Пористость и водопроницаемость

Невыветрелые разности метаморфических и глубинных изверженных пород имеют пористость менее 3%, а чаще всего менее 1%. Немногочисленные поры этих пород имеют малые размеры и обычно не сообщаются, вследствие чего водопроницаемость таких пород практически равна нулю.

Таблица 7.1

Водопроницаемость частично метаморфизованных осадочных пород горнорудного района Маркетт, штат Мичиган

Однако растрескивание и выветривание пород приводят к значительному увеличению их пористости и водопроницаемости. Например, лабораторные определения водопроницаемости образцов нетрещиноватых метаосадочных пород (частично метаморфизованных осадочных пород) из северной части штата Мичиган дали средние значения водопроницаемости, не превышающие 0,01 мдарси (табл. 7.1). Однако опробование водоносных горизонтов показало, что те же породы в целом в тысячу раз более водопроницаемы, чем отдельно взятые нетрещиноватые образцы. Эти же исследования показали также, что водопроницаемость пород по простиранию слоев оказалась в 2—3 раза больше средней водопроницаемости.

Трещины, не связанные с резко выраженными тектоническими нарушениями, увеличивают общую водопроницаемость пород лишь незначительно. Опыт по нагнетанию цемента в основания плотин и изучение обнажений в туннелях и выемках дорог указывают на то, что общий объем открытых трещин составляет лишь небольшой процент от объема пород. Трещины растрескивания почти всегда закрыты и их ширина в невыветрелых породах редко превышает 2 мм.

Откачки из скважин показывают, что водопроницаемость трещиноватых невыветрелых пород на глубине нескольких сотен футов обычно находится в пределах от 0,001 до 10,0 дарси. При этом она меняется почти от нуля в плотных породах до нескольких сотен дарси в сильно трещиноватых.

Вследствие того что водоносные трещины пород ориентированы главным образом в одном направлении, водопроницаемость трещиноватых пород в целом имеет резко выраженный анизотропный характер.

Рис. 7.1. Результаты лабораторных испытаний керна сильно выветрелых метаморфических пород из района расположения ядерной лаборатории штата Джорджия. а — пористость и удельная водоотдача пород; б — статические запасы и количество воды, которое можно отобрать с помощью скважин. 1 — пористость; 2 — удельная водоотдача; 3 — статические запасы; 4 — количество воды, которое можно отобрать.

Влияние интенсивного выветривания может сказаться в толще коренных пород на глубину свыше 300 футов. Обычно же глубина выветривания равна 5—50 футам. Гидратированные минералы вывет-релых пород образуют у поверхности рыхлые агрегаты с пористостью, превышающей 35% (рис. 7.1). Пористость уменьшается с глубиной по направлению к зонам, где первичные породообразующие минералы изменились лишь частично. В зоне мощностью всего несколько футов, над толщей не затронутых выветриванием коренных пород минералы гидратированы слабо, однако достаточно, чтобы их зерна неравномерно увеличились в объеме, что обусловило возникновение пористости, равной 2—10%. Обычно наибольшие значения водопроницаемости характерны для частично выветрелых пород ниже зоны преобладания глинистых пород. Откачки из скважин показывают, что величина водопроницаемости нижней части зоны выветрелых пород примерно на порядок выше водопроницаемости пород, не затронутых выветриванием.

Многие метаморфические и некоторые изверженные породы содержат карбонаты, способные сравнительно быстро растворяться под действием циркулирующей подземной воды. Хотя при этом в таких породах, как мрамор, образуются многочисленные пустоты растворения, обусловливающие высокую локальную водопрово-димость, объем порового пространства этих пород, вероятно, не превышает 2—5% от общего объема пород. Причина этого заключается в том, что растворение приурочено исключительно к трещинам и не затрагивает всей толщи пород. Происхождение углублений в гранодиоритах и кварцитах на поверхности земли в некоторых районах связано, по-видимому, с непосредственным растворением породообразующих силикатов. Однако вопрос о роли растворения в расширении узких трещин в некарбонатных породах на глубине следует изучать и в дальнейшем.