低渗透含水层孔隙特征及渗透性研究2.doc

低渗透含水层孔隙特征及渗透性研究武旭仁1 范士彦2(1武汉理工大学资源与环境工程学院 武汉 430070)（2山东省煤田地质局 泰安 271000） 摘要：通过压汞试验、结合扫描电镜观察和液压伺服机渗透试验，分析研究了低渗透岩石的孔隙、渗透特征，结果表明本区岩层大部分层段岩石的初始渗透率和最大渗透率均较低，属低渗透含水层，这一结论与现场抽水试验的结论是一致的。关键词：低渗透岩石；孔隙特征；渗透特征；渗透率A Study on Porosity Characteristics and Permeability of Low-Permeable AquiferWU Xu-ren 1, FAN Shi-yan2 (1. School of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 4300700, China,2. Shandong Provincial Bureau of Coal Geology, Taian 271000, China)Abstract: Through press mercury test, scanning electron microcopy observation and hydraulic servo controller test, the porosity and permeable characteristics of low permeable rock were analyzed, the result indicates that the initial and the maximum permeability of the rocks of most layers in the area is all low, which belong to low permeable aquifer. The conclusion is identical to the site pump test results.Key words: low-permeable rock; porosity characteristics; permeable characteristics; permeability10在低渗透地区，常规水文地质勘探方法常常无法获得必需的水文地质参数，本文以山东省宁阳汶上煤田新驿义桥井田的3煤层顶底板砂岩和滕县煤田朝阳井田的侏罗系上统砂砾岩为研究对象，研究了低渗透含水层的孔隙、渗透特征，并进行了现场调查分析。水文地质勘探的首要任务就是取得含水层的水文地质参数，而低渗透含水层水文地质参数的求取一直是水文地质勘探的难题之一。低渗透性含水介质目前国内外尚无统一的定义，一般认为是介于含水介质与隔水介质之间的一种渗透性很差的介质，按 Zaslarsky和Irmay的划分标准，这类介质的导水系数为8.6410-68.6410-1m/d，渗透率为0.11000毫达西；杜耀军（音译）认为超低渗透岩层的渗透性系数小于1010-10cm/s；王慧明等人认为渗透系数低于10-6cm/s的岩层均属于低渗透岩层。随着危险废物安全处置及核废物地质处置工作，特别是高放射性废物深地质处置工作的开展，以往水文地质和地下水领域并不太受人注意的低渗透性介质渗透性能研究已成为目前人们的研究热点，1996年在北京召开的第三十届国际地质大会上该问题作为专题进行了讨论。这种低渗透介质的渗透系数一般小于10-8cm/s，而作为高放废物深地质处置库缓冲材料，要求其渗透系数小于10-11cm/s。发达国家为此项研究运用了现场实验和峒室监测方法，如美国，为储存核废料，曾在内华达州沙漠中的Yucca Mountain地区位于200m 深处开凿了长达7公里的峒室，直接监测不同地段岩层的渗透性，耗资达数亿美元。因此岩层的渗透性研究是国内外水文地质工作者极其重视的工作之一。