1. Wstęp teoretyczny

Gęstością skały nazywamy masę jednostki jej objętości. Liczbowo jest ona równa stosunkowi sumarycznej masy wszystkich faz skały do objętości, zajmowanej przez te fazy. W układzie CGS gęstość jest wyrażona w g/cm³ i liczbowo praktycznie jest równa ciężarowi objętościowemu skały wyrażonemu w G/ cm³. W układzie SI jednostką gęstości jest kg/m³, a jednostką ciężaru objętościowego - N/m³.

Wyróżnia się gęstości skał:

• gęstość skał o naturalnej wilgotności, tj. z takim wypełnieniem przestrzeni porowej cieczami i gazami, jakie jest charakterystyczne dla naturalnych warunków zalegania skał,

• gęstość absolutnie suchej skały, kiedy wilgoć jest sztucznie usuwana poprzez wysuszenie próbki skały do stałej masy (przy temperaturze od 105 do 110°C ),

• gęstość powietrzno-suchej skały przy naturalnym odparowaniu wilgoci podczas przechowywania lub transportu próbek,

• gęstość skał przy maksymalnym zawilgoceniu, którą oblicza się przy założeniu wypełnienia wszystkich porów cieczą.

Dla skał magmowych, metamorficznych i zbitych osadowych, a także dla większości rud gęstość przy różnych stanach próbki jest prawie jednakowa. Dla skał porowatych gęstość znacznie różni się w zależności od zawilgocenia.

Minerały wchodzące w skład twardej fazy skał ze względu na gęstość mogą być z praktycznego punktu widzenia podzielone na trzy kategorie:

1. minerały o niskiej gęstości, reprezentowane przede wszystkim przez pęczniejące cząstki ilaste o gęstości w granicach (1,5-2,6)*10³ kg/m³ i rzadziej przez niektóre siarczany i chlorki, np. gips, halit i in.,

2. główne minerały skałotwórcze o gęstości od 2,65*10³ kg/m³ (kwarc) do 2,85*10³ kg/m³ (dolomit), rzadziej do 2,95*10³ kg/m³ (anhydryt),

3. akcesoryczne (poboczne) ciężkie minerały o gęstości od 3,5*10³ kg/m³ do 5*10³ kg/m³, rzadko większej.

Gęstość skał i kopalin użytecznych o niedużej porowatości (do 5-6%) określa się w oparciu o powietrzno-suche próbki. dla skał porowatych prowadzi się badania gęstości próbek w absolutnie suchym stanie, przeliczając następnie wyniki do stanu maksymalnego zawilgocenia skał.

W przypadku próbek porowatych i kruchych ważenie w wodzie porowatości prowadzi się po ich oparafinowaniu, ewentualnie do ważenia zamiast wody używa się nafty (benzyny).

Gęstość oblicza się ze stosunku masy próbki skały, znajdującej się w odpowiednim stanie zawilgocenia, do jej objętości. Objętość próbki skały oblicza się z wyników hydrostatycznego ważenia, na podstawie różnicy ciężarów próbki w powietrzu i w cieczy. W większości przypadków jako cieczy używa się wody.

2. Otrzymane wyniki i ich interpretacja

Tabela 1. Zestawienie mas oraz gęstości poszczególnych próbek

Symbol próbki	G [g]	Gw [g]	gęstość próbek δ [g/cm^3]	Błąd obl. gęstości δ g/cm^3]	wi
5.V	112,8	71,7	2,711	0,018	60811,6
6.V	60,1	38,0	2,719	0,033	17582,8
7.V	109,3	69,0	2,712	0,018	58467,2
8.V	74,2	47,2	2,748	0,028	26244,0
10.V	139,6	88,0	2,705	0,014	5102,0
G.7	118,0	69,8	2,448	0,013	-

Błąd ważenia 1/6 [g]

W oparciu o wyniki ważenia określa się gęstość próbki δ. Wykorzystuje się przy tym wzór

gdzie:

δ - gęstość w g/cm³

G - ciężar badanej próbki w powietrzu w [g]

G_w - ciężar badanej próbki w wodzie w [g]

Błędy powyższe obliczyliśmy z następującego wzoru

Ponieważ iloraz błędu bezwzględnego maksymalnego/błąd bezwzględny minimalny pojedynczych pomiarów wynosi 2,5 i jest większy od 2 wybieramy metodę średniej ważonej

Średnia ważona jest równa

błąd bezwzględny średniej:

natomiast błąd względny jest równy

3. Wnioski

Określaniu gęstości właściwej skał podlegały próbki o symbolach: 5.V, 6V, 7V, 8V, 10, G.7. Pięć pierwszych to próbki pochodzące z jednego rdzenia wiertniczego zaś próbka G.7 pochodzi z innego rdzenia. Do wyznaczenia gęstości na podstawie pomiarów na pięciu pierwszych próbkach została użyta metoda średniej ważonej ponieważ daje ona dobre rezultaty gdy iloraz błędu bezwzględnego maksymalnego/błąd bezwzględny minimalny jest większy od 2, w naszym przypadku wynosi 2,5 gęstość otrzymana tą metodą wynosi δ  ,
,
 Na podstawie [1] oraz otrzymanych wartości dla próbek o symbolach 5.V, 6.V, 7.V, 8.V, 10.V trudno jednoznacznie określić rodzaj badanej skały. Z tabeli 5.1 wynika, że mogą to być: anhydryty, bazalty, dolomity, gnejsy, granity, piaskowce i wapienie. Po obserwacji wzrokowej stwierdzamy, że próbki te są prawdopodobnie piaskowcem zbitym. Natomiast próbka o symbolu G.7 ma gęstość δ  ,
,


Porównując tą wartość z tabelą 5.1 wnioskujemy, że próbka ta może być: anhydrytem, bazaltem, dolomitem, łupkiem ilastym jak również piaskowcem. Po obserwacji wzrokowej stwierdzamy, że jest to prawdopodobnie piaskowiec zbity gruboziarnisty.

4. Literatura

[1] - Rychlicki S., Twardowski K., Traple J., Krochmal J. „Wybrane materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z inżynierii złożowej i geofizyki wiertniczej” skrypty uczelniane nr 686, Kraków, Rok 1979, str. 53, tabela 5.1

---