Водные свойства горных пород реферат
Обновлено: 05.07.2024
К основным водным свойствам грунтов относятся влажность, влагоемкость, водоотдача, водопроницаемость, капиллярность.
Фактическое содержание воды в грунтах называют их влагоемкостью. Влажность – это отношение массы воды к массе сухого грунта.
Влагоемкостью грунта называют его способность вмещать и удерживать определенное количество воды. Под полной влагоемкостью понимают суммарное содержание в грунте всех видов воды при полном заполнении всех пор. Наименьшая влагоемкость характеризуется количеством гигроскопической, пленочной и капиллярной влаги, остающейся в грунте после окончания свободного стекания воды.
Водоотдачей называется способность водонасыщенных грунтов отдавать воду путем свободного стекания. Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы. Водоотдача глин ничтожна.
Водопроницаемостью грунтов называют их способность пропускать через себя воду под действием силы тяжести или градиентов гидростатического давления. Водопроницаемость зависит от размера и формы частиц грунта, от размера и количества пор и трещин в грунте, его гранулометрического состава.
Капиллярностью грунта называют его способность содержать и пропускать капиллярную воду.
Водноколлекторские свойства горных пород определяютсяихпористостью и трещиноватостью. По характеру пустот породы-коллектора могут быть подразделены на следующие категории: 1) гранулярные или рыхлые зернистые пористые породы, такие, как пески, гравий, галечники; 2) трещиноватые скальные породы с трещинной пустотностью — песчаники, известняки, доломиты, магматические, метаморфические породы и др.; 3) трещиноватые и трещинно-карстовые породы, такие, как известняки, доломиты, гипсы, соли. Общая пористость пород выражается отношением объема всех пор (vp) к объему всей породы (v): n=vp/v; или в процентах: п=vp/v •100%. Пористость осадочных пород и их водопроницаемость зависят от: 1) формы и расположения составляющих частиц; 2) степени их отсортированности; 3) цементации и уплотнения; 4) выноса (выщелачивания) растворимых веществ, сопровождающегося образованием различных карстовых полостей; 5) характера и степени трещиноватости и наличия разломов. На водопроницаемости горных пород сказывается характер сложения зерен.
Горные породы, природные агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образуют самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. Горные породы представляют собой механические сочетания разных по составу минералов, в том числе и жидких. Процентное содержание минералов в горных породах определяет её минеральный состав. Форма, размеры, взаимное расположение и ориентация минеральных зёрен или частиц горной породы обусловливают её структуру и текстуру.
Содержание работы
Введение 3
1. Понятие горных пород: определение, строение, классификация 4
2. Главные водные свойства горных пород 9
2.1. Влагоемкость 9
2.2. Влагоотдача 9
2.3. Водопроницаемость 10
3. Классификация вод и ее влияние на свойства горных пород 13
Заключение 19
Список используемой литературы 20
Файлы: 1 файл
ДЗ ГЕОЛОГИЯ ИГОРЕК.docx
1. Понятие горных пород: определение, строение, классификация 4
2. Главные водные свойства горных пород 9
2.1. Влагоемкость 9
2.2. Влагоотдача 9
2.3. Водопроницаемость 10
3. Классификация вод и ее влияние на свойства горных пород 13
Список используемой литературы 20
Также в ходе написания работы выделены и охарактеризованы главные водные свойства горных пород такие как: влагоемкость, водоотдача, водопроницаемость. Представлены формулы для расчета этих свойств, которые очень важны и значимы при различных гидрогеологических расчетах.
Представлена классификации вод и ее влияние на свойства горных пород. С середины 30- х годов вплоть до нашего времени было предложено много различных классификаций воды в горных породах, но наиболее обоснованной является классификация Р.И. Злочевской (1988), согласно которой вода в горных породах может относиться к трем категориям: связанной, переходного типа, свободной.
В настоящее время сделаны первые шаги в инженерно-геологическом изучении массивов горных пород. Необходимость данного направления инженерно-геологических исследований следует из того, что в практике освоения и преобразования геологической среды имеют дело с горными породами в массиве и массивами горных пород.
Глава 1. Понятие горных пород: определение, строение, классификация.
