Determination of stress in the geological medium on  the basis of well data using acoustoelastic correlations

H. H. Guliyev; K. B. Aghayev; G. A. Sultanova

doi:10.24028/gzh.0203-3100.v41i6.2019.190074

Автор(и)

H. H. Guliyev Інститут геології та геофізики Азербайджанської Національної академії наук, Азербайджан
K. B. Aghayev Інститут геології та геофізики Азербайджанської Національної академії наук, Азербайджан
G. A. Sultanova Інститут геології та геофізики Азербайджанської Національної академії наук, Азербайджан

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v41i6.2019.190074

Анотація

Розроблено метод визначення нормальних компонентів тензора напружень в деформованих геологічних середовищах на основі баз даних геофізичних досліджень глибоких свердловин. Те-оретичною основою методу є акустичні співвідношення некласичного лінеаризованого підходу нелінійної еластодинаміки. Отримано аналітичні формули розрахунку напружень в геологічному середовищі у випадках малих і великих деформувань. Використано дані геофізичних досліджень свердловин, розташованих в Південнокаспійському басейні. Складено тонкошаруваті одновимі-рні моделі середовища за швидкостями поширення поздовжніх і поперечних хвиль, щільностю та літологією порід. Товщина кожного шару моделей становить кілька сантиметрів, який дорів-нює кроку спостережень за розрізом свердловини. Для врахування впливу зміни термобаричних умов геологічного середовища на акустичні властивості порід дані кожної моделі, що відносяться до однієї і тієї ж літології порід, розчленовані на кластери з застосуванням штучних нейронних мереж. За моделями для кожної літології порід і кластера даних розраховано значення модулів пружності 2-го і 3-го порядків і нормальних компонент тензора напруження. Виявлено, що пру-жні модулі 3-го порядку набагато чутливіші до мінливості пружних властивостей середовища, ніж модулі 2-го порядку. Отримані чисельні результати за всіма кластерами кожної літології по-рід усереднені. При цьому кількість шарів середовища по кожному кластеру даних використано як ваги. А при осереднені результатів за всіма породами, як ваги використано кількість шарів середовища за кожною породою. Вивчено залежності між чисельними значеннями нормальних компонент тензора напруження, що спричинені геостатичним тиском, і аналогічними величина-ми, викликаними геодинамічними змінами відповідного компонента тензора напруження. Вияв-лено, що напруження, зумовлені геостатичним тиском, істотно нижчі, ніж напруження, зумов-лені геодинамічними змінами. Отримані акустичні формули дають змогу визначити напруження в геологічному середовищі будь-якого регіону з урахуванням впливу сучасних геодинамічних процесів.

Посилання

Abasov, M. T., Guliyev, H. H., & Dzhevanshir, R. D. (2000). The model of lithosphere development. Vestnik RAN, 70(2), 129—135 (in Russian).

Aghayeva, S. T., & Babayev, G. R. (2008). Analysis of earthquake foci of large and small Caucasus according to the method of constructing a world stress map. In Catalogue of seismoforecasting research carried out in Azerbaijan territory (pp. 51—55). Baku (in Russian).

Akbarov, S. D. (2015). Dynamics of Pre-Strained Bi-Material Elastic Systems: Linearized Three-Dimensional Approach. Springer-Heildelberg, Newswork, 1003 p.

Alexandrov, K. S., Prodaivoda, G. T., & Maslov, B. P. (2001). Method of determination of nonlinear elastic properties of rocks. Doklady RAN, 380(1), 109—112 (in Russian).

Anderson, D. (2007). New Theory of the Earth. Cambridge University Press, New York, USA. 385 p.

Babaev, D. Kh., & Gadzhiev, A. N. (2006). Deep structure and oil and gas potential of the Caspian Sea basin. Baku: Nafta-Press, 305 p. (in Russian).

Bakulin, V. N., & Protoseniya, A. G. (1982). The presence of nonlinear effects during the propagation of elastic waves in rocks. Doklady AN SSSR, 263 (2), 314—316 (in Russian).

Balakina, L. M., Vvedenskaya, A. V., Golubeva, N. V., Misharina, L. A., & Shirokova, E. I. (1972). Field of the Earth’s elastic stresses and the mechanism of earthquake sources. Moscow: Nauka, 191 p. (in Russian).

Bayuk, E. I., Tomashevskaya, I. S., & Dobrynin, V. M. (1988). Physical properties of minerals and rocks within high thermodynamic parameters: Handbook. Moscow: Nedra, 255 p. (in Russian).

Biot, M. A. (1965). Mechanics of incremental deformations. Ph.D. Dissertation. New York: Wiley, 560 p.

