Introdução Outras propriedades físicas não semelhantes, as densidades dos minerais formadores de rochas mais comuns são notavelmente próximas umas das outras. As densidades reais de materiais geológicos puros e secos variam de 880 kg/m3 para o gelo (e quase 0 kg/m3 para o ar) a mais de 8000 kg/m3 para alguns minerais raros. As rochas geralmente estão entre 1600 kg/m3 (sedimentos) e 3500 kg/m3 (gabbro). Tabelas de densidades de materiais geológicos são dadas na maioria dos livros de texto, mas a simplicidade de uma tabela esconde a grande variedade de valores que a maioria dos materiais reais pode exibir no campo. No entanto, uma tabela é útil, e a Tabela 2.1, de PV Sharma, 1997 (veja a página de referências) é mostrada à direita. Na prática, as densidades de massa (a densidade de todo um volume de material, incluindo o espaço vazio) são frequentemente controladas mais pela porosidade, o grau de cimentação e a mistura de materiais, do que pela composição mineral. A figura seguinte (Grant and West, 1965) enfatiza o desafio de interpretar o material geológico a partir de medições de densidade devido às amplas faixas de valores sobrepostos exibidas pelos materiais. Bars indicam intervalos de 80 por cento das densidades de amostras a granel de pequenos espécimes de vários tipos de rochas.

É importante recordar a diferença entre massa, densidade e peso. Densidade é a propriedade física – é a massa (quilogramas) por unidade de volume. O peso é a força experimentada por essa massa na presença de um campo gravitacional. O seu peso na Lua é 1/6 do seu peso na Terra, mas a sua massa (e densidade) é a mesma onde quer que esteja.

Porosidade

O efeito da densidade sobre a porosidade segue uma lei de mistura, que é descrita posteriormente. Portanto, a medição da densidade aparente de uma amostra pode fornecer uma estimativa da porosidade se os constituintes da amostra aparente forem conhecidos. A porosidade, , é o volume fracionário de porosidade de uma rocha (por exemplo, a zona preta na seção transversal de uma rocha sedimentar à direita). A massa total de um volume de rocha, VT, é composta pela massa do fluido do poro, de densidade df, mais a massa da matriz de minerais de densidade dma. A densidade medida é a densidade do volume db. A massa total torna-se então:

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

Então temos uma fórmula que dá a Lei de Mistura para densidade, que representa a densidade aparente em termos de porosidade, densidade do fluido de porosidade e densidade da matriz:

db = df + (1-) dma

Reorganizando os termos, a porosidade pode ser representada da seguinte forma:

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

Quando tanto o tipo de rocha da matriz como o tipo de fluido são conhecidos, a porosidade pode ser estimada a partir de medições de densidade. Isto é comumente feito em furos onde instrumentos de densidade podem produzir estimativas precisas da densidade a granel db. Isto também é possível quando existem amostras de núcleo, embora seja necessário ter o cuidado de encontrar densidades verdadeiras, sem o viés dos núcleos danificados.

Remarks

• A maioria das rochas que compõem a crosta da terra têm densidade entre 2,6 e 2,7g/cc.
• algumas rochas ígneas básicas, que não só têm porosidade muito baixa, mas contêm mais minerais mafiosos ricos em ferro do que as suas contrapartes da crosta superior, têm densidade que varia entre 2.8 a 3,0 g/cc; algumas rochas exóticas de origem profunda têm denisidade até 3,4 (por exemplo eclogite).
• Minerais de minério, óxidos e sulfetos de vários metais são relativamente densos (veja a tabela acima).
• As argilas geralmente têm densidade entre 1,6 a 2,6 g/cc. O conteúdo de argila de um solo tem um efeito significativo na sua densidade.
• O sal é de particular interesse em rochas sedimentares porque tem uma baixa densidade (2,2 g/cc), mas tem um módulo de massa bastante elevado dando-lhe uma velocidade sísmica relativamente alta (velocidade dos sinais acústicos dentro da rocha). Portanto, os levantamentos gravitacionais são um excelente ajuste ao trabalho sísmico na exploração de produtos petrolíferos.
• Excepto quando o sal ou os minerais de minério estão presentes, os contrastes de densidade entre os materiais hospedeiro e “alvo” encontrados nos estudos de gravidade da crosta raramente excedem 0,250g/cc.
• Os contrastes são mais elevados para materiais rasos. Por este motivo, em combinação com a proximidade dos locais de medição aos alvos, os métodos de gravidade são úteis para mapear a espessura da sobrecarga. A gravidade também é frequentemente altamente eficaz na identificação e mapeamento de vazios, tais como cavidades, cavernas em formações de Karst, etc.

Estas notas foram adaptadas e aumentadas a partir de uma página similar no site do Curso de Geofísica Aplicada de Berkeley.