Горные породы представляют собой естественные минеральные агрегаты, образовавшиеся в результате остывания расплавленной магмы, накопления осадков, преобразования ранее существующих пород в процессе метаморфизма и залегающие в земной коре в виде самостоятельных геологических тел.
Другими словами, можно сказать, что горные породы — это вещества, слагающее земную кору. Состоят горные породы из минералов, однородных или неоднородных, которые твердо или рыхло соединяются.
Наука, занимающаяся изучением горных пород, называется петрографией. Нередко горные породы состоят из сцементированных обломков различных пород, иногда с присутствием вулканического стекла. Горные породы формируются в результате внутриземных или поверхностных геологических процессов.
Минералы, входящие в состав горной породы и определяющие ее свойства, называются породообразующими. Каждый из породообразующих минералов составляет всегда более 5 % объема породы, а в сумме не менее 95 %; второстепенные минералы слагают в сумме до 5 % объема породы.
Если горные породы состоят из одного минерала (кварцит, известняк, каменная соль), они называются мономинеральными, если же из нескольких минералов полиминеральными (гранит, глина).
Строение породы определяется ее структурой и текстурой. Структура – это внутреннее строение породы, ее минеральных зерен, связанное со степенью ее кристалличности, абсолютным и относительным размером зерен или обломков, их формой.
Другими словами, можно сказать, что под структурой понимают особенности соединения минеральных зерен, их размеры и формы.
Одни породы состоят из крупных кристаллических зерен; другие — из мельчайших кристаллов, видимых только в микроскоп; третьи — из стекловидного вещества; четвертые — комбинированные, когда на фоне мельчайших кристаллов или стекловидного вещества встречаются отдельные крупные кристаллы.
Текстура – особенность внешнего сложения горной породы, обусловленная характером размещения минеральных зерен в пространстве, их ориентировкой и окраской.
Другими словами можно сказать, что под текстурой понимается взаимное расположение и распределение слагающих породу минералов.
Различают следующие виды текстуры:
- массивная текстура - никакого порядка в размещении минералов не наблюдается;
- слоистая текстура - порода состоит из слоев разного состава;
- сланцевая текстура - все минералы плоские и вытянутые в одном направлении;
- пористая текстура - вся горная порода пронизана порами;
- пузырчатая текстура - в горной породе есть пустоты от выделившихся газов.
Классификация горных пород.
По условиям образования (генезису) горные породы условно делятся на три класса:
1.Магматические породы – магматические горные породы, возникающие путем кристаллизации природных силикатных расплавов внутри Земли и на ее поверхности;
2. Осадочные породы – осадочные горные породы, образовавшиеся на суше в результате разрушения любых ранее существовавших пород и в результате жизнедеятельности и отмирания организмов или выпадения осадков из пересыщенных растворов;
3.Метаморфические породы – метаморфические горные породы, образовавшиеся путем коренного преобразования любых ранее существовавших пород под влиянием высоких температур и давления, а также гидротермальных растворов.
1. Магматической определяется порода, образовавшаяся в результате охлаждения и затвердевания магмы. Так как магма может остывать на глубине, внутри каменной оболочки земного шара, или на земной поверхности, то в зависимости от условий образования магматические породы разделяются на:
- Глубинные (интрузивные) породы (внедрившиеся в толщи горных пород), формирующиеся внутри ранее образованных пород в условиях высокого давления осадочного чехла, медленного и равномерного остывания магмы, нередко при деятельном участии растворенных в ней газов и паров.
- Излившиеся (эффузивные) породы образуются на поверхности земли при низких давлениях и температурах, при быстром охлаждении и дегазации расплава магмы.
- Жильные породы образуются при кристаллизации магмы в трещинах горных пород, часто в гидротермальных условиях.
- Вулканогенные породы образуются при вулканических извержениях как на континентах, так и в морских бассейнах.
- Пирокластические породы представляют собой скопление осевшего на поверхность материала, выброшенного при вулканических взрывах.
