В. А. Лисютин, О. Р. Ластовенко

Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия

E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация

Цель. Рассматривается распространение сдвиговой волны в песчаных морских осадках. Акустическими характеристиками сдвиговой волны являются фазовая скорость и коэффициент затухания. Известно, что в сухих песчаных осадках коэффициент затухания прямо пропорционален частоте. В водонасыщенных средах отмечаются отклонения от этого закона, откуда следует, что существует два физических механизма потерь – межгранулярное и вязкое трение. Целью работы является развитие двухфазной модели распространения сдвиговой волны в неконсолидированных морских осадках и выявление диссипативных эффектов, вызванных относительным движением флюида в пространстве пор.

Методы и результаты. Межгранулярное трение моделируется с помощью прумпфера – элемента, сочетающего консервативные свойства пружины и диссипативные свойства демпфера. Записывается уравнение движения, в котором часть жидкости считается связанной с твердой фазой среды, а часть жидкости считается подвижной. Уравнения состояния и уравнение движения при гармоническом смещении дают новое двухфазное дисперсионное уравнение (теория Grain Shearing + Effective Density, или сокращенно GS + EDs). Результаты теории GS + EDs сопоставляются с данными измерений скорости и затухания волны, взятыми из открытых источников. Показывается, что механизмы взаимодействия между гранулами и между гранулами и флюидом при распространении компрессионной и сдвиговой волны различаются. Анализируется характер изменения параметров межгранулярного трения при насыщении порового пространства флюидом.

Выводы. Проявление диссипативных эффектов от насыщения пор флюидом зависит от плотности упаковки гранул. В случае плотной упаковки условия для относительного движения жидкости отсутствуют и песчаные осадки проявляют свойство постоянной добротности. В случае неплотной упаковки вязкие потери вносят существенный вклад и частотная зависимость затухания нелинейна. Эффективные размеры пор для компрессионной и сдвиговой волн не совпадают.

Ключевые слова

неконсолидированные морские осадки, межгранулярное трение, вязкие потери, дисперсия, сдвиговая волна, коэффициент затухания, дисперсионное уравнение.

Благодарности

Исследование выполнено в рамках внутреннего гранта СевГУ «Развитие теоретических моделей для физических методов исследования шельфа Черного моря», проект № 41/06-31.

Для цитирования

Лисютин В. А., Ластовенко О. Р. Оценка степени взаимодействия твердой и жидкой фаз в неконсолидированных водонасыщенных песчаных морских осадках при распространении сдвиговой волны // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 1. С. 98–112. doi:10.22449/0233-7584-2021-1-98-112

DOI

10.22449/0233-7584-2021-1-98-112

Скачать статью в PDF-формате