松散岩石是由大小不等、形状各异的颗粒组合而成的,颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙,称为孔隙(图1-2中a~f)。
岩石中孔隙体积的多少是决定地下水储容能力的重要因素。孔隙体积的多少以孔隙度表示。孔隙度(n)是孔隙的体积(Vn)与包括孔隙在内的岩石体积(V)的比值,以小数或百分数表示,即
几种典型松散岩石的孔隙度参考数值列于表1-2。
表1-2 几种典型松散岩石孔隙度参考数值
图1-3 颗粒的排列形式
(a)立方体排列;(b)四面体排列(www.daowen.com)
岩石孔隙度的大小主要取决于岩石颗粒大小、岩石的密实程度及分选性。此外,岩石的颗粒形状和胶结程度也有影响。
(1)岩石的密实程度。岩石越疏松,孔隙度越大(图1-2中a);反之,孔隙度越小(图1-2中b)。岩石的密实程度主要取决于颗粒的排列方式。假设颗粒均为大小相等的圆球(不论其粒径大小),如以立方体排列(图1-3中a),可算出其孔隙度为47.64%;如作平行四面体排列(图1-3中b),孔隙度仅为25.95%。上述两种理论上最大孔隙度与最小孔隙度的平均值约为37%。实际上自然界颗粒大小较均匀的非粘性土(砂、砾石等),其孔隙度大都在30%~35%之间,基本上接近理论平均值。
应当注意,上述讨论并未涉及圆球的大小,当颗粒直径不同的等粒岩石,排列方式相同时,孔隙度完全相同。
(2)岩石的分选性。自然界不存在完全等粒的岩石。岩石大多由大小不等的颗粒组成。常用分选性来表征颗粒组分的不等粒状况。分选性越差,大小颗粒相差越悬殊,细小颗粒可以充填粗粒间较大的孔隙,因此孔隙度就越小(图1-2中c)。反之,分选性越好,颗粒越均匀,孔隙度就越大(图1-2中a~b)。
(3)岩石颗粒形状。岩石颗粒的滚圆程度称磨圆度。自然界中很少有真正呈圆形的颗粒。一般来说,磨圆度越差,棱角部分接触,常会使颗粒相互架空,故孔隙度往往越大。反之,颗粒磨圆度越好,孔隙度往往越小。
(4)岩石的胶结程度。岩石受到不同程度的胶结时,由于胶结物充填,孔隙度有所降低(图1-2中d)。
综上所述,通常情况下颗粒越小,岩石越疏松,分选性越好,磨圆度和胶结程度越差,孔隙度越大。反之,孔隙度越小。
粘土的孔隙度往往可以超过上述理论上最大孔隙度值。这是因为粘土颗粒表面常带有电荷,在沉积过程中粘粒聚合,构成颗粒集合体,可形成直径比颗粒还大的结构孔隙(图1-2中e~f)。此外,粘土中往往还发育有虫孔、根孔、干裂缝等次生空隙。显然,对于粘土,决定孔隙大小的不仅是颗粒大小及排列,结构孔隙及次生空隙的影响是不可忽视的。
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