2. Осадочные горные породы они образуются в результате воздействия сложного комплекса химических, физико-химических, биохимических процессов при выпадении химических осадков из воды, в результате накопления обломочного материала и остатков животных и растительных организмов как в водных бассейнах, так и на суше. Образованию осадочных пород предшествует разрушение ранее существующих пород, т.е. это вторичные породы. По способу образования среди осадочных пород выделяют обломочные, химические и органогенные:
- Обломочные породы классифицируются по размеру частиц, форме, по типу связей и цемента между частицами и делятся на крупно- и мелкообломочные, песчаные и пылевато-глинистые.
- Химические породы образуются на дне водных бассейнов, имеющих в условиях сухого климата в результате интенсивного испарения влаги повышенную концентрацию солей.
- Органогенные породы, образованные в результате накопления вымерших организмов, подразделяются на зоогенные (из животных остатков) и фитогенные (из остатков растительности).
3. Метаморфические горные породы образуются в результате преобразования осадочных и магматических пород под действием высоких температур и давлений, под влиянием внедрения магмы в ранее сформированные породы, а также под действием поверхностно-активных веществ (ПАВ). Метаморфические породы являются вторичными. Степень метаморфизма различна, поэтому существует следующие типы метаморфизма:
- Контактовый, который развивается на границе интрузии расплава магмы с осадочными породами.
- Глубинный (региональный) метаморфизм развивается при совместном взаимодействии на больших глубинах температур, высокого давления и флюидов.
- Динамометаморфизм, который вызывается высоким давлением при горообразовательных (тектонических) процессах
Целью работы является физические и водные свойства горных пород: пористость, трещиноватость, влагоемкость, водоотдача, проницаемость.
Задачи: 1. изучит горные породы
2. изучить физические и водные свойства горных пород
Содержание
Введение……………………………………………………………….……3
Горные породы………………………………………………………….4
Классификация горных пород…………………………………..4
Свойства горных пород………………………………………….9
Физические и водные свойства горных пород………………………12
Физические свойства горных пород (пористость, трещиноватость)……………………………………………. 12
Водные свойства горных пород……………………………….16
Работа состоит из 1 файл
Курсовая работа 1.doc
По условиям образования осадочные горные породы разделяются на породы механического отложения, химических осадков и органогенного образования.
Из большого разнообразия сцементированных осадочных горных пород здесь рассмотрены только песчаники, известняки и доломиты. Валуны, гравий и песок изложены в разделе рыхлых строительных материалов.
Песчаники состоят из мелких зерен минералов (кварц), сцементированных кремнистыми, известковыми, глинистыми, железистыми, гипсовыми, битумными и другими природными веществами. В зависимости от цементирующего вещества и примесей различают кремнистые, известковые, доломитовые и глинистые песчаники.
Наибольшую прочность 600—2600 кгс/см 2 , твердость и устойчивость против выветривания имеют плотные мелкозернистые кремнистые песчаники. Эти песчаники трудно поддаются обработке, а щебень, полученный из них, плохо укатывается в щебеночном слое дорожных покрытий.
Доломит состоит из минерала доломита (карбонат Са и Mg). По свойствам доломиты приближаются к плотным известнякам и наравне с ними применяются в строительстве для получения каменных материалов.
В) Метаморфические (видоизмененные) горные породы.
Метаморфические горные породы образовались в результате последующих видоизменении изверженных и осадочных пород. Они существенно могут отличаться от первоначальных пород по текстуре и минералогическому составу, К метаморфическим горным породам, применяемым в строительстве, относятся гнейс, мрамор, кварцит и сланцы.
Гнейсы по минералогическому составу подобны гранитам, из которых они образовались, и отличаются от них сланцеватым сложением. Гнейсы, обладая большой прочностью, в направлении, перпендикулярном сланцеватости, относительно легко раскалываются по плоскостям сланцеватости. Гнейсы так же, как и граниты, применяются для приготовления шебня, брусчатки, бортовых и облицовочных плит. В отдельных случаях сланцеватость гнейса снижает качество получаемых из пего щебня и брусчатки.
Мрамор состоит из сросшихся кристаллов кальцита с примесью магнезита и других минералов. Мрамор образовался в основном из известняков. По. цвету он бывает белым, розовым, красным, коричневьм и черным. Прочность мрамора при сжатии в среднем составляет 1000 кгс/см 2 , он легко пилится на плитки и хорошо полируется.
