Bevezetés A többi fizikai tulajdonságtól eltérően a leggyakoribb kőzetalkotó ásványok sűrűségei feltűnően közel vannak egymáshoz. A tiszta, száraz, geológiai anyagok tényleges sűrűsége a jég 880 kg/m3 -tól (és a levegő majdnem 0 kg/m3 -tól) néhány ritka ásvány 8000 kg/m3 feletti sűrűségéig terjed. A kőzetek sűrűsége általában 1600 kg/m3 (üledékek) és 3500 kg/m3 (gabbro) között van. A legtöbb tankönyvben a földtani anyagok sűrűségére vonatkozó táblázatok szerepelnek, de a táblázat egyszerűsége elrejti azt a széles értéktartományt, amelyet a legtöbb valós anyag a terepen mutathat. Mindazonáltal egy táblázat hasznos, és a 2.1. táblázat PV Sharma, 1997-ből (lásd a hivatkozások oldalon) a jobb oldalon látható. A gyakorlatban az ömlesztett sűrűségeket (az anyag teljes térfogatának sűrűsége, beleértve az üregteret is) gyakran inkább a porozitás, a cementáltság mértéke és az anyagok keveredése szabályozza, mint az ásványi összetétel. A következő ábra (Grant és West, 1965) hangsúlyozza a geológiai anyag sűrűségmérésekből történő értelmezésének kihívását az anyagok által mutatott, egymást átfedő értékek széles tartományai miatt. A oszlopok a különböző kőzetfajták kisméretű ömlesztett minta sűrűségeinek 80 százalékos tartományait jelzik.

Fontos felidézni a tömeg, a sűrűség és a tömeg közötti különbséget. A sűrűség a fizikai tulajdonság – ez az egységnyi térfogatra jutó tömeg (kilogramm). A tömeg az az erő, amelyet ez a tömeg a gravitációs mező jelenlétében tapasztal. A Holdon a súlyod 1/6-a a földi súlyodnak, de a tömeged (és a sűrűséged) ugyanaz, bárhol is vagy.

Porozitás

A sűrűségnek a porozitásra gyakorolt hatása egy keveredési törvényt követ, amelyet a későbbiekben ismertetünk. Ezért egy minta ömlesztett sűrűségének mérése becslést adhat a porozitásra, ha az ömlesztett minta összetevői ismertek. A porozitás, , a kőzet tört pórustérfogata (például a fekete zóna a jobb oldali üledékes kőzet keresztmetszetében). Egy kőzettérfogat teljes tömege, VT, a df sűrűségű pórusfolyadék tömegéből és a dma sűrűségű mátrixásványok tömegéből tevődik össze. A mért sűrűség a db ömlesztett sűrűség. Az össztömeg tehát a következő:

Teljes tömeg = VT db = VT df + (1- ) VT dma

Tehát van egy képletünk, amely megadja a sűrűség keverési törvényét, amely az ömlesztett sűrűséget a porozitás, a pórusfolyadék sűrűsége és a mátrix sűrűsége alapján mutatja be:

db = df + (1-) dma

A kifejezések átrendezésével a porozitás a következőképpen ábrázolható:

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

Ha mind a mátrix kőzettípusa, mind a folyadék típusa ismert, a porozitás a sűrűség méréséből becsülhető. Ezt általában fúrásokban végzik, ahol a sűrűségmérő műszerek pontos becsléseket adhatnak az ömlesztett sűrűségre db. Ez akkor is lehetséges, ha magminták állnak rendelkezésre, bár ügyelni kell arra, hogy a sérült magokból származó torzításoktól mentes, valós sűrűségeket találjunk.

Megjegyzések

• A földkérget alkotó kőzetek többségének sűrűsége 2,6 és 2,7 g/cc között van.
• Egyes alapvulkáni kőzetek, amelyek nemcsak nagyon alacsony porozitásúak, de több vasban gazdag mafikus ásványt tartalmaznak, mint felső kéregbeli társaik, sűrűsége 2…8 és 3,0 g/cc között mozog; néhány egzotikus, mélyen fekvő eredetű kőzet denzitása akár 3,4 is lehet (pl. eklogit).
• A különböző fémek érces ásványai, oxidjai és szulfidjai viszonylag sűrűek (lásd a fenti táblázatot).
• Az agyagok sűrűsége általában 1,6 és 2,6 g/cc között van. Egy talaj agyagtartalma jelentős hatással van a sűrűségére.
• A só különösen érdekes az üledékes kőzetekben, mert sűrűsége alacsony (2,2 g/cc), de viszonylag nagy térfogati modulusa viszonylag nagy szeizmikus sebességet (a kőzetben lévő akusztikus jelek sebessége) ad. Ezért a gravitációs felmérések kiváló kiegészítője a szeizmikus munkának a kőolajtermékek feltárása során.
• A kéreg gravitációs vizsgálatai során tapasztalt sűrűségkontrasztok a gazdatest és a “célanyag” között – a só vagy érces ásványok jelenlététől eltekintve – ritkán haladják meg a 0,250 g/cc értéket.
• A kontrasztok nagyobbak a sekélyen fekvő anyagok esetében. Emiatt, a mérési helyeknek a célpontokhoz való közelsége mellett, a gravitációs módszerek hasznosak az üledékvastagság feltérképezésére. A gravitáció gyakran igen hatékony az üregek, például a víznyelők, a karsztos képződményekben lévő barlangok stb. azonosítására és feltérképezésére is.

Ezeket a jegyzeteket a Berkeley Course in Applied Geophysics weboldalán található hasonló oldalról adaptáltuk és egészítettük ki.