WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE SKAŁ:

1.Zbiornikowe własności skał

2.Gęstość skał

3.Elektryczne własności skał

4.Zjawiska promieniotwórcze w skałach

5.Magnetyczne własności skał

6.Termiczne własności skał

7.Sprężyste własności skał

ZBIORNIKOWE WŁASNOŚCI SKAŁ:

1.Porowatość-związana z objętością porów: -międzyziarnowa porowatość; -szczelinowatość (pory w kształcie szczelin); -krasowatość (pustki powstające w wyniku zjawisk pochodzenia krasowego); -pory pierwotne (tworzone w momencie tworz. się skały); -wtórne (tworz. pod wpływem zjawisk zach. w skorupie Ziemi)

Pory:

-odkryte-kontaktujące się ze sobą i z pow. zewn. skały,

*porowatość efektywna lub odkryta,

-zakryte-nie kontakt. się ani ze sobą ani z pow. zewn. skały

*porowatość zakryta

Suma porowatości zakrytej i odkrytej, efektywnej =porowatość ogólna. Miernikiem porowatości jest współczynnik porowatości

Vc-obj. całkowita próbki skały,

Vsk- obj. szkieletu skały,

POROWATOŚĆ EFEKTYWNA

Ve -objętość por.odkrytej,

k-od ułamków procentów do 90%

Mała porowatość : k< 5%

Wysoka porowatość: k<20 %

Porowatość ma wpływ na parametry wytrzymałościowe skał-wzrost porowatości-obniżenie wytrzymałości. Pomiar porowatości:

-w laborat.

-in situ - metody geofizyczne: *radiometryczne(metoda γ-γ gamma związana z promieniowaniem, profilowanie neutron gamma),*akustyczne(falami ogniwa akustycznego),*elektryczne.

Badania te prowadzi się w otworach wiertniczych.

Największą porowatość mają skały okruchowe i niescementowane.

Najniższą-mają skały osadowe, magmowe i metamorficzne

2)Przepuszczalność -zdolność skał do przewodzenia cieczy, gazów i mieszanin pod warunkiem obecności gradientu ciśnienia(różnicy ciśnień). Dzieli się na:

*przep. Fizyczną (absolutną) przepuszczal. określona dla jednorodnej filtrującej cieczy lub gazu

Wyznacza się ją na podstawie prawa Darcy:

∆P/l-gradient ciśnienia; l-dł.próbki skały; η-lepkość cieczy; v -prędkość filtracji cieczy

Q- ilość przepływającej cieczy w jednostce czasu; ς- przekrój poprzeczny próbki skały

Darcy=[D]=m²,

1D=10^-12 [m²];

Najczęściej mD

Skały:

-przepuszczalne k_pr:10 do kilkaset Md; -nieprzepuszczalne kpr <0,1 mD,

*przep. fazową (efektywną)

Odnosi się do przepływów wielofazowych, określonych fazowymi współczynnikami przepuszczalności. Dla przepływu 2-fazowego woda-gaz:

K_pr,w- wsp.przep. fazowej dla wody; K_pr,g- wsp.przep.fazowej dla gazu,

*przepuszczalność względną

k'_{pr -} współczynnik przepuszczalności względnej.

Przepuszczalność zależy od:

-sieci spękań(efektem tego jest zalezność:ze wzrostem naprężeń przep.maleje),

3 Wodochłonność- zdoln. skał do wchłaniania i zatrzymywania wody;

-molekularna-największa wodochłonność(na poziomie molekuł),

-kapilarna(kapilar-rurka o bardzo małym przekroju),

-higroskopijna

-całkowita

Hydrofilowość-zd. do zwilżania się wodą

Hydrofobowość-zd.skał do zwilżania się ropą naftową

GĘSTOŚĆ SKAŁ

Z gęstościa w skorupie ziemi związana jest z cięzkość

materiał jednorodny

materiał niejednorodny

Gęstość skały nie jest stała (ze wzgl.na niejednorodność)

Zmianę gęst. mierzy się in situ.

