Визначення щільнісних властивостей зразків

Найбільш точно щільнісні характеристики зразків визначаються лабораторними методами. При цьому, як правило, застосовується метод гідростатичного зважування. Для визначення тієї густини породи (s_О), яку вона мала в природному заляганні, зважуванню піддають свіжо запарафінований зразок. При зважуванні послідовно одержують: масу зразка без парафінової оболонки m₁, масу зразка після парафування m₂; масу зразка, зануреного у рідину, m₀. Густину зразка обчислюють за формулою:

де s_Р - густина рідини, s_п - густина парафіну. Похибка визначення густини залежить від маси зразка, густини зразка, робочої рідини і парафіну, а також від точності зважування. При дослідженні кристалічних порід похибка, як правило, не повинна перевищувати 1 кг/м³. Якщо порода є практично непроникною для води, то обходяться без парафування. Для одержання густини водонасиченого зразка s_в його попередньо насичують водою, а густину газонасиченої породи s_г вимірюють після просушування в лабораторній печі. Критерієм водонасиченості зразка (як і видалення вологи зі зразка) є стабілізація його маси. В усьому іншому техніка виміру параметрів s_в, s_г нічим не відрізняється від визначення s. У випадку присутності у складі породи добре розчинних мінералів в якості робочої рідини слід використовувати неелектролітичні рідини, наприклад, гас. При визначенні густини порід, для яких характерна усадка (глини, крейда, деякі мергелі), вводять поправки за усадку. Для зразків масою менше 200 г слід застосовувати терези 2-го класу точності.

Якщо парафування не провадилося або масою парафіну можна зневажити, а також за умови невисокої точності вимірювань (зважування у воді, густину якої умовно беруть рівною 1000 кг/м³), використовується спрощений вираз обрахунку густини:

Похибка визначення густини залежить від маси зразка, густини зразка і робочої рідини та точності зважування. Густину сипучої неущільненої породи (піску, грунту і т.п.) одержують пікнометричним методом, тобто зважуванням визначеного об’єму зразка:

,

де m - маса пікнометра із породою; m_п - власна маса пікнометра; V – об’єм породи. Вимірювати густину порід денситометрами в загальному випадку не рекомендується у зв’язку з низькою точністю вимірювань і внесенням систематичних похибок.

Для визначення мінеральної густини породу дроблять до часток, що проходять через сито з отвором 0,25 мм². Об’єм скелету знаходять шляхом зважування тарованого пікнометра з рідиною і порошком породи, при цьому робочу рідину (гас, спирт, вода) і порошок породи попередньо вакуумують для видалення повітря:

,

де m₀ - маса пікнометра, m₁ - маса пікнометра з пробою, m₂ - маса пікнометра з пробою доповненого рідиною, m₃ - маса пікнометра, наповненого рідиною. Похибка визначення мінеральної густини не повинна перевищувати 10 кг/м³.

Густину природних вод і нафт звичайно вимірюють пікнометричним методом або з застосуванням ареометрів.

Основними способами оцінки густини порід у природному заляганні є: гравіметричні виміри в свердловинах; гамма-гамма метод у в свердловинах і в поверхневих горизонтах земної кори (коефіцієнт поглинання гірською породою гамма-променів пропорційний до густини); метод Неттльтона (за регіональним гравітаційним фоном).

Кристалохімічна щільність і структурна рихлість порід розраховуються за мінеральним складом:

де С_j, h_j , w_j, s_j – дольовий вміст (å(С_j)=1), кристалохімічна щільність, структурна рихлість і об'ємна густина j-го мінералу породи; M_j, O_j, n_j - молекулярна маса, кількість атомів кисню і число структурних одиниць у формулі j-го мінералу породи; z_j і v_j - кратність і об’єм комірки мінералу; А - число Авагадро. Зведення даних про величини кристалохімічної щільності та структурної рихлості в деяких мінералах наведені в таблиці 8.2.