Une méthode précise pour la mise en évidence et l'étude de l'anisotropie dans les roches

An Accurate Method for Detecting and Analyzing Anisotropy in Rocks

Institut de Physique du Globe

Résumé

L'objectif essentiel de cette recherche était de mettre au point une méthode expérimentale pour étudier l'anisotropie de la vitesse des ondes longitudinales (P) dans les roches. Cette anisotropie aurait deux causes principales : d'une part, l'existence d'un réseau de pores, de fissures ou de microfissures, distribué de façon anisotrope dans la roche et d'autre part, la structure elle-même, dont l'anisotropie résulte de la nature des minéraux et de leur disposition. Dans un premier temps, nous avons commencé les essais sur des échantillons de carotte, forés dans trois directions perpendiculaires X, Y et Z d'un bloc de deux types de grès : grès des Vosges et grès de Fontainebleau. La vitesse du son a été mesurée sur 3 à 4 sections de carotte avec des intervalles de 30° (6 directions). Elles se distribuent nettement selon une ellipse, appelée l'ellipse d'anisotropie. Ces ellipses ont été tracées par mini-ordinateur et ont permis de mettre en évidence l'état d'anisotropie et l'homogénéité des carottes. La méthode est tellement précise qu'une erreur de repérage des axes sur un échantillon (Y) de grès des Vosges a été détectée et certifiée à l'aide de direction des micas. Nous avons effectué le même essai sur les mêmes échantillons saturés sous vide. Une tendance générale à l'augmentation des vitesses, la diminution du degré d'anisotropie (le rapport de Vmax/Vmin) et le changement de position de l'axe d'anisotropie a été observée. La comparaison des résultats secs et saturés permet d'avoir une idée de la nature des vides et de leur rôle dans l'anisotropie globale. Dans l'étape suivante de l'étude, nous avons mis au point une méthode de mesure sur les cubes à faces tronquées (66 faces au maximum) de différents types de roches (2 grès, 2 marbres, 1 andésite, 1 balsate, et 1 calcaire). Les valeurs de vitesses des ondes (P) ont été mesurées et reportées sur un diagramme de Schmidt. Ensuite, nous avons tracé les isovitesses par interpolation linéaire entre les points de mesure. Trois plans de symétrie ont été observés dans la plupart des cas. Cette méthode pratique et originale de mesure sur les échantillons de cubes tronqués permet, outre une économie sur les blocs de roche, une mise en évidence nette et précise et une étude plus approfondie de l'anisotropie des roches, ainsi que de leurs éléments de symétrie éventuels.

Abstract

The main goal of this research was to develop an experimental method for analyzing the anisotropy of the velocity of longitudinal (P) waves in rocks. This anistropy may have two main causes: (i) the existence of a network of pores, cracks and microcracks distributed in an anisotropic way in the rock, and (ii) the structure itself, whose anisotropy results from the nature and arrangement of the minerais. In a first phase, we began with tests on core samples drilled in three perpendicular directions, X, Y and Z, in a block of two types of sandstone: Vosges sandstone and Fontainebleau sandstone. The velocity of (P) waves was measured in three to four core-sample sections with 30° intervals (6 directions). These velocities were clearly distributed along an ellipse, called the anisotropy ellipse. These ellipses were plotted by minicomputer, thus revealing the anisotropy state and homogeneity of the core samples. The method is so accurate that an axis rotation error in a sample (Y) of Vosges sandstone was found and verified by the direction of the micas. We performed the same test on the same vacuum-saturated samples. A general tendency toward an increase in velocities, a decrease in the degree of anisotropy (the Vmax/Vmin ratio) and a change in the position of the anisotropy axis was observed. A comparison of dry and saturated results gave a gond picture of the nature of the voids and their rote in overall anisotropy. In the next phase, we developed a measurement method using truncated-face cubes (maximum of 66 faces) of different types of rock (2 sandstones, 2 mariales, 1 andesite, 1 basait and 1 limestone). The (P) wave velocities were measured and plotted on a Schmidt diagram. Then we plotted the isovelocities by a linear interpolation among the measuring points. Three symmetry planes were found in most cases. This practical and original measurement method using truncaded-cube samples makes for a saving in rock blocks used as well as clearly and accurately revealing the anisotropy of rocks in a more in-depth manner together with their eventual symmetry elements.