某砂巖鈾礦含礦層孔隙結構的分形特征

黃 琴，莊 慶

(新疆地質礦產勘查開發局第九地質大隊，新疆 烏魯木齊 830009)

0 引 言

砂巖的孔隙結構非常復雜，目前國內外的砂巖鈾礦采用遞進技術進行開采，含礦層的滲透性是遞進地浸技術的主要主導因素，同時滲透性和孔隙結構也與之密切相關，所以展開砂巖鈾礦的孔隙結構研究是非常重要的，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，利用相關實驗數據采用分形理論的研究方式對礦層孔隙結構進行研究，并且探討滲透性的成因與聯系。

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水西溝群，對應該地區是一系列陸地含煤碎屑巖構成的，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育層和氧化，但該發育層與礦化密切相關。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構的壓汞實驗研究分析，見表1。

表1 對應含礦層孔隙結構數據

2 數據結果2.1 數據結果，見表2

表2 對應含礦層的孔隙結構分維

2.2 含礦層孔隙結構的分形特征分析

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，其對應均值為24.9 nm，其對應的分界點有關線性擬合度進行分析。Ds1在2.6166～2.8880之間變化，其對應的均值為2.7347，Ds2表現為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之間呈現變化趨勢，對應評論值為4.1478，Dv2的變化值在4.6486～4.8480之間，對應平均值為4.7833。Ds1和Ds2的整體波動范圍并不大，該數據則表明對應含礦層的孔隙結構總體上類似于分形特征和形成機理。同時，數據1明顯大于數據2則表明，大的孔隙結構的分維值明顯大于孔隙小的孔隙結構，后兩組數據之間的變化規律也表明了每個樣品的孔隙結構差異并不大，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。一般研究認為顆粒孔隙的大小要遠遠大于顆粒內部的空氣，所以大孔隙結構的分維值小于小孔隙結構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，隨著小空隙對應結構的分維值升高呈反方向發展。

2.3 對應含礦層孔隙結構特征與對應滲透性之間的關系

砂巖的孔隙滲透性能與砂巖對應的孔隙度相關之外，還受相關結構復雜程度的影響，同時包括孔隙表面或內部的粗糙程度分布以及其對應形狀也具有一定的聯系性。在三維的歐式空間中，對應砂巖孔隙的結構分維一般在2-3之間呈現變化趨勢，可惜結構的維度大小可以表明對應的復雜程度，緯度越高則表明對應壙質的孔隙結構逐漸復雜，對應數據值越低則表明孔隙結構的復雜程度也越低。Ds對應數據接近3則表明孔隙較大的結構復雜程度逐漸增加，工序表面的粗糙程度以及形狀分布的不規則性程度也會隨之增大，孔隙的連通性較差。Ds數據在接近2時，與3相比則表明小孔隙結構的復雜程度逐漸降低，并明顯小于大孔隙的復雜程度，對應表面的粗糙程度以及分布和形狀規律則逐漸降低，連通性比3更好。對應的波動規律表明孔隙的復雜程度遠遠大于小孔隙的復雜程度，而采取不同的方法進行維度分析，在多數情況下都能展現出復雜程度與滲透性的負相關聯系。孔隙結構越復雜，請對應的滲透性也就越低，孔隙結構若呈現復雜的程度越不明顯，則對應的滲透性則會隨之升高。若大孔隙的復雜程度被知曉，則可以隨之推測對應礦場的滲透性，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緯度的對應數據來進行粗略判斷。

3 結 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

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，其對應均值為24.9 nm，其對應的分界點有關線性擬合度進行分析。對應的含礦層孔隙結構總體上具類似的分形特征和形成機理。通過數據計算來分析何況層的孔隙研究結構，整體上具有類似分形特征和對應的形成機理。大孔隙的分維值明顯要大于小空隙的分維，只所以大孔隙的復雜程度在一定分維中也會大于小孔隙的復雜程度，其對應的數據呈正向趨勢，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據的升高而降低對應孔隙結構可以直接判斷礦層的滲透性，并且可以通過相應滲透性的高低來判斷一些孔隙數據的變化的正誤，另外小孔隙的分維值不能判定數據的滲透性，流體對孔徑不同的結構改造程度會存在差異，也可能是導致本砂巖鈾礦含礦層對應孔隙結構形成的重要因素。