What is porosity?
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.
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)
hiekkakivi
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.
Wisconsinin kivien Tiheysmittaukset
• 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
kuva 2. Dolomiitin, liuskekiven ja hiekkakiven kuivan tiheyden jakautuminen.
kuiva tiheys mitataan kivillä, joiden huokosissa ei ole vettä tai nestettä.
Katso kuviosta 2 dolomiitin, liuskekiven ja hiekkakiven kuiva tiheysjakauma.
Märkätiheys
kuva 3. Dolomiitin, liuskekiven ja hiekkakiven märkätiheyden jakautuminen.
Märkätiheys mitataan täysin kyllästetyillä ytimillä.
kuva 3 osoittaa dolomiitin, liuskekiven ja hiekkakiven kostean tiheyden jakauman.
Raetiheys
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