Indledning I modsætning til andre fysiske egenskaber er massefylden af de mest almindelige bjergartsdannende mineraler bemærkelsesværdigt tæt på hinanden. De faktiske densiteter af rene, tørre, geologiske materialer varierer fra 880 kg/m3 for is (og næsten 0 kg/m3 for luft) til over 8000 kg/m3 for nogle sjældne mineraler. Bjergarter har generelt en vægtfylde på mellem 1600 kg/m3 (sedimenter) og 3500 kg/m3 (gabbro). De fleste lærebøger indeholder tabeller over geologiske materialers massefylde, men enkelheden i en tabel skjuler det store spænd af værdier, som de fleste virkelige materialer kan udvise i felten. Ikke desto mindre er en tabel nyttig, og tabel 2.1 fra PV Sharma, 1997 (se referencesiden) er vist til højre. I praksis styres bulkdensiteten (massefylden af et helt materialevolumen, herunder hulrummet) ofte mere af porøsiteten, cementeringsgraden og materialernes blanding end af mineralsammensætningen. Den følgende figur (Grant og West, 1965) understreger udfordringen ved at fortolke geologisk materiale ud fra tæthedsmålinger på grund af de store intervaller af overlappende værdier, som materialerne udviser. Bjælkerne angiver spændvidder på 80 procent af tæthederne i bulkprøver af små prøver af forskellige typer af bjergarter.

Det er vigtigt at huske på forskellen mellem masse, densitet og vægt. Densitet er den fysiske egenskab – det er masse (kilogram) pr. volumenenhed. Vægt er den kraft, som denne masse oplever under tilstedeværelsen af et gravitationsfelt. Din vægt på Månen er 1/6 af din vægt på Jorden, men din masse (og densitet) er den samme, uanset hvor du befinder dig.

Porøsitet

Den virkning, som massefylden har på porøsiteten, følger en blandingslov, som beskrives efterfølgende. Derfor kan måling af bulkdensiteten af en prøve give et skøn over porøsiteten, hvis bulkprøvens bestanddele er kendt. Porøsiteten, , er det brøkdelvise porevolumen i en bjergart (f.eks. den sorte zone i tværsnittet af en sedimentær bjergart til højre). Den samlede masse af et bjergartsvolumen, VT, består af porevæskens masse med densiteten df plus massen af matrixmineralerne med densiteten dma. Den målte massefylde er bulkdensiteten db. Den samlede masse bliver så:

Samlet masse = VT db = VT df + (1- ) VT dma

Vi har altså en formel, der giver blandingsloven for massefylde, som repræsenterer bulkdensiteten i form af porøsitet, porevæskens massefylde og matrixens massefylde:

db = df + (1-) dma

Ved at omarrangere termerne kan porøsiteten repræsenteres på følgende måde:

=(dma- db)/(dma- df)

Når både matrixens bjergart og væsketype er kendt, kan porøsiteten estimeres ud fra målinger af densiteten. Dette gøres almindeligvis i borehuller, hvor densitetsinstrumenter kan give nøjagtige skøn over bulkdensiteten db. Det er også muligt, når der foreligger kerneprøver, selv om man skal være forsigtig med at finde de sande tætheder uden skævheder fra beskadigede kerner.

Bemærkninger

• De fleste af de bjergarter, der udgør jordskorpen, har en massefylde på mellem 2,6 og 2,7 g/cc.
• En del basiske magmatiske bjergarter, som ikke blot har meget lav porøsitet, men som også indeholder flere jernrige mafiske mineraler end deres modstykker i den øvre jordskorpe, har en massefylde på mellem 2.8 til 3,0 g/cc; nogle eksotiske bjergarter af dybtliggende oprindelse har en densitet på helt op til 3,4 (f.eks. eklogit).
• Malmmineraler, oxider og sulfider af forskellige metaller er relativt tætte (se tabellen ovenfor).
• Ler har generelt en massefylde på mellem 1,6 og 2,6 g/cc. Lerindholdet i en jord har en betydelig indvirkning på dens massefylde.
• Salt er af særlig interesse i sedimentære bjergarter, fordi det har en lav massefylde (2,2 g/cc), men har et ret højt bulkmodul, hvilket giver det en relativt høj seismisk hastighed (hastighed af akustiske signaler i bjergarten). Gravitationsundersøgelser er derfor et glimrende supplement til seismisk arbejde i forbindelse med efterforskning efter olieprodukter.
• Bortset fra når der er salt eller malmmineraler til stede, overstiger tæthedskontrasterne mellem værts- og “mål”-materialer, som man støder på ved tyngdekraftundersøgelser af jordskorpen, sjældent 0,250 g/cc.
• Kontrasterne er større for lavvandede materialer. Af denne grund er tyngdekraftmetoderne i kombination med målepunkternes nærhed til målene nyttige til kortlægning af overlejringstykkelse. Tyngdekraft er også ofte meget effektiv til at identificere og kortlægge hulrum, som f.eks. jordhuller, huler i Karstformationer osv.

Disse noter er tilpasset og suppleret fra en lignende side på Berkeley Course in Applied Geophysics-webstedet.