在低渗透地区，常规水文地质勘探方法常常无法获得必需的水文地质参数，抽水试验进行时往往一抽就干，或者水位恢复很慢，长达数月，无法据此评价岩层的富水性。但在匈牙利、波兰和国内一些矿区煤炭开发过程中该类岩层常因其水文地质效应诱发了许多水文地质问题，严重影响了安全生产。近年来在滕县煤田的一些精查勘探抽水试验中，经常出现恢复水位慢，一抽就干或者因水位太深无法抽水的现象，既延长了工期，又无法获取水文地质参数，浪费了大量的人力和物力。本论文结合由山东煤田地质局第一勘探队和中国矿业大学环境与测绘学院共同承担的山东煤田地质局科研项目，开展了大量的现场试验和室内测试工作，运用先进的手段，获得了大量的数据，试图通过室内分析测试手段求取水文地质参数。 长期以来，水文工程地质专家一直在探索、完善岩石渗透性的研究方法。传统的方法如达西实验法仅适用于松散层渗透性测试；现场抽水试验反映了全部裸孔段的综合渗透特征，无法了解不同孔段渗透性的差异性；当孔径小、水位深、水量小时现场抽水试验无法进行。在较早的文献中，多把岩石中水的渗透率(或渗透系数)定义为常数，在渗流场或应力场渗流场耦合分析中，渗透率也多被当作常数处理。然而地下深部岩体都是处在一定应力状态和应力水平之下的，不同应力状态下，其渗透率将有很大变化。1952年法国Malpasset大坝失事的主要教训，就是没有预测到建坝前后应力水平变化造成坝下断层的渗透系数增加了将近100倍，而未对坝基作排水设计。自此以后，应力对渗透率的影响问题引起了世界众多学者的关注。低渗透介质在全球各类含水介质中，在数量上占到80%以上。众所周知，介质的低渗透性决定着介质的低释水性。在低渗透介质中，当天然或人工疏干地下水时，水位下降迟缓，效果极差。在水工建筑、道路工程或露天采矿场的高边坡条件下，地下水巨大的渗透压力会破坏边破的稳定性，容易造成地质灾害。在低渗透介质中开采矿产资源时，矿坑涌水量虽小，但矿石含水量大，常与泥砂混杂而大大降低了矿石的品位，恶化了开采条件。随着地下水资源、石油资源的大量开发以及水利水电、矿山、土建等工程建设和废弃物处置、环境变化等研究的发展，对低渗透岩石的认识，不再作为不透水体或隔水体这样一个简单的问题，它在渗透介质中所起的作用越来越明显和重要，对地下水渗流分布和变化规律的控制作用尤为突出，其渗透机理非常复杂。它不仅涉及水文地质学、工程地质学、渗流力学、流体力学、岩石学、数学、力学等广泛的学科，更要有复杂的试验为基础。因此，在对中等或强渗透介质进行了较为详尽的研究基础上，近些年来，低渗透介质渗透性能的研究已成为目前人们研究的热点。1. 研究区的地质、水文地质概况区内地层自上而下有第四系(Q)、侏罗系上统蒙阴组(J3)、二迭系上统上石盒子组（P2）、二迭系下统下石盒子组(P1)和山西组（Pys）、石炭系上统太原组（C2-PyT）、石炭系中统本溪组(CyB)、奥陶系中统(OM)。第四系(Q)厚162.40-216.10m，平均185.32m。由粘土、钙质粘土、砂质粘土、砂及砂砾层组成，分为上、中、下三组。侏罗系上统蒙阴组(J3)钻孔揭露最大残厚931.49m。主要由灰绿色、紫红色粉砂岩、砂质泥岩、中、细粒砂岩及砾岩组成。按其岩性组合特征及测井曲线自上而下分为三段。第三段：由深灰、灰、灰绿色粉砂岩、砂质泥岩互层，夹少量细粒砂岩组成。第二段：厚77.62117.15m，平均96.13m。岩性为灰绿、紫灰色粉砂岩与中、细粒砂岩互层，底部多含2层紫灰色砾岩，砾石成份主要为石英岩、石灰岩及岩浆岩，分选差，钙泥质胶结。砂岩内斜层理、缓波状层理发育。第一段：厚60.25116.10m，平均90.96m。由紫红色粉砂岩、砂岩和砾岩组成。底部含砾岩一般1层，砾石成份主要为石英岩、岩浆岩，次为石灰岩。分选性、磨圆度较差。砂岩具交错层理、斜层理及波状层理，钙质、铁质胶结。二迭系上统上石盒子组（P2）最大残留厚度359.90m，平均171.06m。