Пористость песчаников изменяется от менее 5% до максимума около 30%. Величина порового пространства в отдельных образцах песчаника зависит от сортировки, формы и упаковки частиц и степени их цементации (рис. 8.1). Из всех этих переменных величин цементация — наиболее важный фактор. Самые распространенные цементирующие материалы — глинистые минералы, кальцит, доломит и кварц. Первоначальная цементация может быть строго локализованной или местами нарушенной более поздним выщелачиванием минералов, поэтому свойства породы сильно изменяются. Песчаники с кальцитовым цементом становятся более плотно сцементированными, если у поверхности происходит переотложение кальцита. Выводы о гидравлических характеристиках этих пород, сделанные на основании визуальных наблюдений за обнажениями, бывают обманчивыми. Кремнистый це.мент в песчанике приводит к образованию наростов на поверхности песчинок, стремящихся сомкнуться с наростами на соседних частицах. На последующих стадиях кремнистой цементации возможно образование ортокварцитов, обладающих наивысшей плотностью и низкой пористостью. Глинистые минералы присутствуют как первичные компоненты или как продукты диагенеза. Песчаники, сцементированные глиной, менее плотные, чем песчаники с другим цементом. Пористость песчаников с глинистым цементом обычно достаточно высокая, поскольку глина сама по себе обладает значительной пористостью.
Рис. 8.1. Шлифы песчаников различных типов,
Рисунки выполнены с многочисленных микрофотографий, взятых из различных литературных источников, увеличение примерно десятикратное: а — пористый песчаник с незначительным содержанием кальцитового цемента, хорошая отсортированность и крупный диаметр зерен делают этот песчаник хорошим водоносным горизонтом; б — пористый песчаник с незначительным содержанием глинистого цемента, плохая отсортированность делает его очень плохим водоносным горизонтом; в — ортокварцит с пористостью менее 1 %, эта порода практически не отдаст воду в скважины; г — граувакка с вторичной пористостью, вызванной трещиноватостью, благодаря чему эта порода способна давать умеренное количество воды.
Наиболее детальные исследования по водопроницаемости песчаников, судя по литературе, осуществлены по инициативе фирмы «Джерси продакшен рисерч компани». Специалисты фирмы изучали однородные по внешнему виду песчаники пенсильванского возраста (средний и верхний карбон) в центральной части штата Оклахома. Здесь пробурили 65 скважин на площади 8 акров. Из всех скважин отобрали керны и было изучено в общей сложности 2000 образцов. Хотя лабораторные изучения керна дали большие расхождения в величинах водопроницаемости по скважинам, отстоящим друг от друга лишь на расстоянии 10—35 футов, значения водопроницаемости, полученные опробованием водоносного горизонта, согласовывались со средней лабораторной величиной водопроницаемости. Как показали эти исследования, локальные изменения водопроницаемости песчаника зависят главным образом от размера его зерен.
Водопроницаемость песчаников на 1—3 порядка ниже водопроницаемости соответствующих рыхлых отложений. Например, водопроницаемость среднезернистого песка составляет от 1000 до 30 000 мдарси, а величины водопроницаемости соответствующих среднезернистых песчаников обычно изменяются от 1 до 500 мдарси. Уменьшение водопроницаемости песчаников по сравнению с соответствующими песками частично объясняется более плотной упаковкой зерен песчаника, но главным образом, должно быть, заполнением пор этой породы цементом. Для песчаников сходной текстуры и литологии имеется некоторая зависимость между пористостью и водопроницаемостью. Тем не менее большое число переменных величин, влияющих на водопроницаемость, делает невозможным прогнозирование водопроницаемости на основании только одной пористости.
