Водноколлекторские свойства горных пород
Количественно пористость выражается отношением объема пустот к объему всей породы, иногда берется объем пустот к объему скелета породы. Коэффициент пористости рассчитывается при условии, что известна плотность породы как отношение массы твердых частиц к их объему. Средняя пористость горных пород составляет изверженные и метаморфизированные породы 1-4%, сцементированные песчаники 10-20%, мел – до 30%, пески разнозернистые 28-38%, суглинки и глины 35-45%, торф и ил до 80%. Возникновение пористости в горных породах связано в основном с межзерновой пористостью осадочных рыхлых и слабосцементированных горных пород. Межзерновая пористость возникает в результате неплотной упаковки зерен минерального скелета горной породы, поэтому способ упаковки зерен, размеры и форма, однородность влияют на общую пористость горных пород. Пористость может возникать при остывании магматических пород и уменьшении их размеров (интрузивы, эффузивы, порфириты – пористость около 2%), а также при гипергенных процессах. Пористость горных пород после образования осадка может претерпевать временные изменения за счет литификации либо за счет заполнения пустот цементом глинистым либо карбонатным.
Трещинные породы. К таким породам трещиноватые магматические, метаморфические и литифицированные горные породы (глинистые песчаники, известняки, доломиты и т.п.). Основные генетические типы:
1) экзогенная трещиноватость, которая формируруется в верхней части разреза в процессе выветривания и разуплотнения горных пород.
2) тектоническая трещинноватость, которая образуется в процессе осадконакопления и в зонах разломов.
Количественно трещиноватость характеризуется теми же показателями, что и пористость, обычно трещиноватость составляет 1-2% породы, но для таких пород характерно интенсивное гравитационное движение воды.
Каверновые горные породы. Каверны – крупные изометрические пустототы диаметром больше 1мм, которые образуются в минеральном скелете горной породы в результате выщелачивания легкорастворимых минералов. Процесс растворения горных пород ведет к увеличению их общей пустотности, каверны чаще всего образуются по уже имеющимся крупным трещинам и пустотам, поэтому чаще всего каверны тесно связано с другими морфометрическими видами скважности. Поэтому часто образуются такие типы горных пород по скважности как порово-трещинно-каверновые, порово-трещинные, трещинно-каверновые и т.д. Т.о. скважность горных пород определяет их основные гидрогеологические свойства, такие как проницаемость для воды, влагоемкость, водоотдача. Кроме того, скважность влияет на движение подземных вод в породах. Движение воды в горных породах намного сложнее, чем движение поверхностных вод. Оно зависит от гранулометрического состава, скважности и целого ряда других факторов и прежде всего от влажности горной породы – количества воды, по объему или массе непосредственно содержащейся в горной породе и отнесенное либо к объему, либо к массе горной породы.
Wоб = We\Wn
По такому же соотношению, как и влажность, определяется основное емкостное свойство горных пород – влагоемкость – способность горных пород вмещать в себя определенное количество воды (потенциальная возможность).
ф1
А влажность горной породы характеризует реальное содержание воды в горной породе. В зависимости от видов воды в горных породах различают несколько видов влагоемкости:
1) полная влагоемкость – максимальное содержание воды в горной породе при полном насыщении пустотного пространства.
2) капиллярная – максимальное количество воды, удерживаемое в породе капиллярными силами. Наибольшее количество воды содержится в породах с мощной капиллярной каймой.
3) существует также молекулярная влагоемкость – максимальное количество воды, удерживаемое на частицах воды молекулярными силами.
4) гигроскопическая влагоемкость – предельное количество парообразной воды, которая может быть поглощена из воздуха породой при ее относительной влажности 80-100%.
5) адсорбционная влагоемкость.
Важным геологическим параметром, зависящим от емкостных свойств породы, является водоотдача – способность водонасыщенных горных пород отдавать воду путем свободного стекания под действием силы тяжести. Различают гравитационную и упругую водоотдачу.
Гравитационная водоотдача характеризует то количество воды, которое отдает единица объема породы при стекании из нее свободной гравитационной воды в результате снижения уровня. Если рассчитать объем вытекающей воды из единичного элемента породы, то получается коэффициент гравитационной водоотдачи. Водоотдача происходит путем изменения степени заполнения пустот водой. В безнапорных пластах при нестационарном режиме происходят колебания зеркала подземных вод в зависимости от инфильтрационного питания, что приводит к периодическому осушению или насыщению пласта водой. Соответственно это снижение или повышение уровня воды. Количественно водоотдача примерно равна разности между полной и максимальной молекулярной водоемкостью.
ф2
Характерное значение гравитационной водоотдачи различных пород следующее: песок, гравий 20-30%, песок средний и мелкий 10-20%, супеси 5-10%, глины и скальные\полускальные породы – до 1%. Иначе водоотдача происходит в напорных водоносных горизонтах. Там процесс водоотдачи происходит в результате изменения порового объема водонасыщенных горных пород и плотности воды при упругих деформациях сжатия. Увеличение гидростатического напора в воде ведет к увеличению плотности воды, приводит к изменению давления породы, что вызывает деформацию порово-трещинного пространства. Водоотдача в напорных пластах называется упругой. Она происходит за счет проявления упругих свойств воды и породы в результате изменения напора.
под действием силы тяжести или градиента давления. Водопроницаемость – способность горных пород пропускать через себя гравитационную воду либо воду, движущуюся при наличии градиента напора. Эта фильтрационная способность горной породы характеризуется коэффициентом фильтрации К. Его величина зависит от свойств породы и воды, размера пустот структуры порового пространства, плотности и вязкости воды, которые связаны с минерализацией и давлением. Коэффициент фильтрации измеряется в м/сутки или см\сек.
Фильтрационное свойство породы характеризует также коэффцициент проницаемости Кп. Проницаемость горных породы изменяется в широких пределах. Выделяют:
1) весьмапроницаемые более 100м\сутки
2) хорошо проницаемые 10-100
3) проницаемые 1-10
4) слабопроницаемые 0.1 - 1
5) весьма слабопроницаемые 0.01 – 0.1
6) относительно водоупора менее 0.01
Строение подземной гидросферы
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.