Магматические породы - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Теплопроводность обусловлена в основном твердой фазы ввиду большой и малых kп. ср 2,34,3 Вт/(мК).
Закономерных изменений в ряду кислые-ультраосновные не наблюдается (рис. 100).
Рис. 100. Изменение показателя теплопроводности в щелочноземельном ряду магматических пород
Теплопроводность эффузивных пород меньше интрузивных в силу структурных особенностей. Самая низкая теплопроводность у щелочных пород ( 2,04 Вт/(мК)). Наибольшая у кислых вулканитов (кварцевые порфиры) 4,5 Вт/(мК).
Удельная теплоемкость Сm у магматических пород изменяется в пределах от 0,450 до 2,130 кДж/(кгК). Закономерных изменений Сm в ряду кислые-ультраосновные, как и для показателя, не наблюдается (рис. 101).
Рис. 101. Изменение показателя удельной теплоемкости в щелочно-земельном ряду магматических пород
Метаморфические породы
Теплопроводность в метаморфических породах характеризуется более широким диапазоном, чем у магматических пород. Он составляет 0,557,6 Вт/(кг-К). В полиминеральных образованьях ниже, чем в мономинеральных.
Удельная теплоемкость Сm изменяется в метаморфических породах в диапазоне С 3001720 Дж/кг.
Изменения показателей и Сm преимущественно определяются вещественно-петрографическим составом пород и в некоторой степени пористостью.
Осадочные породы
Тепловые свойства осадочных горных пород в значительной мере определяются особенностями их внутреннего строения:
- - свойствами и соотношением слагающих их минералов; - соотношением различных фаз; - текстурой породы, ее анизотропией; - структурой порового пространства, формой и размерами пор; - свойствами цемента и др.
Наличие в породах порового пространства, заполненного флюидом, резко осложняет процесс переноса теплоты, складывающегося из кондуктивной теплопередачи внутри отдельной твердой частицы, в местах соприкосновения частиц, а также теплопередачи на поверхности контакта твердая фаза - поровое пространство и конвективной теплопередачи в заполнителе порового пространства.
С уменьшением размеров зерен происходит уменьшение теплопроводности (рис. 102). Однако, это влияние проявляется только в тонкодисперсных средах. Длина свободного пробега фононов в общем случае определяется двумя факторами: рассеиванием фононов на фононах и рассеиванием фононов на границах кристаллов и зерен. Преобладание того или иного фактора определяется соотношением длины свободного пробега фононов lф и размеров зерен dcp. При lф dcp коэффициент теплопроводности не зависит от размеров зерен, а зависит от температуры.
Рис. 102. Зависимость коэффициента теплопроводности пород от степени их зернистости
В слоистых средах теплопроводность вдоль слоистости выше, чем перпендикулярно слоистости. Коэффициент анизотропии теплопроводности слоистых горных пород составляет 1,1-1,5.
Тепловые характеристики осадочных пород представлены в табл. 5.
Таблица 5
Тепловые характеристики осадочных пород
Порода |
, Вт/(м-К) |
А, 10-7м2/с |
С, Дж/(кг-К) | |||
Среднее |
Пределы |
Среднее |
Пределы |
Среднее |
Пределы | |
Конгломерат |
1,92 |
1,05-3,86 |
7,89 |
6,3-11,5 |
796 |
754-837 |
Песчаник |
1,81 |
0,24-4,41 |
9,58 |
2-19,72 |
925 |
544-1629 |
Песчаник кварцевый |
3,76 |
2,77-4,4 |
-- |
-- |
- |
-- |
Алевролит |
1,65 |
0,22-3,79 |
10,4 |
4,3-16,1 |
894 |
322-1466 |
Аргиллит, |
1,32 |
0,25-3,12 |
7,84 |
2,1-11,6 |
846 |
508-1004 |
Глина |
1,6 |
0,12-3,1 |
5,88 |
0,51-11,56 |
1361 |
419-3546 |
Доломит |
3,24 |
1,63-6,5 |
12,44 |
8,26-16,8 |
1088 |
648-1465 |
Известняк |
2,37 |
0,64-3,7 |
10,27 |
3,55-17,28 |
897 |
623-1273 |
Мергель |
1,96 |
0,50-3,61 |
7,31 |
3,14-13,89 |
1908 |
586-3100 |
Мел |
1,58 |
0,82-2,22 |
4.77 |
3,13-6,2 |
1935 |
837-3915 |
Каменная соль |
3,64 |
1,67-5,5 |
15,6 |
11,2-17,7 |
2557 |
1447-4651 |
Полиголит |
3,53 |
2,50-4,56 |
- |
- |
- |
- |
Трепел |
1,52 |
- |
- |
- |
-- |
- |
Опока |
1,12 |
- |
- |
- |
- |
- |
Торф |
0,07 |
- |
16,19 |
- |
1758 |
- |
Уголь |
0,45 |
0,13-2,24 |
2,19 |
0,7-7,02 |
1160 |
863-1528 |
Ил, глина, Песок |
0,84 |
0,61-2,12 |
4,77 |
0,44-8,14 |
1604 |
755-3190 |
По значениям тепловых характеристик в осадочных породах можно выделить три группы:
- песчано-глинистые отложения с резко меняющейся теплопроводностью в зависимости от степени литификации осадков;
Плотные хемогенные осадочные отложения (известняки, доломиты, каменная соль) с повышенной теплопроводностью;
Каустобиолиты (торф, угли, углеродистые горючие сланцы) с низкой теплопроводностью и высокой теплоемкостью.
