Методи їх виміру

Густина - це властивість речовин, що визначаєтьсяїхньою масою m (фізичною характеристикою матерії) і об’ємом V

s=m/V. (2.1)

Густина твердих хімічних елементів і мінералів змінюється в межах (0,5-22,5)·10³ кг/м³, гірських порід - в межах (1,6-3,5)·10³ кг/м³. Середня щільність Землі дорівнює 5,52·10³ кг/м³.

Густина гірських порід є основним фізичним параметром, що визначає гравітаційне поле

U = (2.2)

У кожній заданій точці простору густина речовини s визначається як відношення маси речовини в деякому достатньо малому об’єміпростору dm до величини цього об’єму dV

lim . (2.3)

Отже, при dV®0 dm=sdV.

У загальному випадку щільність є величина перемінна

s =s (х, у, z). (2.4)

Маса зразку складається з маси твердої фази m_т і рідини m_р; масою газоподібної фази m_г можна знехтувати. З іншого боку, об’єм зразку складається з об’єму твердої фази V_т і об’єму пор V_п. Отже,

(2.5)

Відношення маси твердої фази породи до загального її об’єму називається мінералогічною густиною

d=m_т/V_т . (2.6)

Пористість n (у %) гірської породи характеризує сукупність пустот у мінералогічному скелеті породи

(2.7)

де: s_г - щільність газонасичених порід.

Відношення об’єму пор V_п до всього об’єму зразка V називається коефіцієнтом загальної пористості

k_п=V_п/V. (2.8)

Якщо відносна вологонасиченість зразка p то маса рідкої фази у зразку

m_р=ps_рV_п , (2.9)

де: s_р - густина рідини, що заповнює пори.

Густина зразка визначається за формулою

s=(1-k_п)d+ k_п рs_р . (2.10)

Для водонасиченого зразка (р=1, s_р=1·10³ кг/м³) густина

s_вн =d - k_п(d-1). (2.11)

Для газонасиченого зразка (р=0)

s_г =(1- k_п)d. (2.12)

У залежності від структури і текстури порід структура порового простору може бути різною. Вона характеризується відкритою й ефективною пористістю.

З густиною речовин тісно пов'язана їхня питома вага, яка визначається як відношення сили ваги тіла (ваги тіла Р ) до його об’єму

d_в=R/V=gs, (2.13)

де: g - прискорення вільного падіння.

Густина дорівнює питомій вазі речовин на широті 45^о, на рівні моря, тобто при тих умовах, для яких еталон одиниці маси дорівнює еталону одиниці ваги. Розбіжність між густиною і питомою вагою гірських порід і руд у середніх широтах при невеличких перевищеннях рельєфу складає 0,2-0,4%.

Таблиця 2.1

Параметри густини і пористості

Параметр, індекс	Визначення	Одиниця виміру
СІ	СГС
Густина s	Відношення маси гірської породи (мінералу) до об’єму породи (мінералу), тобто відношення маси твердої, рідкої і газової фаз до його об’єму	кг/м^3(г/см^3)	г/см^3
Густина: мінеральна d	Відношення маси твердої фази гірської породи до об’єму твердої фази	кг/м^3(г/см^3)	г/см^3
Густина: газонасичених порід sг	Відношення маси твердої фази гірської породи до об’єму породи, в якій відсутня порова волога	кг/м^3(г/см^3)	г/см^3
Густина: газоводонаси-чених порід sгв	Відношення маси гірської породи з лабораторною вологістю до об’єму породи	кг/м^3(г/см^3)	г/см^3
Густина: водонасичених порід sв	Відношення маси гірської породи з максимальною вологістю до об’єму породи	кг/м^3(г/см^3)	г/см^3
Питома вага dв	Відношення ваги гірської породи (мінералу) до об’єму породи (мінералу)	Н/м^3	дін/см^3
Пористість n	Сукупність всіх пустот у мінеральному скелеті породи	%	%
Пористість: відкрита n0	Сукупність пустот у мінеральному скелеті породи з'єднаних між собою та атмосферою	%	%

Продовження таблиці 2.1

Параметр, індекс	Визначення	Одиниця виміру
СІ	СГС
Пористість: ефективна nеф	Частина порового простору, заповненого рідиною, що рухається по ньому при вирівняному тиску	%	%
Коефіцієнт пористості kп	Відношення об’єму пор до об’єму породи	-	-
Примітка. В таблиці в дужках наведені застосовувані дольні одиниці

Визначення густини зразків порід

Густина зразків визначають методом гідростатичного зважування. Для визначення щільності породи s, яку вона мала в природному заляганні, зважуванню піддають свіжезапарафінований зразок. Якщо порода практично для води непроникна, то обходяться без парафінування. Для одержання густини водонасиченого зразка s_вн його попередньо насичують водою, а густину газонасиченої породи s_г вимірюють після тривалого її просушування в лабораторній печі. Критерієм водонасиченості зразка (як і видалення вологи із зразка) є стабілізація його маси. В усьому іншому техніка виміру параметрів s_вн і s_г нічим не відрізняється від визначення s.

При зважуванні послідовно одержують: масу зразка без парафінової оболонки m₁, масу зразка після парафінування m₂, масу зразка, зануреного у воду, m₀. Густину зразка обчисляють за формулою

(2.14)

де: k= ; s_п – густина парафіну.

Якщо парафінування не проводилося або масою парафіну можна знехтувати, то

s=m₁/(m₁- m₀). (2.15)

Зважування виконується з похибкою до 0,0001кг.

Густина сипучої породи (піску, ґрунту і т.п.) одержують пікнометричним методом, тобто зважуванням певного її об’єму

s=(m-m¢)/V, (2.16)

де: m - маса пікнометра (циліндра) із породою; m' - його власна маса; V – об’єм породи.

Вимір густини осадових порід по керну безпосередньо на свердловинах доцільно проводити на денситометрах, розрахованих на масу зразків 50-500г. Недолік денситометрів - можливість внесення систематичних похибок, для виключення яких необхідна перевірка на еталонах 2-4 рази в день.

Зважування пористих і рихлих зразків замість парафінування або покриття лаком може провадитися у гасі. Зразок зважують у повітрі (m), потім насичують гасом, після чого вимірюють масу зразка, насиченого гасом, у повітрі (m₁) і у гасі (m₂). Густину зразка визначають за формулою

s=md_г/(m₁- m₂), (2.17)

де: d_г - густина гасу.

Цей спосіб може бути рекомендований для визначення густини вугілля, кам'яної солі і сильно засолонених порід.

При заданій точності зважування можлива похибка визначення густини Ds у залежності від маси зразка і його густини і оцінюється за формулою

(2.18)

Показання денситометра перевіряють шляхом порівняння з даними вимірів на вагах або по еталонах, якими можуть бути гирі ваги.

Густину, заміряну на зразках із різноманітним водонасиченням ( k_В1, k_В2 ), перераховують на густину зразків із максимальною вологістю s_ВЛ шляхом внесенняпоправки Ds, розрахованої за формулою

Ds=ns_В(k_В1-k_В2), (2.19)

де: n - пористість, %; s_В - густина води.

При слабкій мінералізації води s_В»1·10³ кг/м³ для максимально вологих порід k_В1=1, а для позбавлених порової води k_В2=0; Ds=n. Густина максимально вологого зразка визначають за формулою

s=s_г+Ds=s_г+n. (2.20)

Густина газонасичених зразків визначають за значеннями s_гв вологого зразка і вагової вологості

s_г=s_гв/(1+w), (2.21)

де: s_гв - густина газоводонасиченого; w - вологість.

Дата добавления: 2015-07-12