Hvad er porøsitet?
porøsitet er procentdelen af tomrum i en klippe. Det er defineret som forholdet mellem volumen af hulrum eller porerum divideret med det samlede volumen. Det er skrevet som enten en decimalfraktion mellem 0 og 1 eller som en procentdel. For de fleste klipper varierer porøsiteten fra mindre end 1% til 40%.
porøsiteten af en sten afhænger af mange faktorer, herunder klippetypen og hvordan kornene i en sten er arrangeret. For eksempel har krystallinsk sten som granit en meget lav porøsitet (<1%), da de eneste porerum er de små, lange, tynde revner mellem de enkelte mineralkorn. Sandsten har typisk meget højere porositeter (10-35%), fordi de enkelte sand-eller mineralkorn ikke passer tæt sammen, hvilket tillader større porerum.
visualisering af porerum (porer vist i blåt)
sandsten
krystallinsk sten
porøsitetsmålinger af sten
porøsiteterne af de målte klipper varierer fra 2% til mere end 30%. Meget af denne variation skyldes litologi (klippetype). Datatabellen viser porositeterne for de testede prøver, og figuren til højre viser rækkevidden og fordelingen af porositeter efter litologi. Dolomitterne har de laveste porositeter (2-6%), skiferne har det bredeste udvalg af porositeter (8-29%, selvom de fleste er mindre end 15%), og sandstenene har den højeste porøsitet (11-32%).
Figur 1. Fordeling af porositeter for dolomit, skifer og sandsten.
Tæthedsmålinger af Visconsin klipper
• de enkelte korn,
• porøsiteten og
• væsken fylder porerne.
densitet er defineret som massen pr. I klipper er det en funktion af tæthederne i de enkelte korn, porøsiteten og væsken, der fylder porerne. Der er tre typer tæthed i klipper: tør densitet, våd densitet og korntæthed.
datatabellen viser prøvernes tørre, våde og korntætheder. “Density and Magnetic sensitivity of Viconsin Rock”, af S. I. hollandsk, R. C. Boyle, S. K. Jones-Hoffbeckog S. M. Vandenbush (Geoscience Viconsin, Vol. 15, s. 53-70).
se dataene
Tæthedsmålinger og fordelinger
Tørdensitet
figur 2. Fordeling af tør tæthed for dolomit, skifer og sandsten.
Tørdensitet måles på klipper uden vand eller væske i deres porer.
se figur 2 for tørdensitetsfordeling af dolomit, skifer og sandsten.
Våddensitet
figur 3. Fordeling af våddensitet for dolomit, skifer og sandsten.
Våddensitet måles på fuldt mættede kerner.
figur 3 viser våddensitetsfordeling for dolomit, skifer og sandsten.
Korntæthed
figur 4. Fordeling af korntæthed for dolomit, skifer og sandsten.
Korntæthed beskriver tætheden af faste eller mineralske korn af klippen.
Korntæthed kan give en indikation af stenens mineralogi:
- dolomit, kar = 2,8–3,1 g/cm3
- skifer, kar = 2,65–2,8 g/cm3
skifer er sammensat af flere mineraler, der har forskellige tætheder i forskellige relative mængder. Mineralerne kan indbefatte ler såsom Illit (kar = 2,6–2,9 g/cm3) og kaolinit (kar = 2,6 g/cm3) blandet, for eksempel med dolomit (kar = 2,8–3,1 g/cm3) og kalcit (kar = 2,71 g/cm3). - sandsten, sandsten = 2,65–2,80 g / cm3
næsten halvdelen af sandstenene har korntætheder tæt på 2.65 g/cm3, tætheden af kvarts, hvilket tyder på, at disse sandsten er sammensat af kvartskorn og cement. De resterende sandsten har lidt større korntætheder, sandsynligvis på grund af blanding af kvarts med mere tætte mineraler som calcit (LARP = 2,71 g/cm3) eller dolomit (LARP = 2,8–3,1 g/cm3).
se figur 4 for korndensitetsfordeling af dolomit, skifer og sandsten.
måleteknikker
måling af porøsitet
porositeterne blev bestemt ved målinger af prøvernes totale volumen og porerumvolumen. Vi forberedte højre cylindriske kerner ved hjælp af en kerneborepresse, en stensav og en overfladeslibemaskine.
måling af prøvevolumen: beregnet ved at måle længden og diameteren af cylindrene ved hjælp af en tykkelse. De fleste prøver var en nominel 2-tommer diameter og 1 til 3 inches lang.
tørring af prøverne: prøverne blev ovntørret ved 70 liter C (158 liter F) i mindst 24 timer før testning.
måling af porerumvolumen: Porerumvolumen blev bestemt ved hjælp af et helium pycnometer. Helium pycnometer gør brug af Boyles lov (P1V1=P2V2) og heliumgas, som hurtigt trænger ind i små porer og er ikke-reaktiv, for at bestemme den faste del af en prøve. Kernen anbringes i et prøvekammer med kendt volumen. Et referencekammer, også med kendt volumen, er under tryk. De to kamre forbindes derefter, så heliumgassen kan strømme fra referencekammeret til prøvekammeret. Forholdet mellem det indledende og det endelige tryk anvendes til at bestemme volumenet af det faste stof. Porevolumen er forskellen mellem det totale volumen og det faste volumen som bestemt af helium pycnometer. Denne teknik kan kun bruges til at måle porer, der er sammenkoblet. Helium og vand trænger ikke ind i isolerede porer, så disse porer er ikke inkluderet i porøsitetsmålingen.
Måletæthed
Tørdensiteter blev bestemt ved at veje prøverne efter tørring og dividere massen med det samlede prøvevolumen.
våde tætheder blev derefter beregnet ved at antage, at prøveens porøsitet var fyldt med vand, idet massen blev tilsat til den tørre målte masse og divideret summen med det samlede prøvevolumen.
Korntæthed blev beregnet ved at trække porerumvolumenet fra det samlede prøvevolumen og derefter dividere forskellen med den tørre masse.
se dataene