Введение к работе
Актуальность теш. Возрастание техногенной нагрузки на природную, в том числе и геологическую среду, обусловливает необходимость выработки новых подходов к оценке устойчивости и защитных свойств геологической среды. С этой точки зрения важной-задачей является оценка изолирующих свойств глинистых пород, под которыми б первую счерздь понпмавт их фиьтрационную и диффузионную проницаемость.
Накопленный в настояаее врэыя в гидрогеологии, а также геологии нефти и газа эмпирический материал показывает, что в глинистых толпах встречаются горизонты с "аномальным" изменением свойств и структуры, которые характеризуются повышенной проницаемостью. Наличие таких горизонтов может сделать проблематичным, например, захоронение радиоактивных или токсичных отходов в смежные горизонты.
Таким образом, актуальность выполненного исследования определяется необходимостью дальнейшего развития представлений о формировании структуры порового пространства в качестве фактора, определявшего проницаемость глинистых пород и в том числе их "аномальную" проницаемость, как в природных условиях, так и пг:. влиянием техногенных воздействий.
Целью настоящей работы является.развитие представлений о формировании структуры порового пространства глинистых пород кофактора, определяющего их проницаемость. Для реализации данной цели автором поставлены следующие основные задачи;
исследовать структуру порового пространства неразрушаюг*-"-ми методами электросопротивления и вызванной поляризации;
исследовать изменения физико-механических и фильтрационных свойств глинистых пород вследствие преобразования структуры порового пространства;
оценить применимость результатов исследования в различных, практических важных случаях.
Методика исследований включала: анализ и обобшение опубликованного и фондового материалов по проблеме; проведение лаборатор-
них к натурных экспериментов по изучению /йизнешия структуры перового пространства я проницаемое гликпетик пород в процессе их обьєміьгх деформаций; выполнение когяілексшх натурных исследований на конкрзтных объектах.
Научная новизна работы.
Разработан способ оценки параметров nopcDoro пространства:
сродного эффективного рацкуса пор ( г„ ) и доли злектрохимита-
скн-актиБНых пор { л ) по данниь; электрофизических измере-
ний и расчетов.
Предложен способ и разработача номограмма для определения коэффициента фильтрации песчшш-гли-шетых пород по параметрам, их порового пространства л и п
Установлены следующие основные закономерности изменения структуры порового пространства и проницаемости глинистых пород под влиянием сбъешых деформаций:
б процессе уплотнения изменения структуры порового пространстве, и определяемых ею свойств носят экстремальный характер;
величина критической нагрузки, при которой происходит преобразование структуры, зависит от содержания и минерального состава глинистой фракции в породе, а также от состава, концентрации и температуры порового раствора;
в определенном интервале нагрузок, преЕышаааих критическую возможен аномальный рост коэффициентов фильтрации и диффузии жидкости в породе как результат преобразования структуры порового пространства породы.
Зепидаемые научные положения:
-
Прогноз кзмзнечия проницаемости глинистых пород в процессе их объемных деформаций должен базироваться на экспериментальной оценке влияния нагрузки, действуешей на пласт, на структуру порового пространства породы.
-
Доказан немонотонный характер изменения структуры порового пространства :: проницаемости глинистых пород а процессе их уплотнения. При некоторых критических нагрузках, зависших от дисперсности и минерального состава твердой фазы, а также свойств порового раствора, возможен аномальный рост коэффициентов фильтрации и диффузии ,-хидкости о порода^
-
Предложен способ оценки параметров порового пространеннр; среднего эффективного радиуса пор и доли электрохимически-активных пор по параметрам электросопротивления и поляризуемости пес-чано-глинистых пород.
-
Установлена эмпирико-аналитическая взаимосвяеь ь:вжру средним эффективным радиусом пор, долей электрохимически-актив-г кых пор и коэффициентом фильтрации пезчано-глинистых пород, что позволяет оценивать изменчивость фильтрационных свойств как в пространстве, так и во времени.
Практическая значимость работы заключается в том, что итоги выполненных исследований могут быть использованы для развития экспрессных методов оценки условий зашишенности подземных вод по геофизическим данным, а также для прогноза процессов уплотнения - разуплотнения глинистых водоупоров в результате изменения пластового давления при отборе или захоронении вод в смежных водоносных горизонтах.
Фактический материал. В основу работы положены лабораторныэ исследования, шпояненные. автором в период с 1984 по 1989 годы ь гидрогеофизической партии Комплексной гидрогеологической экеггз,-*---ции и в лаборатории охраны подземных год ВСЕГИНГЕО. Исследовал»!-...-как искусственно приготовленные, так и естественные грунты, ш го 64 образца. Кроне непосредственных данных автора э рабз'.-г-пользовались результаты определений состава и свойств єстєсте.::.-ных глинистых пород, полученные в лаборатории иняенерно-геоло".-ческих свойств пород КГГЭ ВСЕГИНГЕО, а также материалы геоф" . - ских исследований, выполненных в рамках НИР в гидрогеофизиче^::: партии КГГЭ.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались ка 4-х Конференциях молодых ученых ВСЕГИНГЕО (1985-1989 гг.) и 6-м Всесоюзной симпозиуме по реологии грунтов в Риге (1989 г.). По теме диссертации опубликовано 5 работ. Результаты работ были галогены такав в трех отчетах по хоздоговорный и госбгдг?тным темам, зашященным на НТС КГТЭ и ВСЕГИНГЕО.
Реализация работы. Результаты проведенных лабораторных и натурных исследований свойств, структуры и водопроницаемости песча-но-гяянввтых пород использовалась в практике работ КГТЭ ВСЕГИНГЕО при научении изменения гидрогеологических.условий-а-лрвделах круп-
них'промышленных объектов и крупных водозаборов в Московской и Владимирской областях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5.-глав,и заключения общим объемом 135 с, включая 33 рис., II табл. и список использованной литературы из 76 наименований.