某砂岩铀矿含矿层孔隙结构的分形特征

黄 琴，庄 庆

(新疆地质矿产勘查开发局第九地质大队，新疆 乌鲁木齐 830009)

0 引 言

砂岩的孔隙结构非常复杂，目前国内外的砂岩铀矿采用递进技术进行开采，含矿层的渗透性是递进地浸技术的主要主导因素，同时渗透性和孔隙结构也与之密切相关，所以展开砂岩铀矿的孔隙结构研究是非常重要的，而目前我国此类方向的研究甚少。笔者以新疆某砂岩铀矿的含矿层作为基本研究对象，利用相关实验数据采用分形理论的研究方式对矿层孔隙结构进行研究，并且探讨渗透性的成因与联系。

1 材料选择

文章的研究对象为新疆某砂岩型铀矿床，该地区位于新疆伊犁盆地的南偏西部分，该矿的地下矿层为中下侏罗的统水西沟群，对应该地区是一系列陆地含煤碎屑岩构成的，其中还有3个岩组以及8个沉积回旋，在每个旋回中都存在发育层和氧化，但该发育层与矿化密切相关。其中含矿层中主要为中粗粒砂岩，渗透性较低，由底板为泥岩或粉砂岩相互组成，在该矿体周围取6个样品用于矿体孔隙结构的压汞实验研究分析，见表1。

表1 对应含矿层孔隙结构数据

2 数据结果2.1 数据结果，见表2

表2 对应含矿层的孔隙结构分维

2.2 含矿层孔隙结构的分形特征分析

该矿层的平均孔隙在68.8～141.6 nm之间变化。平均值为144.7 nm平均孔径总体偏小。对应的孔隙度变化在21.64 %～28.36 %之间，均值为31.17 %空隙的总面积在2.681～6.25m2·g-1之间波动，其对应的平均值为4.386。中值面积的孔径变化范围则在19.4～31.4之间波动，其对应均值为24.9 nm，其对应的分界点有关线性拟合度进行分析。Ds1在2.6166～2.8880之间变化，其对应的均值为2.7347，Ds2表现为2.0864～2.1864之间波动，整体的变化平均值为2.2466，Dv1在4.0844～4.1882之间呈现变化趋势，对应评论值为4.1478，Dv2的变化值在4.6486～4.8480之间，对应平均值为4.7833。Ds1和Ds2的整体波动范围并不大，该数据则表明对应含矿层的孔隙结构总体上类似于分形特征和形成机理。同时，数据1明显大于数据2则表明，大的孔隙结构的分维值明显大于孔隙小的孔隙结构，后两组数据之间的变化规律也表明了每个样品的孔隙结构差异并不大，仅在同类样品的空隙之间存在一定的差异，同时对应的颗粒孔隙以及分为止显著大于大颗粒部位的分维值。一般研究认为颗粒孔隙的大小要远远大于颗粒内部的空气，所以大孔隙结构的分维值小于小孔隙结构分为直的理论一般被更多的人所支持，含矿的孔隙度随着孔隙分为度的增加而增加，随着小空隙对应结构的分维值升高呈反方向发展。

2.3 对应含矿层孔隙结构特征与对应渗透性之间的关系

砂岩的孔隙渗透性能与砂岩对应的孔隙度相关之外，还受相关结构复杂程度的影响，同时包括孔隙表面或内部的粗糙程度分布以及其对应形状也具有一定的联系性。在三维的欧式空间中，对应砂岩孔隙的结构分维一般在2-3之间呈现变化趋势，可惜结构的维度大小可以表明对应的复杂程度，纬度越高则表明对应圹质的孔隙结构逐渐复杂，对应数据值越低则表明孔隙结构的复杂程度也越低。Ds对应数据接近3则表明孔隙较大的结构复杂程度逐渐增加，工序表面的粗糙程度以及形状分布的不规则性程度也会随之增大，孔隙的连通性较差。Ds数据在接近2时，与3相比则表明小孔隙结构的复杂程度逐渐降低，并明显小于大孔隙的复杂程度，对应表面的粗糙程度以及分布和形状规律则逐渐降低，连通性比3更好。对应的波动规律表明孔隙的复杂程度远远大于小孔隙的复杂程度，而采取不同的方法进行维度分析，在多数情况下都能展现出复杂程度与渗透性的负相关联系。孔隙结构越复杂，请对应的渗透性也就越低，孔隙结构若呈现复杂的程度越不明显，则对应的渗透性则会随之升高。若大孔隙的复杂程度被知晓，则可以随之推测对应矿场的渗透性，一般与实际情况与实际吻合，所以大空间维度的渗透性可以根据纬度的对应数据来进行粗略判断。

3 结 论

该矿层的平均孔隙在68.8～141.6 nm之间变化。平均值为144.7 nm平均孔径总体偏小。对应

的孔隙度变化为21.64 %～28.36 %，均值为31.17 %空隙的总面积在2.681～6.25m2·g-1之间波动，其对应的平均值为4.386。中值面积的孔径变化范围则在19.4～31.4之间波动，其对应均值为24.9 nm，其对应的分界点有关线性拟合度进行分析。对应的含矿层孔隙结构总体上具类似的分形特征和形成机理。通过数据计算来分析何况层的孔隙研究结构，整体上具有类似分形特征和对应的形成机理。大孔隙的分维值明显要大于小空隙的分维，只所以大孔隙的复杂程度在一定分维中也会大于小孔隙的复杂程度，其对应的数据呈正向趋势，反之，若含矿层的孔隙度随着大孔隙的分维值逐渐升高而升高，则小孔隙的分维就会随着数据的升高而降低对应孔隙结构可以直接判断矿层的渗透性，并且可以通过相应渗透性的高低来判断一些孔隙数据的变化的正误，另外小孔隙的分维值不能判定数据的渗透性，流体对孔径不同的结构改造程度会存在差异，也可能是导致本砂岩铀矿含矿层对应孔隙结构形成的重要因素。