Водно-физические свойства пород

Пористостъ-пустотпостъ

Водно-физические свойства горных пород обусловлены прежде всего их структурой и текстурой. В отличие от ранее рассмотренных понятий (см. раздел 1.2), структура и текстура пород определяется (характеризуется) не только формой, размерами и пространственной ориентировкой минеральных образований их агрегатов, но и наличием трещинно-порового пространства, или пустотности.

На рис. 7.1 изображена схема связи порово-трещиного пространства и минерального каркаса с субстратом, а также соотношение различных видов пористости-пустотности.

Рис. 7.1. Структурная схема связи различных видов пористости.

Согласно П. Н. Панюкову [22], выделяют следующие типы пустотности:

• — межминеральную (характерную для кристаллических пород);
• — пузырчатую (амигдалоидных эффузивов);
• — межзерновую или межгранулярную (свойственную для раздельно зернистых пород).

Кроме того, пустотность может быть связана с тектонической и контракционной трещиноватостью или образована вследствие процессов выщелачивания, растворения и физико-механического выветривания.

Возможно также проявление двух и более указанных типов пустотности. По твердым кристаллическим породам обычно развита трещиноватость, а по карбонатным, кроме того, пустоты выщелачивания. Трещиноватость обычно меньше значений пористости; составляет менее 1%, достигая иногда до 5%.

Как видно на рис. 7.1, различают пористость общую, открытую и замкнутую.

Общая пористость исследуемого субстрата (вещества) представляет собой суммарный объем всех пустот независимо от их формы, размеров и взаимного расположения. Ее также называют полной или абсолютной пористостью. Она коррелирует с плотностью горных пород и определяется из значений удельной и объемной масс субстрата (минералов, пород, руд).

Плотность минералов и горных пород была рассмотрена соответственно в разделах 1.1 (табл. 1.2) и 5.1 («Определение исходных данных к подсчету запасов»). Значения средней плотности для различных групп и видов горных пород приведены в табл. 7.1 и 7.2.

Открытая или насыщенная пористость отвечает принципу сообщающихся сосудов — пор и пустот. С ними связаны водообильность и нефтегазоносность. Применительно к движению по ним жидкостей и газов различают так же эффективную (активную) или динамическую пористость, которая, в отличие от открытой пористости, учитывает сорбцию пород.

Эффективная пористость исключает из открытой пористости ту часть пространства в порах, которая занята физически связанной водой, а также учитывает сорбцию пород для рассматриваемого компонента раствора, замедляющую скорость его перемещения.

Замкнутая или закрытая пористость не имеет сообщающейся связи пор и пустот. Она определяется как разность между общей и открытой пористостью.

По размеру пор округлой формы пористость подразделяют на:

• — удельнокапиллярную (0,0002—1,0 мм);
• — суперкапиллярную (>1,0 мм);
• — субкапиллярную (<0,0002 мм).

При размере пор от капиллярных до размеров, превышающих объем элементарной ячейки кристаллической структуры минералов в 100 раз, выделяют микропористость.

Согласно А. М. Гальперину [2], в зависимости от величины пористости п (%) горные породы подразделяют на низкопористые (п < 5), среднепористые (п = 5-^20) и высокопористые (п > 5²⁰). Следует напомнить, что.

где V — суммарный объем пор в исследуемом образце; V — его общий объем.

Общая средняя пористость пород (в %) находится в пределах: в интрузивных породах — 1,3—3,2; эффузивных — 1 — 10; метаморфических — 1—5; кремниевых — 0,1—5,0; карбонатных и кремнисто-карбонатных — 10—35, угленосных — до 40; торфах — 60—90.

Величина трещинной пустотности для твердых пород с межминеральной пузырчатой пористостью зависит от тектонической напряженности пород и степени их выветривания, достигая иногда 10—20%.