Volume density and longitudinal wave velocity changes of the Ciężkowice and Krosno flysch sandstones under high pressure and temperature in the triaxial test condition

The poorly cemented Ciężkowice poorly sorted sandstone and the compact Mucharz fine grain sandstone have been laboratory tested at the triaxial compressing conditions in thermo-pressurized chamber of a rigid press MTS-815. The confining pressure range from 0 to 96 MPa and the temperature: T from 22°C to 120°C (simulated 500 m intervals from the surface to the depth of 3500 m). During each test, the characteristics of deformation and the elastic wave velocity paths were simultaneously monitored. The volume density and longitudinal wave velocity showed a non-linear increase with the progress of simulated depth, a volume density growth by 1.6 to 4.0%, and the elastic wave velocity up to 250% of the primary value (surface condition), dependable on loading path, phase of deformation, and varying type of lithology. That may lead to wide error margin in a determination of rock's engineering properties and also create discrepancies between the static parameters of rocks (Est,gvst) determined by standard laboratory load tests, and the dynamic parameters (Ed, vd) determined from the wave velocity and volume density.

Gęstość objętościowa skał oraz prędkość fal sprężystych są stosowane do identyfikacji właściwości i litologii skał na dużych, niedostępnych dla bezpośrednich obserwacji głębokościach. Znaczne ciśnienie (P) oraz wysoka temperatura (T) powodują zmiany prędkości propagacji fali (Vp) oraz gęstości objętościowej (Ps), co utrudnia zdalne rozpoznanie odmiennych litologicznie skał oraz prowadzi do znacznych błędów w ocenie inżynierskiej ich parametrów. W wyniku laboratoryjnych badań wytrzymałościowych w komorze termociśnieniowej, w warunkach trójosiowego ściskania przy zróżnicowanych ciśnieniach obwodowych w przedziale od 0 do 90 MPa i temperaturze (T) od 22 do 120°C (symulujących co 500 m interwały wzrostu głębokości od powierzchni do 3500 m), słabo zwięzłe, różnoziarniste piaskowce ciężkowickie oraz zwięzłe, drobnoziarniste piaskowce z Mucharza, wykazały nieliniowy wzrost gęstości objętościowej od 1,4 do 4,0% i dochodzący do 250% wzrost prędkości fali podłużnej w stosunku do wartości początkowej (warunki powierzchniowe). Zmiany zależały od ścieżki obciążania, faz deformacji oraz zróżnicowania litologicznego skały.