ПЛОТНОСТЬ МИНЕРАЛОВ

Плотность минералов определяется относительной атомной массой составляющих элементов и строением электронных обо­лочек атомов, обусловливающих кристаллографические осо­бенности структуры минералов в конечном счете — упаковку их атомов.

Большинство породообразующих минералов имеют ионную или ковалентную форму кристаллической связи и характеризу­ются средней плотностью от 2,2-10³ до 3,5-10³ кг/м³. Эти пре­делы изменения плотности определяются влиянием множества факторов. Например, в ряду оливина появление железа, облада­ющего большой относительной массой, приводит к уплотнению пород от 3,22-10³ (фостерит) до 4,32-10³ кг/м³ (фаялит). Кар­касные структуры соединения тетраэдров SiО₂ образуют мине­ралы невысокой плотности (полевые шпаты, кварц, плагиокла­зы), а кристаллизация тетраэдров SiО₂ в виде цепочек харак­терна для пироксенов, имеющих более высокую плотность. В изоморфном ряду плагиоклазов, начинающемся натриевым минералом — альбитом (2,61 -10³ кг/м³), постепенное замещение натрия кальцием заканчивается кальциевым минералом — анор­титом (2,76-10³ кг/м³). В полиморфных превращениях гра­фит— алмаз смена гексагональной сингонии (графит) на куби­ческую (алмаз) приводит к увеличению плотности от 2,2-10³ до 3,6- 10^е кг/м³.

5.3. ПЛОТНОСТЬ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

SJ.1. МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ПОРОД

Плотность осадочных пород в естественном залегании зави­сит не только от свойств самой породы (плотности твердой фа­зы и пористости), но и от плотности насыщающих флюидов и их соотношения. Плотность флюидов определяется их составом (газ, нефть, вода), а также минерализацией воды. Чтобы ис­ключить эту неоднозначность, в лабораторных условиях обычно определяют плотность сухих образцов путем их гидростатичес­кого взвешивания. По формулам (5.2) или (5.4) эти значения можно пересчитать на конкретные пластовые условия.

Согласно уравнению (5.4) плотность сухих пород зависит от плотности минерального скелета и общей пористости. Плот­ность минерального скелета можно установить эмпирически или, зная минеральный состав, вычислить по уравнению (5.3).

На рис. 17 приведены результаты экспериментального изу­чения минералогической плотности песчано-глинистых пород в большом интервале глубин. Эти, а также другие многочислен­ные экспериментальные исследования показывают, что обычно не наблюдается большого изменения минералогической плотно­сти осадочных пород с глубиной. Данные рис. 17 показывают лишь некоторую тенденцию. Коэффициент необратимого уплот­нения твердой фазы под воздействием гидростатического давле­ния в интервале глубин Δh по аналогии с уравнением (3.16) ра­вен [15]:

Таблица 2. Плотность (г/см³) породообразующих и рудных минералов [6]

Продолжение

чений от меловых к триасовым отложениям. Однако величина β_тв (t, T) на порядок меньше коэффициента необратимого уплотнения пор β_п (t, T) для этих же пород, что позволяет пре­небречь ее изменением. Средняя минералогическая плотность песчано-глинистых отложений в этом интервале глубин состав­ляет δ_тв = 2,72-10³ кг/м³.

Таким образом, одним из важнейших факторов, определяю­щих плотность литологически однотипных осадочных пород, является их общая пористость. На рис. 18 представлена зави­симость плотности сухих песчано-глинистых пород от общей пористости. Уравнение (5.5) для данной коллекции образцов примет вид: δ_п.с.h = 2,72-10³ (1— k_п).

Аналогичные зависимости могут быть получены и для дру­гих осадочных пород с первичной пористостью (песчаников, из­вестняков, доломитов). Различие будет заключаться лишь в величине средней плотности твердой фазы (см. табл. 2).