ПЛОТНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД
Разница в плотности горных пород служит основной предпосылкой успешного применения гравиразведки для геологических исследований, поисков и разведки полезных ископаемых.
Плотностью горной пород называют отношение массы вещества твердой, жидкой и газообразной фаз, которые свойственны породе в условиях естественного залегания к объему, занимаемому веществом этих фаз. Единицей измерения плотности в СИ является кг/м3, но широко используют и более мелкую единицу г/см3. Плотность горных пород зависит от их состава, пористости, влажности и плотности наполнителя пор. Чем больше различие в плотности вмещающих пород и исследуемого объекта, тем эффективнее nрименение гравиразведки. Разность плотности вмещающих пород и плотности тела, создающего гравитационную аномалию, называют избыточной или эффективной плотностью.
Плотность пород, слагающих земную кору, меняется в широких пределах. Плотность некоторых горных пород и полезных ископаемых приведена в таблице 1. Из таблицы следует, что наибольшую плотность имеют интрузивные породы, среднюю - эффузивные и самую низкую – осадочные высокопористые породы. Высокие значения плотности интрузивных пород связаны с их ничтожно малой пористостью (1-2%), под которой понимают отношение объемов жидкой и газообразной фаз ко всему объему породы. Поэтому плотность этих пород определяется в основном их химико – минералогическим составом и соотношением в них относительно лёгких (кварц, полевые шпаты, нефелин н тяжелых железо-магнезиальных минералов (амфиболы, пироксены, оливин, слюда). Как следствие, повышение основности пород ведет к увеличению их плотности.
Т а б л и ц а 1
Плотность осадочных пород зависит главным образом не от образующих их минералов, а от пористости и влажности, которые меняются в очень широких пределах для одних и тех же петрографических групп. На величину плотности этих пород оказывают влияние процессы выветривания, термодинамические условия, степень метаморфизма и другие.
Значение плотности каждой горной породы и ее разностей можно получить путем лабораторных измерений большого числа образцов, отбираемых из обнажений в условиях естественного залегания, горных выработок, керна скважин. Плотность пород по образцам определяют различными способами. Наиболее распространенным является гидростатическое взвешивание. Определяют вес образца на технических весах вначале в воздухе Р1, а затем в воде Р2
σ = Р1 /(Р1- Р2).
На способе гидростатического взвешивания основано действие специального прибора для измерения плотности - денситометра. При погружении образца в воду на шкале денситометра фиксируется значение плотности. Плотность пород в условиях естественного залегания определяют также по резуль-татам рассеяния или поглощения гамма - квантов породами (даётся при изучении курса «Промысловая геофизика». Вы будете изучать плотностной вариант γγ –метода); плотность изучается по результатам подземной регистрации космического излучения, а также методами гравиметрии. Определение плотности каждым способом проводят в соответствии со специальными инструкциями.
В наших лабораторных работах мы будем определять плотность пород только при помощи денситометра. Плотность σ - физическое свойство тел, количественно oцeниваемое величиной отношения их массы к занимаемому ими объему. В некоторых случаях используется так называемая относительная плотность. Для жидких тел относительная плотность определяется по отношению к плотности дистиллированной воды; для газов - к плотности сухого воздуха. Плотность пород σ п зависит от плотностей ее твердой σт, жидкой σ ж и газовой σ г фаз, а также от их соотношения в единице объема породы Vп. Знание плотностей пород необходимо для решения следующих геологических задач: установление плотностей дифференциации пород; дробное группирование по-род; выяснение характера связей плотности с другими петрофизическими величинами; оценка особенностей формирующегося осадка; направление и степень преобразования пород; выявление региональной и локальной смены пород; выяснение особенностей и истории формирования тектоники площадей, территорий, регионов; освещение вопро-сов формирования локальных структур в условиях различных тектонических зон; районирование территорий по характеру изменения плотности с глубиной; выделение в разрезах плотностных контактов (границ) и установление причин их появления, отра-жающих условия осадконакопления; оценка угленосности отложений и их оруденения.
Плотности г а з о в о й, ж и д к о й и т в ё р д о й фаз определяется для оценки их вклада в плотность породы, формирования общего представления о вещественном или минеральном составе и качестве почвенного воздуха, пластовых газов, вод, нефтей, минералов и пород, как одного из основных свойств для диагнос-тики и классификации природных смесей газов, пластовых вод, нефтей, минералов и пород. Плотность твердой фазы σт измеряется еще и для оценки степени чисто-ты отдельных разностей минералов, определения объема элементарной ячейки крис-таллов минералов, выяснения особенностей структуры минералов, установления концентрации дефектов в монокристаллах минералов, выяснения генезиса обломочных пород (размещения источников и направления сноса обломочного материала), корреля-ции отложений, установления степени углефикации и метаморфизма углей и их составляющих, оценки выхода летучих и содержания минеральных примесей в углях, оценки содержания рудных минералов в пробах мономинеральных железных и других руд, определения коэффициента пористости по Мельчеру (на основе данных о минера-логической плотности зёрен минералов, составляющих породу и её объёмной плотности).
В лаборатории обычно определяют плотность абсолютно сухого образца породы σсух, так как трудно сохранить характерные для естественного залегания пород влажность Wп, минерализацию и водонефтегазонасыщенность пород. Далее по значе-ниям σсух,, известному коэффициенту объемной влажности породы WП и плотности насыщающей ее воды σв или по найденным плотностям σв, σн и σг (воды, нефти и газа) и коэффициентам kB , kH и k гводо-, нефте- и газонасыщения рассчитывают плотность пород.
|
