Acoustic polarization measurements of elastic anisotropic properties of metamorphosed rocks along the section of german ultradeep well КТВ

M. V. Kovalevskiy; F. F. Gorbatsevich; W. Khams; H. A. Dahlheim

doi:10.24028/gzh.0203-3100.v34i2.2012.116607

Authors

M. V. Kovalevskiy Geological Institute of the Kola Science Center, Russian Academy of Sciences, Russian Federation
F. F. Gorbatsevich Geological Institute of the Kola Science Center, Russian Academy of Sciences, Russian Federation
W. Khams Potsdam Center for Earth Research, Germany
H. A. Dahlheim Potsdam Center for Earth Research, Germany

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v34i2.2012.116607

Abstract

The German superdeep borehole KTB drilled in the massif composed of paragneiss, metabasite, granite and metasedimentary rocks (Germany, Windischeshenbach) reached the maximum depth of 9101 m. Elastic-anisotropic properties of rock samples from the depth range of 4,1-7,1 km were determined to compile a general velocity section of the massif. Over this depth interval the rock density is within 2,75-3,33 g/cm³ , V_Р =6,0÷7,1, V_S =3,3÷4,0 km/s. Their average values are: r=3,0 g/cm 3 г/см ³ , V_Р =6,7, V_S =3,65 km/s. Having been compared with the similar data for the upper massif (from the surface down to 4 km depth) these data can be considered to be common for the entire section. All the samples studied are elastic anisotropic. The phenomena found on the KTB core samples were previously discovered at the Kola superdeep borehole.

References

Александров К. С., Продайвода Г. Т. Анизотропия упругих свойств минералов и горных пород. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 354 с.

Беликов Б. П., Александров К. С., Рыжова Т. В. Упругие свойства породообразующих минералов и горных пород. - Москва: Наука, 1970. - 276 с.

Головатая О. С., Горбацевич Ф. Ф., Керн Х., Попп Т. Свойства некоторых пород из разреза Кольской сверхглубокой скважины при изменении рТ-параметров // Физика Земли. - 2006. - № 8. - С. 1-12.

Горбацевич Ф. Ф. Акустополярископия горных пород. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1995. - 204 с.

Горбацевич Ф. Ф. Акустополярископия породообра-зующих минералов и кристаллических пород. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002. - 140 с.

Горбацевич Ф. Ф. Анизотропия поглощения сдвиговых колебаний в горных породах // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. - 1990. - № 5. - С. 70-79.

Горбацевич Ф. Ф., Ильченко В. Л., Головатая О. С., Смирнов Ю. Р., Керн Х., Попп T., Смитсон С., Aй E., Христенсен Н. Упругие свойства некоторых образцов пород по разрезу Кольской сверхглубокой скважины, определенные при атмосферных условиях и условиях in situ // Физика Земли. - 2002. - № 7. - С. 46-55.

Горбацевич Ф. Ф., Медведев Р. В. Механизм разуплотнения кристаллических горных пород при их разгрузке от напряжений // Рудные геофизические исследования на Кольском полуострове. - Апатиты: Изд-во Кольского филиала АН СССР, 1986. - С. 83-89.

Горяинов П. М., Давиденко И. В., Горбацевич Ф. Ф., Ланев В. С., Медведев Р. В., Смирнов Ю. П. Теоретические и экспериментальные основы тектоно-кессонного эффекта (явления дезинтеграции), геодинамические следствия // Глубинное строение и геодинамика кристаллических щитов Европейской части СССР. - Апатиты: Изд-во КНЦ АН СССР, 1992. - С. 136-144.

Ковалевский М. В. Автоматизированный про граммно-аппаратный комплекс Acoustpol: Учеб. пособие. - Апатиты: ООО «K & M», 2009а. - 54 с.

Ковалевский М. В. Акустополяризационные эффекты горных пород // Тр. Всерос. (с международным участием) науч. конф. «Комплексные геолого-геофизические модели древних щитов», 28-30 сентября 2009 г. - Апатиты: Изд. Геолог. ин-та КНЦ РАН, 2009б. - С. 126-129.

Ковалевский М. В. К вопросу о совершенствовании методики исследований упругих характеристик геоматериалов методом акустополярископии // Информ. матер. 12-й науч. конф. «Структура, вещество, история литосферы Тимано-Севе ро-уральского сегмента». - Сыктывкар: Геопринт, 2003. - C. 123-125.