Кварциты образовались из кремнистых песчаников, в которых зерна кварца непосредственно срослись между собой. Кварциты по цвету бывают белыми, красными, темно-вишневыми, обладают высокой плотностью, твердостью, большой прочностью при сжатии — до 4000 кгс/см 2 , но отличаются хрупкостью.
Сланцы характеризуются параллельным расположением составляющих частиц, сланцеватостью. Сланцы состоят из кварца и слюды (слюдяные сланцы), графита (графитовые сланцы), глинистых веществ (глинистые сланцы). Глинистые сланцы являются наиболее распространенными.
Свойства горных пород обусловлены их минеральным составом и строением, а также внешними условиями. Важными параметрами, определяющими свойства горных пород, являются её пористость и трещиноватость. Поры могут быть частично заполнены жидкостью, поэтому свойства горных пород зависят одновременно от свойств твёрдой, газообразной и жидкой фаз и их взаимного соотношения. Пористость и трещиноватость особенно важны при оценке горных пород как коллекторов нефти и воды, а также скорости их притекания к источнику, буровой скважине и т. д. Ею же определяются влаго- и газоёмкость горных пород и их водо- и газопроницаемость. В магматических горных породах количество газовых пустот может достигать 60-80% (пемзы и пемзовые туфы). В осадочных горных породах поры создаются в момент осадкообразования (межзерновые поры) и могут закрываться или сохраняться при цементации. Большое количество пор возникает при накоплении пористых зёрен (раковины радиолярий и диатомовых). Метаморфические горные породы обычно бедны порами и имеют только трещины, вызываемые охлаждением горных пород. С пористостью и минеральным составом тесно связана плотность горных пород, которая в породах, лишённых пористости, определяется слагающими их минералами. Рудные минералы имеют высокую плотность (до 5000 кг/м 3 у пирита и 7570 кг/м 3 у галенита); меньшая плотность характерна для минералов осадочных пород (например, каменная соль имеет плотность 2100 кг/м3). Плотность горных пород из-за пористости может сильно отличаться от плотности слагающих её минералов. Плотность горных пород легко рассчитывается по минеральному составу и пористости; возможны и очень полезны обратные расчёты.
Такие свойства горных пород, как теплоёмкость, коэффициент объёмного теплового расширения и другие определяются в первую очередь минеральным составом, прочностные же и упругие свойства горных пород, их теплопроводность и электропроводность зависят главным образом от строения пород и особенно сил связей между зёрнами. Так, наличие преимущественной ориентировки зёрен приводит к анизотропии свойств. В создании анизотропии свойств может участвовать также ориентированная трещиноватость.
Свойства горных пород, определённые вдоль и поперёк слоистости или прожилковатости, как правило, отличаются друг от друга. При этом модуль Юнга, предел прочности на растяжение, теплопроводность, электрическая проводимость, диэлектрическая и магнитная проницаемости больше вдоль слоистости, а предел прочности на сжатие - поперёк слоистости. У мелкозернистых горных пород прочностные свойства выше, а у крупнозернистых ниже. Особенно высокие значения предела прочности на сжатие имеют мелкозернистые породы с волокнистым строением (например, нефрит до 500 Мн/м 2 ). Низкий предел прочности на сжатие имеют многие осадочные породы (каменная соль, гипс и др.). Упругие свойства пород определяют их акустические (скорость распространения, коэффициент преломления, отражения и поглощения упругих волн) и электромагнитные свойства (соответственно скорости распространения, коэффициент поглощения, отражения и преломления электромагнитных волн). Горные породы, как правило, плохие проводники тепла, причём с повышением пористости их теплопроводность ухудшается. Большей теплопроводностью обладают породы, содержащие полупроводники, - графит, железные и полиметаллические руды и т.д. По электропроводности большинство горных пород относится к диэлектрикам и полупроводникам. Магнитные свойства горных пород в первую очередь определяются присутствующими в них ферромагнитными минералами (магнетит, титаномагнетит, гем атит, пирротин).
