Introducción A diferencia de otras propiedades físicas, las densidades de los minerales más comunes que forman las rocas son notablemente cercanas. Las densidades reales de los materiales geológicos puros y secos varían desde 880 kg/m3 para el hielo (y casi 0 kg/m3 para el aire) hasta más de 8000 kg/m3 para algunos minerales raros. Las rocas tienen generalmente entre 1600 kg/m3 (sedimentos) y 3500 kg/m3 (gabro). En la mayoría de los libros de texto se ofrecen tablas de densidades de materiales geológicos, pero la simplicidad de una tabla oculta la amplia gama de valores que la mayoría de los materiales reales pueden mostrar en el campo. No obstante, una tabla es útil, y la tabla 2.1, de PV Sharma, 1997 (véase la página de referencias) se muestra a la derecha. En la práctica, las densidades aparentes (la densidad de todo un volumen de material, incluido el espacio vacío) suelen estar más controladas por la porosidad, el grado de cementación y la mezcla de materiales, que por la composición mineral. La siguiente figura (Grant y West, 1965) subraya el reto de interpretar el material geológico a partir de las mediciones de densidad debido a los amplios rangos de valores superpuestos que presentan los materiales. Las barras indican intervalos del 80 por ciento de las densidades de muestras a granel de pequeñas muestras de varios tipos de rocas.

Es importante recordar la diferencia entre masa, densidad y peso. La densidad es la propiedad física: es la masa (kilogramos) por unidad de volumen. El peso es la fuerza que experimenta esa masa en presencia de un campo gravitatorio. Tu peso en la Luna es 1/6 de tu peso en la Tierra, pero tu masa (y densidad) es la misma estés donde estés.

Porosidad

El efecto de la densidad sobre la porosidad sigue una ley de mezcla, que se describe posteriormente. Por lo tanto, la medición de la densidad aparente de una muestra puede proporcionar una estimación de la porosidad si se conocen los constituyentes de la muestra aparente. La porosidad, , es el volumen fraccionario de poros de una roca (por ejemplo, la zona negra en la sección transversal de una roca sedimentaria a la derecha). La masa total de un volumen de roca, VT, se compone de la masa del fluido de los poros, de densidad df, más la masa de los minerales de la matriz, de densidad dma. La densidad medida es la densidad aparente db. La masa total es entonces:

Masa total = VT db = VT df + (1- ) VT dma

Así tenemos una fórmula que da la Ley de Mezcla para la densidad, que representa la densidad aparente en términos de la porosidad, la densidad del fluido de poros y la densidad de la matriz:

db = df + (1-) dma

Reorganizando los términos, la porosidad se puede representar de la siguiente manera:

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

Cuando se conoce tanto el tipo de roca de la matriz como el tipo de fluido, la porosidad puede estimarse a partir de las mediciones de densidad. Esto se hace comúnmente en los pozos de sondeo donde los instrumentos de densidad pueden producir estimaciones precisas de la densidad aparente db. Esto también es posible cuando hay muestras de núcleos, aunque hay que tener cuidado para encontrar densidades verdaderas sin el sesgo de los núcleos dañados.

Observaciones

• La mayoría de las rocas que componen la corteza terrestre tienen una densidad entre 2,6 y 2,7 g/cc.
• Algunas rocas ígneas básicas, que no sólo tienen una porosidad muy baja, sino que contienen más minerales máficos ricos en hierro que sus homólogas de la corteza superior, tienen una densidad que oscila entre 2.8 a 3,0 g/cc; algunas rocas exóticas de origen profundo tienen una denisidad tan alta como 3,4 (por ejemplo, la eclogita).
• Los minerales, óxidos y sulfuros de varios metales son relativamente densos (véase la tabla anterior).
• Las arcillas suelen tener una densidad entre 1,6 y 2,6 g/cc. El contenido de arcilla de un suelo tiene un efecto significativo en su densidad.
• La sal es de particular interés en las rocas sedimentarias porque tiene una densidad baja (2,2 g/cc), pero tiene un módulo de masa bastante alto que le da una velocidad sísmica relativamente alta (velocidad de las señales acústicas dentro de la roca). Por lo tanto, los estudios gravimétricos son un excelente complemento del trabajo sísmico en la exploración de productos petrolíferos.
• Salvo en el caso de la presencia de sales o minerales, los contrastes de densidad entre los materiales anfitriones y los «objetivos» que se encuentran en los estudios de gravedad de la corteza rara vez superan los 0,250 g/cc.
• Los contrastes son mayores para los materiales poco profundos. Por esta razón, en combinación con la proximidad de los lugares de medición a los objetivos, los métodos de gravedad son útiles para cartografiar el espesor de la sobrecarga. La gravedad también suele ser muy eficaz para identificar y cartografiar huecos, como sumideros, cuevas en formaciones kársticas, etc.

Estas notas fueron adaptadas y aumentadas de una página similar en el sitio web del Curso de Geofísica Aplicada de Berkeley.