Гидрогеология горных пород

В гидрогеологическом отношении горные породы подразделяются на водопроницаемые и водонепроницаемые, на рыхлые и скальные.

К рыхлым относятся раздельнозернистые породы, сложенные частицами, между которыми отсутствуют структурные связи (гравий, песок разной крупности), и глинистые породы с агрегатной структурой, мельчайшие частицы которых образуют более крупные и сложные агрегаты, связанные между собой.

К скальным относятся изверженные, метаморфические и сцементированные осадочные породы (известняки, песчаники, глинистые сланцы и т. п.), имеющие жесткие связи между частицами.

Физические и водные свойства рыхлых и скальных пород зависят от их литологического и химико-минерального состава, пористости, трещиноватости и структуры.

Скважность и пористость

Горные породы по условиям происхождения и вследствие вторичных процессов (выветривание, растворение и выщелачивание, тектонические движения и др.) не являются абсолютно монолитными и содержат пустоты самых разных размеров и формы. В зависимости от вида и размера пустот различают скважность, обусловленную крупными порами (более 1 мм), ноздреватостью, крупной трещиноватостью и закарстованностью, и пористость, когда в горных породах имеются поры диаметров менее 1 мм и трещины шириной менее 0,25 мм.

Скважность и пористость определяют гидрогеологические свойства горных пород. В горных породах, которым присуща скважность, подземная вода передвигается только под действием силы тяжести, а в пористых породах — под действием силы тяжести, поверхностного натяжения и других факторов.

Величину пористости необходимо учитывать при решении ряда практических задач в строительстве, водоснабжении, горном деле и т. п.

В породах осадочного происхождения (гравий, песок, щебень и т. п.) величина пористости зависит от размера, формы и взаимного расположения слагающих их частиц. Пористость гипотетической породы, состоящей из частиц шаровидной формы одинакового диаметра, в зависимости от их расположения, изменяется от 25,95 до 47,64%.

Водоотдача и водопроницаемость пород, обладающих различной пористостью, зависят не только от общей пористости и размера отдельных пор, но и от их расположения в породе и взаимной связи. Если рыхлые породы сложены неоднородным плохо отсортированным материалом, то пустоты между крупными обломками заполнены более мелкими частицами, что уменьшает объем пустот, а, следовательно, и пористость.

Среди скальных пород наименьшую пористость имеют изверженные, у которых она обычно не превышает долей процента. Исключением является артикский туф Армении, пористость которого достигает 60%.

Пористость глинистых пород, несмотря на очень малую величину отдельных пор, в большинстве случаев превосходит пористость песков и нередко достигает 60% и более; поры в этих породах обычно имеют щелевидную форму. Пористость глинистых пород непостоянна и изменяется в зависимости от степени их увлажнения и величины внешнего давления.

К водным (гидрогеологическим) свойствам горных пород относят те, которые проявляются в них при взаимодействии с водой: 

• водопроницаемость;
• капиллярное поднятие;
• влагоемкость;
• водоотдачу;
• растворимость; 
• набухание;
• усадку;
• пластичность;
• консистенцию. 

Водопроницаемость — это свойство пород пропускать воду под действием силы тяжести, которое обусловливается их скважностью и пористостью. Не все породы водопроницаемы. Глинистые породы, пористость которых почти всегда выше пористости раздельнозернистых пород (пески и др.), практически не пропускают воду вследствие того, что поры в них очень мелкие и находящаяся в них физически связанная вода не подвержена действию сил гравитации.