|
К определению параметров водонасыщения и относительного сопротивления образцов малопористых горных пород Уральская государственная горно-геологическая академия Научный руководитель: Сысков Сергей Сергеевич, кандидат геолого-минералогических наук При анализе процессов эндогенного рудообразования отводится большое внимание изучению физико-механических свойств горных пород. При этом важное значение имеет исследование структуры порового пространства и динамики насыщения растворами рудовмещающих пород, чему посвящено значительное количество работ (Розанов, 1961; Санина, Залесский, 1964; Старостин, Зарайский, 1967; Звягинцев,1968; Старостин, Демин, 1970; Старостин, 1973, Редозубов,1975 и др.). Известно, что удельное электрическое сопротивление (УЭС) малопористых кристаллических пород зависит от их эффективной объемной влажности, удельного сопротивления поровой влаги и структуры пор. Для изучения этой зависимости целесообразно определять параметр пористости, или относительное сопротивление Рn водонасыщенной горной породыР n = r вп / r в , (1)где r вп - УЭС водонасыщенной породы, а r в - УЭС поровой влаги.Для пород малопористых, судя по имеющимся публикациям, этот параметр изучен недостаточно. Поэтому на кафедре прикладной геофизики Уральской государственной горно-геологической академии (УГГГА) были начаты исследования этого параметра для нескольких разновидностей изверженных и метаморфических горных пород ( Дутлов, Оюунбилэг и др., 2000 ), продолжающиеся и в настоящее время. В процессе этих исследований для небольшого количества образцов по стандартной методике оценивались объемная влажность, плотность, удельные сопротивления водонасыщенного образца и поровой влаги. Одной из задач наших исследований являлась проверка соотношения между параметром пористости Р n и объемной влажностью ( эффективной пористостью) W для двух интерпретационных моделей анизотропной малопористой породы (Сысков, 1999). В последней работе показано , что зависимость параметра пористости Рn от эффективной пористости W, с учетом извилистости поровых каналов Т, определяется соотношениемP п = r ср / r в = кЧ Т2 /W = a / W , (2)где к = 1.5 для модели с плоскими трещинами и к = 3 для модели с трубчатыми порами. Если принять Т2 = 2 (Тархов, 1948), то значение a для указанных моделей будет равно 3 и 6 , соответственно. Результаты определения указанных параметров приведены в таблице. В столбце 8 таблицы показаны значения коэффициента a для каждого из образцов. Наиболее вероятное его значение оказалось равным 5.04 ± 1.2 .На основании измерений пористости и сопротивления поровых вод для образцов малопористых эффузивов, вмещающих южноуральские колчеданные месторождения, А. А. Редозубовым (1975) было установлено, что при пористости W < 0.7 - 0.8% и УЭС поровой воды r в = 3 ОмЧ м этот коэффициент оказался
равным в среднем 5 , а при W >2 % и r в = 0.6 ОмЧ м он cоставил около 7.5 .Как видно из таблицы, полученные нами значения параметра Р n вполне удовлетворительно согласуются с теоретическим для модели с трубчатыми порами и с экспериментальными его значениями для малопористых пород по данным А.А.Редозубова.Для учета влияния поверхностной влажности стандартная методика определения эффективной пористости была дополнена нами изучением динамики испарения каждого водонасыщенного образца. Высыхающий образец взвешивался на аналитических весах в следущие моменты времени после извлечения из воды: 1 мин., 2 мин., 5 мин., 10 мин., 20 мин., 40 мин., 90 мин., 3 час., 6 час ., 1 сут., 3 сут., 6 сут., 12 сут., 16 суток. Примеры графиков испарения для двух типов пород показаны на рисунке 1.Учет поверхностной влажности с помощью графиков испарения осуществлялся двумя способами. Первый из них основывался на многостадийности и экспоненциальном характере процесса водонасыщения, установленными В.И.Старостиным и Ю.И.Дёминым (1970, 1973). Для процесса испарения, по аналогии с водонасыщением, нами было принята следующая зависимость изменения влажности образца при высыхании W(t) = W0 Ч exp(-t/t 0) + W1 Ч exp(-t/t 1), (3) где - W - объемная влажность образца в момент времени t ; W0 и W1 - асимптотические значения влажности разных этапов
водонасыщения ; t 1 , t 2 -
постоянные времени, характеризующие скорость испарения для этих этапов.
Как видно из рис. 1,а, на графике испарения отчетливо видны две стадии процесса испарения. Первая из них связана, по нашему мнению, с поверхностной влажностью ( “условно-мгновенное насыщение”, по Старостину, 1973) и составляет W 0 = 0.80% , а вторая (W1 = 1.74%) характеризует основной объем сквозных пор исследуемого образца.В процессе оценки пористости по кривым испарения для параллельных образцов одной породы, объемы которых отличались в 1.5 - 2 и более раз, оказалось, что для образцов с разными объемами относительные влажности первого этапа значительно отличаются, а графики испарения для основного объема пор совпадают. По точке расхождения графиков испарения для параллельных образцов (крестик на рис. 1.б) нетрудно оценить влияние поверхностной пористости и относительную влажность основного объема сквозных пор. Так, на рис.1,б для двух параллельных образцов гранита с объемами 11 куб. см и 26 куб. см удельный объем основных пор равен 0.65 %, а поверхностная влажность составила 1.3% и 0.75 % объема образцов, соответственно.
Для практического определения пористости образцов с W < 5% можно рекомендовать оба эти способа; однако второй из них представляется нам более объективным и вполне способным заменить описанный в справочной литературе стандартный метод испарения (Кобранова и др,, 1977) . |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (c) АСФ России, 2001 |