Пористость и проницаемость горных пород

Пористость —одна из важнейших структурных характеристик горных пород, характеризует величину объема пор в единице объема породы.

Пористость характеризуется двумя показателями:

— общая пористость

n = V _пор / V _обр,

где V _пор —объём пор, V _обр —объём образца,

V _обр = V _пор + V _твч,

V_твч —объём, занимаемый твердыми частицами в горной породе;

— коэффициент пористости

e = V _пор / V _твч.

Величина общей пористости n и коэффициент пористости e связаны между собой соотношением

n = e / (1+e).

Коэффициент пористости e связывает между собой объемную массу

горной породы и ее плотность:

r_о = r(1 + e).

По величине поры горных пород разделяются на субкапиллярные (диаметр пустот меньше 0.2 мкм), капиллярные (диаметр пустот 0.2— мкм), сверхкапиллярные (диаметр пустот более 100 мкм). Пористость горных пород изменяется в больших пределах: (0 ¸ 90) %. Высокой пористостью обладают осадочные горные породы. В среднем же пористость горных пород равна (1,5¸30) %.

Различают пористость активную и пассивную.

Под активной пористостью понимают такую, через поры которой жидкость способна проникать в глубь тела (открытая пористость).

Пассивная пористость — это пористость породы, поры которой недоступны для проникновения жидкости (закрытая пористость).

На разрушение горной породы влияние оказывает и активная и пассивная пористость, причем в процессе механического нагружения доля активной и пассивной пористости в величине общей пористости породы постоянно изменяется. Влияние пористости на разрушение горных пород в значительной степени определяется наличием или отсутствием жидкой фазы в породе.

Под проницаемостью понимают свойство горных пород пропускать сквозь себя жидкость, газы при наличии перепада давления. Когда исследуется способность воды проходить через горную породу, то говорят о водопроницаемости.

Величина пористости горных пород в значительной степени определяет их водопроницаемость. Наиболее важными факторами, влияющими на водопро-ницаемость, является геометрия поровых каналов (размер пор и их извилистость), величина раскрытия трещин, свойства водных растворов (вязкость, поверхностное натяжение, плотность при изменении концентрации ионов), дисперсность и минеральный состав горных пород, гидрофильность или гидрофобность поверх-ностей поровых каналов и трещин.

Необходимо хорошо понимать, что увеличение пористости горных пород не всегда приводит к росту их водопроницаемости. Например, пористость глинистых горных пород доходит до нескольких десятков процентов, но это не обеспечивает роста их водопроницаемости. Причину этого мы уже знаем: образование двойного электрического слоя и связывание глинистыми минералами молекул воды в поровых каналах малого диаметра.