Mesures in situ de vitesse et d’atténuation des ondes P et S dans un massif granitique

In situ measurements of velocity and attenuation of P and S waves in a granitic rock mass

Rock Physics Laboratory, Queen’s UniversityDepartment of Geological Sciences, Queen’s University. Kingston, Ontario, Canada K7L3N6, France

Résumé

Les propriétés acoustiques du massif granitique du Mayet-de-Montagne (Allier), à savoir la vitesse et l’atténuation des ondes P et S, ont été mesurées à partir de signaux engendrés par des tirs de dynamite dans différents forages du site.

Les valeurs de vitesse obtenues varient de 4,88 km/s à 5,87 km/s pour les ondes P et de 3,13 km/s à 3,27 km/s pour les ondes S. Un coefficient de Poisson de 0,27 a été obtenu. La projection équiaréale des vitesses des ondes P fait ressortir une anisotropie ayant trois plans de symétrie et donc un système orthorhombique. Dans le plan horizontal, la direction de Vmax est cohérente avec celles de la contrainte principale maximum et de la fracturation naturelle du massif. De même, la direction de Vmin est cohérente avec celle de la contrainte principale minimum. Les valeurs minimum, intermédiaire et maximum de vitesse des ondes P retenues pour cette analyse sont de 5,25 km/s, 5,55 km/s et 5,75 km/s, soit un degré d’anisotropie de 9 %. Le champ de fracturation naturelle semble avoir le rôle prépondérant dans cette anisotropie.

L'atténuation a été mesurée par deux méthodes : le rapport spectral et le temps de montée du signal. La première donne Qp = 10 à 40 (1 000/Qp = 25 à 100) et Qs = 20 à 35 (1 000/Qs = 30 à 50) où Qp et Qs sont les facteurs de qualité des ondes P et S. L'application de la deuxième méthode fournit Qp = 51 ± 4 (1 000/Qp = 20 ± 2) et Qs = 59 ± 13 (1 000/Qs = 17 ± 4).

Abstract

Acoustic properties of the granitic rock mass of « le Mayet-de-Montagne » (French Massif Central), namely P and S waves velocities and attenuations were measured through signals generated by small dynamite blasts.

P wave velocity varies from 4.88 km/s to 5.87 km/s and S wave velocity varies from 3.13 km/s to 3.27 km/s. A Poisson’s ratio fo 0.27 was obtained. Equal-area projection of P wave velocities shows an orthorhombic anisotropy system (3 symmetry planes). In the horizontal plane, the Vmax direction is coherent with the σ_H direction and the natural fractures direction. Likewise, the Vmin direction is perpendicular to these two directions. The minimum, intermediate and maximum P wave velocities in this projection are 5.25 km/s, 5.55 km/s and 5.75 km/s, so the degree of anisotropy is about 9 %. The natural fracture field seems to play the main role in this anisotropy.

Attenuation has been measured by two methods : the spectral ratio method and the rise time method. The first method gives Qp = 10 to 40 (1 000/Qp = 25 to 100) and Qs = 20 to 35 (1 000/Qs = 30 to 50) where Qp and Qs are quality factors of P and S waves. The second method yields Qp = 51 ± 4 (1 000/Qp = 20 ± 2) and Qs = 59 ± 13 (1 000/Qs = 17 ± 4).