Свойства горных пород зависят также от воздействия механического. (давление), теплового (температура), электрического, магнитного, радиационного (напряжённости) и вещественного (насыщенность жидкостями, газами и т. д.) полей. При насыщении скальных пород водой увеличиваются упругие параметры, теплопроводность, теплоёмкость, электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость; при насыщении водой легко растворимых минералов (галоидные соединения), а также глинистых пород их упругие и прочностные показатели уменьшаются. Изменение свойств пород под воздействием давления вызвано уплотнением пород, смятием пор, увеличением площади контакта зёрен. С увеличением давления обычно возрастают электропроводность, теплопроводность, прочность и т. д. Повышение температуры снижает упругие и прочностные и усиливает пластические характеристики пород, уменьшает теплопроводность, увеличивает теплоёмкость, электропроводность и диэлектрическую проницаемость. Появление внутренних термонапряжений за счёт различного теплового расширения отдельных минералов приводит к возрастанию или к уменьшению упругих и прочностных свойств пород в зависимости от направления результирующих напряжений. Перестройка кристаллической
решётки минералов от нагрева (полиморфные превращения и др.) вызывает аномальные точки на графике зависимости свойств от температуры. Так, для кварцитов наблюдается минимальное значение модуля Юнга и максимальное значение коэффициента линейного расширения в точке полиморфного перехода b-кварца в a-кварц (573° C ). Воздействие тепла приводит также к спеканию, разложению, плавлению, возгонке, испарению отдельных минералов, что соответственно изменяет свойства пород. Напряжённость и частота электромагнитных полей оказывают наибольшее влияние на электромагнитные и радиоволновые свойства пород. Это обусловлено энергетическим воздействием полей на частицы пород, в результате чего происходит их электрическая и магнитная переориентировка (поляризация и намагничивание), возбуждение электронов и ионов. Так, повышение напряжённости приводит к росту электропроводности, диэлектрической и магнитной проницаемостей.
Как объект горных разработок горные породы характеризуются различными технологическими свойствами - крепостью, абразивностью, твёрдостью, буримостью, взрываемостью и т. д. Крепость оценивает сопротивляемость пород механическому разрушению, абразивность - способность пород истирать режущие кромки рабочих механизмов и т. д. С целью выбора рациональных методов и механизмов разрушения применяются различные классификации горных пород по технологическим свойствам (например, в практике горного дела широко применяется классификация горных пород по крепости, предложенная проф. М. М. Протодьяконовым-старшим).
Изучение вещественного состава, физических и физико- химических свойств горных пород, являются основным источником информации в геофизике, геологии (в том числе в инженерной) и в горном производстве.
Физические свойства горных пород - внутренние, присущие данной горной породе особенности, обусловливающие её различие или общность c другими горными породами и проявляющиеся как ответная реакция горных пород на воздействие на неё внешних физических полей или сред
Водные свойства горных пород - свойства горных пород по отношению к воде: влагоемкость, водопроницаемость, влажность, водоотдача.
- Физические свойства горных пород (пористость, трещиноватость)
Земные недра в толще осадочных пород содержат три фазы : твердую (минералы), жидкую (вода или нефть) и газообразную. То, что занимают жидкая и газообразная фазы, является пористостью. То есть пористость – это объем порового пространства, который оценивается отношением объема пор к объему горной породы. Выраженная в процентах эта величина называется коэффициентом пористости. Пористость чистого стекла – 0%, пористость гранита от 1 до 3 % , пористость песчаников 10–20 и не более 33 % , пористость хлеба 50–70%, пористость пуховой подушки до 85%, то же для пустой бутылки, считая за пору ее полезный объем. В нефтегазовой геологии обычно различают три вида пористости. Общая пористость характеризует все виды пор, в том числе и самые мелкие, поэтому общая пористость сухих глин, как правило, выше пористости песчаников.
Открытая пористость характеризует сообщающиеся поры, которые могут поглощать жидкость или газ; открытая пористость соответствует общей у пористых песков, меньше у песчаников на 10 – 30%, у глин на 50% и более, у каменной соли она отсутствует.
