förstå porositet och densitet

Vad är porositet?

porositet är andelen tomrum i en sten. Det definieras som förhållandet mellan volymen av hålrummen eller porutrymmet dividerat med den totala volymen. Den skrivs antingen som en decimalfraktion mellan 0 och 1 eller som en procentandel. För de flesta stenar varierar porositeten från mindre än 1% till 40%.

porositeten hos en sten beror på många faktorer, inklusive bergstypen och hur kornen på en sten är ordnade. Till exempel har kristallin sten som granit en mycket låg porositet (<1%) eftersom de enda porutrymmena är de små, långa, tunna sprickorna mellan de enskilda mineralkornen. Sandstenar har vanligtvis mycket högre porositeter (10-35%) eftersom de enskilda sand-eller mineralkornen inte passar ihop, vilket möjliggör större porutrymmen.

visualisera porutrymme (porer visas i blått)

sandsten

kristallin sten

porositetsmätningar av Wisconsin Rocks

porositeterna hos de uppmätta klipporna varierar från 2% till mer än 30%. Mycket av denna variation beror på litologi (bergstyp). Datatabellen listar porositeterna för de testade proverna och figuren till höger visar intervallet och fördelningen av porositeter genom litologi. Dolomiterna har de lägsta porositeterna (2-6%), skifferna har det bredaste utbudet av porositeter (8-29%, även om de flesta är mindre än 15%) och sandstenarna har den högsta porositeten (11-32%).

Figur 1. Fördelning av porositeter för dolomit, skiffer och sandsten.

Densitetsmätningar av Wisconsin rocks

densitet definieras som massan per volym. I stenar är det en funktion av tätheten hos de enskilda kornen, porositeten och vätskan som fyller porerna. Det finns tre typer av densitet i stenar: torr densitet, våt densitet och korndensitet.

datatabellen visar provens torra, våta och korndensiteter. Ytterligare våta densiteter för Wisconsin rocks finns i” densitet och magnetisk känslighet för Wisconsin Rock ” av S. I. Dutch, R. C. Boyle, S. K. Jones-Hoffbeck och S. M. Vandenbush (Geoscience Wisconsin, Vol. 15, s. 53-70).

visa data

Densitetsmätningar och fördelningar

torr densitet

figur 2. Fördelning av torr densitet för dolomit, skiffer och sandsten.

torr densitet mäts på stenar utan vatten eller vätska i porerna.

se Figur 2 för torrdensitetsfördelning av dolomit, skiffer och sandsten.

Våtdensitet

Figur 3. Fördelning av våt densitet för dolomit, skiffer och sandsten.

våt densitet mäts på helt mättade kärnor.

Figur 3 visar fördelning av våt densitet för dolomit, skiffer och sandsten.

Korndensitet

Figur 4. Fördelning av korndensitet för dolomit, skiffer och sandsten.

Korndensitet beskriver densiteten hos fasta eller mineralkorn i berget.

Korndensitet kan ge en indikation på bergets mineralogi:

• dolomit, kg = 2,8–3,1 g/cm3
• skiffer, kg = 2,65–2,8 g/cm3
  skiffer består av flera mineraler som har olika densiteter i olika relativa mängder. Mineralerna kan innefatta leror som illite (kg = 2,6–2,9 g/cm3) och kaolinit (kg = 2,6 g/cm3) Blandat, till exempel med dolomit (kg = 2,8–3,1 g/cm3) och kalcit (kg = 2,71 g/cm3).
• sandstenar, 2,65–2,80 g / cm3
  nästan hälften av sandstenarna har korndensiteter nära 2.65 g/cm3, tätheten av kvarts, vilket tyder på att dessa sandstenar består av kvartskorn och cement. De återstående sandstenarna har något större korndensiteter, troligen på grund av blandning av kvarts med mer täta mineraler som kalcit (kg = 2,71 g/cm3) eller dolomit (kg = 2,8–3,1 g/cm3).

Se figur 4 för korndensitetsfördelning av dolomit, skiffer och sandsten.

mättekniker

mätning av porositet

porositeterna bestämdes genom mätningar av provernas totala volym och porutrymme. Vi förberedde rätt cylindriska kärnor med hjälp av en kärnborrpress, en rocksåg och en ytkvarn.

mätning av provvolym: beräknas genom mätning av cylindrarnas längd och diameter med hjälp av en tjocklek. De flesta prover var en nominell 2-tums diameter och 1 till 3 inches lång.

torkning av proverna: proverna torkades i ugnen vid 70 CCR (158 FCR) i minst 24 timmar före testning.

mätning av porutrymme volym: Porutrymme volym bestämdes med användning av en helium pyknometer. Heliumpyknometern använder Boyles lag (P1V1=P2V2) och heliumgas, som snabbt tränger igenom små porer och är icke-reaktiv, för att bestämma den fasta delen av ett prov. Kärnan placeras i en provkammare med känd volym. En referenskammare, även med känd volym, trycksätts. De två kamrarna är sedan anslutna, så att heliumgasen kan strömma från referenskammaren till provkammaren. Förhållandet mellan de initiala och slutliga tryck används för att bestämma volymen av provet fasta ämnen. Porvolymen är skillnaden mellan den totala volymen och den fasta volymen som bestäms av heliumpyknometern. Denna teknik kan endast användas för att mäta porer som är sammankopplade. Helium och vatten tränger inte in i isolerade porer, så dessa porer ingår inte i porositetsmätningen.

mätdensitet

torra densiteter bestämdes genom att väga proverna efter torkning och dividera massan med den totala provvolymen.

våta densiteter beräknades sedan genom att anta att provets porositet fylldes med vatten, tillsatte den massan till den torra uppmätta massan och dividerade summan med den totala provvolymen.

Korndensitet beräknades genom att subtrahera porutrymmets volym från den totala provvolymen och sedan dividera skillnaden med torrmassan.

visa data