Национальный исследовательский

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра геофизики

С.В. Соколов

Физика горных пород Лабораторная работа 1 «Определение плотности горных пород методом гидростатического взвешивания»

Выполнил: Джумабаев Т. Е. гр. 3-2220

Проверил: Соколов С. В.

Томск - 2015

Цель работы: научиться определять плотность горных пород методом гидростатического взвешивания.

1. Теоретические сведения:

Плотность горной породы – это количество её массы (m, кг) в единице объёма (V, м³):

;

Соответственно, единицей измерения плотности в системе СИ является 1 кг/м³. Часто используется единица плотности в системе СГС: 1 г/см³.

Любая горная порода состоит из минералов, каждый из которых имеет собственную плотность (таблица 1). Таким образом, горная порода будет обладать некоторой интегральной усреднённой плотностью составляющих её минералов.

Таблица 1

Значения плотности породообразующих и рудных минералов

Минерал	Плотность, г/см3	Минерал	Плотность, г/см3	Минерал	Плотность, г/см3
Лед	0,98	Кальцит	2,7	Рутил	4,2
Янтарь	1,05	Мусковит	2,8 - 3,1	Барит	4,5
Каменные угли	1,25 - 2,27	Тальк	2,78	Пирит	4,5
Сильвин	2,0	Ангидрит	2,96	Пирротин	4,7
Галит	2,1	Магнезит	2,97	Ильменит	4,8
Графит	2,2	Роговая обманка	3,1 - 3,2	Магнетит	4,7
Гипс	2,3	Апатит	3,2	Гематин	4,86
Глауконит	2,3 – 2,6	Оливин	3,2 -3,4	Монацит	4,9
Серпентин	2,5 - 2,6	Диопсид	3,3	Шеелит	5,8
Ортоклаз	2,53	Лимонит	3,3 – 3,4	Касситерит	7,03
Микроклин	2,55	Пироп	3,5	Уранинит	10,4
Каолинит	2,58	Алмаз	3,52	Платина	15—19
Альбит	2,6	Сидерит	3,58	Золото	15—18
Нефелин	2,62	Сфалерит	3,6	Иридий платинистый	22—22,8
Кварц	2,67	Халькопирит	4,1

Плотность горных пород зависит от их генезиса, минерального состава, пористости, трещиноватости, влажности, степени метаморфизма, а также температуры и давления при залегании на значительных глубинах в толще земной коры. Для большинства горных пород, слагающих земную кору, плотность варьирует в диапазоне 1,6 – 3,5 г/см³.

Различное происхождение (генезис) горных пород обуславливает их плотностную дифференциацию. Так, в порядке возрастания плотности можно выстроить следующий ряд: осадочные, магматические, метаморфические горные породы (табл 2-4). Внутри этих групп также существует различия по плотности.

В осадочных горных породах плотность возрастает с уменьшением размера составляющих породу частиц, с возрастанием степени диагенеза, возраста, глубины залегания. Все эти факторы приводят к снижению пористости осадочной породы, а значит к её уплотнению.

Таблица 2

Плотность осадочных пород

Порода	Пределы значений плотности, г/см3	Порода	Пределы значений плотности, г/см3
Глинистые породы		Карбонатные, гидрохимические, кремнистые породы
Глина	1,2-2,4	Мергель	2,5-2,8
Аргиллит	1,7-2,9	Известняк	1,8-2,9
Глинистый сланец	2,3-3,0	Доломит	1,9-3,0
Обломочные породы
Песок	1,3-2,0	Гипс	2,1-2,5
Алевролит	1,8-2,8	Ангидрит	2,4-2,9
Песчаник	2,0-2,9	Каменная соль	2,2-2,3
Брекчия	1,6-3,0	Опока	1,0-1,6
Конгломерат	2,1-3,0	Кремень	2,3-2,6

Рис. 1. Плотность пород различных генетических типов.

1 - галит, 2 - гипс, 3 - ангидрит, 4 - глина, 5 - глинистый сланец,6 - песок, 7 - алевролит, 8 - песчаник, 9 - конгломерат, 10 - песчаный сланец, 11 - мергель, 12 - известняк, 13 – доломит

Среди магматических пород плотность возрастает от эффузивных к интрузивным разностям (таблица 3). То есть интрузивные породы более плотные, чем их эффузивные аналоги.

В интрузивных породах плотность возрастает от кислых к основным и ультраосновным разностям по мере увеличения в них доли железо-магнезиальных минералов (повышением основности) и уменьшением содержания SiO₂. То есть интрузивная порода становится плотнее с увеличением содержания биотита, пироксенов, роговой обманки, оливинов и уменьшением доли кварца.

Таблица 3.

Плотность основных видов магматических горных пород

Рост плотности регионально метаморфизованных пород корреспондирует со степенью метаморфизма. Основными агентами метаморфизма являются температура и давление. Их воздействие приводит к перекристаллизации минералов с образованием более плотных модификаций кристаллических решеток, а при наиболее интенсивных воздействиях и к переплавлению пород. Сопровождающие плавление гидротермально-метасоматические процессы могут напротив приводить к понижению плотности. Например, в зонах основных и ультраосновных пород, в процессе серпентинизации происходит разложение высокоплотных пироксенов и оливина с образованием менее плотного серпентина.

Экзогенные процессы выветривания и окисления приводят к снижению плотности горных пород за счёт дезинтеграции зёрен и образования микро- и макро- трещин. Для пород различного генезиса это проявляется в разной степени согласно селективности выветривания.