主要由灰、灰绿色中、细砂岩和黄绿、灰紫等杂色泥岩与粉砂岩组成，近底部发育有一层铝土岩(厚1.20-1.60m)，是较好的标志层。其下发育有一层中细粒砂岩，以此砂岩作为上、下石盒子组的分界。二迭系下统下石盒子组(P1)残留厚27.90m-113.30m，平均45.48m，由绿、紫灰、灰等杂色泥岩、粉砂岩组成。属中湿、干过渡条件下的内陆河湖相沉积，中下所夹细、中粒砂岩不甚稳定，常相变为粉砂岩、泥岩。与下伏山西组地层呈连续沉积，标志层不明显，野外不易划分。二迭系下统山西组（Pys）厚34.20-98.60m，平均77.52m，是本区主要含煤地层。主要由浅灰、灰白色中、细粒砂岩及灰黑色鴫砂岩、泥岩和煤层组成，砂岩含量较高。上部以泥岩、粉砂岩为主，夹薄层砂岩。中下部以砂岩为主，夹泥岩、粉砂岩薄层，砂岩含量较高，砂岩中见有粉砂岩泥岩包裹体和煤线。斜层理发育，含海绿石。底部泥质含量增多，常为细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，且细砂岩中见有粉砂岩泥岩包裹体。石炭系太原组(C2-PyT)厚157.80-178.45m，平均170.30m。由灰-灰黑色粉砂岩、泥岩、浅灰色中、细砂岩、石灰岩及煤层组成。含石灰岩12层，其中三、十下厚度大且稳定；五、七、八灰较稳定，其它石灰岩局部发育，有相变现象。含煤20层，其中16、17煤层为较稳定煤层，全区大部分可采；15上煤层为局部可采煤层。本组地层为典型的海陆交互相沉积，岩相旋回明显，粒度韵律清楚，主采煤层、标志层层位稳定，易于对比。以十二灰顶界为本组底界并与下伏地层呈整合接触。石炭系本溪组(CyB)厚度32.40-37.60m，平均厚度35.00m，主要由紫红色、灰绿色泥岩，粉砂岩和薄层石灰岩组成，偶见19煤层。含石灰岩四层(十二、十三、十四、十五灰)。底部为一层灰紫、紫红色铝铁质泥岩，与下伏中、下奥陶统为假整合接触。奥陶系中下统(OM)据邻区钻孔揭露地层总厚800m左右，本区最大揭露厚度49.46m，主要岩性为灰及棕灰色厚层状石灰岩、豹皮灰岩，夹多层白云质灰岩，白云岩及薄层泥岩，岩溶较发育，为本区主要含水层。区内含水层自上而下为第四系砂砾层、侏罗系上统砂砾岩、山西组3煤层顶底板砂岩、太原组石灰岩及中奥陶统石灰岩，其中3煤层顶底板砂岩、太原组十下灰分别为开采上组煤与下组煤的直接充水含水层，奥灰为开采下组煤的底鼓充水含水层。隔水层段有：第四系中组隔水层、侏罗系上统三段隔水层段、石盒子组隔水层组、17煤层下伏隔水层。2 岩石的孔隙特征研究2.1岩石的矿物组成区内岩石成分主要以硅铝为主，钙质、铁质为辅；主要颗粒成分为石英、长石，胶结物主要为泥质、钙质和少量铁质。主要岩类及矿物组成如表1煤系地层和侏罗系红层中均夹有泥岩，X-射线衍射仪测试的典型泥岩粘土矿物的结果见表2。表1 研究区内主要岩类及矿物组成岩类成分粘土矿物碎屑矿物胶结物质泥类占30%-60%，以高岭石、绿泥石、伊利石、蒙脱石为主，含少量水云母石英为主，少量长石，岩屑。粒径小于0.05mm方解石为主，常以粉晶出现，约占020%粉砂岩高岭石、伊利石、蒙脱石等，含云母碎片石英、长石为主，少量岩屑，棱角至次棱角泥质、钙质（方解石、白云石）、少量铁质细砂岩高岭石、伊利石、伊蒙混层矿物和绿泥石，偶见蒙皂石和水云母石英、长石，煤系地层中含黄铁矿颗粒泥质、钙质、少量铁质，偶含硫酸盐胶结物 ，如重晶石等中粗砂岩高岭石、伊利石、蒙脱石等，绿泥石多作为胶结物石英、长石、粘土岩屑、石灰岩屑，偶含砾石，分选程度和磨圆度差异较大钙质（方解石、白云石）、泥质、少量铁质或石膏，偶见钙长石和钠长石砂砾岩、砾岩高岭石、伊利石、蒙脱石等。