Gęstość masy: ciężar właściwy

m_s-masa fazy stałej w stanie sproszkowanym i suchym

V_s- obj. fazy stałej

Gęstość objętościowa

m-masa fazy stałej wraz z zawartymi w niej porami,

V-obj. próbki,

Za pomocą tych wielkości można obliczyć k_p(współczynnik porowatości)

szczelinowatość:

Najwyższe gęst.objęt.(zal.od rodzajów minerałów i tekstury tych skał) mają skały magmowe i metamorficzne(ze wzgl. na bardzo małą porowatość).

W war. nat. gęst. objęt. wyznaczamy za pomoca pomiarów grawimetrycznych (pomiar siły przyciągania ziemskiego)

Radiometrycznych czasami sepnicznych

ELEKTR WŁASNOŚCI SKAŁ

1. Elektr oporność właściwa ρ [Ω*m] Przewodność elektryczna [s*m^-1] - zdolność skał do przewodzenia prądu elektr jej odwrotność to oporność elektr właściwa. Elektr oporność właściwa jest oporem 1m³ skały. Oporność właściwa zależy od: - ro- dzaju nośnika prądu elektr i mechanizmu jego przenoszenia w po- lu elektr; - struktury i tekstury skały; -porowatości; - stopnia nasycenia fazami ciekłymi i gazowymi i ich składu chemicznego; -warunków zewnętrznych (ciśnienie, temp); -wieku skały.

2. Dielektryczne właściwości skał. Dielektryk - ciała bardzo słabo przewodzące prąd ε=ε'/ε_o; ε-przenikal ność elektr, ε_o -przenikalność elektr próżni równa 1, ε'-elektr przenikalność dielektryczna. Przenikalność elektr jest miarą polaryzacji skały pod wpływem zewn, stałego pola elektr w skale, w stosunku do jego natężenia w próżni. To pole elektr może być stałe lub zmienne. Współcz pochłaniania (b, tłumienia) zależy od: -f-częstotli-wości fali elektromagnetycznej; -ε- przenikalności elektrycznej, μ-przenikalności magnetycznej; c-pręd-kości światła; -ρ- oporność właściwa

b- wyraża związek poszczególnych parametrów elektr ośrodka, którymi są: ρ, ε, μ, w którym rozchodzi się fala częstotliwości f z natężeniem ich składowych (E,H).

Dla fali płaskiej tłumienie zachodzi:

E=E_oe^-br, H=H_oe^-br E_o, H_o- natężenie fali w pobliżu źródła; E, H -wielkości składowych w odległości r od źródła.

Dla fali dipolowej: E=E_oe^-br*1/r H=Hoe^-br.

3. Dyfuzyjno-adsorpcyjna aktywność skał - wiąże się z obecnością soli w skałach. Dyfuzyjne potencjały pow-stają na kontakcie elektrolitów o różnych stężeniach i składzie chemicz Wywołane są różnicą ruchliwości jonów. Wielkość tego potencjału określa równanie Nemsta:

U_d=K_d*lgc₁/c₂ ≈ K_da*lgρ₂/ρ₁, K_da-współczynnik dyfuzyjno-adsorpcyjny siły elektromotorycznej

Dyfuzyjno-adsorpcyjna aktywność A_da jest różnicą potencjałów

A_da=U_da-U_d U_da>U_d;

A_da -opisuje własności skał dzięki którym zmienia się wielkość i znak potencjałów dyfuzyjnych w następ-stwie czego powstaje pole elektr (w skale). A_da-zależy od struktury i stopnia nasycenia skały wodą.

4. Zdolność skał do polaryzacji. Potencjały polaryzacji wzbudzonej (Ppw) są wtórnymi potencjałami wys-tępującymi w wyniku polaryzacji skal w polu elektr i po wyłączeniu prądu zasilającego. Ppw może być wzbudzone na drodze chemicznej-nazywa się je wtedy potencjałami utleniającymi P=χ*I; I=u_o/L P-wek-tor polaryzacji; χ-podatność elektrycz I-natężenie prądu polaryzującego; u_o-spadek potencjału w próbce na dł l.

