Тема 1.Плотность, пористость и проницаемость горных пород.

Плотность , где m – масса тела, V– его объем. Для химических элементов (кроме газа) плотность колеблется от 0,5 до 22,5 ^г/_см³ , а для горных пород от 1,6 до 3,5 ^г/_см³. Плотность горных пород определяет гравитационное поле, так как потенциал ньютоновского притяжения возмущающих масс , где r – расстояние до возмущающих масс. В каждой точке вещества . Минеральная плотность пористой породы , где V_тв измеряют, измельчая породу до размера 0,25 мм.

Плотность измеряют денситометром, определяя массу сухого образца М_с и массу того же образца, погруженного в жидкость М_кк. Тогда .

Также на денситометре можно измерить пористость ,

где М_к- масса водонасыщенного образца, М_кк – масса водонасыщенного образца , погруженного в воду

Для сравнения проницаемостей образцов измеряют плотность образца сначала в сухом состоянии, потом, измеряя изменение его плотности во времени, при этом образец все время находится в воде. Получают кривую экспоненциального приближения плотности породы к ее плотности при полном водоизмещении.

Проницаемость измеряют на порометре, продувая предельно водонасыщенный образец все увеличивающимся давлением воздуха и фиксируя расход воздуха. Проницаемость зависит от направления, т.е. она – вектор.

Плотность наиболее распространенных минералов показана на рис.1.5.

Рис. 1.5. Плотность наиболее распространенных минералов

Плотность магматических пород зависит от содержания в них различных минералов ( рис. 1.6.) и от их пористости. Наибольшей плотностью обладают ультраосновные породы, наименьшей - кислые. Пористость гранитов 0,2 – 2%, габбро 0,1-1,5%, гипербазитов 0,1 – 0,3%.

Рис. 1.6. Пределы изменения плотности  и минеральный состав интрузивных пород

( цифры – плотность минералов, г/см³). По Н.Б. Дортман

Плотность эффузивных пород также зависит от состава, а также от структурно-текстурных особенностей и диагенеза (рис.1.7.) текстура и структура зависят от скорости их остывания: чем быстрее порода застывает, тем выше ее пористость и поэтому ниже плотность. Пористость эффузивных пород колеблется от 1 – 3% до 30-40%.

Диагенез заключается главным образом в раскристаллизованности и тогда плотность зависит от минерального состава и меньше от структурных особенностей.

С возрастом плотность эффузивных пород растет.

Рис. 1.7 Пределы изменения плотности средних типов эффузивных пород

( в сравнении с интрузивными). По Н.Б. Дортман

Плотность метаморфических и метасоматических пород меняется вместе с изменением структуры и еще больше - с изменением минерального состава. Пористость этих пород колеблется в пределах 0,1-3% (реже до 5%). В целом плотность растет с ростом метаморфизма, но плотность кислых пород, даже сильно метаморфизованных, ниже, чем у слабометаморфизованных ультраосновных пород. Плотность последних колеблется от 2.6 до 3,2 ^г/_см³.

При ультраметаморфизме (разогреве вплоть до расплава) плотность падает из-за низких давлений: при чарнокитизации до 2,75 ^г/_см³, при гранитизации до 2,6 ^г/_см³.

Контактный метаморфизм увеличивает плотность, особенно у глино-содержащих пород. Пористость не метаморфизованных глин доходит до 40%, при их метаморфизме она падает до 5%.

Гидротермально-метасоматические процессы (серпентизация, хлоритизация, аргиллитизация, окварцевание) понижают плотность и увеличивают пористость до 3 – 8%. Эпидотизация и грейзенизация также увеличивают пористость пород.

Выветривание снижает плотность у гранитов от 2.5 ^г/_см³ до 2,2 в корах выветривания при росте в них пористости до 20 -25%.

Плотность и пористость осадочных пород зависят от плотности скелета, пористости и плотности флюидов пор. Терригенные породы имеют плотность 2,3 - 3 ^г/_см³ , карбонатные и гидрохимические – 1,9 - 3 ^г/_см³. Плотности минералов песков различаются примерно на 15%, поэтому плотность песков слабо зависит от их минерального состава, особенно при их высокой пористости. С увеличением возраста и давления пористость осадков уменьшается, а плотность растет: в этом и состоит диагенетическое преобразование осадков в породы при низких температуре и давлении. Максимально уплотняется глина, песок уплотняется меньше, что зависит от энергетического режима его накопления. Известняк уплотняется только если он глинистый. Осадочные породы сильно уплотняются при дислокациях.