geolmsuВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 4. ГЕОЛОГИЯMoscow University Bulletin. Series 4. Geology0579-9406Издательский Дом МГУ10.33623/0579-9406-2020-2-89-98geolmsu-234Research ArticleСтатьиРезультаты экспериментального исследования акустических свойств водонасыщенного песка в интервале температуры от –29 до +20 ᵒСResults experimantal study of acoustic properties of saturated sand in the temperature range –20 — +20 ᵒCСудаковаМ. С.SudakovaM. S.

геологический факультет, кафедра сейсмометрии и геоакустики, ст. преп., канд. физ.-мат. н.

119991, Москва, ГСП-1, Ленинские Горы, 1;

625026, Тюменская обл., г. Тюмень, ул. Малыгина, 86

119991, GSP-1, Leninskiye Gory, 1;

625026, Tyumen region, Tyumen, Malygina st., 86

m.s.sudakova@yandex.ruВладовМ. Л.VladovM. L.

геологический факультет, кафедра сейсмометрии и геоакустики, заведующий кафедрой, профессор, доктор физ.-мат. н.

119991, Москва, ГСП-1, Ленинские Горы, 1

119991, GSP-1, Leninskiye Gory, 1

vladov@geol.msu.ruМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт криосферы Земли ТюмНЦ СО РАНРоссияLomonosov Moscow State University; Earth Cryosphere Institute, Tyumen Scientific Centre SB RASRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation202028042020028998Copyright © Судакова М.С., Владов М.Л., 20202020Судакова М.С., Владов М.Л.Sudakova M.S., Vladov M.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.geol.msu.ru/jour/article/view/234

Приведены результаты ультразвуковых измерений с использованием продольных и поперечных волн на образце полностью водонасыщенного среднезернистого песка в диапазоне температуры от –20 до +20 ᵒС, а именно зависимости кинематических и динамических параметров ультразвукового сигнала от температуры, а также от параметра поглощения упругих волн. Предложенный авторами метод позволил рассчитать параметр поглощения P и S волн на ультразвуковых частотах для широкого диапазона температуры. Величина параметра поглощения в области отрицательных и положительных значений температуры отличается в 40–50 раз для P волн и на 2 порядка для S волн. Наблюдается плавное изменение параметра поглощения от –5 ᵒС (–10 ᵒС ) до 0 ᵒС для P (S) волн. Поглощение, влияющее на динамические параметры, быстрее реагирует на растепление мерзлого грунта, чем скорость, что наиболее актуально в случае пластичномерзлых пород и при температуре, близкой к 0 ᵒС.

In this article we discuss the results of ultrasonic measurements using p and s waves on a sample of full water–saturated sand in the temperature range –20 ᵒC — + 20 ᵒC. The results are: dependence of kinematic and dynamic parameters of the ultrasonic signal on temperature and elastic waves attenuation parameter. We propose method to calculate the attenuation parameter of p and s waves at ultrasonic frequencies for a wide temperature range. The values of the attenuation parameter at negative and positive temperatures differ by 40–50 times for p waves and by 2 orders of magnitude for s waves. A smooth change in the attenuation parameter from –5 ᵒC (–10 C) to 0 ᵒC for p (s) waves was observed. The attenuation affecting the dynamic parameters reacts faster to the thawing of frozen ground than the waves velocity, which is most relevant in the case of plastic–frozen rocks and at temperatures close to 0.

