Плотность горных пород

Для истолкования результатов гравиразведки необходимо знать плотность горных пород σ, поскольку это единственный физический параметр, на котором базируется гравиразведка. Плотностью породы называют массу единицы объема породы: σ = m/V.

Плотность в СИ имеет размерность килограмм на кубический метр, но часто ис- пользуют более привычную единицу — грамм на кубический сантиметр. Обычно изме- ряют плотность образцов, взятых из естественных обнажений, скважин и горных выра-

боток. Самый простой способ определения плотности образца состоит в его взвешива- нии в воздухе и в воде. На этом принципе построен денситометр — прибор, позволяю- щий определять σ с погрешностью 0,01 г/см3. Но наиболее надежные и правильные данные о плотности горных пород получают при измерениях в естественных условиях залегания, для чего используют гамма-гамма- или мюонный методы. При измерении плотности на образцах необходима достаточно представительная коллекция, содержа- щая не менее 50 образцов каждого литологического комплекса. Это требование обеспе- чивает исключение случайных ошибок, связанных с отбором образцов из обнажения или керна. По многократным измерениям плотности образцов одного и того же литоло- гического комплекса строят вариационную кривую или график зависимости значений σ от числа образцов, обладающих данной плотностью. Максимум этой кривой характери- зует наиболее вероятное значение плотности для данной породы.

Плотность горных пород и руд главным образом зависит от химико-минерального состава и пористости. Плотность изверженных и метаморфических пород определяется в основном минеральным составом и увеличивается при переходе от пород кислых к основным и ультраосновным в соответствии с увеличением железосодержащих мине- ралов. Для осадочных пород плотность определяется прежде всего пористостью, во- донасыщенностью и в меньшей степени минералогическим составом. Некоторые зна- чения плотности приведены в табл. 1.

Таблица 1. Плотность некоторых веществ, основных пород, минералов и оболочек Земли

Из теории аномального гравитационного поля следует, что изменение (аномалия) силы тяжести обусловлено размерами и формой возмущающего геологического объек- та, его глубиной залегания и величиной так называемой избыточной или эффективной плотности Δσ, представляющей собой разность плотности пород аномалообразующего объекта (структуры) и вмещающих пород: Δσ =σстр – σвм ..

В зависимости от геологической обстановки избыточная плотность Δσ обычно изменяется в пределах нескольких десятых грамма на кубический сантиметр и имеет различный знак. Например, разница значений плотности между кристаллическим фун- даментом и осадочным комплексом и соответствующий перепад плотности на границе поверхности фундамента составляет 0,1—0,3 г/см3. Примерно такие же значения избы-

точной плотности наблюдаются и при внедрении интрузий основного состава в оса- дочный чехол. Одна из самых резких плотностных границ находится между земной ко- рой и мантией (граница Мохоровичича), где фиксируется перепад плотности 0,3 — 0,6 г/см3. Избыточная плотность соленосных пород по отношению к вмещающим осадоч- ным породам составляет около - 0,2 г/см3, что предопределяет возникновение над соля- ными куполами отрицательных аномалий силы тяжести.

Теоретически и практически интенсивность аномалий силы тяжести ΔgБ oт геоло-

гических объектов составляет от долей до первых десятков миллигал, что составляет

10-5—10 -7 от силы притяжения Земли. Поэтому в гравиразведке для выявления таких тонких гравитационных эффектов от геологических структур разработана специальная высокочувствительная аппаратура и методика полевых работ.