Tiheys Esittely Muista fysikaalisista ominaisuuksista poiketen tavallisimpien kiviainesten tiheydet ovat huomattavan lähellä toisiaan. Puhtaiden, kuivien, geologisten materiaalien todelliset tiheydet vaihtelevat jään 880 kg/m3 :sta (ja ilman lähes 0 kg/m3 :sta) joidenkin harvinaisten mineraalien yli 8000 kg/m3 :iin. Kivien tiheys on yleensä 1600 kg/m3 (sedimentit) ja 3500 kg/m3 (gabro) välillä. Useimmissa oppikirjoissa on taulukoita geologisten materiaalien tiheyksistä, mutta taulukon yksinkertaisuus peittää alleen sen, että useimpien todellisten materiaalien tiheydet vaihtelevat suuresti kentällä. Taulukko on kuitenkin hyödyllinen, ja oikealla on esitetty taulukko 2.1, joka on peräisin PV Sharma, 1997 (ks. viitesivu). Käytännössä irtotiheyksiä (koko materiaalin tilavuuden tiheys, mukaan lukien tyhjätila) säätelevät usein enemmän huokoisuus, sementoitumisaste ja materiaalien sekoittuminen kuin mineraalikoostumus. Seuraavassa kuvassa (Grant ja West, 1965) korostetaan geologisen materiaalin tulkinnan haastavuutta tiheysmittausten perusteella johtuen materiaalien osoittamien päällekkäisten arvojen laajoista vaihteluväleistä. Palkit kuvaavat 80 prosentin vaihteluväliä pienten näytteiden irtotavaranäytteiden tiheyksistä eri kivilajeissa.

On tärkeää muistaa massan, tiheyden ja painon välinen ero. Tiheys on fysikaalinen ominaisuus – se on massa (kilogrammoina) tilavuusyksikköä kohti. Paino on voima, jonka tämä massa kokee painovoimakentän läsnä ollessa. Painosi Kuussa on 1/6 painostasi Maassa, mutta massasi (ja tiheytesi) on sama missä tahansa oletkin.

Huokoisuus

Tiheyden vaikutus huokoisuuteen noudattaa sekoittumislakia, joka kuvataan myöhemmin. Näin ollen näytteen irtotiheyden mittaaminen voi antaa arvion huokoisuudesta, jos irtotiheysnäytteen ainesosat tunnetaan. Huokoisuus, , on kiven murtohuokostilavuus (esimerkiksi musta vyöhyke oikealla olevassa sedimenttikiven poikkileikkauksessa). Kalliotilavuuden kokonaismassa VT muodostuu huokosnesteen massasta, jonka tiheys on df, sekä matriisimineraalien massasta, jonka tiheys on dma. Mitattu tiheys on irtotiheys db. Kokonaismassasta tulee tällöin:

Kokonaismassa = VT db = VT df + (1- ) VT dma

Meillä on siis kaava, joka antaa tiheyden sekoittumislain, joka edustaa irtotiheyttä huokostilavuuden, huokosnesteen tiheyden ja matriksin tiheyden avulla:

db = df + (1-) dma

Järjestämällä termit uudelleen voidaan huokoisuus esittää seuraavasti:

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

Kun sekä matriisin kivilaji että nestelaji tunnetaan, huokoisuus voidaan arvioida tiheysmittauksista. Tämä tehdään yleisesti kairauksissa, joissa tiheysmittareilla voidaan saada tarkkoja arvioita irtotiheydestä db. Tämä on mahdollista myös silloin, kun on olemassa ydinnäytteitä, joskin on oltava varovainen todellisten tiheyksien löytämiseksi ilman vaurioituneista ydinnäytteistä johtuvia vääristymiä.

Huomautuksia

• Useimpien maankuoren muodostavien kivien tiheys on välillä 2,6-2,7 g/cc.
• Joidenkin emäksisten magmakivien tiheys vaihtelee välillä 2,6-2,7 g/cc.
• Joidenkin emäksisten magmakivien tiheys vaihtelee välillä 2,6-2,7 g/cc.
• Joidenkin emäksisten magmakivien tiheys vaihtelee välillä 2,6-2,7 g/cc.8-3,0 g/cc; joidenkin eksoottisten, syvällä sijaitsevien kivien tiheys on jopa 3,4 (esim. eklogiitti).
• Erilaisten metallien malmimineraalit, oksidit ja sulfidit ovat suhteellisen tiheitä (ks. edellä oleva taulukko).
• Savien tiheys on yleensä välillä 1,6-2,6 g/cm3. Maaperän savipitoisuus vaikuttaa merkittävästi sen tiheyteen.
• Suola on erityisen kiinnostava sedimenttikivissä, koska sen tiheys on alhainen (2,2 g/cm3), mutta sillä on melko korkea bulkkikertoimen moduuli, mikä antaa sille suhteellisen suuren seismisen nopeuden (akustisten signaalien nopeus kiven sisällä). Tämän vuoksi painovoimatutkimukset täydentävät erinomaisesti seismisiä tutkimuksia öljytuotteiden etsinnässä.
• Lukuun ottamatta tapauksia, joissa esiintyy suolaa tai malmimineraaleja, maankuoren painovoimatutkimuksissa esiintyvät tiheyserot isäntä- ja ”kohde ”materiaalien välillä ylittävät harvoin 0,250 g/cc.
• Kontrastit ovat suurempia matalissa materiaaleissa. Tästä syystä yhdessä mittauspaikkojen ja kohteiden läheisen sijainnin kanssa painovoimamenetelmät ovat käyttökelpoisia pintamaan paksuuden kartoittamisessa. Gravitaatiomenetelmät ovat usein myös erittäin tehokkaita tunnistettaessa ja kartoitettaessa onteloita, kuten vajoamia, luolia karstimuodostumissa jne.

Nämä muistiinpanot on muokattu ja täydennetty Berkeleyn sovelletun geofysiikan kurssin verkkosivuston vastaavalta sivulta.