Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Плотность минералов




Плотность минералов определяется относительной атомной массой составляющих элементов и строением электронных оболочек атомов, обусловливающих упаковку их атомов.

Большинство породообразующих минералов имеют ионную или ковалентную форму кристаллической связи и характеризуются средней плотностью от 2,2 до 3,5 г/см3. Почему такой разброс? Например, в ряду оливина появление железа, обладающего большой относительной массой, приводит к уплотнению пород от 3,22 (фостерит) до 4,32 г/см3 (фаялит). Каркасные структуры соединения тетраэдров SiO2 образуют минералы невысокой плотности (полевые шпаты, кварц, плагиоклазы), а кристаллизация тетраэдров SiO2 в виде цепочек характерна для пироксенов, имеющих более высокую плотность. В полиморфных превращениях графит — алмаз смена гексагональной сингонии (графит) на кубическую (алмаз) приводит к увеличению плотности от 2,2 до 3,6 г/см3.

Плотность большинства рудных минералов от 3,5 до 7,5 г/см3. Эти минералы обладают ковалентно-металлической и ионно-металлической формами связи. Высокая плотность рудных минералов объясняется большим содержанием элементов с высокой относительной атомной массой, малым радиусом этих атомов и часто плотной их укладкой — кубической и гексагональной. К минералам малой плотности относятся графит, сера, лед, опал и многие из минералов класса силикатов, а также хлориды — галит, сильвин. Эти минералы состоят из элементов с малой относительной атомной массой, их атомы имеют значительные размеры и многие из них характеризуются рыхлой структурой упаковки.

 

ПЛОТНОСТЬ ГАЗОВ

Известно, что плотность воздуха при нормальных условиях (Т=20°С и р=0,1 МПа) 0.0012 г/см3. При этих же условиях плотность метана 0,0007 г/см3, а пентана — 0,003 г/см3.

Поскольку природный газ представляет собой смесь углеводородных газов, то плотность реального природного газа в нормальных условиях близка к плотности воздуха. Однако в пластовых условиях при повышении давления плотность природного газа резко возрастает. Так, метан при T=40 °С и давлении 70 МПа благодаря высокой сжимаемости имеет плотность 0,3 г/см3.

 

ПЛОТНОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ

Плотность природных пластовых вод при температуре 20°С изменяется в зависимости от содержания растворенных солей от 1 г/см3 (пресные воды) до 1,24 г/см3 (при полном насыщении).

Плотность пластовых нефтей зависит от их химического состава, а в пластовых условиях еще и от количества растворенного в них нефтяного газа. С уменьшением количества растворенного в нефти газа ее объем уменьшается и плотность возрастает. Известны нефти, плотность которых в пласте меньше 0,5 г/см3, а при поверхностных условиях (сепарированная нефть) возрастает до 0,8 г/см3.

Плотность нефти в природных условиях меняется довольно широко — в пределах 0,5-1,0 г/см3.

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 формуле

 

δтв =(1 - кптв + кп вδв + кнδн + кгδг)

 

эти значения можно пересчитать на конкретные пластовые условия.

 

Способы определения плотности

Способ гидростатического взвешивания относится к числу наиболее распространенных. Он сводится к двойному взвешиванию испытуемого образца горной породы. Вначале определяют массу образца М1 в воздухе, затем в воде — М0. В соответствии с законом Архимеда разница между этими величинами равна массе воды в объеме образца. Учитывая, что плотность воды 1 г\см3, для условий описанного эксперимента можно применить формулу:

 

δ = М1δвод/(М1 – М0) = М1/(М1 – М0)

 

Так поступают с практически водонепроницаемыми породами. Для сохранения естественной влажности водопроницаемых горных пород их образцы сразу после отбора парафинируют. Делают это при температуре не выше 60—70 0С, чтобы законсервировать образец с поверхности, но одновременно не исказить результат измерений за счет проникновения парафина в поры породы. При этом формула расчета усложняется:

 

δ = М1/[М1 – М0 – к(М2 – М1)]

 

где к= (1/δп) — 1; δп — плотность парафина; М2 — масса образца после парафинирования.

Точно по такой же методике можно получить плотность водо- и газонасыщенной породы. Изменяется лишь подготовка образца к измерениям. Чтобы получить плотность водонасыщенного образца, его предварительно насыщают водой, а для получения плотности газонасыщенной породы образец, наоборот, высушивают при температуре 105—110 °С. Признаком водо- или газонасыщенности служит стабилизация массы образца.

