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 С_г 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 m_ттвердой фазы горной породы к объему V_т 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 П_и. 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 К_п.

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).