Плотностные свойства горных пород
Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля Земли. Их в свою очередь можно подразделить на две группы: гравитационные и структурные. К гравитационным свойствам относят удельный Yo и объемный у вес пород, удельную массу ро, плотность (объемную массу) р, к структурным — общую П и открытую пористость П0, коэффициент пористости Кп.
Удельный вес — это вес единицы объема твердой фазы породы, т. е.
где Сг и К - вес и объем твердой фазы образца.
Значения удельного веса горных пород в зависимости от удельного веса породообразующих минералов составляют обычно (25 - 50) 104 Н/м3.
Объемным весом называют отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и газообразной) к объему V, занимаемому этими фазами:
Объемный вес — наиболее часто используемая плотностная характеристика горных пород, которая зависит от их состава и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему.
Удельная масса — это отношение массы mттвердой фазы горной породы к объему Vт твердой фазы:
Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы), т. е.
где т — масса агрегатных фаз породы; V — объем, занимаемый этими фазами.
Удельная масса и плотность породы могут быть выражены через ее удельный и объемный вес:
где g — ускорение свободного падения. В отличие от удельного и объемного весов плотность является параметром вещества в строгом физическом смысле.
Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы, наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы, пемзы).
Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммарный относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризует открытую пористость П0 горной породы. Суммарный относительный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью Пи. Пористость, которая определяет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью П3. Общая пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему минерального скелета называют коэффициентом пористости Кп.
Поры по размеру (мм) разделяют на три класса: сверхкапиллярные (более 0,1), капиллярные (0,002—0,1) и субкапиллярные (менее 0,0002).
Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор v к полному объему породы V:
Пористость горных пород изменяется в широких пределах — от долей процента до 90 % и более. Принято различать породы с пористостью (%) низкой (менее 5), пониженной (5—10), средней (10—15), повышенной (15—20) и высокой (более 20).