E_wpe=U_wpe/Il=4πP

χ=ρ/I=1/π*E_wpe/I=1/4πA_w A_w=4πχ

E_wpe-natężenie pola polaryzacji wzbu-dzonej; A_w-wzbudzona elektrochemiczna aktywność skał.

ZJAWISKO PROMIENIOTWÓRCZOŚCI W SKAŁACH.

1. Naturalna promieniotwórczość ją-drowa -powstaje w wyniku samorzut- nego rozpadu pewnych niestabilnych jąder. Rozpad polega na samorzutnie zachodzącej przemianie jądra, w wyniku której emituje on promienio-wanie α (cząstki dodatnie), promien β (ujemne), promien γ, przechodząc w inne jądro lub w to samo, ale w niższym stanie energetycznym

N(t)=N_oe^-λt, N_o-początkowa liczba jąder w chwili t=0, λ- stała rozpadu określająca prawdopodob rozpadu jednego jądra w jednostce czasu.

Czas połowicznego rozpadu T

N(T)/N_o=1/2=e^-λt⇒T=ln2/λ=0,693/λ Czas średni życia jąder: τ=1/λ=T/0,693=1,44T

Aktywność promieniotwórcza A -jest to liczba rozpadów w jednostce czasu dla pewnej ilości substancji promie-iotwórczych

Jednostka aktywności promieniotwórczej 1 bekerel (Bq) -jest to aktywność źródła w którym 1 rozkład zachodzi w 1s.

Za pomocą A określamy koncentracje danego izotopu. Występujące w przyrodzie pierwiastki promieniotwór powiązane są genetycznie w szeregi rodziny promieniotworczej. Znane są trzy naturalne szeregi: -uranowo-radowy, - uranowo-aktynowy,

-torowy

2. Wzbudzona promieniotwórczość - zjawisko oddziaływania neutronów z jądrami atomów tworzących skałę - przy zderzeniu neutronu z jądrem zachodzą dwa procesy: rozproszenia i wychwytu. Proces rozproszenia polega na tym, że neutron przy zderzeniu z jądrem atomu przekazuje mu część swojej energii i zmienia kierunek ruchu. Rozproszenie sprę-żyste i niesprężyste. Sprężyste ma kinetyczny charakter: neutron przekazuje tylko swoją energię kinetyczną, końcowym etapem sprężystego rozproszenia neutronów w skale jest ich wychwyt przez jądra atomów pierwiastków wchodzących w skład skały. Niesprężyste rozprosze nie - neutron przekazuje energię kinetyczną i wewnętrzną. Proces sprężystego rozproszenia neutronów jest podstawą neutronowych pomia-rów fizycznych (neutro-neutron, neutron-gama).

MAGNETYCZNE WŁASNOŚCI SKAŁ:

Namagnesowanie, podatność magnetyczna i pozostałość magnetyczna skał. Własności magn. Wiążą się ze skałami o własnościach ferromagnetycznych. Na podstawie włas. Mag. Skał oceniamy anomalie magnetyczne obserwowane w określonych warunkach geologicznego występowania. Namagnesowanie minerałów i skał mających własności ferromagnetyczne.

