Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Плотность р„ — масса единицы объема горной породы

Рп ^п/^п> (1*1)

где тп — масса породы, кг; Уп — объем породы, м3.

В общем случае масса породы тп состоит соответственно из масс твердой тт, жидкой тж и газовой тг фаз.

Пористостью называется совокупность пространств (пор) ме­жду твердой фазой абсолютно сухой породы ]/п. т, т. е. объем, за­нятый жидкой Кп. ж и газообразной Уп. г фазами породы.

Общая пористость оценивается с помощью безразмерного коэф­фициента пористости

/С11 = (Кп. ж + 1/п. г)Л/„.т, (1.2)

а отношение суммарного объема влаги в горной породе Кп. ж к объему ее твердой фазы Уп. г характеризуется коэффициентом полной влагоемкости

^п^п. ж/^п. т — (1.3)

Преобразуя равенство (1.1) с учетом выражений (1.2) и (1.3), получаем

Рп = (I — Кп) рт + Й^пРж + (Кп — И^іОРг ** Рт + И^пРж, (I-4)

где р7, рж и рг — плотность соответственно твердой, жидкой и га­зовой фаз породы.

Плотность горной породы зависит от плотности ее фаз, коэф­фициентов порпстости и влагоемкости. Определяющим при этом является плотность твердой фазы породы* которая находится как средневзвешенная плотность составляющих ее минералов.

Все сухие горные породы по значениям их плотности рп под­разделяются на пять групп:

1) породы очень низкой плотности (от 500 до 1500 кг/м3) — высокопористые разности глинистых, песчаных, алевритовых по­род; разновидности мела, опок, пепловых туфов; торф, уголь, лед и др.;

2) породы низкой и пониженной плотности (от 1500 до 2500 кг/м3) — осадочные породы, пористые и выветрелые магма­тические и метаморфические породы;

3) породы средней плотности (от 2500 до 3500 кг/м3)—плот­ные осадочные, магматические и метаморфические породы, вкрап­ленные сульфидные и полиметаллические руды;

4) породы повышенной и высокой плотности (от 3500 до 4500 кг/м3) — сплошные невыветрелые сульфидные и полиметал­лические руды.

5) породы с очень высокой плотностью (выше 4500 кг/м3) — очень плотные руды с высоким содержанием рудных минералов.

В связи с низкой пористостью плотность основных типов маг­матических и метаморфических пород практически полностью оп­ределяется их минеральным составом, возрастая в основном при уменьшении содержания в них кремнезема БЮг, а для метамор­фических— от более молодых к более древним.

Плотность осадочных горных пород увеличивается с глубиной их залегания, возрастая за счет уменьшения их пористости. В зави­симости от минерального состава существует следующая законо­мерность возрастания плотности для важнейших групп осадочных пород: песчаники (2100—2400 кг/м3) < алевролиты (2100—

2500 кг/м3) < глины (2200—2400 кг/м3) < известняки (2400— 2600 кг/м3) < доломиты (2500—2600 кг/м3) < ангидриты (2800 кг/м3 и более).

Как показывает выражение (1.4), плотность максимально влажных высокодисперсных пород выше их плотности в абсолютно сухом состоянии. Для низкопористых пород это различие незна­чительно. Значения плотности отдельных типов горных пород пред­ставлены в табл. 1.1.

Влияние возрастающих с глубиной температуры и давления на изменение плотности горных пород незначительно, так как их воз­действия противоположны. Совместное влияние температуры — и давления на изменение объема породы определяется так называе­мым декрементом объема ДК„/1/о, где У0 — объем породы в стан­дартных условиях.

Экспериментально установлено [57, 58], что изменение плот­ности с увеличением давления до 200 МПа составляет, %: для гранитов 2—5, для габбро 2—3, для ультраосновных пород — От долей до 2. Плотность осадочных пород изменяется с глубиной также за счет уменьшения их пористости. Об этом наглядно сви­детельствуют эксперименты по определению пористости керна песчано-глинистых пород, поднятого с различных глубин. Так, пористость песчано-глинистых пород в результате нарушения

естественных термодинамических условий их залегания при подъ­еме керна на поверхность с глубин менее 1 км увеличивается от 3 до 20 % при изменении относительной глинистости образцов от 0 до 0,8; с глубин 3—4 км — 2—12 %; с глубин 6—8 км упругое уве­личение пористости не превышает 10 %. Упругое увеличение пори­стости установлено также и для кристаллических пород — не бо­лее 2—3 % при подъеме керна с глубин более 6—8 км.

Плотность мерзлых пород определяется плотностью скелета породы, пористостью и степенью заполнения пор. Основное влия­ние на изменение плотности оказывает льдистость. Для мерзлого пылеватого песка увеличение объемной льдистости от 5 до 40 % приводит к снижению плотности с 2400 до 1700 кг/м3. Плотность мерзлой супеси и суглинка при изменении льдистости от 1;Р до 70 % уменьшается почти линейно от 2000 до 1300 кг/м3.

Комментарии запрещены.