Гидрогеология

 

Коллекторские свойства горных пород

 

Пористость в горных породах обусловлена мелкими промежут­ками, существующими между отдельными минералами и частицами горной породы. Она свойственна всем горным породам — магматическим, метаморфическим и осадочным, но происхождение пор в них различно. По размеру поры обычно подразделяются на макропоры (больше 1 мм) и микропоры (меньше 1 мм). Макропоры образуют пустоты, называемые иногда скважностью. Микропоры диаметром менее 0,1 мм выделяют в отдельную группу и называют ультракапиллярными порами.

Величину пористости определяют отношением объема пустот к объему всей породы в сухом состоянии и выражают в долях единицы или в %. Объем всех пустот в породе независимо от их размера характеризуется общей пористостью:

Общая пористость породы выражается также в виде коэффици­ента пористости или приведенной пористости, представляющей собой отношение объема пор в породе к объему, занимаемому только скелетом породы.

Открытая пористость характеризуется отношением объёма сообщающихся между собой открытых пор ко всему объёму породы.

Кроме общей и открытой пористости, различают также эффективную пори­стость (динамическую), по которой возможно передвижение жидкости или газа.

Если все поры запол­нены водой, порода называется насыщенной.

Виды воды в горных породах

В настоящее время схема подразделения видов воды в горных поро­дах может быть представлена в более современном виде:

I. Вода, входящая в состав кристаллической решетки минералов или химически связанная вода:

1) конституционная;

2) кристалли­зационная;

3) цеолитная;

II. Физически связанная вода горными породами:

1) прочно связанная или адсорбированная;

2) рыхло- или слабо связанная;

III. Свободная вода:

1) капиллярная;

2) гравитационная;

IV. Вода в твердом состоянии — лед;

V. Вода в состоянии пара.

 

I. Вода, входящая в состав кристаллической решетки минералов, образует химически единое целое с другими элементами решетки и по степени связи с ними делится на конституционную, кристалли­зационную и цеолитную.

Конституционная вода входит в состав решетки минералов в виде отдельных ионов, ее удаление возможно только путем нагре­вания при высоких температурах и перестройке решетки.

Кристаллизационная вода входит в кристаллическую решетку минералов в виде молекул Н2О.

Цеолитная вода связана с минералами весьма непрочно, она выдeляeтcя при низких температурах, и количество ее зависит от температуры и влажности воздуха. При нагревании она удаляется постепенно, минералы при этом сохраняют свою кристаллическую структуру, меняя лишь оптические свойства.

II. Физически связанная вода обладает резко отличными свой­ствами от свободной воды, на чем и основано ее выделение.

Связанная вода содержится в горных породах в виде гидратных оболочек, облекающих мельчайшие минеральные частицы, слагаю­щие породы, и подразделяется на прочносвязанную (или адсорбиро­ванную) и рыхло- или слабосвязанную.

Прочносвязанная вода присуща главным образом глинистым породам, состоящим из частиц коллоидных размеров. На их поверхности эта вода удерживается молекулярными и электрическими силами сцепления и может перемещаться только при переходе в парообразное состояние.

Рыхлосвязанная (осмотически впитанная, или пленочная) вода образует пленку поверх прочносвязанной воды, когда влажность породы становится выше ее максимальной гигроскопичности. Поэтому прочность связи этой катего­рии воды с породой значительно меньше, чем у гигроскопической.

Рыхлосвязанная и прочносвязанная вода объединяются иногда под единым названием молекулярная вода. Максимальное количе­ство последней, удерживаемое породой в конкретных условиях, А.Ф. Лебедев назвал максимальной молекулярной влагоемкостью породы. Этот показатель характеризует количество физически свя­занной воды в породе, находящейся под действием сил молекуляр­ного притяжения.

 

III. Свободная вода в отличие от других видов обладает свой­ствами жидкой воды и способна передвигаться под действием силы тяжести, ее количество в горной породе зависит от размера пор и трещин.

Отличительная особенность гравитационной воды — ее передвижение под влиянием силы тяжести и напорного градиента. Свободная вода передает гидростатическое давление. Различают инфильтрующуюся воду зоны аэрации, которая просачи­вается сверху вниз, и фильтрующуюся воду зоны полного насыще­ния — она движется в виде потока по водоносному горизонту.

 

IV. Вода в твердом состоянии образуется при отрицательных температурах и содержится в породах в виде кристаллов льда, ледяных прослоек или жил. В зоне многолетней мерзлоты, где лед особенно широко распространен, его кристаллы играют часто роль цемента, скрепляющего отдельные минеральные частицы, превращая рыхлую породу в монолитную. Вне развития многолетнемерзлых пород вода переходит в лед только в зимнее время и при этом лишь в слое зимнего промерзания.

V. Вода в форме пара занимает поры, свободные от жидкой воды. Она образуется из других видов воды при их испарении, а при изменении температуры или давления вновь может конденсиро­ваться.