ЩІЛЬНІСТЬ ГІРНИЧИХ ПОРІД І РУД
Різниця в щільності гірських порід є основною передумовою успішного застосування гравірозвідки для геологічних досліджень, пошуків та розвідки корисних копалин.
Щільністю гірської порід називають відношення маси речовини твердої, рідкої та газоподібної фаз, які властиві породі в умовах природного залягання до обсягу, який займає речовина цих фаз. Одиницею вимірювання щільності СІ є кг/м3, але широко використовують і дрібнішу одиницю г/см3. Щільність гірських порід залежить від їх складу, пористості, вологості та щільності наповнювача пір. Чим більша відмінність у щільності порід, що вміщають, і досліджуваного об'єкта, тим ефективніше використання гравірозвідки.
Різницю щільності порід, що вміщають, і щільності тіла, що створює гравітаційну аномалію, називають надлишковою або ефективною щільністю.
Щільність порід, що становлять земну кору, змінюється у межах. Щільність деяких гірських порід та корисних копалин наведена у таблиці 1.
З таблиці випливає, що найбільшу щільність мають інтрузивні породи, середню - ефузивні та найнижчу - осадові породи високопористі. Високі значення щільності інтрузивних порід пов'язані з їх мізерно малою пористістю (1-2%), під якою розуміють відношення обсягів рідкої та газоподібної фаз до всього обсягу породи. Тому щільність цих порід визначається в основному їх хіміко - мінералогічним складом і співвідношенням в них щодо легень (кварц, польові шпати, нефелін і важких залізо-магнезіальних мінералів (амфіболи, піроксени, олівін, слюда). Як наслідок, підвищення основності порід веде до збільшення їх густини.
Таблиця 1
Щільність осадових порід залежить головним чином не від мінералів, що утворюють їх, а від пористості і вологості, які змінюютьсяу дуже широких межах для тих самих петрографічних груп. На величину щільності цих порід впливають процеси вивітрювання, термодинамічні умови, ступінь метаморфізму та інші.
Значення щільності кожної гірської породи та її різниць можна отримати шляхом лабораторних вимірювань великої кількості зразків, що відбираються з оголень в умовах природного залягання, гірничих виробок, керна свердловин. Щільність порід за зразками визначають у різний спосіб.
Найбільш поширеним є гідростатичний зважування. Визначають вагу зразка на технічних терезах спочатку в повітрі Р1, а потім у воді Р2
На способі гідростатичного зважування засновано дію спеціального приладу для вимірювання щільності денситометра. При зануренні зразка воду на шкалі денситометра фіксується значення щільності.
Щільність порід в умовах природного залягання визначають також за результатами розсіювання або поглинання гамма - квантів породами (дається при вивченні курсу «Промислова геофізика». Ви вивчатимете густинний варіант γγ-методу); щільність вивчається за наслідками підземної реєстрації космічного випромінювання, і навіть методами гравіметрії. Визначення густини кожним способом проводять відповідно до спеціальних інструкцій.
У наших лабораторних роботах ми визначатимемо щільність порід лише за допомогою денситометра.
Щільність σ - фізична властивість тіл, що кількісно оцінюється величиною відношення їх маси до об'єму, який вони займають. У деяких випадках використовується так звана відносна густина. Для рідких тіл відносна щільність визначається стосовно щільності дистильованої води; для газів – до щільності сухого повітря.
Щільність порід σ п залежить відщільностей її твердої σт, рідкої σ ж і газової σ г фаз, а також від їх співвідношення в одиниці об'єму породи Vп.
Знання щільностей порід необхідне вирішення наступних геологічних завдань: встановлення щільностей диференціації порід; дробове групування порід; з'ясування характеру зв'язків густини з іншими петрофізичними величинами; оцінка особливостей осаду, що формується; напрямок та ступінь перетворення порід; виявлення регіональної та локальної зміни порід; з'ясування особливостей та історії формування тектоніки площ, територій, регіонів; висвітлення питань формування локальних структур в умовах різних тектонічних зон; районування територій характером зміни щільності з глибиною; виділення в розрізах щільнісних контактів (кордонів) і встановлення причин їх появи, що відображають умови осадконакопичення; оцінка вугленосності відкладень та їх оруднення.
Щільності газової, рідкої фази визначається для оцінки їх вкладу в щільність породи, формування загального уявлення про речовинний або мінеральний склад і якість грунтового повітря, пластових газів, вод , нафт, мінералів і порід, як однієї з основних властивостей для діагностики і класифікації природних сумішей газів, пластових вод, нафт, мінералів і порід.
Щільність твердої фази σт вимірюється ще й для оцінки ступеня чистоти окремих різниць мінералів, визначення об'єму елементарного осередку кристалів мінералів, з'ясування особливостей структури мінералів, встановлення концентрації дефектів в монокристалах мінералів, з'ясування генези уламкових порід (розміщення джерел і напряму знесення ), кореляції відкладень, встановлення ступеня вуглефікації та метаморфізму вугілля та їх складових,оцінки виходу летких та вмісту мінеральних домішок у вугіллі, оцінки вмісту рудних мінералів у пробах мономінеральних залізних та інших руд, визначення коефіцієнта пористості за Мельчером (на основі даних про мінералогічну щільність зерен мінералів, що становлять породу та її об'ємну щільність).
У лабораторії зазвичай визначають густину абсолютно сухого зразка.
породи σсух, тому що важко зберегти характерні для природного залягання порід вологістьWп,мінералізацію та водонафтогазонасиченість порід. Далі за значеннями σсух, відомому коефіцієнту об'ємної вологості породи WП і щільності води, що насичує σв або за знайденими щільностями σв, σн і σг (води, нафти і газу) і коефіцієнтамkB , kHіkгводо-, нафто-і газонасичення розраховують щільність порід.
ВИЗНАЧЕННЯ ЩІЛЬНОСТІ
У спеціалізованих лабораторіях визначення щільності проводиться вимір цього параметра всіх трьох складових породу фаз (газової, рідкої і твердої). Для визначення густини кожної з них проводять спеціальні роботи:
- лабораторні роботи для визначення густини рідкої фази
- лабораторні роботи з визначення щільності газової фази.
- лабораторні роботи для визначення густини твердої фази.
У лабораторних роботах ми обмежимося визначенням щільності твердої фази підготовлених до аналізу зразків.