Эффективная пористость характеризует совокупность пор, через которые происходит миграция флюида т.е. это те поры , в которые он может не только проникать, но и быть извлеченным. Таким образом это объем пор с учетом остаточной воды. Поэтому эффективная пористость для воды, нефти и газа различна, более того она различна для их смеси в разных соотношениях. Пористость сухих образцов колеблется в широких пределах, но достаточно определенна для каждого типа пород.
Пористость, в которой каналы пор велики настолько (> 0,.2 мм) что флюиды могут относительно свободно проходить сквозь них и сравнительно легко (экономически рентабельно) извлекаться, называется эффективной. Общая пористость больше, чем открытая, а открытая больше, чем эффективная. Строение порового пространства определяется размерами, формой и пространственными взаимоотношениями пор. По размерам поры классифицируются по разным признакам (табл. 1).
Размеры и свойства пор.
| Диаметр пор | Раскрытость трещин | Свойства флюидов | |
| Мегапоры (полости), от сантиметров до кубометров | Сверхкапиллярные | ||
Пористость может быть в горной породе изначально, тогда она называется первичной , а может появиться в процессе существования горной породы – тогда она называется вторичной, например , при растворении горной породы или ее перекристаллизации. Кроме того, пористость бывает гранулярная (или межзерновая) – в терригенных породах,каверновая встречается в карбонатных породах и трещинная – в любых по генезису породах. Гранулярная пористость зависит от окатанности, сортированности, формы и способа укладки зерен, а также от типа и состава цемента. Коэффициент пористости может достигать 40%, но обычно он превышает 20. Очень большую, но неравномерную пористость имеют органогенные известняки. Равномерно пористы хорошо окатанные и слабо сцементированные терригенные породы. Характерные значения пористости для различных горных пород приведены в табл. 2.
Общая пористость осадочных горных пород, %
По структуре пористость разделяют на межгранулярную (между обломками), трещинную и кавернозную. Трещинная пористость не превышает 3–5 %, но в формировании проницаемости роль трещин весьма велика. Кавернозная пористость характерна для растворимых пород карбонатов, сульфатов и хлоридов. Размеры каверн от долей миллиметров до десятков метров – например, карстовые пещеры. Кавернозная пористость достигает десятков процентов. По происхождению выделяют поры первичные, возникшие на стадии формирования породы (седиментез, диагенез), и вторичные, образующиеся в недрах, на стадии существования породы (катагенез, эпигенез) или на поверхности, при выветривании (гипергенез).
Как известно, подземные воды при разработке месторождений полез-
ных ископаемых имеют весьма существенное значение, обусловливая необ-
ходимость проведения мероприятий по борьбе с притоками подземных вод в
горные выработки.
Содержание
Введение
1.2.Вода в горных породах
1.2.1. Водно-физические свойства горных пород и их показатели
1.2.2. Вода в горных породах
1.2.3. Участие воды в геологических процессах
1.3. Типы подземных вод
1.3.1. Гидрогеологическая стратификация подземных вод
1.3.2. Классификация подземных вод по условиям залегания
1.3.1. Гидрогеологическая стратификация подземных вод
2.Динамика подземных вод
2.1. Основы гидродинамики
2.1.1. Виды движения воды в горных породах. Основные законы дви-
жения подземных вод
2.1.2. Основные гидродинамические элементы фильтрационного потока
2.1.3. Установившееся и неустановившееся движение подземных вод в
однородных пластах
2.1.4. Понятие о водозаборах подземных вод и их классификация
2.1.5. Притоки воды к водозаборным сооружениям
3. Список литературы
Работа содержит 1 файл
Мирас.docx
1.2.Вода в горных породах
1.2.1. Водно-физические свойства горных пород и их показатели
1.2.2. Вода в горных породах
1.2.3. Участие воды в геологических процессах
1.3. Типы подземных вод
1.3.1. Гидрогеологическая стратификация подземных вод
1.3.2. Классификация подземных вод по условиям залегания
1.3.1. Гидрогеологическая стратификация подземных вод
2.Динамика подземных вод
2.1. Основы гидродинамики
2.1.1. Виды движения воды в горных породах. Основные законы дви-
жения подземных вод
2.1.2. Основные гидродинамические элементы фильтрационного потока
2.1.3. Установившееся и неустановившееся движение подземных вод в
2.1.4. Понятие о водозаборах подземных вод и их классификация
2.1.5. Притоки воды к водозаборным сооружениям
3. Список литературы
Как известно, подземные воды при разработке месторождений полез-
ных ископаемых имеют весьма существенное значение, обусловливая необ-
ходимость проведения мероприятий по борьбе с притоками подземных вод в
горные выработки. Выбор тех или иных осушительных мероприятий и их эф-
фективность всецело зависят от характера гидрогеологических условий ме-
сторождения (группы сложности) и степени гидрогеологической изученности
конкретных месторождений. В соответствии с этим горные инженеры, под
непосредственным руководством которых осуществляются все разведочные
работы, а также ведущие всю полевую производственно- техническую и гео-
логическую документацию при бурении, должны обладать минимумом зна-
ний по гидрогеологии и инженерной геологии, что является необходимым ус-
ловием для обеспечения нужного качества разведочных работ.
