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 σ_т, жидкой σ _ж и газовой σ _г фаз, а также от их соотношения в единице объема породы V_п.

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 σ_т 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 σ_сух, так как трудно сохранить харак­терные для естественного залегания пород влажность W_п, минерализацию и водонефтегазонасыщенность пород. Далее по значе-ниям σ_сух, , известному коэффициенту объемной влаж­ности породы W_П и плотности насыщающей ее воды σв или по найденным плотностям σв, σн и σг (воды, нефти и газа) и коэффициентам k_B , k_H и kгводо-, нефте- и газонасыщения рассчитывают плотность пород.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ

В специализированных лабораториях для определения плотности проводится измерение этого параметра всех трёх составляющих породу фаз (газовой, жидкой и твёрдой). Для определения плотности каждой из них проводят специальные работы:

- лабораторные работы для определения плотности жидкой фазы

- лабораторные работы для определения плотности газовой фазы.

- лабораторные работы для определения плотности твёрдой фазы.

В настоящих лабораторных работах мы ограничимся определением плотности твёрдой фазы подготовленных к анализу образцов.