Минералогическую плотность δм определяют пикнометрическим методом. Для этого породу дробят до частиц размером менее 0,25 мм. Объем твердой фазы находят взвешиванием пикнометра (сосуд цилиндрической формы) с жидкостью и порошком породы. Жидкость и порошок предварительно вакуумируют для удаления воздуха. Измеряют массу пикнометра с порошком породы МТ, отдельно с жидкостью МЖ, с порошком породы МТЖ, насыщенным жидкостью. Вычисление производят по формуле:

 

 

где М0 - масса пикнометра; аδж - плотность жидкости. В качестве жидкости используют воду, керосин, спирт. Важно лишь, чтобы она не растворяла породу и содержащиеся в ней соли.

Из числа способов определения плотности горных пород в естественном залегании рассмотрим гамма-гамма-метод.

Гамма-гамма-метод используют для определения плотности горных пород на образцах, в шурфах, шпурах и скважинах. При измерениях плотности пород гамма-гамма-методами регистрируют результат взаимодействия с веществом гамма-лучей от искусственного источника излучения, в качестве которого обычно используют радиоактивные изотопы 137Cs, 60Co и 226Ra. При прохождении гамма-квантов через объем горной породы происходят процессы, приводящие к их частичному поглощению веществом, например фотоэлектрическое поглощение, комптоновское рассеяние, образование пар электрон-позитрон.

Наиболее широкое практическое применение получили три разновидности гамма-гамма-метода: узкого пучка, широкого пучка и рассеянного излучения. Для расчета плотности используют ее зависимость от поглощения и рассеивания гамма-лучей. Для примера приведем пример гамма-гамма-метода. Метод узкого пучка применяют для определения плотности образцов горных пород и бурового раствора в скважинах путем регистрации эффекта ослабления гамма-излучения, прошедшего через объем породы. При прохождении узкого коллимированного пучка гамма-лучей через породу толщиной h ослабление интенсивности излучения I происходит по экспоненциальному закону:

 

I = I0*e-μh

 

где I0 — интенсивность излучения источника; μ - коэффициент поглощения гамма-лучей, пропорциональный плотности порода.

 

УПЛОТНЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД С ГЛУБИНОЙ

Плотность осадочных пород зависит от плотности минерального скелета и общей пористости. Плотность минерального скелета можно установить эмпирически или, зная минеральный состав, вычислить по уравнению.

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.

Пористость пород имеет прямую зависимость от глубины, таким образом основные факторы, влияющие на плотность осадочных пород это пористость и глубина. Так же как и для других петрофизических параметров, зависимость плотности от глубины определяется экспериментально для каждой коллекции образцов. Можно лишь сказать, что в общем виде это экспоненциальная зависимость.

Изменение структуры порового пространства с глубиной.

С увеличением глубины залегания осадочных горных пород в толще земной коры под действием возрастающего геостатического давления их плотность закономерно возрастает, главным образом за счет уменьшения пористости. Изменение пористости и плотности осадочных пород в процессе литогенеза происходит за счет двух факторов: физико-механического и геохимического. Первый обеспечивает уплотнение осадков и проявляется на этапе раннего диагенеза, второй служит причиной цементации и перекристаллизации пород на стадиях раннего и позднего катагенеза.

Одновозрастные осадочные образования одного типа, залегающие на разных глубинах, могут заметно отличаться по пористости и плотности. Максимальное уплотнение характерно для глинистых пород, которые представляют собой мелкодисперсные системы с пластичными связями, что обеспечивает их наиболее высокую пористость в начальном состоянии. Если в глинах присутствует песчаная фракция, минеральная плотность породы снижается, а жесткость внутренних связей увеличивается. Песчаники с жестким кварцевым и карбонатным цементом уплотняются существенно меньше, чем песчаники с глинистым цементом. Степень уплотнения карбонатных пород также в сильной степени зависит от глинистости: мергели по характеру уплотнения приближаются к пластичным геологическим образованиям, а известняки к породам с жесткими связями. Количественно отмеченные закономерности характеризуются следующими цифрами: свежеотложенные глинистые осадки, известковые образования и рыхлые хорошо отсортированные пески имеют пористость соответственно 85—60, 60 и 45 %, а пористость этих же отложений на глубину 3—4 км снижается до 30-20,15-20 и 10-15 % (рис. 1.18).

Плотность осадочных пород особенно быстро нарастает в интервале верхних 500 м. Помимо пористости на изменение плотности осадочных пород с глубиной существенно влияет их минеральный состав (рис. 1.19).

Сильнее всего изменяется плотность терригенных пород — песчаников. Почти также ведут себя мергели. Слабее проявлена эта тенденция у доломитов. Плотность известняков по вертикали разреза практически не меняется.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-11; Просмотров: 2476; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.011 сек.