Гидрогеологии в курсе лекций уделено большее внимание, т.к. в основе
определения физико-механических свойств горных пород находится вода,
при взаимодействии с которой изменяются прочностные характеристики по-
род. При обводненности месторождений полезных ископаемых это проявля-
ется особенно интенсивно. Например, при разработке месторождений наблю-
дается пучение глинистых пород в подошве карьера, что связано с фильтра-
цией воды через слабопроницаемые породы. Многие горно-геологические яв-
ления, проявляющиеся в бортах открытых горных выработок и стволах под-
земных, связаны с деятельностью именно подземных вод, это карстовые яв-
ления, плывуны, суффозионные явления и др. Поэтому изучению динамики
подземных вод, определению притоков воды в горные выработки и методам
борьбы с подземными водами при освоении месторождений полезных иско-
паемых уделяется большое значение.
1.2.1. Водно-физические свойства горных пород и их показатели
Наличие воды в горных породах, различные виды ее движения зависят
от генетического типа пород, их особенностей, которые по отношению к воде
определяются водно-физическими свойствами [12].
Рассмотрим основные показатели водно-физических свойств на приме-
ре осадочных пород.
Влажность характеризуется количеством воды, заполняющим поры в
естественных условиях залегания горных пород.
Численно влажность выражают отношением веса воды, заполняющей
поры породы, к весу сухой породы в долях единицы или в процентах от веса
где g2 – вес воды, г; g1 – вес сухой породы, г.
Если влажность определяется по образцам естественной влажности, то
ее называют естественной.
Влажность по отношению к объему пор называется коэффициентом
водонасыщения (Кw). Он характеризует степень заполнения порового про-
странства породы водой и может быть рассчитан по формуле
где Wп.в. – полная влагоемкость породы.
При Wп.в.= W глинистая порода представляет собой двухфазную систе-
му: минеральный скелет + вода, при Кw
где Vп – объем пор; V – объем породы; γу – удельный вес породы, г/см3; γс –
объемный вес скелета породы, г/см3.
Отношение объема пустот в горной породе к объему скелета породы Vc
называется приведенной пористостью или приведенным коэффициентом по-
Зависимость между этими двумя коэффициентами определяется выра-
При полном насыщении породы водой коэффициент пористости может
быть вычислен через весовую влажность и удельный вес породы:
Классификация песчано-глинистых пород в зависимости от пористости
приведена в табл.1.
Пористость песчаных и глинистых пород характеризует их естествен-
ную уплотненность и склонность к деформациям. Коэффициент пористости
используется при расчетах осадок сооружений, а также при проектировании
естественных оснований зданий и сооружений в расчетах при определении
нормативных давлений на горные породы.
Пористость песчаных и глинистых пород при разном сложении
Влагоемкость. Под влагоемкостью породы понимают ее способность
вмещать и удерживать определенное количество воды.
Породы бывают влагоемкие (глины, суглинки), средневлагоемкие (су-
песи, пески мелко- и тонкозернистые, пылеватые) и невлагоемкие (пески
средне-, крупно- и грубозернистые, гравелистые и щебнистые породы, а так-
У влагоемких пород различают влагоемкость полную, капиллярную и
молекулярную. При полной влагоемкости все поры заполнены водой. Капил-
лярной влагоемкости соответствует насыщение водой только капиллярныхпор. Под молекулярной влагоемкостью понимают способность горных пород
удерживать физически связанную воду, которая находится на поверхности
частиц горной породы в виде гидратных оболочек.
