Proprietăți electrice
Natura electrică a unui material se caracterizează prin conductivitatea sa (sau invers invers rezistivitatea) și constanta sa dielectrică și coeficienții care indică ratele de schimbare ale acestora cu temperatura, frecvența la care se face măsurarea și așa mai departe. Pentru roci cu o gamă variată de compoziții chimice, precum și proprietăți fizice variabile de porozitate și conținut de fluide, valorile proprietăților electrice pot varia foarte mult.
Rezistența (R) este definită ca fiind un ohm atunci când o diferență de potențial (tensiune; V) între un specimen de o magnitudine de volt produce un curent (i) de un amper; adică V = Ri. Rezistivitatea electrică (ρ) este o proprietate intrinsecă a materialului. Cu alte cuvinte, este inerent și nu depinde de dimensiunea eșantionului sau de calea curentă. Este legată de rezistența R = ρL / A unde L este lungimea epruvetei, A este secțiunea transversală a specimenului și unitățile de ρ sunt ohm-centimetru; 1 ohm-centimetru este egal cu 0,01 ohm-metru. Conductivitatea (σ) este egală cu 1 / ρ ohm -1 · centimetru -1 (sau denumit mhos / cm). În unitățile SI, se administrează în mhos / metru sau siemens / metru.
Unele valori reprezentative ale rezistivității electrice pentru roci și alte materiale sunt listate în tabel. Materialele care sunt în general considerate ca fiind „bune“, conductorii au o rezistivitate de 10 -5 -10 ohm-cm (10 -7 -10 -1 ohm-metru) și o conductivitate de 10-10 7 mhos / metru. Cele care sunt clasificate ca conductoare intermediare au o rezistivitate de 100-10 9 ohmi-centimetru (1-10 7 ohm-metru) și o conductivitate de 10 -7 –1 mhos / metru. Conductori „slab“, de asemenea, cunoscut sub numele de izolatori, au o rezistivitate de 10 10 -10 17 ohm-cm (10 8 -10 15 ohm-metru) și o conductivitate de 10 -15 -10 -8. Apa de mare este un conductor mult mai bun (adică are o rezistivitate mai mică) decât apa dulce datorită conținutului său mai mare de săruri dizolvate; roca uscată este foarte rezistentă. În suburbiu, porii sunt de obicei umpluți într-un anumit grad de lichide. Rezistivitatea materialelor are o gamă largă - cuprul este, de exemplu, diferit de cuarț cu 22 de ordine de mărime.
Rezistivități tipice
| material | rezistivitate (ohm-centimetru) | |
|---|---|---|
| apa de mare (18 ° C) | 21 | |
| ape de suprafață necontaminate | 2 (10 4) | |
| apa distilata | 0,2–1 (10 6) | |
| apa (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| gheaţă | 3 (10 8) | |
| roci in situ | ||
| sedimentar | lut, șist moale | 100–5 (10 3) |
| șist greu | 7–50 (10 3) | |
| nisip | 5–40 (10 3) | |
| Gresie | (10 4) - (10 5) | |
| morenă glaciară | 1–500 (10 3) | |
| calcar poros | 1-30 (10 4) | |
| calcar dens | > (10 6) | |
| sare de rocă | (10 8) - (10 9) | |
| de foc | 5 (10 4) - (10 8) | |
| metamorfic | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| roci în laborator | ||
| granit uscat | 10 12 | |
| minerale | ||
| cupru (18 ° C) | 1,7 (10 −6) | |
| grafit | 5–500 (10 −4) | |
| pirhotita | 0,1-0,6 | |
| cristale de magnetită | 0,6-0,8 | |
| minereu de pirită | 1– (10 5) | |
| minereu de magnetită | (10 2) –5 (10 5) | |
| minereu de crom | > 10 6 | |
| cuarț (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
Pentru curenții alternanți de înaltă frecvență, răspunsul electric al unei roci este guvernat în parte de constanta dielectrică, ε. Aceasta este capacitatea rocii de a stoca sarcina electrică; este o măsură a polarizabilității într-un câmp electric. În unitățile cgs, constanta dielectrică este 1.0 în vid. În unitățile SI, se administrează în faraduri pe metru sau în raport de capacitatea specifică a materialului și capacitatea specifică a vidului (care este de 8,85 × 10 -12 farads pe metru). Constanța dielectrică este o funcție a temperaturii și a frecvenței pentru acele frecvențe mult peste 100 hertz (cicluri pe secundă).
Conducerea electrică are loc în roci prin (1) conducere de fluid - adică, conducere electrolitică prin transfer ionic în apa cu pori săraci - și (2) metalice și semiconductoare (de exemplu, unele minereuri cu sulfură). Dacă roca are vreo porozitate și fluid conținut, fluidul domină de obicei răspunsul de conductivitate. Conductivitatea rocilor depinde de conductivitatea fluidului (și de compoziția sa chimică), gradul de saturație a fluidului, porozitate și permeabilitate și temperatură. Dacă rocile pierd apă, ca și în cazul compactării rocilor sedimentare clastice la adâncime, rezistivitatea lor crește de obicei.
Proprietăți magnetice
Proprietățile magnetice ale rocilor apar din proprietățile magnetice ale granulelor și cristalelor minerale constituente. De obicei, doar o mică parte din rocă este formată din minerale magnetice. Această porțiune mică de boabe este cea care determină proprietățile magnetice și magnetizarea rocii în ansamblu, cu două rezultate: (1) proprietățile magnetice ale unei roci date pot varia foarte mult în cadrul unui corp sau structură de rocă, în funcție de neomogenitățile chimice, condiții de depunere sau cristalizare și ce se întâmplă cu roca după formare; și (2) roci care au aceeași litologie (tip și nume) nu trebuie neapărat să aibă aceleași caracteristici magnetice. Clasificările litologice se bazează, de obicei, pe abundența mineralelor silicate dominante, dar magnetizarea este determinată de fracția minoră a acestor boabe minerale magnetice ca oxizii de fier. Principalele minerale magnetice formatoare de roci sunt oxizii de fier și sulfurile.
Deși proprietățile magnetice ale rocilor care au aceeași clasificare pot varia de la rocă la rocă, proprietățile magnetice generale depind de obicei de tipul de rocă și de compoziția totală. Proprietățile magnetice ale unei roci particulare pot fi destul de bine înțelese cu condiția ca unul să aibă informații specifice despre proprietățile magnetice ale materialelor și mineralelor cristaline, precum și despre modul în care proprietățile respective sunt afectate de factori precum temperatura, presiunea, compoziția chimică și mărimea. din boabe. Înțelegerea este îmbunătățită în continuare de informații despre modul în care proprietățile rocilor tipice depind de mediul geologic și modul în care acestea variază cu condiții diferite.