占15%-20%石英、砂岩屑、石英岩、火山岩屑、石灰岩屑钙质（方解石、白云石）、泥质表2 典型泥岩粘土矿物相对定量分析结果序号岩性CLKII/MM1#泥岩1011274572#泥岩715334233#砂质泥岩2010323624#泥岩/802162备注： I/M: 伊利石/蒙脱石 M: 蒙脱石 I: 伊利石 K: 高岭石 CL: 绿泥石2.2 岩层孔隙类型与孔隙度特征采用的测试仪器为美国Micromeritics公司生产的9310型微孔结构分析仪(压汞仪)，通过测出所压入的汞液的体积，求出试样的孔隙度，结合扫描电镜观察可以大致确定孔隙的连通性和孔隙大小分布情况。研究成果是砂岩中发育有四种基本的孔隙类型：粒间孔、粒内孔、微孔隙及裂缝，按照岩石孔隙的成因及其与成岩的关系又可分为原生孔隙、次生孔隙和混合孔隙三类。岩层的原生孔隙是由沉积作用形成的。在砂岩碎屑颗粒组成的格架之间主要为粒间孔隙。孔隙空间大约占孔隙总体积的3540%。颗粒间为未接触-点接触。研究区岩层中的原生孔隙主要以粒间孔隙为主。研究表明：未成岩的现代砂粒其原始粒间孔隙度为2540%，但是在成岩以后，孔隙度大为减少，一般为1525%。机械压实作用与化学胶结作用往往使粒间孔隙缩小。研究区内，岩层孔隙中常见有充填的碳酸盐、硫酸盐、粘土矿物以及石英再生长，从而使粒间孔隙缩小，这时剩余的粒间孔隙还属于缩小的原生粒间孔隙。若粒间孔隙内充填了易溶类矿物，后期这些易溶矿物遭受溶解而使粒间孔隙扩大，从而形成次生粒间孔隙，这两种粒间孔隙的差别列于表3。表3 原生粒间孔隙与次生粒间孔隙对比表原生粒间孔隙次生粒间孔隙孔隙分布均 匀不 均 匀孔隙形态规 则不 规 则碎屑颗粒边缘圆滑，未经溶蚀边缘呈锯齿状，不规则不均匀填隙物无常 见次生孔隙是指原生孔隙在岩层中形成以后，经历漫长的地质历史时期后，多被改造，使其孔隙空间的大小和形态发生变化而形成的孔隙空间。次生孔隙的成因有：沉积物的溶解（颗粒和基质）、自生胶结物和自生交代物的溶解以及岩石破裂和收缩形成的裂隙等。次生孔隙主要有溶蚀孔、扩大孔、伸长孔、微裂缝等。近年来研究证明，砂岩中不稳定成分的存在是形成次生孔隙的前提条件，因此了解岩石学特征是研究岩层孔隙结构的基础之一。通过鉴定区内5个钻孔90块岩样，研究区砂岩不稳定的碎屑颗粒组分较为发育，如碎屑长石含量一般为35%，岩屑为30%，石英为25%，本区砂岩以长石石英砂岩和岩屑长石砂岩为主，少量石英长石砂岩。胶结物主要为各类粘土矿物、碳酸盐类和硅酸盐类，石英次生加大现象较常见（见图4、5）。胶结类型以孔隙式为主，孔隙-接触式和接触式次之，基底式较少。次生孔隙分布是不均匀的，不但反映在微观上，也反映在研究区横向分布上，它受到沉积、成岩、构造等因素的控制。在研究区不同地段，由于各种条件的不同，在不同成岩阶段，可以发育相应的孔隙类型，但不一定都发育，特别是次孔隙的发育，如在相应的成岩阶段，没有或很少有酸性介质的来源，那么就没有或很少有溶解作用，也就没有或仅少有少量的次生孔隙的发育。混合孔隙是指原生孔隙经次生作用改造之后的孔隙。例如原生粒间孔，经溶蚀作用而形成粒间扩大孔，微孔经构造运动改造形成裂缝孔隙等。实际上本区岩石中的孔隙以粒间孔隙为主，以混合孔隙为辅。存在于砂岩中的裂缝可以有多种成因和形态，其中最常见也是最重要的是由于构造作用形成的构造裂缝。因构造作用而形成裂隙是一种常见的地质现象。构造裂缝一般都具有组系性，延伸方向与层面间呈某一夹角。构造裂缝面较平直规则，有时可以延伸很长距离。由于成岩、干裂或重结晶等作用形成的裂缝，一般受到层理限制，不穿层，隙面弯曲，不规则。裂缝本身的大小差异很大。对于储层性能来说，重要的是那些延伸不长的节理裂缝和微裂缝。这些裂缝中一些未被充填或仅半充填的，隙壁明显分开的，肉眼或镜下有可见空隙的裂隙是地下水储存和流动的有效裂隙。它砂岩中裂隙的发育并不是均衡的，裂隙发育段在垂向上的分布，主要受岩性因素的影响，因而它在地层剖面中具有一定的层位性；裂隙发育区在平面上的分布，主要受构造条件的控制，因而它在构造平面上又具有一定的部位性。对砂岩孔隙的形成，次生作用起着重大作用。