В породах ряда конгломераты - гравелиты - песчаники - алевролиты - аргиллиты наблюдается четкая закономерность: уменьшение теплопроводности с уменьшением размера зерен. Это обусловлено либо возрастанием контактного теплового сопротивления в тонкозернистых породах, либо уменьшением передачи теплоты в пористой среде за счет ослабления конвективного переноса.
В ряду известняк - мергель - глина с ростом глинистости теплопроводность убывает. Характерным для глин является высокая теплоемкость, достигающая значений 3500 Дж/(кгК). В свою очередь доломиты (основной породообразующий минерал доломит CaMg(C03)2) обладают большими величинами тепло - и температуропроводности, чем известняки (основной породообразующий минерал кальций СаС03). Доломиты имеют и более высокую теплоемкость, чем известняки. Это связано с различиями в теплоемкости минералов доломита (0,92-10 Дж/(кгК)) и кальцита (0,04-103 Дж/(кгК)). Теплопроводность плотных известняков составляет 2,54-3,28 Вт/(мК) при ср = 2,91-2,96 Вт/(мК). Глинистые известняки характеризуются значениями теплопроводности
= 2,12-2,43 Вт/(мК). Пониженные значения теплопроводности (1,69 - 2,08 Вт/(мК)) присущи трещиноватым, кавернозным известнякам. У сильно разрушенных известняков-мергелей, а также у глинисто-мергелистого заполнителя карстовых полостей значения, как правило, не превышают 1,10-1,24 и реже 1,41 Вт/(мК). Указанная дифференциация теплопроводности известняков создает предпосылки изучения карста с помощью геотермических исследований.
Диапазон теплопроводности у осадочных пород более широкий, чем у метаморфических пород 0,17,5 Вт/(кгК). Наименьшая = 0,1(уголь, торф), наибольшая =7,5 (каменная соль, влажный песок).
Ряд увеличения :
Глины аргиллиты пески алевролиты известняки доломиты каменная соль.
Для песчаников характерны небольшие вариации.
Удельная теплоемкость осадочных пород Сm варьирует в пределах 4204650 Дж/(кгК).
В заключение следует подчеркнуть, что закономерности пространственных изменений тепловых свойств достаточно сложны. Для их выявления следует учитывать как можно больший набор геолого-геофизических факторов. В качестве примера на рис. 103 показано поле корреляции между составляющей тензора теплопроводности пар (параллельно слоистости) и пористостью для песчаников и алевролитов.
Рис. 103. Корреляционный график между теплопроводностью пар (параллельно слоистости) и пористостью для песчаников и алевролитов
Похожие статьи
-
Жидкая фаза - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Вода и нефть - диамагнитны. Воды =0,9Ч10-5 ед. СИ; нефти= - 1,04Ч10-5 ед. СИ. Минерализация вод практически не влияет на, так как соли диамагнитны....
-
Самые высокие сж и р у пород, содержащих большое количество кварца (диориты, кварциты), а более низкие значения у дунитов, поскольку они...
-
Прочностные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Прочностные свойства горных пород не относятся к показателям, которые создают геофизические поля. В то же время эти свойства характеризуют крепость...
-
Электрические свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Электрические свойства - это физические свойства, характеризующиеся способностью природных объектов создавать и распространять электромагнитные поля. Под...
-
Теплофизические свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Теплофизические свойства горных пород являются показателями теплового поля Земли, формирование которого обусловлено тремя основными источниками: А)...
-
Нейтронные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Нейтроны представляют собой электронейтральные частицы. Их свойство - беспрепятственно проникать в ядра веществ. Происходит упругое и неупругое...
-
Твердая фаза - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Коэффициент теплопроводности зависит от минерального состава, формы, размеров и пространственных ориентации кристаллов или зерен, а также температуры и...
-
Упругие свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Упругость - свойство веществ сопротивляться воздействию механических напряжений. Если не превышен предел упругости - деформации обратимы, т. е....
-
Осадочные породы - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Характеристику диэлектрической проницаемости е осадочных пород целесообразно первоначально рассмотреть на примере мономинеральной водонасыщенной породы,...
-
Метаморфические породы - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
У метаморфических пород величина е определяется в основном пористостью kп при условии отсутствия или низкого содержания минералов-проводников. В то же...
-
Общие сведения о горных породах - Построение паспорта прочности горной породы
Горные породы - это природные агрегаты одного или нескольких минералов, образующие самостоятельные геологические тела По происхождению горные породы...
-
Крепость горных пород - характеристика сопротивляемости пород их добыванию - технологическому разрушению. Это понятие крепости введено профессором М. М....