J = J_B +J_r gdzie: J_B - namagnesowanie indukcyjne wewnątrz skały, wywołane działaniem ziemskiego pola magnetycznego T_r. J_r - naturalna pozostałość magnetyczna zwana również magnetyzmem szczątkowym, niezależnia od wielkości działającego ziemskiego pola magn. Na skałę. Namagnesowanie indukcyjne J_B jest proporcjonalne do natężenia działającego pola magn. T. J_B=λ∗T gdzie: λ - rzeczywista podatność magnetyczna skały. T - natężenie pola ziemi, J_B= λT*J_r , podatność początkowa λ_o=dJ/dH*H=0. Przy działaniu na ferromagnetyk stałym polem magnetycznym krzywa histerezy redukuje się do zależności liniowej między JPH, a proces namagnesowania staje się odwracalny, czyli nie wytwarza pozostałości magnetycznej. Wartość dJ/dH w początku układu, gdzie m=0 nazywamy PODATNOŚCIĄ POCZĄTKOWĄ. Skała znajdująca się pod działaniem zewnętrznego pola magnetycznego P, jako całość ulega polaryzacji, a więc staje się magnesem, który ma swoje własne pole magn. W_w. Z tego wynika, że w każdym punkcie wewnętrznym pole indukcyjne nie będzie równe T ale B=T+H_w. Na skutek działania wektora rozmagnesowanego H_w J_B= λ'T,

gdzie: λ'= λ/1+λ_w.; λ - podatność magnety. Pozorna (podatność kształtu), W- współ. Rozmagnesowania, którego wartość zależna jest od położenia punktu wewnątrz skały.

TERMICZNE WŁASNOŚCI SKAŁ:

Parametry określające proces przepływu w skałach:

1. Przewodność cieplna (λ) - opisuje intensywność przewodzenia ciepła w ośrodku skalnym. λ zależy od: składu chemicznego i miner. Skały, gęstości, przepuszczalności, uziarnienia, temperatury i ciśnienia. λ - rośnie wraz ze wzrostem gęstości objętościowej, a więc głębokością zalegania, ze wzrostem wymiarów ziaren, λ - maleje wraz ze wzrostem temperatury. 2. Cieplna oporność właściwa (ε), ε=1/λ. Charakteryzuje zdolność ciał do przekazywania ciepła Cieplna oporność skał zależy przede wszystkim od: gęstości, wilgotności, przepuszczalności, stanu nasycenia, temperatury λ=φ/s*
t/v 3. Współczynnik anizotropii cieplnej (kλ). Charakteryzuje wzór kλ=
λ_H>λ
. Oberwuje się je tylko w skałach warstwowych 4. Cieplna pojemność właściwa (C_w) - opisuje zdolność skały do gromadzenia energii cieplnej przy wymianie ciepła C_w=

to ilość ciepła potrzebna do ogrzania w celu zmiany jej temp. . 5. Przewodność temperaturowa. Temperatura zmienia się w czasiez powodu niestacjonarności pola cieplnego, a ilość ciepła pochodzącego przez daną skałę zależy od prędkości zmian temp. (a) charakteryzuje prędkość zmiany temp. W czasie, jest też miarą bezwładności cieplej skały a= λ/C=λ/C_w*
= 1/εC_w
[10^-4*m²*s^-1], gdzie ε- oporność cieplna, a- przewodność temperaturowa.

SPRĘŻYSTE WŁASNOŚCI SKAŁ:

Określa się za pomocą następujących wielkości:

1. Moduł sprężystości podłużnej(Moduł Jounga) E, 2. Moduł sprężystości objętościowej K, 3. Moduł sprężystości postaciowej Um³ Kirchoffa z nim się wiąże V_s, (deformacja), 4. Stala Poissona ν, 5. Stała Lamego λ, (-prędkość rozchodzenia się fali sprężystej podłużnej V_p i poprzecznej V_s, - impedancja (oporność, twardość) akustyczna). Badania spręż, właść skał (modułów) wykonuje się również za pomocą oznaczenia prędkości rozchodzenia się fal sprężystych. V_p>Vs. Prędkość fal podłużnych jest większa od prędkości fal poprzecznych.

ZJAWISKA FIZYCZNE W METODZIE REFRAKCYJNEJ:

-warunek konieczny, kąt krytyczny (i) zapewnia całkowite odbicie fali, -warunek wystarczający V₂>V₁, -ośrodek jest warstwowany, -każdy punkt może być źródłem fali wtórnie załamanej (refrakcyjnej).

---