Ковалевский М. В. К вопросу оценки эффекта линейной акустической анизотропии поглощения в задачах акустополярископии // Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии: Матер. XХI молодежной науч. конф., посвященной памяти К. О. Кратца, г. Санкт-Петербург, 18-25 октября 2010 г. - Санкт-Петербург: Изд-во ИГГД РАН, 2010. - С. 30-34.

Ковалевский М. В., Головатая О. С., Горбацевич Ф. Ф. Автоматический акустополярископ для измерения упругих и неупругих параметров твердых сред // Сб. тр. ХI сессии РАО. Т. 2. - Москва: Геос, 2001. - С. 117-121.

Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыты исследования. - Москва: МФ «Технонефтегаз», 1998. - 260 с.

Корчин В. А. Структурные особенности минеральной среды в рТ-условиях различных глубин земной коры // Геофиз. журн. - 2007. - 29, № 3. - С. 49-77.

Лебедев Т. С., Корчин В. А., Савенко Б. Я., Шаповал В. И., Шепель С. И. Физические свойства минерального вещества в термобарических условиях литосферы. - Киев: Наук. думка, 1986. - 200 с.

Продайвода Г. Т. Принципы симметрии в петрофизике // Геолог. журн. - 1978. - 38, № 4. - С. 61-69.

Строение литосферы российской части Баренцрегиона / Под ред. Н. В. Шарова, Ф. П. Митрофанова, М. Л. Вербы, К. Гиллена. - Петрозаводск: Изд-во КНЦ РАН, 2005. - 318 с.

Berckhemer H., Rauen а., Winter н., Kern н., Kontny а., Lienert М., Nover G., Pohl J., Popp T., Shult A., Soffel H. C. Petrophysical properties of the 9-km deep crustal section at KTB // J. Geophys. Res. - 1997. - 102(B8). - P. 18337-18361.

Brudy M., Zoback M. D., Fuchs K., Rummel F., Baumgärtner J. Estimation of the complete stress tensor to 8 km depth in the KTB scientific drill holes: Implication for crustal strength // J. Geophys. Res. - 1997. - 102 (B8). - P. 18453-18475.

Christensen N. I. Measurements of dynamic properties of rock at elevated temperatures and pressures // Measurement of rock properties at elevated pressures and temperatures. - Philadelphia: Amer. Soc. Testing and Materials, 1985. - Р. 93-107.

Clauser C., Giese P., Huenges E., Kohl T., Lehmann H., Rybach L., Šafanda J., Wilhelm H., Windloff K., Gustav Z. The thermal regime of the crystalline continental crust: Implications from the KTB // J. Geophys. Res. - 1997. - 102(B8). - P. 18417-18441.

Emmermann R., Althaus E., Giese P., Stockhert B. KTB Hauptbohrung. Results of Geoscientific Investigation in the KTB Field Laboratory. Final Report: 0-9101m. KTB Report 95-2. - Hannover, 1995.

Emmermann R., Lauterjing J. The German Continental Deep Drilling Program KTB: Overview and major results // J. Geophys. Res. - 1997. - 102(B8). - P. 18179-18201.

Kern H., Liu B., Popp T. Relationship between anisotropy of P- and S-wave velocities and anisotropy of attenuation in serpentinite and amphibolite // J. Geophys. Res. - 1997. - 102. - Р. 3051-3065.

Kern H., Popp T. P- and S-wave velocities and velocity anisotropy of core samples from the Kola SD-3 superdeep and their surface analogues at PT conditions // The results of the study of the deep substance and physical processes in the Kola superdeep borehole section down to a depth of 12261 m / Eds. F. P. Mitrofanov, F. F. Gorbatsevich. - Apatity: Poligraph, 2000. - Р. 117-121.

Kern H., Popp T., Gorbatsevich F., Zharikov A., Lobanov K. V., Smirnov Yu. P. Pressure and temperature dependence of Vp and Vs in rocks from the superdeep well and from surface analogues at Kola and the nature of velocity anisotropy // Tectonophysics. - 2001. - 338. - P. 113-134.

Kretz R. Symbols for rock-forming minerals // Amer. Mineral. - 1983. - 68. -P. 277-279.

Smithson S. B., Wenzel F., Ganchin Y. V., Morozov I. B. Seismic results at Kola and KTB deep scientific boreholes: velocities, reflections, fluids, and crustal composition // Tectonophysics, - 2000. - 329.