Mathematical modeling of pyroxene-magnetite crystalline shales elastic and acoustic properties
The analysis of the results of mathematical modeling of the influence of the format, mineral concentration and fracture of metamorphic crystalline shales of the Pishcha iron ore structure is presented. The aim of this work is to analyze the influence of mineral composition, types, orientation and co...
Saved in:
| Date: | 2021 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2021
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/244082 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Institution
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1856543512653201409 |
|---|---|
| author | Bezrodna, I. Bezrodny, D. Svystov, V. |
| author_facet | Bezrodna, I. Bezrodny, D. Svystov, V. |
| author_sort | Bezrodna, I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-11-24T21:29:49Z |
| description | The analysis of the results of mathematical modeling of the influence of the format, mineral concentration and fracture of metamorphic crystalline shales of the Pishcha iron ore structure is presented.
The aim of this work is to analyze the influence of mineral composition, types, orientation and concentration of mineral inclusions and microcracks on the acoustic and elastic properties of a group of samples of “quartz-magnetite-pyroxene” crystalline shales of Pishchans’ka iron ore structure.
Based on the method of conditional moments, mathematical modeling of the influence of the format, orientation and content of mineral grains, as well as the concentration and format of cracking on the acoustic and elastic properties of rocks of the Pishchans`ka iron ore structure was performed. According to the obtained data, a weak effect of changes in the content of rock-forming minerals and a significant effect of different types of fractures on the value of elastic and acoustic anisotropy (10-40%) was proved.
Elastic constants of models with layered and chaotic orientation of structural-textural elements are calculated. It is established that most models, as well as basic samples have a rhombic type of acoustic symmetry. When comparing the stereoprojections of the anisotropy parameters of real samples with the stereoprojections obtained during modeling, the authors found that in most samples there is a double system of cracking: chaotic and directed in the area of shale.
The results of mathematical modeling showed that for models with ordered crack orientation, the change in the format and concentration of voids is a defining characteristic. This effect is significantly smaller for models with a chaotic arrangement of structural elements.
It is proved that models with a combined (layered and chaotically oriented) type of fracture are the closest to real samples. The authors show that this technique allows you to create and operate models close to the real geological environment. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:12:30Z |
| format | Article |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-244082 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-17T11:12:30Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-2440822021-11-24T21:29:49Z Mathematical modeling of pyroxene-magnetite crystalline shales elastic and acoustic properties Математическое моделирование упругих и акустических свойств пироксен-магнетитовых кристаллосланцев Математичне моделювання пружних і акустичних властивостей піроксен-магнетитових кристалосланців Bezrodna, I. Bezrodny, D. Svystov, V. mathematical modeling anisotropy acoustic, elastic properties crystalline shales magnetite quartz pyroxene математичне моделювання анізотропія акустичні, пружні властивості кристалосланці магнетит кварц піроксен математическое моделирование анизотропия акустические, упругие свойства кристаллосланцы магнетит кварц пироксен The analysis of the results of mathematical modeling of the influence of the format, mineral concentration and fracture of metamorphic crystalline shales of the Pishcha iron ore structure is presented. The aim of this work is to analyze the influence of mineral composition, types, orientation and concentration of mineral inclusions and microcracks on the acoustic and elastic properties of a group of samples of “quartz-magnetite-pyroxene” crystalline shales of Pishchans’ka iron ore structure. Based on the method of conditional moments, mathematical modeling of the influence of the format, orientation and content of mineral grains, as well as the concentration and format of cracking on the acoustic and elastic properties of rocks of the Pishchans`ka iron ore structure was performed. According to the obtained data, a weak effect of changes in the content of rock-forming minerals and a significant effect of different types of fractures on the value of elastic and acoustic anisotropy (10-40%) was proved. Elastic constants of models with layered and chaotic orientation of structural-textural elements are calculated. It is established that most models, as well as basic samples have a rhombic type of acoustic symmetry. When comparing the stereoprojections of the anisotropy parameters of real samples with the stereoprojections obtained during modeling, the authors found that in most samples there is a double system of cracking: chaotic and directed in the area of shale. The results of mathematical modeling showed that for models with ordered crack orientation, the change in the format and concentration of voids is a defining characteristic. This effect is significantly smaller for models with a chaotic arrangement of structural elements. It is proved that models with a combined (layered and chaotically oriented) type of fracture are the closest to real samples. The authors show that this technique allows you to create and operate models close to the real geological environment. Представлен анализ результатов математического моделирования влияния формата, концентрации минералов и трещиноватости метаморфических кристаллосланцев Песчанской железорудной структуры. Цель работы — анализ влияния минерального состава, типов, ориентации и концентрации минеральных включений и микротрещин на акустические и упругие свойства группы образцов кварц-магнетит-пироксеновых кристаллосланцев Песчанской железорудной