Interpreting Elastic Properties of Rock Core from Ultrasonic Pulse Velocity Measurements

ABSTRACT: The measurement of ultrasonic velocities in rock core is a straightforward, non-destructive test used for estimating fundamental rock properties. Ultrasonic pulse velocity (UPV) measurements emit high frequency acoustic waves through rock. The velocity of compressional and shear waves (P- and S-waves, respectively) are influenced by the unique microstructural characteristics of each rock sample. Upon calculating wave velocities and bulk density, the dynamic elastic constants such as Young's modulus, Poisson's ratio, and shear modulus can be calculated. UPV testing is best suited for homogeneous rocks since the presence of discontinuities and variability in geologic properties increase testing noise, reducing the effectiveness of the test. It is expected that the dynamic elastic properties are similar to the static properties calculated; however, they often vary substantially. This study uses laboratory data from CanmetMINING to understand the limitations and challenges with estimating dynamic properties.

RÉSUMÉ: La mesure de vitesse des ondes ultrasoniques dans les carottes de roche est une méthode simple et non destructive utilisée pour estimer les caractéristiques fondamentales des roches. Les mesures de vitesse d’impulsion ultrasonique (UPV) émettent des ondes acoustiques à haute fréquence à travers la roche. La vitesse des ondes de compression et de cisaillement (ondes P et S, respectivement) est influencée par les caractéristiques microstructurales uniques de chaque échantillon de roche. Lors du calcul des vitesses et de la masse volumique, les constantes élastiques dynamiques telles que le module de Young, le coefficient de Poisson et le module de cisaillement peuvent être calculées. Les essais UPV conviennent mieux aux roches homogènes, car la présence de discontinuités et la variabilité des propriétés géologiques augmentent le bruit des essais réduisent l’efficacité de l’essai. On s'attend à ce que les propriétés dynamiques soient similaires aux propriétés statiques calculées; cependant, ils varient souvent considérablement. Cette étude utilise des données du laboratoire de CanmetMINES pour comprendre les limites et les défis liés à la détermination des propriétés dynamiques.