Физические свойства осадочных горных пород

Радиоактивность.

Генеральной закономерностью осадочных пород является значительно более низкая радиоактивность кремнистых и карбонатных разностей пород (мергели, доломиты, кремнистые сланцы) по сравнению с терригенными (песчано-глинистыми) разностями (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Содержание радиоактивных элементов в осадочных отложениях континентальной части земной коры

Группы пород	К, 0/0	U, 10-4%	Th, 10-4%	Th/U
Песчано-глинистые Кремнистые Карбонатные Соленосные	15-2,7 0,3-1,1 0,3-0,8 0,02-10×n	2,4-4,0 1,7-2,8 1,6-7,8 0,9-1,0	9,0-11,5 2,2-6,2 1,8-11,9 1,0	2,9-3,7 1,2-2,2 0,8-1,5 1,0-1,1

Особенно низким содержанием в этих породах отличаются К и Th. Эта закономерность проявляется как для отдельных разновидностей пород, так и в вариациях содержания радиоактивных элементов в кремнисто-глинистых или известковисто-глинистых породах в зависимости от соотношения глинистого, известковистого или кремнистого компонентов в горной породе. Наблюдаемое часто повышенное содержание урана в карбонатных породах связано с битуминозностью.

Для терригенных отложений наблюдается зависимость радиоактивности от степени дисперсности осадков, как это можно видеть на рис. 4.1.

Содержание радиоактивных элементов и общая радиоактивность растут от песчанистых разностей к песчано-глинистым образованиям и максимально для глинистых разностей пород. Это обстоятельство позволяет в случае песчано-глинистых разрезов определять степень глинистости пород по их радиоактивности. Менее радиоактивные песчанистые породы, как правило, являются проницаемыми образованиями и могут служить путями миграции урана при образовании месторождений и при их разработке способами ПСВ, а более радиоактивные глинистые породы способны выполнять роль экрана при такой миграции.

Повышенная радиоактивность глин связана с высокой удельной поверхностью и способностью сорбировать катионы, каковыми являются ионы радиоактивных элементов, а также с содержанием калия в глинистых минералах. Наиболее высокой радиоактивностью обладают слаболитифицированные разности.

Электрические параметры

Удельное электрическое сопротивление осадочных горных пород зависит, главным образом, от их пористости и водонасыщенности, а также от минерализации поровой воды. Вариации минерального состава твердой фазы осадочной горной породы практически не сказываются на ее электропроводности, поскольку породообразующие минералы осадочных горных пород относятся к минералам-диэлектрикам, и их удельные электрические сопротивления (выше 10⁸ Омм) намного выше удельного сопротивления поровой воды (ниже 10⁵ Омм).

Наибольшими сопротивлениями обладают пресные воды. При повышении минерализации поровой воды ее удельное электрическое сопротивление понижается пропорционально количеству растворенных солей (рис. 4.2). Это обстоятельство позволяет с помощью каротажа КС производить мониторинг закисления пластовых вод при подземном скважинном выщелачивании урана (рис. 4.3).

Удельное электрическое сопротивление осадочных водонасыщенных пород понижается при увеличении их пористости и водонасыщенности. Максимальной электропроводностью обладают глины (табл.4.2), являющиеся наиболее пористыми и тонкозернистыми образованиями. Высокая удельная поверхность глин и малые размеры пор определяют наличие в глинах физически связанной (адсорбированной) воды, ее повышенную минерализацию и неспособность к фильтрации.

Величина потенциала самопроизвольной поляризации (ПС), измеряемая в скважинах, зависит от свойств горной породы и от

Рис.4.3. Изменение состава пластовых вод в процессе подземного скважинного выщелачивания (по Вершкову, Берикболову, Петрову и др., 2003).

Таблица 4.2

Петрофизическая характеристика песчано-глинистых

водонасыщенных пород [25].

Характеристика пород	ρ, Ом·м	Плотность, г/см3	Естественная g - активность, мкР/час
Галечники, слабосцемен-тированные конгломераты (кф=15-20 м/сут)	100–250	2,3–2,5	1–3
Пески, песчано–галечниковые отложения слабо–глинистые	70–150	2,0–2,4	3–7
Песчаники, алевролиты водоносные	50–400	2,15 – 2,45	-
Пески, алевролиты с прослоями глин, песчаников, мергелей	15–25	-	5–15
Глины с прослоями песков	15–30	-	7–24
Глины	5–20	2,0–2,3	7–37

условий измерения. В последнем случае речь идет о разнице минерализации пластовой воды и промывочной жидкости, без которой потенциал вообще не образуется, поскольку невозможен процесс диффузии. Кроме того, величина потенциала зависит от условий заземления электрода на поверхности, почему величина ПС против однотипных пород, но измеренная в разных скважинах, в общем случае различается. Независимой от условий заземления наземного электрода характеристикой самопроизвольной поляризации является диффузионно-адсорбционная ЭДС (Еда):

, (4.1)

где С1 и С2 – минерализация пластовой (поровой) воды и промывочной жидкости.

Коэффициент диффузионно-адсорбционной ЭДС (Кда) является параметром породы и зависит от ее состава, в первую очередь от степени песчанистости и глинистости. В песчанистых породах диффузия происходит как в свободном растворе, и отрицательный потенциал в скважине связан с большей подвижностью анионов. В глинистых породах основную часть порового пространства занимает связанная вода, имеющая носителями тока (диффундирующими ионами) катионы адсорбционного электрического слоя. Для электролита NaCl и стандартных условий значения Кда изменяется:

Кда=-11.6мВ (для песчаников);

Кда=+58 мВ (для глин),

поэтому глины выделяются повышенными значениями ПС, а песчаники – пониженными. Глинистые песчаники характеризуются промежуточными значениями потенциала ПС. Если минерализация пластовой воды ниже минерализации промывочной жидкости, наблюдается обратная картина (рис.4.6).