-
Структуры магматических горных пород - Магматические горные породы и принципы классификации
Под Структурой Магматических пород понимают величину и форму минеральных зерен или кристаллов, если они имеются, и особенности их расположения в породе....
-
Измеряется только Jп, так как система в плоскости меридиана. Определяется составляющая момента, перпендикулярная к плоскости меридиана. Индуктивная...
-
Магнитные свойства - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород
Магнетизм - особая форма взаимодействия между движущимися электрически заряженными частицами. Он присущ горным породам, так как они имеют способность...
-
Классификации магматических горных пород - Магматические горные породы и принципы классификации
Магматические горные породы классифицируются, исходя из фациальной принадлежности, химического состава, минералогического состава, структурных...
-
В случае контактового метаморфизма происходят изменения вмещающих горных пород, обусловленные тепловым и химическим воздействием на них интрузивных...
-
Введение - Магматические горные породы и принципы классификации
Магматические горные породы образуются из природного огненно-жидкого расплава, обогащенного летучими компонентами (H2O, CO2, CO, H2S и другие),...
-
Интрузивный магматизм и его горные породы - Магматические горные породы и принципы классификации
Мировые полевые наблюдения показывают, что большая часть магмы (9/10 или более) не изливается на поверхность в виде вулканического материала, а...
-
Состав и особенности образующихся из магмы горных пород определяются сочетанием следующих факторов: исходным составом магмы, процессами ее эволюции и...
-
Механизм зарождения магмы - Магматические горные породы и принципы классификации
Магматический расплав образуется путем плавления локальных участков мантии или земной коры. Большинство очагов плавления располагается на относительно...
-
Начальная стадия магматической деятельности - образование магмы, тела расплавленных пород в недрах Земли. Магматический расплав может содержать...
-
Магматические горные породы образуются при затвердевании магмы в глубинах Земли или излившейся на поверхность лавы и выброшенного пирокластического...
-
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ Земная кора сложена главным образом изверженными и метаморфическими горными породами, на которых прерывистым покровом...
-
Горные породы - Буровые установки
По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Магматические горные породы образуются в...
-
Коллекторские свойства горных пород - Коллекторы и флюидоупоры
Под пористостью горной породы понимается наличие в ней пор (пустот). Пористость характеризует способность горной породы вмещать жидкости и газы. В...
-
Упругость - способность горных пород полностью восстанавливать свои первоначальные формы и размеры после снятия нагрузки. Предел упругости У -...
-
Метод гидростатического взвешивания - Построение паспорта прочности горной породы
Метод основан на определении объема образца горной породы по весу вытесненной им жидкости. Для проведения опыта из пробы горной породы отбираются 5-6...
-
Горные породы: Известняк, песчаник, гнейс - Почвоведение и инженерная геология
Известняк -- осадочная горная порода органического (биогенного), реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция,...
-
Эффузивный магматизм и его горные породы - Магматические горные породы и принципы классификации
Магма горный вулканический интрузивный Эффузивный магматизм или Вулканизм Почти единственное геологическое явление, которое можно наблюдать и изучать в...
-
Литература к модулю, Литература - Магматические горные породы и принципы классификации
1. Горшков Г. П., Якушова А. Ф. Общая геология. - М.: МГУ, 1973, С.488-527. 2. Короновский Н. В. Общая геология: учебник/ Н. В. Короновский. - М.:КДУ,...
-
Раздел 4.1. Магматизм 1. Что такое магматизм? 2. Что такое магма? 3. Назовите основные механизмы зарождения магмы. 4. Чем определяется подвижность магмы...
-
Краткое описание магматических горных пород - Магматические горные породы и принципы классификации
Ультраосновные породы. Ультраосновные породы играют незначительную роль в составе земной коры и обязаны своим происхождением мантийным источникам...
-
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ - Бурение нефтяных и газовых скважин
Основной вид деформации, под действием которой породы в процессе бурения разрушаются, -- вдавливание. Рассмотрим явления, происходящие в породе при...
-
Текстуры магматических горных пород - Магматические горные породы и принципы классификации
При изучении горных пород помимо структурных особенностей учитываются и Текстуры - соотношение отдельных участков, слагающих породу и характеризующих...
-
Как объект горных разработок горные породы характеризуются различными технологическими свойствами - Крепостью, абразивностью, твердостью, буримостью,...
-
Сосна обыкновенная PinussylvestrisL. Географический ареал сосны простирается по всему бореальному поясу лесов Евразии. Сосна малотребовательна к теплу,...
-
Определение статических упругих свойств горной породы - Построение паспорта прочности горной породы
Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости Е при одноосном напряженном состоянии (модуль Юнга), модулем сдвига модулем объемной...
-
Электроимпульсное разрушение горных пород
При дроблении горных пород важное значение имеет проблема их избирательного разрушения. Это связано с тем, что традиционные механические методы...
-
Понятия и основные показатели состава и структуры населения Статистика состава человеческого общества является важнейшим разделом статистики населения,...
Магматические породы - Основные понятия и сведения о физических показателях горных пород