ння і з ростом глибини залягання порід шпаруватість (порожнистість) порід знижується головним чином за рахунок більш щільного укладання мінеральних зерен і зменшення розкриття тріщин, т. Е. Скорочення обсягу порожнистості, і в меншій мірі під впливом пружного стиснення, в'язко-пластичних та інших деформацій скелета породи. Піски, галькові, аргіліти, пісковики і карбонатні породи зазвичай розглядаються як упругодеформіруемое (або лінійно деформируемое) тіло, здатне після зняття навантаження відновлювати первинну структуру порово-трещинного простору. Глини та суглинки при невеликих змінах тиску? Рс на породу поводяться як умовно упругодеформіруемое тіло, а при значних - в них проявляються пластичні та інші деформації. Характер зміни пустотного простору під впливом ефективних тисків р з на скелет породи оцінюється експериментальної кривої залежності?=F (р с), яка називається компресійної кривої. На рис. 2.1. показані типові криві для упругодеформіруемой і умовно упругодеформіруемой середовищ. Ухил кривих характеризує величину коефіцієнта стисливості а с. Часто користуються показником питомої стиснення (розширення) скелета породи? с. Мінеральний скелет породи стискається дуже слабко, і для базальтів, кварцитів, аргілітів, пісковиків і вапняків величина? с має порядок (0,8-5) 10 - 11 Па - 1, що на порядок менше, ніж для води.
Закон Гука для лінійно деформируемой породи можна записати у вигляді
(2.5)
де враховано, що е пов'язано з п залежністю; Vп=Vn - обсяг порового простору в деформується обсязі V; Vn=V (1-n) - обсяг мінерального кістяка породи в заданому обсязі V (приймається незмінним).
. 3 Види води і взаємодії в системі «гірська порода - підземні води»
Для задач динаміки підземних вод зони активного водообміну інтерес, представляють вільна і фізично зв'язана вода. В якості критерію для оцінки кількості зв'язаної води в поровом просторі використовуються максимальна молекулярна (для пісків) і найменша польова (для суглинків і глин) вологоємності. Для пісків змінюється від перших до 12%, а для глин складає 20-25% і більше, що істотно зменшує живий перетин пір, так як зв'язану воду вважають нерухомою.
Молекулярні взаємодії. Вода в порово-тріщини просторі перебуває під впливом молекулярних взаємодій, що виникають між мінеральним скелетом і поровим розчином (диссоційованними молекулами води, іонами, колоїдними частинками, органічними комплексами і т. П.). Вплив цих взаємодій істотно знижується з віддаленням від поверхні мінерального скелета. Воно максимально в тонкодисперсних (глинистих) породах і мало - в пісках з великими порами. Взаємодія проявляється в певній орієнтуванні дипольних молекул води та інших заряджених частинок розчину близько негативно заряджених мінеральних частинок. Утворюються шари або зони з різними структурою та інтенсивністю молекулярної зв'язку (рис. 2.2). Найбільш міцні зв'язки існують у внутрішньому шарі і межпакетное просторі глинистих мінералів.
Рис. 2.2 Схема молекулярних взаємодій в поровом просторі:
а - перетин умовної пори з шарами структурованих частинок порового розчину; в - графік зміни енергії зв'язку частинок розчину з поверхнею мінерального скелета; 4 - крива потенційної енергії молекули води при її взаємодії з сусідніми частинками. 1 - негативно заряджена мінеральна частинка; 2 - молекула води; 3 - катіон; 4 - умовні межі шарів. Стрілками дано направлення потоків часток між шарами.
У наступному, адсорбционном шарі (шар Гельмгольца) найближчі до твердої поверхні частинки розчину міцно пов'язані з нею, а інші, більш віддалені, строго орієнтовані. Енергія зв'язків тут теж дуже висока. У третьому (дифузному) шарі товщиною 1-10 нм молекули і іони менш орієнтовані (менше структуровані). Енергія їх зв'язку з мінеральною часткою невелика. У четвертому шарі є зона вільної води, де молекулярні взаємодії практично дорівнюють нулю. З ростом температури і тиску товщина дифузного шару убуває, особливо різкі зміни спостерігаються при 60-80 ° С. На товщину цього шару впливає склад обмінних катіонів. Структурованість води впливає на характер її руху під дією зовнішніх сил.
Молекули будь-якої речовини здійснюють теплові трансляційні коливальні рухи близько тимчасового положення рівноваги, переходячи скачками з одного положення рівноваги в інше. Положення рівноваги відповідає мінімум енергії частинки. Основні положення теорії трансляційного руху молекул речовини були сформульовані Я. І. Френкелем в 1925 р В якості структурної теорії водних розчинів вони отримали розвиток стосовно проблемі формування хімічного складу підземних вод в роботах, а стосовно до дослідження фізичних основ фільтрації води в гірських породах -в роботі. Частинка розчину, здійсн...