ультразвуковые измеренияпоглощениемерзлые грунтынеконсолидированные грунтыдинамические характеристикиultrasoundattenuationfrozen groundunconsolidated grounddynamic characteristicsгрант РНФ (проект № 16-17-00102)ReferencesВакулин А.А. Основы геокриологии: Учеб. пособие. 2-е изд. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2011. 220 с.Вакулин А.А. Основы геокриологии: Учеб. пособие. 2-е изд. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2011. 220 с.Владов М.Л., Стручков В.А., Токарев М.Ю. и др. Об ультразвуковых измерениях на образцах неконсолидированных сред // Геофизика. Вып. 2. М.: Ред.-изд. центр ЕАГО (Тверь: Полипресс), 2016. С. 24–31.Владов М.Л., Стручков В.А., Токарев М.Ю. и др. Об ультразвуковых измерениях на образцах неконсолидированных сред // Геофизика. Вып. 2. М.: Ред.-изд. центр ЕАГО (Тверь: Полипресс), 2016. С. 24–31.Воронков О.К., Моторин Г.А., Михайловский Г.В., Кунцевич С.П. Сейсмогеологические классификации грунтов криолитозоны // Криосфера Земли. 1991. Т. 1, № 3. С. 47–54.Воронков О.К., Моторин Г.А., Михайловский Г.В., Кунцевич С.П. Сейсмогеологические классификации грунтов криолитозоны // Криосфера Земли. 1991. Т. 1, № 3. С. 47–54.Дучков А.Д., Дучков А.А., Пермяков М.Е. и др. Лабораторные измерения акустических свойств гидратосодержащих песчаных образцов (аппаратура, методика и результаты) // Геология и геофизика. 2017. Т. 58, № 6. С. 900–914.Дучков А.Д., Дучков А.А., Пермяков М.Е. и др. Лабораторные измерения акустических свойств гидратосодержащих песчаных образцов (аппаратура, методика и результаты) // Геология и геофизика. 2017. Т. 58, № 6. С. 900–914.Зыков Ю. Д. Геофизические методы исследования криолитозоны. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2007. 234 c.Зыков Ю. Д. Геофизические методы исследования криолитозоны. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2007. 234 c.Скворцов А.Г., Садуртдинов М.Р., Царев А.М. Сейсмические критерии идентификации мерзлого состояния горных пород // Криосфера Земли. 2014. Т. 18, № 2. С. 83–90.Скворцов А.Г., Садуртдинов М.Р., Царев А.М. Сейсмические критерии идентификации мерзлого состояния горных пород // Криосфера Земли. 2014. Т. 18, № 2. С. 83–90.Судакова М.С., Владов М.Л. Экспериментальное исследование акустических свойств водонасыщенного песка в интервале температур –20 +20 С // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2019. №??.Судакова М.С., Владов М.Л. Экспериментальное исследование акустических свойств водонасыщенного песка в интервале температур –20 +20 С // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2019. №??.Фролов А. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1998. 515 с.Фролов А. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1998. 515 с.Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка. Т. 1: История, теория и получение данных. М.: Мир, 1987. 448 с.Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка. Т. 1: История, теория и получение данных. М.: Мир, 1987. 448 с.Carcione J.M. Seriani G. Seismic and ultrasonic velocities in permafrost // Geophys. Prosp. 1998. Vol. 46. P. 441–454.Carcione J.M. Seriani G. Seismic and ultrasonic velocities in permafrost // Geophys. Prosp. 1998. Vol. 46. P. 441–454.Dou S. Field and laboratory investigations on seismic properties of unconsolidated saline permafrost: Ph.D. Dissertation // Earth and Planet. Sci. in the Graduate Division. University of California, Berkeley, 2015.Dou S. Field and laboratory investigations on seismic properties of unconsolidated saline permafrost: Ph.D. Dissertation // Earth and Planet. Sci. in the Graduate Division. University of California, Berkeley, 2015.Kang M., Lee J.S. Evaluation of the freezing–thawing effect in sand–silt mixtures using elastic waves and electrical resistivity // Cold Reg. Sci. Technol. 2015. Vol. 113. P. 1–11.Kang M., Lee J.S. Evaluation of the freezing–thawing effect in sand–silt mixtures using elastic waves and electrical resistivity // Cold Reg. Sci. Technol. 2015. Vol. 113. P. 1–11.Kim S.Y., Hong W.-T., Lee J.-S. Silt fraction effects of frozen soils on frozen water content, strength, and stiffness // Construction and Building Materials. 2018. N 183. P. 565–577.Kim S.Y., Hong W.-T., Lee J.-S. Silt fraction effects of frozen soils on frozen water content, strength, and stiffness // Construction and Building Materials. 2018. N 183. P. 565–577.Li D., Huang X., Ming F., Zhang Y. The Impact of unfrozen water content on ultrasonic wave velocity in frozen soils, Advances in Transportation Geotechnics 3: The 3rd Intern. Conf. on Transportation Geotechnics, Proced. Engineering. 2016. Vol. 143. P. 1210–1217.Li D., Huang X., Ming F., Zhang Y. The Impact of unfrozen water content on ultrasonic wave velocity in frozen soils, Advances in Transportation Geotechnics 3: The 3rd Intern. Conf. on Transportation Geotechnics, Proced. Engineering. 2016. Vol. 143. P. 1210–1217.Nakano Y., Martin R., Smith M. Ultrasonic velocities of the dilatational and shear waves in frozen soils // Water Res. Res. 1972. Vol. 8, N 4. P. 1024–1030.Nakano Y., Martin R., Smith M. Ultrasonic velocities of the dilatational and shear waves in frozen soils // Water Res. Res. 1972. Vol. 8, N 4. P. 1024–1030.Park J.-H., Lee J.-S. Characteristics of elastic waves in sand–silt mixtures due to freezing // Cold Regions Science and Technology. 2014. N 99. P. 1–11.Park J.-H., Lee J.-S. Characteristics of elastic waves in sand–silt mixtures due to freezing // Cold Regions Science and Technology. 2014. N 99. P. 1–11.Quan Y., Harris J.M. Seismic attenuation tomography using the frequency shift method // Geophysics. 1997. Vol. 62, N 3. P. 895–905.Quan Y., Harris J.M. Seismic attenuation tomography using the frequency shift method // Geophysics. 1997. Vol. 62, N 3. P. 895–905.Sams M., Goldberg D. The validity of Q estimates from borehole data using spectral ratios // Geophysics. 1990. Vol. 55. P. 97.Sams M., Goldberg D. The validity of Q estimates from borehole data using spectral ratios // Geophysics. 1990. Vol. 55. P. 97.Wu Y., Nakagawa S., Kneafsey T.J. et al. Electrical and seismic response of saline permafrost soil during freeze — thaw transition // J. Applied Geophysics. 2017.Wu Y., Nakagawa S., Kneafsey T.J. et al. Electrical and seismic response of saline permafrost soil during freeze — thaw transition // J. Applied Geophysics. 2017.Zhang C., Ulrych T.J. Estimation of quality factors from CMP records // Geophysics. 2002. Vol. 67, N 5. P. 1542–1547.Zhang C., Ulrych T.J. Estimation of quality factors from CMP records // Geophysics. 2002. Vol. 67, N 5. P. 1542–1547.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.