых кумулятивных центров
2026 А. В. Кузюра, А. В. Спивак, Г. Ю. Криулина
Высокоглиноземистые гнейсы чупинской толщи Беломорского подвижного пояса: условия метаморфизма, парциальное плавление и возраст мигматитов
2026 А. В. Юрченко, Ш. К. Балтыбаев, Т. А. Мыскова
Разработка инженерной методики определения норматива потребления электроэнергии аппаратами воздушного охлаждения
2026 Д. Е. Филимошина
Физические свойства палеозойско-мезозойских отложений из скважин Южно-Баренцевской впадины
2026 В. Л. Ильченко
Перспективы редкоземельной рудоносности кор выветривания по гранито-гнейсам Соуктальского плутонического комплекса (Северный Казахстан)
2026 М. А. Джунусов, К. Р. Регми, Е. В. Климова, А. В. Резник