Introducere În contrast cu alte proprietăți fizice, densitățile celor mai comune minerale care formează rocile sunt remarcabil de apropiate. Densitățile reale ale materialelor geologice pure, uscate, variază de la 880 kg/m3 pentru gheață (și aproape 0 kg/m3 pentru aer) la peste 8000 kg/m3 pentru unele minerale rare. Rocile au în general densități cuprinse între 1600 kg/m3 (sedimente) și 3500 kg/m3 (gabro). Tabelele cu densitățile materialelor geologice sunt prezentate în majoritatea manualelor, dar simplitatea unui tabel ascunde gama largă de valori pe care majoritatea materialelor reale le pot prezenta pe teren. Cu toate acestea, un tabel este util, iar tabelul 2.1, din PV Sharma, 1997 (a se vedea pagina de referințe) este prezentat în dreapta. În practică, densitățile aparente (densitatea unui întreg volum de material, inclusiv a spațiului gol) sunt adesea controlate mai mult de porozitatea, gradul de cimentare și de amestecul materialelor, decât de compoziția minerală. Următoarea figură (Grant și West, 1965) subliniază provocarea de a interpreta materialul geologic pornind de la măsurătorile de densitate din cauza intervalelor largi de valori suprapuse pe care le prezintă materialele. Barele indică intervale de 80 la sută din densitățile eșantioanelor de probă în vrac de mici dimensiuni ale diferitelor tipuri de roci.

Este important să reamintim diferența dintre masă, densitate și greutate. Densitatea este o proprietate fizică – este masa (kilograme) pe unitatea de volum. Greutatea este forța resimțită de acea masă în prezența unui câmp gravitațional. Greutatea ta pe Lună este 1/6 din greutatea ta pe Pământ, dar masa (și densitatea) ta este aceeași oriunde te-ai afla.

Porozitate

Efectul densității asupra porozității urmează o lege a amestecului, care este descrisă ulterior. Prin urmare, măsurarea densității aparente a unei probe poate furniza o estimare a porozității dacă se cunosc constituenții probei aparente. Porozitatea, , este volumul poros fracțional al unei roci (de exemplu, zona neagră din secțiunea transversală a unei roci sedimentare din dreapta). Masa totală a unui volum de rocă, VT, este alcătuită din masa fluidului poros, de densitate df, plus masa mineralelor din matrice, de densitate dma. Densitatea măsurată este densitatea aparentă db. Masa totală devine atunci:

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

Avem așadar o formulă care dă legea amestecului pentru densitate, care reprezintă densitatea aparentă în termeni de porozitate, densitatea fluidului poros și densitatea matricei:

db = df + (1-) dma

Rezolvând termenii, porozitatea poate fi reprezentată în felul următor:

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

Când sunt cunoscute atât tipul de rocă al matricei, cât și tipul de fluid, porozitatea poate fi estimată din măsurători ale densității. Acest lucru se face în mod obișnuit în foraje, unde instrumentele de măsurare a densității pot produce estimări precise ale densității aparente db. Acest lucru este, de asemenea, posibil atunci când există probe de carote, deși trebuie să se aibă grijă să se găsească densități reale fără a fi influențate de carote deteriorate.

Observații

• Majoritatea rocilor care alcătuiesc scoarța terestră au densitatea cuprinsă între 2,6 și 2,7g/cc.
• Câteva roci ígnoase de bază, care nu numai că au o porozitate foarte scăzută, dar conțin mai multe minerale mafice bogate în fier decât omologii lor din scoarța superioară, au densitatea cuprinsă între 2.8 până la 3,0 g/cc; unele roci exotice de origine adâncă au densitatea de până la 3,4 (de exemplu, eclogitul).
• Mineralele minerale, oxizii și sulfurile diferitelor metale sunt relativ dense (vezi tabelul de mai sus).
• Argilele au, în general, o densitate între 1,6 și 2,6 g/cc. Conținutul de argilă al unui sol are un efect semnificativ asupra densității sale.
• Sarea prezintă un interes deosebit în rocile sedimentare, deoarece are o densitate scăzută (2,2 g/cc), dar are un modul grosier destul de ridicat, ceea ce îi conferă o viteză seismică (viteza semnalelor acustice în interiorul rocii) relativ mare. Prin urmare, măsurătorile gravitaționale sunt o excelentă completare a lucrărilor seismice în explorarea produselor petroliere.
• În afară de cazul în care sunt prezente săruri sau minerale, contrastele de densitate între materialele gazdă și cele „țintă” întâlnite în studiile gravitaționale ale scoarței rareori depășesc 0,250g/cc.
• Contrastele sunt mai mari pentru materialele de mică adâncime. Din acest motiv, în combinație cu imediata apropiere a locațiilor de măsurare față de ținte, metodele gravitaționale sunt utile pentru cartografierea grosimii stratului de acoperire. De asemenea, gravitația este adesea foarte eficientă pentru identificarea și cartografierea golurilor, cum ar fi dolinele, peșterile din formațiunile carstice etc.

Aceste note au fost adaptate și completate de pe o pagină similară de pe site-ul Berkeley Course in Applied Geophysics.