在实际中这些次生作用又往往彼此影响，互相制约，例如构造运动使砂岩地层产生众多裂隙，同时又伴随着高温高压，使岩石发生重结晶作用；发育的裂隙系统和重结晶作用产生的孔隙，给地下水的流动创造了条件，活跃的地下水一方面溶蚀岩石，另一方面地下水本身所携带的粘土颗粒等在孔隙壁上发生沉淀和重结晶等地质作用，又降低了岩层的渗透性能。砂岩中不仅有众多的原生孔隙类型，而且次生作用的影响也很大，这些次生作用在生成一些新的孔隙类型的同时，往往还可对其原有孔隙产生重大改造。正是由于成因上的多样性，造成了砂岩储集空间形态的复杂性和分布上的不均匀性。在有的地段其不均匀性是表现为比较连续的和渐变的，有的地段不均一性则表现为很大的突变性，这是由于影响其物性发育程度的因素很多，各种因素又有其局限性所致。不同岩性孔隙度变化值见表4。2.3影响岩石孔隙度演变的因素（1）石英等矿物的次生加大和次生结晶，可以缩小孔隙，降低岩石的渗透性。岩性泥岩粉砂岩细砂岩中砂岩粗砂岩砾岩样数7915561孔隙度最小0.490.661.295.063.642.46最大8.6710.4313.599.2917.12平均2.024.328.377.2310.53（2）粒间孔隙中的方解石、白云石、石膏、重晶石、板钛矿等次生矿物的充填胶结，减小了岩石的孔隙。（3）次生绿泥石等粘土矿物的生长，在颗粒表面形成蜂窝状、网膜状，甚至渡桥状，增加了颗粒的粗糙度，减少了可渗流空间，将降低岩石的渗透性。表4 不同岩性孔隙度变化值（4）粒间粘土矿物的高岭石化，是高岭石生长成规则的假六方片状或板片状，叠置在孔隙中，从而减小了孔隙空间，降低了岩石的渗透性。（5）各种次生溶蚀作用，产生了粒内溶孔，扩大了粒间孔隙。2.4孔隙的分形研究选取本区岩层中不同的岩石类型：泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩和粗砂岩的压汞实验结果分别计算。泥岩类岩石中孔隙大小的分形维数为2.1022.411,粉砂岩中孔隙的分形维数为2.2182.591，细砂岩中孔隙的分形维数为2.4112.712，中砂岩中孔隙分形维数为2.5362.771，粗砂岩中孔隙分形维数为2.5972.823。从计算结果看，研究区各类岩石中孔隙分维数的变化趋势是：粗砂岩中砂岩细砂岩粉砂岩泥岩3 低渗透岩石的渗透特征研究利用美国MTS公司产生的815.02型电液伺服机，对研究区5个钻孔的43块岩样进行了渗透性试验，其结果见表5。泥岩渗透率曲线表明随着应力的增加，试件的原生裂隙在弹性阶段逐渐被压密，然后进入弹塑性阶段逐步由少到多产生裂隙，当应力增大至屈服强度时，试件破坏，形成贯穿裂隙，在残余强度阶段应变继续增大，新生的裂隙逐渐压密。粉砂岩由于孔隙度较低，岩石较为致密，初始渗透率比较小，到弹塑性阶段，岩石产生裂隙时，渗透率明显增加，主要峰值出现在流变阶段，流变阶段后期，由于岩石进一步压密，渗透率又明显下降。细砂岩的最大渗透率一般多发生在峰前弹塑性阶段（或峰后流变阶段），而且渗透率的增加具有跳跃性，这表明脆性岩石在应变过程中其裂隙的扩展具有突变性；在弹塑性阶段至峰值阶段，随着应变的增加，岩石的渗透率先是缓慢变小，到达残余强度阶段，由于其新生裂隙开始闭合，渗透率表现为迅速降低。表5 钻孔初始渗透率、最大渗透率统计表岩性初始渗透率（10-7d）最大渗透率（10-7d）最小最大平均最小最大平均泥岩0.6216.238.889.70146.450.73粉砂岩2.044.121.4126.49633217.12细砂岩0.91298.958.062.451026.6253.22中砂岩5.73320.7974.9845.963394.7761.78粗砂岩3.67672.1232.62154.7810.0502.34砾岩2.424.68.4716.4148.052.28中砂岩在弹性阶段原生微裂隙较少，故这一阶段渗透率变化不大；在弹塑性阶段，岩石发生剪胀变形破坏，裂隙开始贯通，至峰值后阶段，随着应变的增加，且由于岩石颗粒较粗，裂隙进一步产生并没有被压密，故渗透率仍有增加的趋势；至流变阶段原有裂隙开始压密闭合，渗透率开始降低。