第三章(下)火成岩的物理性质选编

发布于:2021-12-03 11:02:55

第三章 火成岩的物理性质
岩石的物理性质主要包括密度、磁性(包括磁化率、磁化强度、剩余磁化强 度、以及剩余磁化强度同感应磁化强度的比值等)、电性(包括电导率、电 容率、极化率等)、孔隙度、渗透率、弹性波速度、导热性、放射性、热学 性质(热导率、热容)、硬度等

第三章 火成岩的物理性质
岩石的密度是岩石基本集合相(固相、液相和气相)的单位体积质量。岩 石的密度取决于它的矿物组成、结构构造、孔隙度和它所处的外部条件。 大多数造岩矿物如长石、石英、辉石等具有离子型或共价型结晶键密度为 2.2–3.5克/厘米3(极少数达4.5克/厘米3)。结晶键为离子-金属型或共 价-金属型的矿物,如铬铁矿、黄铁矿、磁铁矿等密度较大,为3.5–7.5克 /厘米3。 侵入岩从长英质到超镁铁质,随着二氧化硅含量的减少和铁镁氧化物含量 的增加,岩石的密度逐渐增大。岩石中金属矿物的含量增高,岩石的密度 就增大。矿区花岗岩的密度有的高达2.7克/厘米3以上。喷出岩的孔隙度 比侵入岩大因而与相应的侵入岩相比密度要小。另外,沉积岩的密度是由 组成沉积岩的矿物密度、孔隙度和填充孔隙气体和液体的密度决定的。变 质岩的密度主要决定于其矿物组成。密度在重力勘探,油气储层中岩性识 别,测井解释等方面应用广泛,此外对理论研究也很重要

第三章 火成岩的物理性质
岩石磁性是由岩石所含铁磁性矿物产生的磁性。常用的岩石磁性参数是 磁化率、磁化强度、剩余磁化强度矢量,以及剩余磁化强度同感应磁化 强度的比值Q。岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性,并受成 岩后地质作用过程的影响。一般说,橄榄岩、辉长岩、玄武岩等超基性、 基性岩浆岩的磁性最强;变质岩次之;沉积岩最弱。岩浆岩的磁性取决 于岩石中铁磁性矿物的含量。结构构造相同的岩石,铁磁性矿物含量愈 高,磁化率值愈大。铁磁性侵入岩的天然剩余磁化强度,按酸性、中性、 基性、超基性的顺序逐渐变大;沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的 含量决定的;变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的

第三章 火成岩的物理性质
热导率:热导率是物质导热能力的量度,是一个重要的物理量。符号 为λ或K。其定义为:在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米,面积为1 *方米的*行*面,若两个*面的温度相差1K,则在1秒内从一个*面传 导至另一个*面的热量就规定为该物质的热导率,它既控制着稳态条件下 地壳各层的地温梯度,又决定着诸如侵入体的冷却等非稳态的时间尺度
硅酸盐熔体是热的不良导体,它们的热导率与两种传热体制有关,即 正常晶格热传导和辐射热传递。随温度升高和晶格结构膨胀,前一种机制 的作用降低,而后一种的增大。到达熔融范围内,两种效应趋于*衡,但 在高温下基性岩浆的热导率通常以一个不断增大的速率降低,这种情况待 续到1200℃。温度更高时,晶体或流体的暗度快速降低,辐射热传递增强 ,总的热导率就要高得多。更酸性的岩石,如安山岩和流纹岩,暗度较低 ,因而在低得多的温度范围内就显示了热导率的增大

第三章 火成岩的物理性质
火成岩的热导率与温度的关系(转引自Williams 等,1979) 1-玄武岩;2-英安岩;3-流纹岩;4-纯橄榄岩;5-橄榄岩;6-月海玄武岩
在所有温度范围内,流纹岩样品均为玻璃态或液态

第三章 火成岩的物理性质
岩石的热导率取决于组成岩石的矿物和固体颗粒间的介质如空气、水、 石油等的绝热性质。岩浆岩和变质岩的热导率相对于沉积岩来说变化范 围不大,数值较高。侵入岩中,超基性岩的热导率较高,花岗岩次之, 中间成分的侵入岩又次之。喷出岩的热导率比相应的侵入岩小。沉积岩 的热导率变化范围大是热导率较低的孔隙充填物造成的。岩石和矿物的 热导率与温度、压力有关系。一般说来,温度升高,热导率降低

第三章 火成岩的物理性质
热容:岩浆和火成岩的最具特色的热学性质之一是,它们比热容小,而熔 融热或结晶热很大。热容(heat capacity)C 的定义为C=△Q/△T(δ–17) 。即,当一系统接受一微小热量△Q而温度升高△T时,比值△Q/△T即为该系 统的热容C。比热容(specific heat capacity)c,则是单位质量的热容 ,亦即是单位质量物质升高一度所需的热量,c=C/m=△Q/ (m·△T)。熔融 热或结晶热△HF是在液相、固相共存的温度下,使单位质量物质熔融或结晶
所需增加或移出的热量。对大多数火成岩,常压下的比热容Cp约为 1255J/(Kg·K)(Mcbirney, 1984)。例如,玄武岩浆Cp可取 1214J/(Kg·K),而酸性岩浆的Cp可取1340J/(Kg·K)(马昌前等,1994
)。而熔融热或结晶热△HF的典型值约介于(2.5×105–4.2×105) J/Kg之间 。可见在相变温度下,使岩石熔融所需吸收(或放出)的热量,在其他温 度时则能使这些岩石(或岩浆)温度改变200–300℃

第三章 火成岩的物理性质
弹性波速:横波(S)是指震动方向与传播方向相垂直的波,纵波(P)是指 震动方向与传播方向相同的波。在岩石和矿物中传播的速度P和S是地球物理 勘探中常用的两个参数。岩石中的波速取决于其矿物成分和孔隙充填物的弹 性。对固体矿产、油气、工程中的地震勘探、垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)等非常重要。
岩浆岩和变质岩的弹性波速度与岩石密度的关系接*于线性关系,密度 越大,速度越高。岩浆岩和变质岩的含水饱和度增大时,P变大,S也变大, 但不如P的变化那样显著。气饱和岩石的P比相应的水饱和岩石的P小。片麻 岩等片理发育的岩石,*砻娌饬康牟ㄋ俅笥诖怪逼砻娌饬康牟ㄋ伲 时相差一倍以上。与结晶岩相比,沉积岩中的弹性波速度受孔隙度的影响很 大,变化范围很宽。在未蚀变的火成岩中,速度是比较高的,但火山碎屑岩 和蚀变的火成岩,波速就变化很大

第三章 火成岩的物理性质

火成岩

波速(km/s)

*地表未风化的侵入岩

5.0-6.2

粗玄岩(南非)

6.1

粗玄岩 (元古代安大略省)

6.7

玄武岩流, 从顶到底的变化值

2.9-6.1

玄武岩流, *均值

4.2

未蚀变超基性、基性岩(德克萨斯州蛇纹石岩塞)

5.5-7.3

蚀变的玄玻凝灰岩(德克萨斯州蛇纹石岩塞)

2.9

高原玄武岩(哥伦比亚盆地)

5.8

玄武岩中互层的粘土层(哥伦比亚盆地)

1.7

未蚀变的安山质凝灰岩(乔治亚洲)

5.0

蚀变的浊沸石凝灰岩(乔治亚洲)

3.3

流纹质熔岩, 熔结凝灰岩(内华达洲)

>5.5

火山灰流, 灰雨凝灰岩(内华达洲)

引自Schutt<er2, .S1.R., 2003.

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