Inleiding In tegenstelling tot andere fysische eigenschappen, liggen de dichtheden van de meest voorkomende gesteentevormende mineralen opmerkelijk dicht bij elkaar. De werkelijke dichtheden van zuivere, droge, geologische materialen variëren van 880 kg/m3 voor ijs (en bijna 0 kg/m3 voor lucht) tot meer dan 8000 kg/m3 voor sommige zeldzame mineralen. De dichtheid van gesteenten ligt over het algemeen tussen 1600 kg/m3 (sedimenten) en 3500 kg/m3 (gabbro). Tabellen met de dichtheid van geologisch materiaal worden in de meeste leerboeken gegeven, maar de eenvoud van een tabel verbergt het brede scala van waarden die de meeste echte materialen in het veld kunnen vertonen. Toch is een tabel nuttig, en tabel 2.1, uit PV Sharma, 1997 (zie de bladzijde met referenties) is hiernaast afgebeeld. In de praktijk wordt de bulkdichtheid (de dichtheid van een volledig volume materiaal, met inbegrip van de lege ruimte) vaak meer bepaald door de porositeit, de mate van cementering en het mengen van de materialen, dan door de minerale samenstelling. De volgende figuur (Grant and West, 1965) benadrukt de uitdaging van het interpreteren van geologisch materiaal aan de hand van dichtheidsmetingen, vanwege de grote bandbreedtes van overlappende waarden die door materialen worden vertoond. Balkjes geven overspanningen aan van 80 procent van de dichtheden van bulkmonsters van verschillende soorten gesteenten met kleine specimens.

Het is belangrijk te herinneren aan het verschil tussen massa, dichtheid en gewicht. Dichtheid is de fysische eigenschap – het is massa (kilogrammen) per volume-eenheid. Gewicht is de kracht die door die massa wordt ondervonden in de aanwezigheid van een gravitatieveld. Je gewicht op de maan is 1/6 van je gewicht op aarde, maar je massa (en dichtheid) is hetzelfde, waar je ook bent.

Porositeit

Het effect van de dichtheid op de porositeit volgt een mengwet, die verderop wordt beschreven. Daarom kan door het meten van de bulkdichtheid van een monster een schatting van de porositeit worden verkregen, indien de bestanddelen van het bulkmonster bekend zijn. De porositeit, , is het fractionele poriënvolume van een gesteente (bijvoorbeeld de zwarte zone in de dwarsdoorsnede van een sedimentgesteente rechts). De totale massa van een volume gesteente, VT, bestaat uit de massa van de porievloeistof, met dichtheid df, plus de massa van de matrixmineralen, met dichtheid dma. De gemeten dichtheid is de bulkdichtheid db. De totale massa wordt dan:

Totale massa = VT db = VT df + (1- ) VT dma

We hebben dus een formule die de mengwet voor dichtheid geeft, die de bulkdichtheid weergeeft in termen van de porositeit, de dichtheid van de poriënvloeistof en de dichtheid van de matrix:

db = df + (1-) dma

Door de termen anders te rangschikken, kan de porositeit op de volgende manier worden voorgesteld:

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

Wanneer zowel het gesteentetype van de matrix als het vloeistoftype bekend zijn, kan de porositeit worden geschat uit metingen van de dichtheid. Dit wordt vaak gedaan in boorgaten waar dichtheidsinstrumenten nauwkeurige schattingen van de bulkdichtheid kunnen geven. Dit is ook mogelijk met behulp van kernmonsters, al moet men er wel op letten dat de werkelijke dichtheden worden gevonden zonder vertekening door beschadigde kernen.

Opmerkingen

• De meeste gesteenten waaruit de aardkorst bestaat, hebben een dichtheid tussen 2,6 en 2,7 g/cc.
• Sommige basische stollingsgesteenten, die niet alleen een zeer lage porositeit hebben, maar ook meer ijzerrijke mafische mineralen bevatten dan hun tegenhangers in de bovenkorst, hebben een dichtheid variërend van 2..8 tot 3,0 g/cc; sommige exotische gesteenten van diepgewortelde oorsprong hebben een dichtheid van wel 3,4 (b.v. eclogiet).
• Ertsmineralen, oxiden en sulfiden van verschillende metalen hebben een betrekkelijke dichtheid (zie de tabel hierboven).
• Klei heeft over het algemeen een dichtheid tussen 1,6 en 2,6 g/cc. Het kleigehalte van een bodem heeft een belangrijk effect op de dichtheid ervan.
• Zout is van bijzonder belang in sedimentaire gesteenten, omdat het een lage dichtheid heeft (2,2 g/cc), maar een vrij hoge bulkmodulus heeft, waardoor het een relatief hoge seismische snelheid heeft (snelheid van akoestische signalen binnen het gesteente). Daarom zijn zwaartekrachtonderzoeken een uitstekende aanvulling op seismisch werk bij de exploratie naar aardolieprodukten.
• Behalve wanneer zout of ertsmineralen aanwezig zijn, zijn de dichtheidscontrasten tussen gastheer- en “doel”-materiaal die bij zwaartekrachtstudies van de korst worden aangetroffen zelden groter dan 0,250g/cc.
• De contrasten zijn groter voor ondiepe materialen. Om deze reden, in combinatie met de nabijheid van de meetlocaties bij de targets, zijn zwaartekrachtmethoden nuttig voor het in kaart brengen van de dikte van de deklaag. Zwaartekracht is ook vaak zeer effectief bij het identificeren en in kaart brengen van holtes, zoals sinkholes, grotten in Karst formaties, etc.

Deze notities zijn aangepast en aangevuld van een soortgelijke pagina op de Berkeley Course in Applied Geophysics website.