Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Лабораторная работа №1

«Определение плотности образцов горных пород методом гидростатического взвешивания»

Цель работы: изучение основных понятий и параметров, определяющих плотность горных пород, изучить распределение плотности и методы ее определения.

Теоретические сведения. Плотность – это свойство вещества, т.е. - физическая характеристика материи, ее масса , заключенная в объеме ; или (1)

Плотность горных пород является основным физическим параметром, определяющим гравитационное поле, изучение и измерение которого лежат в основе гравиметрического метода строения Земли, поисков и разведки полезных ископаемых, – метода гравиразведки.

Плотность горных пород в естественных условиях определяется на образцах из обнажений или по керну скважины.

Размерность плотности в системе СИ – [кг/м³] или в дольных единицах (в геологии) – [г/см³].

Плотность твердых химических элементов и минералов изменяется от 0,5 г/см³ (литий) до 22,5 г/см³ (осмий, иридий). Плотность горных пород, слагающих земную кору – (1,6 – 3,5) г/см³; средняя плотность Земли – 5,52 г/см³.

Горные породы, в общем случае, являются телами неоднородными и состоят из веществ, находящихся в твердой, жидкой и газообразной фазах:

(2)

Плотность горных пород зависит от минералогического состава, пористости и влажности, которые обусловлены как условиями первичного образования, так и условиями последующего существования горных пород.

Для магматических и метаморфических горных пород характерна малая пористость (1-2 %) и, как следствие, малая влажность. Поэтому плотность этих пород, в основном, определяется их химико-минералогическим составом. Однако, для каждого типа горных пород, как правило, характерен определенный состав минералов и поэтому – более постоянная их плотность.

Большое значение имеет изоморфизм рудных минералов, определяющий вариации их плотности.

Наибольшей плотностью среди всех горных пород обладают рудные полезные ископаемые. Так, например, средняя плотность железистых, хромитовых, колчеданных, полиметаллических руд составляет 4,0 г/см³, а максимальная – 5,5 г/см³.

Плотность нерудных полезных ископаемых существенно ниже, чем рудных (за исключением баритовых руд). Наименьшую плотность имеют: газ – 0,001-0,002 г/см³ и нефть – 0,8-0,9 г/см³. Плотность углей в зависимости от типа колеблется от 1,1 до 1,5 г/см³.

Методы определения плотности горных пород.

Плотность горных пород может быть определена различными методами, но наибольшее распространение получили: метод гидростатического взвешивания, пикнометрический метод и радиоактивный гамма-гамма-метод (ГГМ).

Поскольку плотность равна удельному весу вещества на широте 45° на уровне моря (когда эталон единицы массы [кг/м³] равен эталону единицы веса [н/м³], и погрешность в этом случае г/см³.

Поэтому для определения массы образца и его твердой фазы используют весы, а значение измеренного на них веса – принимается за значение массы .

Объем образца находят по закону Архимеда, т.е. – по потере его веса при погружении в жидкость.

Необходимая точность стандартного определения величины горной породы, равная 0,01 г/см³ (требование для гравиразведки) обеспечивается современными средствами измерений.

Погрешность в измерении может проистекать из-за:

- недостаточной точности взвешивания образца;

- различия в газо- и водонасыщенности;

- особенностей состава пород (глинистости, солености).

Наибольшая точность измерения достигается на образцах массой 150-200 г.

Различия в газо- и водонасыщенных горных породах в естественных условиях и на образцах обуславливают основные погрешности в определении плотности .

В естественных условиях на глубинах ниже уровня грунтовых вод горные породы и руды максимально водонасыщены ( достигает максимума), а в продуктивных горизонтах нефтяных районов достигает своего максимума (поры максимально заполнены нефтью, газом или конденсатом). При извлечении керна из скважины и перевозке и хранении образцов горных пород жидкость испаряется примерно на 30%, и образцы переходят в состояние газо-водонасыщенных (т.е. ).

Выделяют три группы горных пород, требующих различных приемов определения .

1. Магматические, метаморфические, интенсивно латифицированные осадочные горные породы и руды (пористость ). Плотность определяется путем взвешивания в воздухе и в воде, и далее – по формуле

(г/см³), (3)

где - масса образца в воздухе;

- масса в воде.

Погрешность в этом случае составляет 0,001-0,005 г/см³.

2. Эффузивные, осадочные горные породы, метасоматические измененные горные породы, руды ():

а) Плотность образца определяется непосредственно после подъема керна или отбора образцов из обнажений, расположенных ниже уровня грунтовых вод, аналогично п. 1, по формуле (3). При определении плотности в скважинах целесообразно использовать денситометр. Если нет такой возможности – образцы парафинируют для сохранения естественной влажности; парафин снимают перед измерением в лаборатории.

б) Образцы из кернохранилищ или ранее собранных коллекций являются газо-водонасыщенными. При плотность рассчитывается по формуле:

(г/см³), (4)

где (г/см³) (5)

поправка принята из средней потери влажности порядка 30% и с учетом плотности воды, равной 1 г/см³; - значение пористости. Погрешность составляет порядка 0,01-0,02 г/см³.

в) Плотность образцов осадочных и эффузивных горных пород () измеряют при их парафинировании. Образец взвешивают сначала в воздухе (), затем опускают в подогретый до T=65-70°C парафин для покрытия его тонким слоем; остужают и взвешивают с парафином () и в воде (). Плотность определяют по формуле: