某砂巖鈾礦含礦層孔隙結(jié)構(gòu)的分形特征

黃 琴，莊 慶

(新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第九地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830009)

0 引 言

砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，目前國內(nèi)外的砂巖鈾礦采用遞進技術(shù)進行開采，含礦層的滲透性是遞進地浸技術(shù)的主要主導(dǎo)因素，同時滲透性和孔隙結(jié)構(gòu)也與之密切相關(guān)，所以展開砂巖鈾礦的孔隙結(jié)構(gòu)研究是非常重要的，而目前我國此類方向的研究甚少。筆者以新疆某砂巖鈾礦的含礦層作為基本研究對象，利用相關(guān)實驗數(shù)據(jù)采用分形理論的研究方式對礦層孔隙結(jié)構(gòu)進行研究，并且探討滲透性的成因與聯(lián)系。

1 材料選擇

文章的研究對象為新疆某砂巖型鈾礦床，該地區(qū)位于新疆伊犁盆地的南偏西部分，該礦的地下礦層為中下侏羅的統(tǒng)水西溝群，對應(yīng)該地區(qū)是一系列陸地含煤碎屑巖構(gòu)成的，其中還有3個巖組以及8個沉積回旋，在每個旋回中都存在發(fā)育層和氧化，但該發(fā)育層與礦化密切相關(guān)。其中含礦層中主要為中粗粒砂巖，滲透性較低，由底板為泥巖或粉砂巖相互組成，在該礦體周圍取6個樣品用于礦體孔隙結(jié)構(gòu)的壓汞實驗研究分析，見表1。

表1 對應(yīng)含礦層孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

2 數(shù)據(jù)結(jié)果2.1 數(shù)據(jù)結(jié)果，見表2

表2 對應(yīng)含礦層的孔隙結(jié)構(gòu)分維

2.2 含礦層孔隙結(jié)構(gòu)的分形特征分析

該礦層的平均孔隙在68.8～141.6 nm之間變化。平均值為144.7 nm平均孔徑總體偏小。對應(yīng)的孔隙度變化在21.64 %～28.36 %之間，均值為31.17 %空隙的總面積在2.681～6.25m2·g-1之間波動，其對應(yīng)的平均值為4.386。中值面積的孔徑變化范圍則在19.4～31.4之間波動，其對應(yīng)均值為24.9 nm，其對應(yīng)的分界點有關(guān)線性擬合度進行分析。Ds1在2.6166～2.8880之間變化，其對應(yīng)的均值為2.7347，Ds2表現(xiàn)為2.0864～2.1864之間波動，整體的變化平均值為2.2466，Dv1在4.0844～4.1882之間呈現(xiàn)變化趨勢，對應(yīng)評論值為4.1478，Dv2的變化值在4.6486～4.8480之間，對應(yīng)平均值為4.7833。Ds1和Ds2的整體波動范圍并不大，該數(shù)據(jù)則表明對應(yīng)含礦層的孔隙結(jié)構(gòu)總體上類似于分形特征和形成機理。同時，數(shù)據(jù)1明顯大于數(shù)據(jù)2則表明，大的孔隙結(jié)構(gòu)的分維值明顯大于孔隙小的孔隙結(jié)構(gòu)，后兩組數(shù)據(jù)之間的變化規(guī)律也表明了每個樣品的孔隙結(jié)構(gòu)差異并不大，僅在同類樣品的空隙之間存在一定的差異，同時對應(yīng)的顆粒孔隙以及分為止顯著大于大顆粒部位的分維值。一般研究認(rèn)為顆粒孔隙的大小要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒內(nèi)部的空氣，所以大孔隙結(jié)構(gòu)的分維值小于小孔隙結(jié)構(gòu)分為直的理論一般被更多的人所支持，含礦的孔隙度隨著孔隙分為度的增加而增加，隨著小空隙對應(yīng)結(jié)構(gòu)的分維值升高呈反方向發(fā)展。

2.3 對應(yīng)含礦層孔隙結(jié)構(gòu)特征與對應(yīng)滲透性之間的關(guān)系

砂巖的孔隙滲透性能與砂巖對應(yīng)的孔隙度相關(guān)之外，還受相關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的影響，同時包括孔隙表面或內(nèi)部的粗糙程度分布以及其對應(yīng)形狀也具有一定的聯(lián)系性。在三維的歐式空間中，對應(yīng)砂巖孔隙的結(jié)構(gòu)分維一般在2-3之間呈現(xiàn)變化趨勢，可惜結(jié)構(gòu)的維度大小可以表明對應(yīng)的復(fù)雜程度，緯度越高則表明對應(yīng)壙質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，對應(yīng)數(shù)據(jù)值越低則表明孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也越低。Ds對應(yīng)數(shù)據(jù)接近3則表明孔隙較大的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度逐漸增加，工序表面的粗糙程度以及形狀分布的不規(guī)則性程度也會隨之增大，孔隙的連通性較差。Ds數(shù)據(jù)在接近2時，與3相比則表明小孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度逐漸降低，并明顯小于大孔隙的復(fù)雜程度，對應(yīng)表面的粗糙程度以及分布和形狀規(guī)律則逐漸降低，連通性比3更好。對應(yīng)的波動規(guī)律表明孔隙的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小孔隙的復(fù)雜程度，而采取不同的方法進行維度分析，在多數(shù)情況下都能展現(xiàn)出復(fù)雜程度與滲透性的負(fù)相關(guān)聯(lián)系。孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，請對應(yīng)的滲透性也就越低，孔隙結(jié)構(gòu)若呈現(xiàn)復(fù)雜的程度越不明顯，則對應(yīng)的滲透性則會隨之升高。若大孔隙的復(fù)雜程度被知曉，則可以隨之推測對應(yīng)礦場的滲透性，一般與實際情況與實際吻合，所以大空間維度的滲透性可以根據(jù)緯度的對應(yīng)數(shù)據(jù)來進行粗略判斷。

3 結(jié) 論

該礦層的平均孔隙在68.8～141.6 nm之間變化。平均值為144.7 nm平均孔徑總體偏小。對應(yīng)

的孔隙度變化為21.64 %～28.36 %，均值為31.17 %空隙的總面積在2.681～6.25m2·g-1之間波動，其對應(yīng)的平均值為4.386。中值面積的孔徑變化范圍則在19.4～31.4之間波動，其對應(yīng)均值為24.9 nm，其對應(yīng)的分界點有關(guān)線性擬合度進行分析。對應(yīng)的含礦層孔隙結(jié)構(gòu)總體上具類似的分形特征和形成機理。通過數(shù)據(jù)計算來分析何況層的孔隙研究結(jié)構(gòu)，整體上具有類似分形特征和對應(yīng)的形成機理。大孔隙的分維值明顯要大于小空隙的分維，只所以大孔隙的復(fù)雜程度在一定分維中也會大于小孔隙的復(fù)雜程度，其對應(yīng)的數(shù)據(jù)呈正向趨勢，反之，若含礦層的孔隙度隨著大孔隙的分維值逐漸升高而升高，則小孔隙的分維就會隨著數(shù)據(jù)的升高而降低對應(yīng)孔隙結(jié)構(gòu)可以直接判斷礦層的滲透性，并且可以通過相應(yīng)滲透性的高低來判斷一些孔隙數(shù)據(jù)的變化的正誤，另外小孔隙的分維值不能判定數(shù)據(jù)的滲透性，流體對孔徑不同的結(jié)構(gòu)改造程度會存在差異，也可能是導(dǎo)致本砂巖鈾礦含礦層對應(yīng)孔隙結(jié)構(gòu)形成的重要因素。