Che cos’è la porosità?
La porosità è la percentuale di spazio vuoto in una roccia. È definito come il rapporto tra il volume dei vuoti o lo spazio dei pori diviso per il volume totale. È scritto come una frazione decimale tra 0 e 1 o come percentuale. Per la maggior parte delle rocce, la porosità varia da meno dell ‘ 1% al 40%.
La porosità di una roccia dipende da molti fattori, tra cui il tipo di roccia e come sono disposti i grani di una roccia. Ad esempio, la roccia cristallina come il granito ha una porosità molto bassa (<1%) poiché gli unici spazi dei pori sono le piccole, lunghe e sottili fessure tra i singoli grani minerali. Le arenarie, in genere, hanno porosità molto più elevate (10-35%) perché i singoli grani di sabbia o minerali non si adattano strettamente, consentendo spazi di pori più grandi.
Visualizzazione poro spazio (pori in blu)
ARENARIA
ROCCIA CRISTALLINA
Porosità misure di Wisconsin rocce
La porosità delle rocce misurati variano dal 2% al 30% in più. Gran parte di questa variazione è dovuta alla litologia (tipo di roccia). La tabella dei dati elenca le porosità dei campioni testati e la figura a destra mostra l’intervallo e la distribuzione delle porosità per litologia. Le dolomiti hanno le porosità più basse (2-6%), gli scisti hanno la più ampia gamma di porosità (8-29%, anche se la maggior parte sono inferiori al 15%) e le arenarie hanno la più alta porosità (11-32%).
Figura 1. Distribuzione di porosità per dolomite, scisto e arenaria.
la misurazione della Densità del Wisconsin rocce
• i singoli granelli,
• la porosità, e
• il fluido di riempimento dei pori.
La densità è definita come la massa per volume. Nelle rocce, è una funzione delle densità dei singoli grani, della porosità e del fluido che riempie i pori. Ci sono tre tipi di densità nelle rocce: densità secca, densità umida e densità del grano.
La tabella dati elenca le densità dei campioni a secco, a umido e a grana. Altre densità umide per le rocce del Wisconsin possono essere trovate in “Densità e suscettibilità magnetica della roccia del Wisconsin”, di S. I. Dutch, R. C. Boyle, S. K. Jones-Hoffbeck e S. M. Vandenbush (Geoscience Wisconsin, Vol. 15, pag. 53-70).
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Misure e distribuzioni di densità
Densità secca
Figura 2. Distribuzione della densità secca per dolomite, scisto e arenaria.
La densità secca viene misurata sulle rocce senza acqua o fluido nei loro pori.
Vedere la Figura 2 per la distribuzione della densità secca di dolomite, scisto e arenaria.
Densità umida
Figura 3. Distribuzione della densità umida per dolomite, scisto e arenaria.
La densità umida viene misurata su nuclei completamente saturi.
La figura 3 mostra la distribuzione della densità umida per dolomite, scisto e arenaria.
Densità del grano
Figura 4. Distribuzione della densità del grano per dolomite, scisto e arenaria.
La densità del grano descrive la densità dei grani solidi o minerali della roccia.
La densità del grano può dare un’indicazione della mineralogia della roccia:
- Dolomite, ρ = 2,8–3,1 g/cm3
- Scisti, ρ = 2,65–2,8 g/cm3
Gli scisti sono composti da diversi minerali che hanno densità diverse in quantità relative diverse. I minerali possono includere argille come illite (ρ = 2,6–2,9 g/cm3) e caolinite (ρ = 2,6 g/cm3) mescolate, ad esempio, con dolomite (ρ = 2,8–3,1 g/cm3) e calcite (ρ = 2,71 g/cm3). - Arenarie, ρ = 2,65–2,80 g / cm3
Quasi la metà delle arenarie ha densità di grano vicine a 2.65 g/cm3, la densità del quarzo, suggerendo che quelle arenarie sono composte da grani di quarzo e cemento. Le restanti arenarie hanno densità di grana leggermente più grandi, probabilmente dovute alla miscelazione di quarzo con minerali più densi come calcite (ρ = 2,71 g/cm3) o dolomite (ρ = 2,8–3,1 g/cm3).
Vedere la figura 4 per la distribuzione della densità del grano di dolomite, scisto e arenaria.
Tecniche di misurazione
Misurazione della porosità
Le porosità sono state determinate mediante misurazioni del volume totale e del volume dello spazio dei pori dei campioni. Abbiamo preparato i nuclei cilindrici giusti usando una pressa per carotiere, una sega per roccia e una smerigliatrice di superficie.
Misurazione del volume del campione: calcolato misurando la lunghezza e il diametro dei cilindri utilizzando una pinza. La maggior parte dei campioni erano un diametro nominale di 2 pollici e 1 a 3 pollici di lunghezza.
Essiccazione dei campioni: I campioni sono stati essiccati al forno a 70 ° C (158 ° F) per almeno 24 ore prima della prova.
Misurazione del volume dello spazio dei pori: il volume dello spazio dei pori è stato determinato utilizzando un picnometro a elio. Il picnometro dell’elio fa uso della legge di Boyle (P1V1=P2V2) e del gas dell’elio, che penetra rapidamente nei piccoli pori ed è non reattivo, per determinare la parte solida di un campione. Il nucleo è posto in una camera di campionamento di volume noto. Una camera di riferimento, anche di volume noto, è pressurizzata. Le due camere sono quindi collegate, consentendo al gas elio di fluire dalla camera di riferimento alla camera del campione. Il rapporto tra le pressioni iniziali e finali viene utilizzato per determinare il volume del campione solido. Il volume dei pori è la differenza tra il volume totale e il volume solido determinato dal picnometro dell’elio. Questa tecnica può essere utilizzata solo per misurare i pori interconnessi. L’elio e l’acqua non penetrano nei pori isolati, quindi questi pori non sono inclusi nella misurazione della porosità.
Densità di misurazione
Le densità a secco sono state determinate pesando i campioni dopo l’essiccazione e dividendo la massa per il volume totale del campione.
Le densità bagnate sono state quindi calcolate assumendo che la porosità del campione fosse riempita d’acqua, aggiungendo tale massa alla massa misurata a secco e dividendo la somma per il volume totale del campione.
La densità del grano è stata calcolata sottraendo il volume dello spazio dei pori dal volume totale del campione e quindi dividendo la differenza per la massa secca.
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