Влияние минерального состава и строения пород на их свойства

Влияние минерального состава наиболее полно изучено для плотных малопористых пород. В этом случае скалярные параметры породы могут быть представлены как арифметическое средневзвешенное параметров минералов, ее слагающих:

где Х₀ — параметр породы при пори­стости Р = 0; X_i — параметр минерала, слагающего породу; V_i — относительное объемное содержание данного минерала.

Если порода сложена из минералов, параметры которых мало различаются между собой, то различное содержание их в породе практически не влияет на изменение ее свойств. Наоборот, если параметры одного из слагающих породу минералов существенно отличаются от параметров прочих минералов, то его содержание в породе будет заметно влиять на свойства породы в целом.

Одни и те же минералы могут иметь примерно одинаковые механические свойства, но будут резко отличаться по электрическим или тепловым. Поэтому минерал, оказывающий влияние, например, на величину электропроводности, не всегда определяет прочность породы.

Зависимость свойств пород от размеров зерен обусловлена тем, что с изменением размеров меняется площадь контактов между зернами на единицу объема породы. При этом контакты практически всегда имеют свойства, отличные от свойств внутризеренного вещества.

В породах возможна анизотропия физических характеристик, которая характеризуется коэффициентом анизотропии

где Х_парал и Х_перпен - значения параметра соответственно по напластованию и перпендикулярно напластованию.

Анизотропия, обусловленная следующими факторами:

- преимущественной ориентацией зерен одного и того же минерала (флюидальностью);

- линейным распределением зерен одного минерала по размерам (осадочной слоистостью);

- линейным распределением различных минералов в породе

- (слоистостью);

- преимущественной ориентацией или линейным распределением пор, плоскостей ослабления в породе (кливажом, рассланцованностыо). Как правило, в породах имеются различные сочетания перечисленных факторов.

Сухая пористая порода состоит из минерального скелета и газов, заполняющих поры. Газы очень плохо передают механические напряжения, тепло и электричество. Поэтому в породах энергия передается лишь через минеральный скелет. В то же время с увеличением пористости, особенно крупной и открытой, увеличивается число каналов, по которым может передаваться вещество, например жидкости и газы. В этом случае пористость является показателем строения породы. Если свойства связаны с накоплением энергии (например, теплоемкость), то поры, заполненные газами или жидкостями, становятся показателем состава породы.

Простейшая связь между каким-либо физическим параметром и пористостью Р может быть выражена формулой

где X — параметр породы при 0 < Р <1.

С увеличением пористости параметры двух различных пород имеют более близкие значения независимо от степени различия исходных значений (т. е. с увеличением пористости снижается влияние минерального состава на свойства породы).

При значениях Р, близких к нулю, влияние пористости на свойства становится незначительным.

Поскольку параметры зависят не только от относительного объема пор в породе, но и от формы и характера их распределения, функциональная зависимость свойств пород только от их пористости не может быть установлена.