Максимальное количество физически связанной воды образует макси-
мальную молекулярную влагоемкость. При влажности породы равной мак-
симальной молекулярной влагоемкости резко изменяются физико-
механические свойства глин. Для многих разновидностей глин максимальная
молекулярная влагоемкость соответствует влажности на пределе пластично-
Водоотдача. Способность горных пород отдавать свободностекающую
воду называется водоотдачей. Такой способностью обладают только невлаго-
емкие или слабовлагоемкие породы.
Водоотдача пород примерно равна разности между полной их влагоем-
костью и максимальной молекулярной:
Для количественной характеристики водоотдачи служит также коэффи-
циент водоотдачи (μв), равный отношению объема стекающей воды к объему
породы, выраженной в долях единицы.
Характеристика водоотдачи пород имеет большое практическое значе-
ние. От водоотдачи зависят эксплуатационные запасы подземных вод, прито-
ки воды в горные выработки и возможность их осушения.
Водопроницаемость. Способность горных пород пропускать через себя
воду под действием напора называется водопроницаемостью.
Водопроницаемость пород зависит от пористости, скважности, дейст-
вующих напоров, вязкости воды, гранулометрического состава и его одно-
Движение воды, а также других жидкостей и газов через пористые гор-
ные породы, когда все поры запомнены водой, называется фильтрацией.
Различают породы водопроницаемые (галечник, гравий, песок, трещи-
новатые породы и др.), полуводопроницаемые (глинистый песок, супесь, суг-
линок, лесс и др.) и приктически водонепроницаемые (глина, тяжелый сугли-
нок, кристаллические и осадочные нетрещиноватые породы).
На водопроницаемость большое влияние оказывает степень однородно-
сти их гранулометрического состава, а также примеси глинистых частиц и
хорошо разложившейся органики. Кроме того, водопроницаемость изменяет-
ся при их уплотнении под влиянием давления вышележащих масс горных по-
род или сооружений, при растворении и выщелачивании солей, содержащих-
ся в них (карст), при увеличении гидродинамического давления (суффозия).
Некоторые глинистые породы в отношении водопроницаемости характери-
зуются ярко выраженной анизотропностью.
Мерой водопроницаемости горных пород служит коэффициент фильт-
рации, который прямо пропорционален напорному градиенту. При градиенте,
равном единице, коэффициент фильтрации равен скорости потока:
где V – скорость потока, см/сут, м/сут, и т.д.; Кф – коэффициент фильтрации,
см/сек, м/сут, и т.д.; i – напорный градиент.
Для характеристики проницаемости пород используется также коэффи-
циент проницаемости (Кп) и удельное водопоглощение (W). Эти коэффициен-
ты связаны между собой следующей зависимостью:
где Кф – коэффициент фильтрации, см/с; γв – удельный вес воды, г/см3; Кп –
коэффициент проницаемости, мД; η – вязкость жидкости, Па·с. Удельное во-
допоглощение примерно равно 0,53 Кф.
Показатели, характеризующие проницаемость горных пород, необхо-
димы для оценки притока воды к водозаборным сооружениям для питьевого
водоснабжения, для оценки притока воды в горные выработки и при решении
других практических вопросов. Коэффициент фильтрации определяется как
по эмпирическим формулам, так и в результате полевого изучения – опытных
1.2.2. Вода в горных породах
В горных породах земной коры вода существует в различных видах и
В зависимости от гранулометрического состава и его однородности,
минерального состава, пористости, наличия обменных катионов, температуры
и давления и многих других факторов. А.Ф. Лебедев специально изучал во-
просы о видах воды в горных породах и установил следующие категории: 1)
вода в форме пара; 2) гигроскопичная вода; 3) пленочная вода; 4) капилляр-
ная вода; 5) гравитационная вода; 6) вода в твердом состоянии; 7) химически
Читайте также: