Understanding porosity and density

What is porosity?

huokoisuus on kivessä olevan tyhjän tilan prosenttiosuus.

huokoisuus on tyhjän tilan prosenttiosuus Kalliossa. Se määritellään tyhjätilan eli huokosavaruuden tilavuuden suhteena jaettuna kokonaistilavuudella. Se kirjoitetaan joko desimaalisena murtolukuna 0: n ja 1: n välillä tai prosentteina. Useimmilla kivillä huokoisuus vaihtelee alle 1 prosentista 40 prosenttiin.

Huokoisuusyhtälö, jossa "n" on yhtä kuin huokosavaruuden tilavuus jaettuna kokonaistilavuudella"n" equals pore space volume divided by total volume

kiven huokoisuus riippuu monista tekijöistä, kuten kivilajista ja siitä, miten kiven jyvät ovat järjestyneet. Esimerkiksi kiteisen kiven, kuten graniitin, huokoisuus on hyvin alhainen (<1%), koska ainoat huokostilat ovat yksittäisten mineraalirakeiden välissä olevat pienet, pitkät ja ohuet halkeamat. Hiekkakivissä on tyypillisesti paljon suurempi huokoisuus (10-35%), koska yksittäiset hiekka-tai mineraalirakeet eivät sovi tiiviisti yhteen, jolloin huokostilat ovat suuremmat.

visualisoiva huokostila (huokoset sinisellä)

kaavio, jossa suhteellisen suuret huokostilat hiekkakivimineraalien välissä

hiekkakivi

kaavio, joka esittää hyvin pieniä huokospaikkoja kiteisen kiven mineraalirakeiden välissä

kiteisen kiven

Wisconsinin kivien huokoisuusmittaukset

mitattujen kivien huokoisuusasteet vaihtelevat 2%: sta yli 30%: iin. Suuri osa tästä vaihtelusta johtuu litologiasta (kivityyppi). Tietotaulukossa on lueteltu testattavien näytteiden porositeetit ja oikealla oleva kuva esittää poroseosten vaihteluvälin ja jakauman litologian mukaan. Dolomiiteilla on pienin porositeetti (2-6%), liuskekivillä laajin porositeetti (8-29%, vaikka suurin osa on alle 15%) ja hiekkakivillä korkein huokoisuus (11-32%).

kuva 1. Jakelu porosities varten dolomiitti, liuskekivi, ja hiekkakivi.

hiekkakiven, liuskekiven ja dolomiitin porositeettien vaihteluväli

Wisconsinin kivien Tiheysmittaukset

Kivitiheys on
• yksittäisten jyvien tiheyden,
• huokoisuuden ja
• huokosten täyttyvän nesteen funktio.

tiheys määritellään massana tilavuutta kohti. Kivissä se on yksittäisten jyvien tiheyden, huokoisuuden ja huokosia täyttävän nesteen funktio. Kivissä on kolmenlaisia tiheyksiä: kuiva tiheys, märkä tiheys ja raetiheys.

tietotaulukossa on lueteltu näytteiden kuiva -, märkä-ja viljatiheydet. Lisää Wisconsinin kivien märkätiheyksiä löytyy teoksesta” Density and Magnetic Susceptibility of Wisconsin Rock”, kirjoittaneet S. I. Dutch, R. C. Boyle, S. K. Jones-Hoffbeck ja S. M. Vandenbush (Geoscience Wisconsin, Vol. 15, s. 53-70).

Katso tiedot

Tiheysmittaukset ja jakaumat

kuiva tiheys

dolomiitin (2,6-2,8), liuskekiven (2,3-2,5) ja hiekkakiven (1,9-2,4) kuiva tiheysjakauma

kuva 2. Dolomiitin, liuskekiven ja hiekkakiven kuivan tiheyden jakautuminen.

kuiva tiheys mitataan kivillä, joiden huokosissa ei ole vettä tai nestettä.

kaava: kuiva tiheys on yhtä kuin kiinteän aineen massa jaettuna kokonaistilavuudella

Katso kuviosta 2 dolomiitin, liuskekiven ja hiekkakiven kuiva tiheysjakauma.

Märkätiheys

dolomiitin (2,75-2,8), liuskekiven (2,4-2,65) ja hiekkakiven (2,15-2,55) Märkätiheysalueet

kuva 3. Dolomiitin, liuskekiven ja hiekkakiven märkätiheyden jakautuminen.

Märkätiheys mitataan täysin kyllästetyillä ytimillä.
kaava: märkä tiheys on yhtä kuin kiinteän aineen massa Plus huokosnesteen massa jaettuna kokonaistilavuudella

kuva 3 osoittaa dolomiitin, liuskekiven ja hiekkakiven kostean tiheyden jakauman.

Raetiheys

Raetiheys Dolomiitille, Liuskekivelle ja Hiekkakivelle

kuva 4. Jakelu viljan tiheys dolomiitti, liuskekivi, ja hiekkakivi.

Raetiheys kuvaa kiven kiinteiden tai mineraalirakeiden tiheyttä.

Raetiheys voi antaa viitteitä kallion mineralogiasta:

  • dolomiitti, ρ = 2,8–3,1 g/cm3
  • liuske, ρ = 2,65–2,8 g/cm3
    liuske koostuu useista mineraaleista, joilla on eri tiheydet eri suhteellisissa määrissä. Mineraaleja voivat olla savet kuten illiitti (ρ = 2,6–2,9 g/cm3) ja kaoliniitti (ρ = 2,6 g/cm3) sekoitettuna esimerkiksi dolomiitin (ρ = 2,8–3,1 g/cm3) ja kalsiitin (ρ = 2,71 g/cm3) kanssa.
  • hiekkakivet, ρ = 2,65–2,80 g / cm3
    lähes puolella hiekkakivistä raetiheydet ovat lähellä 2: ta.65 g/cm3, kvartsin tiheys, mikä viittaa siihen, että nämä hiekkakivet koostuvat kvartsirakeista ja sementistä. Jäljelle jääneillä hiekkakivillä on hieman suuremmat raetiheydet, mikä johtuu todennäköisesti kvartsin sekoittumisesta tiheämpiin mineraaleihin, kuten kalsiittiin (ρ = 2,71 g/cm3) tai dolomiittiin (ρ = 2,8–3,1 g/cm3).

katso kuva 4 dolomiitin, liuskekiven ja hiekkakiven raetiheysjakaumasta.

mittaustekniikat

mittaushuokosuus

huokoisuudet määritettiin mittaamalla näytteiden kokonaistilavuus ja huokostilavuus. Valmistimme oikeanlaisia lieriömäisiä ytimiä käyttäen porakonepuristinta, kivisahaa ja pintahiomakonetta.

näytteen tilavuuden mittaaminen: lasketaan mittaamalla sylinterien pituus ja halkaisija jarrusylinterin avulla. Useimmat näytteet olivat nimellinen 2 tuuman halkaisija ja 1-3 tuumaa pitkä.

näytteiden kuivaus: näytteitä uunikuivattiin 70°C: ssa (158°F) vähintään 24 tuntia ennen testausta.

mittaamalla huokosavaruuden tilavuus: Huokosavaruuden tilavuus määritettiin helium-pyknometrillä. Helium-pyknometri käyttää Boylen lakia (P1V1=P2V2) ja heliumkaasua, joka tunkeutuu nopeasti pieniin huokosiin ja on reagoimaton, näytteen kiinteän osan määrittämiseen. Ydin asetetaan näytekammioon, jonka tilavuus tunnetaan. Vertailukammio, jonka tilavuus tunnetaan myös, paineistetaan. Tämän jälkeen kaksi kammiota kytketään toisiinsa, jolloin heliumkaasu pääsee virtaamaan vertailukammiosta näytekammioon. Alku-ja loppupaineiden suhdetta käytetään kiinteän näytteen tilavuuden määrittämiseen. Huokostilavuus on helium-pyknometrillä määritetyn kokonaistilavuuden ja kiinteän tilavuuden erotus. Tätä tekniikkaa voidaan käyttää vain mittaamaan huokosiin, jotka ovat yhteydessä toisiinsa. Helium ja vesi eivät tunkeudu eristettyihin huokosiin, joten nämä huokoset eivät sisälly huokoisuusmittaukseen.

mittaustiheys

Kuivatiheydet määritettiin punnitsemalla näytteet kuivauksen jälkeen ja jakamalla massa näytteen kokonaistilavuudella.

Märkätiheydet laskettiin sitten olettamalla, että näytteen huokoisuus oli täytetty vedellä, lisäämällä kyseinen massa mitattuun kuivaan massaan ja jakamalla summa näytteen kokonaistilavuudella.

Raetiheys laskettiin vähentämällä huokostilan tilavuus näytteen kokonaistilavuudesta ja jakamalla sitten erotus kuivalla massalla.

Katso tiedot

selaa alkuun

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *