¿Qué es la porosidad?
La porosidad es el porcentaje de espacio vacío en una roca. Se define como la relación del volumen de los vacíos o espacio de poros dividido por el volumen total. Se escribe como una fracción decimal entre 0 y 1 o como un porcentaje. Para la mayoría de las rocas, la porosidad varía de menos del 1% al 40%.
La porosidad de una roca depende de muchos factores, incluido el tipo de roca y cómo están dispuestos los granos de una roca. Por ejemplo, la roca cristalina como el granito tiene una porosidad muy baja (<1%) ya que los únicos espacios de poros son las grietas pequeñas, largas y delgadas entre los granos minerales individuales. Las areniscas, por lo general, tienen porosidades mucho más altas (10-35%) porque la arena o los granos minerales individuales no encajan entre sí, lo que permite espacios de poros más grandes.
Visualizando el espacio de poros (los poros se muestran en azul)
ARENISCA
ROCA CRISTALINA
Medidas de porosidad de rocas de Wisconsin
Las porosidades de las rocas medidas varían de 2% a más de 30%. Gran parte de esta variación se debe a la litología (tipo de roca). La tabla de datos enumera las porosidades de las muestras analizadas y la figura de la derecha muestra el rango y la distribución de las porosidades por litología. Las dolomitas tienen las porosidades más bajas (2-6%), los esquistos tienen el rango más amplio de porosidades (8-29%, aunque la mayoría son menos del 15%), y las areniscas tienen la porosidad más alta (11-32%).
Figura 1. Distribución de porosidades para dolomita, esquisto y arenisca.
Mediciones de densidad de rocas de Wisconsin
• los granos individuales,
• la porosidad y
* el fluido que llena los poros.
La densidad se define como la masa por volumen. En las rocas, es una función de las densidades de los granos individuales, la porosidad y el fluido que llena los poros. Hay tres tipos de densidad en las rocas: densidad seca, densidad húmeda y densidad de grano.
La tabla de datos muestra las densidades secas, húmedas y de grano de las muestras. Densidades húmedas adicionales para las rocas de Wisconsin se pueden encontrar en «Densidad y Susceptibilidad Magnética de la Roca de Wisconsin», por S. I. Dutch, R. C. Boyle, S. K. Jones-Hoffbeck, y S. M. Vandenbush (Geoscience Wisconsin, Vol. 15, pág. 53-70).
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Mediciones y distribuciones de densidad
Densidad seca
Figura 2. Distribución de la densidad seca de dolomita, esquisto y arenisca.
La densidad seca se mide en rocas sin agua o líquido en sus poros.
Véase la Figura 2 para la distribución de la densidad seca de dolomita, esquisto y arenisca.
Densidad húmeda
Figura 3. Distribución de la densidad húmeda para dolomita, esquisto y arenisca.
La densidad húmeda se mide en núcleos completamente saturados.
La figura 3 muestra la distribución de la densidad húmeda para dolomita, esquisto y arenisca.
Densidad de grano
Figura 4. Distribución de la densidad de grano para dolomita, esquisto y arenisca.
Densidad de grano describe la densidad de granos sólidos o minerales de la roca.
La densidad de grano puede dar una indicación de la mineralogía de la roca:
- Dolomita, ρ = 2.8–3.1 g/cm3
- Esquistos, ρ = 2.65–2.8 g / cm3
Los esquistos están compuestos de varios minerales que tienen diferentes densidades en diferentes cantidades relativas. Los minerales pueden incluir arcillas tales como la illita (ρ = 2.6–2.9 g/cm3) y caolinita (ρ = 2,6 g/cm3) mezclado, por ejemplo, con dolomita (ρ = 2.8–3.1 g/cm3) y calcita (ρ = 2.71 g/cm3). - Areniscas, ρ = 2,65-2,80 g/cm3
Casi la mitad de las areniscas tienen densidades de grano cercanas a 2.65 g / cm3, la densidad del cuarzo, lo que sugiere que esas areniscas están compuestas de granos de cuarzo y cemento. Las areniscas restantes tienen densidades de grano ligeramente mayores, probablemente debido a la mezcla de cuarzo con minerales más densos como calcita (ρ = 2,71 g/cm3) o dolomita (ρ = 2,8–3,1 g/cm3).
Ver la Figura 4 para la distribución de densidad de grano de dolomita, esquisto y arenisca.
Técnicas de medición
Medición de la porosidad
Las porosidades se determinaron mediante mediciones del volumen total y el volumen del espacio de poros de las muestras. Preparamos núcleos cilíndricos correctos utilizando una prensa de perforación de núcleos, una sierra de roca y una amoladora de superficie.
Medición del volumen de la muestra: Se calcula midiendo la longitud y el diámetro de los cilindros utilizando una pinza. La mayoría de las muestras tenían un diámetro nominal de 2 pulgadas y de 1 a 3 pulgadas de largo.
Secado de las muestras: Las muestras se secaron al horno a 70°C (158°F) durante al menos 24 horas antes de la prueba.
Medición del volumen del espacio de poros: El volumen del espacio de poros se determinó utilizando un picnómetro de helio. El picnómetro de helio utiliza la Ley de Boyle (P1V1=P2V2) y el gas de helio, que penetra rápidamente en poros pequeños y no es reactivo, para determinar la porción sólida de una muestra. El núcleo se coloca en una cámara de muestras de volumen conocido. Se presuriza una cámara de referencia, también de volumen conocido. Las dos cámaras se conectan, permitiendo que el gas de helio fluya desde la cámara de referencia a la cámara de muestra. La relación de las presiones inicial y final se utiliza para determinar el volumen de la muestra sólida. El volumen de poros es la diferencia entre el volumen total y el volumen sólido determinado por el picnómetro de helio. Esta técnica solo se puede usar para medir poros que están interconectados. El helio y el agua no penetran en poros aislados, por lo que estos poros no se incluyen en la medición de porosidad.
Densidad de medición
Las densidades secas se determinaron pesando las muestras después del secado y dividiendo la masa por el volumen total de la muestra.
Las densidades húmedas se calcularon asumiendo que la porosidad de la muestra se llenaba con agua, agregando esa masa a la masa medida en seco y dividiendo la suma por el volumen total de la muestra.
La densidad de grano se calculó restando el volumen de espacio de poros del volumen total de la muestra y luego dividiendo la diferencia por la masa seca.
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