структуры. На основе метода условных моментов осуществлено математическое моделирование влияния формата, ориентации и содержания зерен минералов, а также концентрации и формата трещиноватости на акустические и упругие свойства пород указанной структуры. Согласно полученным данным доказано слабое влияние изменения содержания породообразующих минералов и существенное влияние различных типов трещиноватости на величину упругой и акустической анизотропии (10—40 %). Рассчитаны упругие постоянные моделей слоистой и хаотичной ориентации структурно-текстурных элементов. Установлено, что большинство моделей, как и базовые образцы, имеют ромбический тип акустической симметрии. При сравнении стереопроекций параметров анизотропии реальных образцов с полученными при моделировании стереопроекциями установлено, что большинство образцов имеют двойную систему трещиноватости: хаотичную и направленную в плоскости сланцеватости. Согласно результатам математического моделирования, для моделей с упорядоченной ориентацией трещин изменение формата и концентрации пустот является определяющей характеристикой. Для моделей с хаотичным расположением структурных элементов такое влияние существенно меньше. Доказано, что модели с комбинированным (слоистые и хаотично ориентированные) типом трещиноватости наиболее приближены к реальным образцам. Данная методика позволяет создавать модели, близкие к реальной геологической среде, и оперировать ими. Наведено аналіз результатів математичного моделювання впливу формату, концентрації мінералів і тріщинуватості метаморфічних кристалосланців Піщанської залізорудної структури. Мета роботи — аналіз впливу мінерального складу, типів, орієнтації та концентрації мінеральних включень і мікротріщин на акустичні та пружні властивості групи зразків кварц-магнетит-піроксенових кристалосланців Піщанської залізорудної структури. Із застосуванням методу умовних моментів здійснено математичне моделювання впливу формату, орієнтації та вмісту зерен мінералів, а також концентрації та формату тріщинуватості на акустичні та пружні властивості порід зазначеної структури. Згідно з отриманими даними доведено слабкий вплив зміни вмісту породоутворювальних мінералів та суттєвий вплив різних типів тріщинуватості на величину пружної та акустичної анізотропії (10—40 %). Розраховано пружні постійні моделі з шаруватою та хаотичною орієнтацією структурно-текстурних елементів. Установлено, що більшість моделей, як і базові зразки, мають ромбічний тип акустичної симетрії. При порівнянні стереопроєкцій параметрів анізотропії реальних зразків з отриманими при моделюванні стереопроєкціями встановлено, що більшості зразків властива подвійна система тріщинуватості: хаотична та напрямлена у площині сланцюватості. Відповідно до результатів математичного моделювання, для моделей з упорядкованою орієнтацією тріщин зміна формату та концентрації пустот є визначальною характеристикою. Для моделей з хаотичним розташуванням структурних елементів такий вплив істотно менший. Доведено, що моделі з комбінованим (шаруваті та хаотично орієнтовані) типом тріщинуватості найбільш наближені до реальних зразків. Показано, що дана методика дає змогу створювати моделі, близькі до реального геологічного середовища, та оперувати їми. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2021-11-24 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/244082 10.24028/gzh.v43i5.244082 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 43 No. 5 (2021); 208-218 Геофизический журнал; Том 43 № 5 (2021); 208-218 Геофізичний журнал; Том 43 № 5 (2021); 208-218 2524-1052 0203-3100 uk https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/244082/242801 http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | mathematical modeling anisotropy acoustic elastic properties crystalline shales magnetite quartz pyroxene Bezrodna, I. Bezrodny, D. Svystov, V. Mathematical modeling of pyroxene-magnetite crystalline shales elastic and acoustic properties |
| title | Mathematical modeling of pyroxene-magnetite crystalline shales elastic and acoustic properties |
| title_alt | Математическое моделирование упругих и акустических свойств пироксен-магнетитовых кристаллосланцев Математичне моделювання пружних і акустичних властивостей піроксен-магнетитових кристалосланців |
| title_full | Mathematical modeling of pyroxene-magnetite crystalline shales elastic and acoustic properties |
| title_fullStr | Mathematical modeling of pyroxene-magnetite crystalline shales elastic and acoustic properties |
| title_full_unstemmed | Mathematical modeling of pyroxene-magnetite crystalline shales elastic and acoustic properties |
| title_short | Mathematical modeling of pyroxene-magnetite crystalline shales elastic and acoustic properties |
| title_sort | mathematical modeling of pyroxene-magnetite crystalline shales elastic and acoustic properties |
| topic | mathematical modeling anisotropy acoustic elastic properties crystalline shales magnetite quartz pyroxene |
| topic_facet | mathematical modeling anisotropy acoustic elastic properties crystalline shales magnetite quartz pyroxene математичне моделювання анізотропія акустичні пружні властивості кристалосланці магнетит кварц піроксен математическое моделирование анизотропия акустические упругие свойства кристаллосланцы магнетит кварц пироксен |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/244082 |
| work_keys_str_mv | AT bezrodnai mathematicalmodelingofpyroxenemagnetitecrystallineshaleselasticandacousticproperties AT bezrodnyd mathematicalmodelingofpyroxenemagnetitecrystallineshaleselasticandacousticproperties AT svystovv mathematicalmodelingofpyroxenemagnetitecrystallineshaleselasticandacousticproperties AT bezrodnai matematičeskoemodelirovanieuprugihiakustičeskihsvojstvpiroksenmagnetitovyhkristalloslancev AT bezrodnyd matematičeskoemodelirovanieuprugihiakustičeskihsvojstvpiroksenmagnetitovyhkristalloslancev AT svystovv matematičeskoemodelirovanieuprugihiakustičeskihsvojstvpiroksenmagnetitovyhkristalloslancev AT bezrodnai matematičnemodelûvannâpružnihíakustičnihvlastivostejpíroksenmagnetitovihkristaloslancív AT bezrodnyd matematičnemodelûvannâpružnihíakustičnihvlastivostejpíroksenmagnetitovihkristaloslancív AT svystovv matematičnemodelûvannâpružnihíakustičnihvlastivostejpíroksenmagnetitovihkristaloslancív |