粗砂岩因单个孔隙较大，连通性较好，因此具有较高的初始渗透率，在弹性阶段，随应力的增加，渗透率变大；到塑性阶段，由于颗粒受到压缩，孔隙变小，渗透率有所下降；到流变阶段形成稳定的渗透通道，渗透率逐渐变大。4 低渗透含水层现场试验研究 4.1现场岩芯裂隙率统计在现场，对3个钻孔抽水段岩心裂隙发育情况进行了统计，其结果见表6。总体来说，3个孔的抽水、注水段裂隙不甚发育，最大裂隙率为3.6%。表6 抽水层段岩芯裂隙率统计表孔号止深（m）岩 性岩芯累长（m）裂隙条数裂隙累宽（mm）裂隙率（%）11-2251.11细砂岩8.5127810.95260.68中砂岩4.95401422.87282.46中砂岩16.631535823.5022-1491.10细砂岩4.0820451.10494.24含砾粗砂岩2.179331.52499.69中砂岩3.1013401.29511.39细砂岩8.54453073.60537.66细砂岩12.78713362.63ZY3655.41细砂岩3.5010160.46714.21粉砂岩40.171542590.64731.18砾 岩10.5425320.30为了研究本区岩层的综合渗透特征，对8个孔9个层段进行了抽水或注水试验，侏罗系红层和煤层顶、底板砂岩的渗透性较低（见表7），与室内测试结果一致。两大地层层系中，侏罗系红层含水性更弱。表7 抽（注）水试验成果综合表孔号含水层名称埋藏深度(m)降深S(m)单位涌水量q(l/sm)渗透系数K(m/d)6.850.0770.163313.560.0570.131621.250.0440.107614-13煤顶底板砂岩478.4728.210.0017720.00301152.310.0013270.00244673.040.0011410.002192ZY-1上侏罗统砂砾岩683.6517.930.00002010.0000126335.930.00001620.0000126553.730.00001450.00001256ZY-3侏罗系上统砂砾岩731.1815.830.00001230.000021831.830.00000940.000020447.830.00007430.00007554.2 现场抽水试验为了研究本区岩层的综合渗透特征，本项研究中，共对8个孔9个层段进行了抽水或注水试验，其成果详见表8、表9。研究区侏罗系红层和煤层顶、底板砂岩的渗透性较低，与室内测试结果一致。两大地层层系中，侏罗系红层含水性更弱，ZY1和ZY3两孔抽水试验结果显示：Q=0.000194l/s0.0007778l/s; 表8 抽(注)水试验成果综合表 q=0.0000123l/s.m0.0000743l/s.m;孔号含水层降深S(m)涌水量Q(l/s)单位涌水量q(l/sm)渗透系数K(m/d)名称厚度(m)汶1403煤顶板砂岩12.8961.510.1470.002390.01983汶1353煤底板砂岩42.759.020.4330.04800.1097018.780.6860.03650.0914627.870.8350.03000.078246.850.5250.0770.163313.560.7670.0570.131621.250.9350.0440.1076汶135石灰岩(三)6.008.962.99880.33476.713916.804.22220.25135.337226.275.41420.20614.55009.703.16940.32676.307819.134.63400.24224.987929.325.66670.19334.1266汶1393煤顶底板砂岩45.0366.020.1750.002650.00585246.260.1380.002980.00629525.600.08360.003270.00632960