Introduktion Till skillnad från andra fysikaliska egenskaper ligger densiteten hos de vanligaste bergartsbildande mineralerna anmärkningsvärt nära varandra. De faktiska densiteterna hos rena, torra, geologiska material varierar från 880 kg/m3 för is (och nästan 0 kg/m3 för luft) till över 8000 kg/m3 för vissa sällsynta mineraler. Stenar har i allmänhet en densitet på mellan 1600 kg/m3 (sediment) och 3500 kg/m3 (gabbro). De flesta läroböcker innehåller tabeller över geologiska materials densiteter, men enkelheten i en tabell döljer det breda spektrum av värden som de flesta verkliga material kan uppvisa i fält. Trots detta är en tabell användbar, och tabell 2.1 från PV Sharma, 1997 (se referenssidan) visas till höger. I praktiken styrs bulkdensiteten (densiteten hos en hel materialvolym, inklusive tomrummet) ofta mer av porositeten, graden av cementering och materialets blandning än av mineralsammansättningen. Följande figur (Grant och West, 1965) understryker utmaningen med att tolka geologiskt material utifrån densitetsmätningar på grund av de breda intervall av överlappande värden som materialen uppvisar. Bar anger spännvidder av 80 procent av små provmassors bulkprovsdensiteter av olika typer av bergarter.

Det är viktigt att komma ihåg skillnaden mellan massa, densitet och vikt. Densitet är den fysikaliska egenskapen – det är massa (kilogram) per volymenhet. Vikt är den kraft som denna massa upplever i närvaro av ett gravitationsfält. Din vikt på månen är 1/6 av din vikt på jorden, men din massa (och densitet) är densamma var du än befinner dig.

Porositet

Den inverkan som densiteten har på porositeten följer en blandningslag som beskrivs senare. Därför kan mätning av bulktätheten hos ett prov ge en uppskattning av porositeten om beståndsdelarna i bulkprovet är kända. Porositeten, , är den fraktionella porvolymen i en bergart (till exempel den svarta zonen i tvärsnittet av en sedimentär bergart till höger). Den totala massan av en bergartsvolym, VT, består av massan av porvätskan, med densitet df, plus massan av matrismineralen med densitet dma. Den uppmätta densiteten är bulkdensiteten db. Den totala massan blir då:

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

Vi har alltså en formel som ger blandningslagen för densitet, som representerar bulkdensiteten i termer av porositeten, porvätskans densitet och matrisdensiteten:

db = df + (1-) dma

Genom att ordna om termerna kan porositeten representeras på följande sätt:

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

När både matrisens bergart och vätsketyp är kända kan porositeten uppskattas från mätningar av densiteten. Detta görs vanligen i borrhål där densitetsinstrument kan ge noggranna uppskattningar av bulkdensiteten db. Detta är också möjligt när det finns kärnprover, även om man måste vara försiktig för att hitta verkliga densiteter utan bias från skadade kärnor.

Remarks

• De flesta av de bergarter som utgör jordskorpan har en densitet mellan 2,6 och 2,7 g/cc.
• En del basiska magmatiska bergarter, som inte bara har en mycket låg porositet utan också innehåller mer järnrika mafiska mineral än sina motsvarigheter i den övre jordskorpan, har en densitet som sträcker sig från 2.8 till 3,0 g/cc; vissa exotiska bergarter av djupt liggande ursprung har en densitet som är så hög som 3,4 (t.ex. eklogit).
• Malmmineraler, oxider och sulfider av olika metaller är relativt täta (se tabellen ovan).
• Lera har i allmänhet en densitet mellan 1,6 och 2,6 g/cc. Lerhalten i en jord har en betydande inverkan på dess densitet.
• Salt är av särskilt intresse i sedimentära bergarter eftersom den har en låg densitet (2,2 g/cc), men har en ganska hög bulkmodul vilket ger den en relativt hög seismisk hastighet (hastighet av akustiska signaler i berget). Gravitationsundersökningar är därför ett utmärkt komplement till seismiska undersökningar vid prospektering efter petroleumprodukter.
• Förutom när salt- eller malmmineraler förekommer, överstiger densitetskontrasterna mellan värd- och ”målmaterial” som påträffas vid gravitationsundersökningar av jordskorpan sällan 0,250 g/cc.
• Kontrasterna är högre för ytliga material. Av denna anledning, i kombination med att mätplatserna ligger nära målen, är gravitationsmetoderna användbara för att kartlägga överlagringens tjocklek. Gravitation är också ofta mycket effektiv när det gäller att identifiera och kartlägga håligheter, t.ex. slukhål, grottor i Karstformationer osv.

Dessa anteckningar har anpassats och kompletterats från en liknande sida på webbplatsen Berkeley Course in Applied Geophysics.