6. ПЛОТНОСТЬ
6.1. Физические основы
Плотность— свойство пород иметь определенную массу единицы объема, отличную от удельной массы их других разностей.
бп= т п / Vп.
где бп – плотность; т п - масса породы; Vп —ее объем.
В общем случае случае масса породы состоит соответственно из массы твердой, жидкой и газовой фаз при малоглинистой породе. Плотность породы равна сумме плотности сухой породы бс и произведению коэффициента влагоемкости w на плотность жидкости бж :
бп = бс + w бж
Единицей измерения плотностей является кг/м3, г/см3.
Значения плотности пород определяются по образцам из обнажений и скважин. Плотность пород оценивается по плотности ее фаз, значениям коэффициентов пористости и влагоемкости.
Для глинистых пород и глин уравнение неверно из-за усадки —уменьшения их порового объема при высушивании. Плотность глинистых пород оценивается по содержанию в породе глинистых фракций и экспериментальной зависимости для данного района.
Плотности флюидонасыщенных пород определяется с учетом плотностей этих фаз, коэффициентов их пористости и влажности.
6.2. Плотность газов, жидкостей и минералов
Газовая фаза. Плотность воздуха при температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа равна 0,0012 г/см3, плотность углеводородных газов находится в пределах от 0,000715 (метан) до 0,00317 (пентан) г/см3.
Жидкая фаза. Природная поровая вода, плотность которой при температуре 20 °С в зависимости от минерализации изменяется от 1,01 г/см3 (пресная) до 1,24 г/см3 (предельно крепкий рассол), и смеси этой воды с нефтью, представляют собой жидкую фазу. Если последняя состоит из смесей нефти с водой, ее плотность определяется плотностями входящих в ее состав нефти и воды и их объемным соотношением.
Плотность нефтей изменяется в зависимости от их химического состава от 0,72 до 1 г/см3 и редко бывает больше. Соотношение нефти и воды в жидкой фазе может быть самым различным.
Минералы. Плотность твердой фазы пород определяет их минеральный состав. Рассмотрим плотность бт того же компонента отдельных минералов. Так как коэффициент пористости этих сред мал (обычно не более 1%), их плотность бт примерно равна плотности бм всего минерала.
Плотность минералов тем выше, чем больше они содержат атомов значительной относительной атомной массы, и чем плотнее атомы упакованы в единице объема. Упаковку определяют атомные (ионные) радиусы, валентности и тип связи частиц. Основное влияние на плотность породообразующих минералов — упаковка.
Важнейшие породообразующие минералы (кальцит, кварц, олигоклаз, нефелин и др.) сравнительно мало отличаются по средневзвешенной относительной атомной массе, и она сравнительно невелика, поэтому плотностная дифференциация этих сред обусловлена в основном их структурой — плотностью упаковки частиц в монокристаллах. Влияние радиуса частиц легко показать, сравнивая плотность ионных кристаллов сильвина и галита. Хотя в состав сильвина входит атом калия с большей относительной массой, чем атом натрия, находящийся в молекуле галита, плотность сильвина (1,99 г/см3) меньше плотности галита (2,1-2,2 г/см3) за счет различия в ионных радиусах К и Nа, равных соответственно 0,0133 и 0,098 нм.
Зависимость плотности от валентности ионов в составе минералов, объясняется так. Крупные ионы (например, О2-, S2-, Сl-) многих минералов образуют плотнейшие упаковки. Катионы меньшего радиуса располагаются между ними. Катионов между анионами может быть тем больше, а, следовательно, плотность минерала тем значительнее, чем меньше их валентность и выше валентность анионов.
Зависимость плотности от структуры минерала и плотности упаковки его атомов или молекул может быть показана на примере одинаковых по химическому составу, но различных по структуре минералов. Хотя графит и алмаз имеют идентичные химические составы, структура их резко различна. Графит характеризуется слоистой структурой при расстоянии между слоями 0,34 нм и расстоянии между атомами в слое 0,142 нм, а алмаз — более плотной структурой с расстоянием между атомами 0,154 нм, это сказывается на плотностях этих минералов, равных соответственно 2,2 и 3,5 г/см3. Плотность, для большинства минералов, изменяется от 0,98 для льда до 22,5 г/см3 для иридистого осмия. Минералы классифицируются на плотные (6т>4), средней (бт= 2,5-4,0) и малой (бт<2,5 г/см3) плотности.
Большая часть всех минералов имеет среднюю плотность. Незначительное число минералов (10-15%) малой плотности.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.