Garotta, R. (2000). Transverse waves: from registration to interpretation. Short course of lectures for higher educational institutions. The publication of the American Society of Exploration Geophysicists (SEG), 221 p. (in Russian)

Chashkov, A. V., & Valery, V. M. (2011). Use of the cluster analysis and artificial neural network technology for log data interpretation. Zhurnal Sibirskogo federalnogo universiteta. Tekhnika i tekhnologiya, 4(4), 453— 462 (in Russian).

Gintov, O. B. (2005). Field tectonophysics and its application in the study of deformation of the Earth’s crust. Kiev: Feniks, 572 p. (in Russian).

Guliyev, H. H. (2000). Determination of Poisson’s ratio in the strained medi. Doklady AN, 370(4), 534—537 (in Russian).

Guliyev, H. H. (2018a). Geomechanical analysis of elastic parameters of the solid core of the Earth. Geomechanics and Engineering, 14(1), 19—27. https://doi.org/10.12989/gae.2018.14.1.019.

Guliyev, H. H. (2018b). On the elastic parameters of the strained media. Structural Engineering and Mechanics, 67(1), 53—67. https://doi.org/10/12989/sem2018.67.1.053.

Guliyev, H. H., & Aghayev, Kh. B. (2011). Determination of physicomechanical properties of sedimentary cover rocks on the basis of seismic, borehole data and the theory of elastic waves of stressed media. Geofizicheskiy zhurnal, 33(6), 126—135. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v33i6.2011.116798 (in Russian).

Guliyev, H. H., Aghayev, Kh. B., & Hasanova, G. H. (2016). Determining the Elastic Moduli of the Third Order for Sedimentary Rocks Based on Well-Logging Data. Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 52(6), 836—843. doi: 10.1134/S1069351316050062.

Guliyev, H. H., & Dzhabbarov, M. D. (1998). The propagation of elastic waves in the strained anisotropic media. Doklady Akademii nauk Azerbaydzhanskoy SSR, (2), 103—112 (in Russian).

Guliyev, H. H., Javanshir, R. J., & Hasanova, G. H. (2018). Determination of elastic parameters of the deformable solid bodies with respect to the Earth model. Geomechanics and Engineering, 15(5), 1071—1080. https://doi.org/10.12989/gae.2018.14.1.019.

Guz, A. N. (2004). Elastic Waves in Bodies with Initial (Residual) Stresses. Kiev: A.S.K., 672 p. (in Russian).

Guz, A. N., Makhort, F. G., Gushcha, O. I., &

Lebedev, V. K. (1974). Fundamentals of the ultrasonic non-destructive method for the

determination of stress in solids. Kiev: Naukova Dumka, 106 p. (in Russian).

Gzovsky, M. V. (1975). Fundamentals of Tectonophysics. Moscow: Nauka, 536 p. (in Russian).

Heidbach, O., Barth, A., Connolly, P., Fuchs, K., Müller, B., Tingay, M., Reinecker, J., Sperner, B., & Wenzel, F. (2004). Stress maps in a minute: the 2004 World Stress Map release. EOS Trans, 85(49), 521―529. https://doi.org/10.1029/2004EO490001.

Li, X. & Tao, M. (2015). The influence of initial stress on wave propagation and dynamic elastic coefficients. Geomechanics and Engineering, 8(3), 377—390. https://doi.org/10.12989/gae.2015.8.3.377.

Müller, B., Barth, A., Heidbach, O., Reinecker, J., Sperner, B., Tingay, M., & Wenzel, F. (2005). The World Stress Map-an essential and easy accessible tool for geohazard assessment. International Workshop Recent Geodynamics, Georisk and Sustainable Development in the Black Sea to Caspian Region, Baku, AIP, 825, 19—31.

Poulton, M. M. (2002). Neural networks as an intelligence amplification tool: A review of applications. Geophysics, 67(3), 979—993. https://doi.org/10.1190/1.1484539.

Reinecker, J., Heidbach, O., & Müller, B. (2005). The 2005 release of the World Stress Map. Retrieved from www.world-stress-map-org.

Teachavorasinskun, S., & VSPongvithayapanu, P. (2016). Shear wave velocity of sands subject to large strain triaxial loading. Geomechanics and Engineering, 11(5), 713—723. https://doi.org/10.12989/gae.2016.11.5.713.

Tromp, J., Marcondes, M. L., Wentzcovitch, R., & Trampert, J. (2019). Effects of Induced Stress on Seismic Waves: Validation Based on Ab Initio Calculations. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124(1), 729—741. https://doi.org/10.1029/2018JB016778.

Vyzhva, S. A., Maslov, B. P., & Prodaivoda, G. T. (2005). Effective elastic properties of nonlinear multicomponent geological media. Geofizicheskiy zhurnal, 27(6), 1012—1022 (in Russian).

Yin, H., & Rasolofosaon, P. (1994). Nonlinear and linear elastic behavior of anisotropic rocks: Ultrasonic experiments versus Theoretical predictions. Abstract, 64 SEG meeting, Los Angeles, Expanded Abstract, paper SL3.4, 1129—1132.