Виды воды в горных породах

Первую классификацию видов воды в горных породах дал замечательный ученый экспериментатор А.Ф. Лебедев в 1936 году с выделением 7 видов воды. Затем были и другие классификации, а последней была предложена Е.В. Пиннекером в 1980 году. Надо заметить, что предшествующие классификации смешивают два признака: физическое (агрегатное) состояние воды и виды воды по тесноте связи ее молекул с частицами горной породы. Исходя из принципа биниальности распределения материальных объектов в природе, рассмотренного нами в ряде работ, эти признаки разделены в двуединой классификации видов воды (рис. 16).

Свободная вода включает воду минералов (включений) или вакуольную, капиллярную и гравитационную. Вакуольная вода заполняет вакуоли (изолированные пустоты) пород и минералов и представляет собой реликты среды минералообразования, часто имеет очень высокую минерализацию, выделяется при разрушении минералов или при нагревании.

Капиллярная вода заполняет капиллярные поры и делится на капиллярно-поднятую и – подвешенную воду. Она передвигается под действием менисковых сил, а при полном заполнении пор может передавать гидростатическое давление (см. рис. 18 и 19). Капиллярная влагоемкость – полное насыщение водой всех капиллярных пор.

Классификация видов воды:

а) по физическому состоянию,

б) по степени связи с частицей горной породы

Рис. 16. Виды воды в горных породах (по В.М. Матусевичу, 2005)(с

добавлением – по В.А. Кирюхину, 2008).

Свободная гравитационная вода – это обычная капельно-жидкая вода, передвигающаяся под влиянием силы тяжести и напорного градиента. Количество ее зависит от гранулометрического состава пород, их пористости и трещиноватости. В случае повышенной пористости или трещиноватости количество гравитационной воды преобладает над другими видами.

Физически связанная вода – делится на рыхлосвязанную (пленочную внешнего слоя и осмотическую) и прочносвязанную (пленочную внутреннего слоя и гигроскопическую). Она в целом отличается от обычной воды (плотность 1,2-2,4 г/см³, температура замерзания может опускаться до -100⁰С). Характерна для глин. Энергетические связи различны, как различна и толщина молекулярных пленок воды на поверхности минералов (от 10-20 молекул до 1-3 молекул). Выделяются несколько слоев, которые по мере приближения к частице все прочнее с ней связаны. При максимальной гигроскопичности прочносвязанная вода целиком заполняет межпакетные промежутки в глинистых минералах. Содержание ее зависит от гранулометрического и минералогического состава. Удалить ее можно нагреванием от 90-120⁰С до 300⁰С. Пленочная вода менее прочно связана с частицами и образует второй слой над гигроскопической водой. Передвигается путем выравнивания толщины пленки под действием температуры. Разновидностью физическисвязанной воды является осмотическая вода, образующаяся путем проникновения молекул воды – растворителя в диффузный слой коллоидных частиц, где концентрация ионов больше, чем в растворе. Это – переходная разновидность к свободной воде. Именно с ней связано набухание коллоидов и образование вокруг них устойчивой оболочки растворителя. В целом физическисвязанная вода удаляется из породы высушиванием, центрифугированием, отсасыванием под вакуумом, отпрессовыванием под большим давлением (до 5000 кг/см²). В этом случае она переходит в свободное состояние. Отжимается из микрокапиллярных пор и называется «поровыми» (горными) растворами. В природе эти воды характерны для бассейнов седиментации (отжимаются под действием гравитационного и седиментационного уплотнения в песчаные коллекторы и формируют элизионный водообмен.