.490.20000.0033060.00691450.470.17080.0033840.00688840.490.13750.0033960.006667汶14-13煤顶底板砂岩48.9628.210.05000.0017720.00301152.310.06940.0013270.00244673.040.08330.0011410.00219230.710.072220.0023520.00388655.750.10560.0018940.00341278.480.12780.0016280.003065K=0.00001263m/d0.0000755m/d。 3号煤顶、底板砂岩，6个钻孔抽水结果表明：Q=0.050l/s0.935l/s; q=0.001141l/s.m0.077l/s.m;K=0.002192m/d0.1633m/d。表9 抽(注)水试验成果综合表孔号含水层降深S(m)涌水量Q(l/s)单位涌水量q(l/sm)渗透系数K(m/d)名称厚度(m)ZY-1上侏罗统砂砾岩62.77+17.930.000360.0000200.000013+35.930.000580.0000160.000013+53.730.000780.00001450.000013ZY-3侏罗系上统砂砾岩23.3415.830.000190.0000120.00002231.830.000300.0000090.000020247.830.0003560.0000740.000075541.580.02900.00069729.220.02190.00074917.300.01360.000786汶22-13煤层顶底板砂岩44.5670.950.032260.0004550.00089347.770.023810.0004980.00092027.820.016130.0005800.00097964.440.2330.003220.00777744.680.1870.003550.00859422.960.1380.004460.0113723煤底板砂岩41.9551.480.4430.008610.0215236.170.3560.009840.0236319.480.2440.01250.027885 结 论(1）新驿义桥井田的3煤层顶底板砂岩和朝阳井田的侏罗系红层两大地层层系胶结较为致密，孔隙、裂隙不发育，大部分层段属于低渗透性含水层。(2)研究区内岩层以砂岩为主，夹有泥岩和砾岩层段，主要碎屑为石英、长石、胶结物以泥质、钙质为主，少量铁质胶结，偶见硫酸盐（如重晶石、石膏等）胶结物。本区砂岩中粘土矿物次生胶结现象明显，粘土矿物种类齐全，以高岭石、伊利石、水云母和伊利石/蒙脱石混层矿物为主，含少量蒙脱石。绿泥石胶结有网膜状、渡桥状和花瓣状三种方式，它们减少了孔隙空间，增加了颗粒表面的粗糙度，降低了本区岩石的渗透性。(3）岩石的孔隙度与岩性密切相关，经测试本区泥岩的平均孔隙度为2.024%，粉砂岩的平均孔隙度为4.317%，细砂岩的平均孔隙度为8.368%，中砂岩的平均孔隙度为7.23%，粗砂岩平均孔隙度为10.528%，砾岩的孔隙度为2.46%。其中中砂岩孔隙度低于细砂岩的原因在于细砂岩一般分选较好，颗粒大小较为均匀，粒间孔隙较为发育；而中砂岩分选相对较差，一些小的颗粒充填在大颗粒形成的孔隙中，降低了岩石的孔隙度。不同岩性因孔隙形态结构及其连通性的影响，在压汞曲线上表现为不同的进汞特征。（4）通过微观分析可知，成岩后生变化对本区岩层的孔隙演化有较大的影响：石英次生加大，方解石、白云石、石膏、重晶石、板钛砂等次生矿物的充填，次生绿泥石等粘土矿物的生长，岩石的高岭石化均使本区岩层的孔隙度趋于减小，但长石颗粒和钙质胶结物的溶蚀作用一定程度上对局部层段起到了孔隙度增大的作用，但后者的作用远远小于前者的作用，因此，导致本区岩层总体上孔隙度偏小。(5)液压伺服机渗透试验表明