Qu’est-ce que la porosité?
La porosité est le pourcentage d’espace vide dans une roche. Il est défini comme le rapport du volume des vides ou de l’espace poreux divisé par le volume total. Il est écrit soit comme une fraction décimale comprise entre 0 et 1, soit comme un pourcentage. Pour la plupart des roches, la porosité varie de moins de 1% à 40%.
La porosité d’une roche dépend de nombreux facteurs, y compris le type de roche et la façon dont les grains d’une roche sont disposés. Par exemple, les roches cristallines telles que le granite ont une porosité très faible (< 1%) car les seuls espaces poreux sont les petites fissures longues et minces entre les grains minéraux individuels. Les grès ont généralement des porosités beaucoup plus élevées (10 à 35%) car les grains de sable ou de minéraux individuels ne s’emboîtent pas étroitement, ce qui permet de plus grands espaces poreux.
Visualisation de l’espace poreux (pores indiqués en bleu)
GRÈS
ROCHE CRISTALLINE
Mesures de porosité des roches du Wisconsin
Les porosités des roches mesurées varient de 2% à plus de 30%. Une grande partie de cette variation est due à la lithologie (type de roche). Le tableau de données répertorie les porosités des échantillons testés et la figure de droite montre l’étendue et la distribution des porosités par lithologie. Les dolomites ont les porosités les plus basses (2-6%), les schistes ont la plus large gamme de porosités (8-29%, bien que la plupart soient inférieures à 15%) et les grès ont la porosité la plus élevée (11-32%).
Figure 1. Distribution des porosités pour la dolomie, le schiste et le grès.
Mesures de densité des roches du Wisconsin
La densité est définie comme la masse par volume. Dans les roches, il est fonction des densités des grains individuels, de la porosité et du fluide remplissant les pores. Il existe trois types de densité dans les roches: densité sèche, densité humide et densité des grains.
Le tableau de données répertorie les densités sèches, humides et de grains des échantillons. Des densités humides supplémentaires pour les roches du Wisconsin peuvent être trouvées dans « Density and Magnetic Susceptibility of Wisconsin Rock », de S.I. Dutch, R.C. Boyle, S.K. Jones-Hoffbeck et S.m. Vandenbush (Geoscience Wisconsin, Vol. 15, p. 53 à 70).
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Mesures et distributions de densité
Densité sèche
Figure 2. Distribution de la densité sèche pour la dolomie, le schiste et le grès.
La densité sèche est mesurée sur des roches sans eau ni liquide dans leurs pores.
Voir la figure 2 pour la distribution de la densité sèche de la dolomie, du schiste et du grès.
Densité humide
Figure 3. Distribution de la densité humide pour la dolomie, le schiste et le grès.
La densité humide est mesurée sur des noyaux entièrement saturés.
La figure 3 montre la distribution de la densité humide pour la dolomie, le schiste et le grès.
Densité des grains
Figure 4. Distribution de la densité des grains pour la dolomie, le schiste et le grès.
La densité des grains décrit la densité des grains solides ou minéraux de la roche.
La densité des grains peut donner une indication de la minéralogie de la roche:
- Dolomite, ρ= 2,8-3,1 g/cm3
- Schistes, ρ= 2,65-2,8 g/cm3
Les schistes sont composés de plusieurs minéraux qui ont des densités différentes en quantités relatives différentes. Les minéraux peuvent inclure des argiles telles que l’illite (ρ = 2,6–2,9 g/cm3) et la kaolinite (ρ = 2,6 g/cm3) mélangées, par example, avec de la dolomie (ρ = 2,8–3,1 g/cm3) et de la calcite (ρ = 2,71 g/cm3). - Grès, ρ = 2,65-2,80 g/cm3
Près de la moitié des grès ont des densités de grains proches de 2.65 g / cm3, la densité du quartz, suggérant que ces grès sont composés de grains de quartz et de ciment. Les grès restants ont des densités de grains légèrement plus grandes, probablement en raison du mélange de quartz avec des minéraux plus denses comme la calcite (ρ = 2,71 g / cm3) ou la dolomie (ρ = 2,8–3,1 g / cm3).
Voir la figure 4 pour la distribution de la densité des grains de dolomie, de schiste et de grès.
Techniques de mesure
Mesure de la porosité
Les porosités ont été déterminées par des mesures du volume total et du volume d’espace poreux des échantillons. Nous avons préparé des noyaux cylindriques droits à l’aide d’une perceuse à carottage, d’une scie à roche et d’une meuleuse de surface.
Mesure du volume de l’échantillon: Calculé en mesurant la longueur et le diamètre des cylindres à l’aide d’un étrier. La plupart des échantillons avaient un diamètre nominal de 2 pouces et une longueur de 1 à 3 pouces.
Séchage des échantillons : Les échantillons ont été séchés à l’étuve à 70 °C (158 °F) pendant au moins 24 heures avant l’essai.
Mesure du volume de l’espace poreux : Le volume de l’espace poreux a été déterminé à l’aide d’un pycnomètre à hélium. Le pycnomètre à hélium utilise la loi de Boyle (P1V1 = P2V2) et l’hélium gazeux, qui pénètre rapidement dans les petits pores et n’est pas réactif, pour déterminer la partie solide d’un échantillon. Le noyau est placé dans une chambre d’échantillonnage de volume connu. Une chambre de référence, également de volume connu, est pressurisée. Les deux chambres sont alors connectées, permettant à l’hélium gazeux de s’écouler de la chambre de référence vers la chambre d’échantillonnage. Le rapport des pressions initiale et finale est utilisé pour déterminer le volume de l’échantillon solide. Le volume poreux est la différence entre le volume total et le volume solide tel que déterminé par le pycnomètre à hélium. Cette technique ne peut être utilisée que pour mesurer les pores interconnectés. L’hélium et l’eau ne pénètrent pas dans les pores isolés, de sorte que ces pores ne sont pas inclus dans la mesure de la porosité.
Mesure de la densité
Les densités sèches ont été déterminées en pesant les échantillons après séchage et en divisant la masse par le volume total de l’échantillon.
Les densités humides ont ensuite été calculées en supposant que la porosité de l’échantillon était remplie d’eau, en ajoutant cette masse à la masse mesurée sèche et en divisant la somme par le volume total de l’échantillon.
La densité des grains a été calculée en soustrayant le volume de l’espace poreux du volume total de l’échantillon, puis en divisant la différence par la masse sèche.
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