5.3. Теплофизические параметры горных пород

Теплопроводность горных пород определяющим образом зависит от их минералогического состава, иными словами, от способности проводить тепло слагающих их минералов.

Кроме этого, на нее влияют пористость пород, флюидный и фазовый состав, структура и текстура, а также температура и давление. С увеличением глубины по вертикальному разрезу земной коры теплопроводность проявляет тенденцию к возрастанию (табл. 5.2).

Таблица 5.2 – Средние значения  основных петрофизических структурно-вещественных комплексов

Структурно-вещественный комплекс	, Вт/(мК)
Осадочный	1,9
Гранитно-метаморфический	2,3
Диоритовый	2,2
Базальтовый	3,4

Значения коэффициента теплопроводности осадочных, магматических и метаморфических пород во многом перекрываются. Величина этого параметра осадочных пород меняется в диапазоне от 0,14 до 6,5; магматических – от 0,25 до 5,0; метаморфических – от 0,44 до 7,6 Вт/(мК).

Теплопроводность разных типов осадочных образований возрастает в такой последовательности: глины, аргиллиты, пески, алевролиты, известняки, доломиты, каменная соль.

Коэффициент теплопроводности песчаников варьирует в пределах 0,247,41 Вт/(мК) с тенденцией к понижению от мерзлых к влажным и далее к нефтенасыщенным и сухим (табл. 5.3). Фазовый состав флюидов существенно влияет на теплопроводность пород, поскольку их теплофизические характеристики различаются очень резко (табл. 5.4).

Таблица 5.3 – Теплофизические свойства горных пород

Порода	, Вт/(мК)	С, Дж/(кгК)	Порода	, Вт/(мК)	С, Дж/(кгК)
Осадочные породы			Магматические и метаморфические породы
Глина сухая	0,14–0,24	–	Гранит	1,12–3,85	257–1548
Глина влажная	0,38–3,03	753–3596	Диорит	1,38–2,89	1118–1168
Песок	0,18–4,75	–	Габбро	2,41	897–1130
Алевролит	0,41–3,58	322–1466	Перидотит	3,78–4,85	921–1088
Песчаник	0,24–4,41	544–1629	Пироксенит	3,48–5,02	879–1214
Доломит	1,63–6,50	648–1465	Сиенит	1,74–2,97	–
Известняк	0,64–4,37	623–1273	Кварцит	3,68–7,60	718–1331
Мергель	0,50–3,61	586–3100	Гнейс	0,94–4,86	754–1176
			Мрамор	1,59–4,0	753–879

Таблица 5.4 – Теплофизические свойства флюидов

Тип флюида	, Вт/(мК)	С, Дж/(кг К)
Лед	2,33	2090
Вода	0,58	4180
Нефть	0,14	2093
Воздух	0,023	1000

Для интрузивных магматических пород характерно понижение теплопроводности с повышением их основности в ряду «граниты – диориты – габбро – перидотиты». Главная причина – уменьшение концентрации кварца, обладающего относительно высокой теплопроводностью.

Эффузивные породы, как правило, характеризуются более низкими значениями коэффициента теплопроводности, чем их интрузивные аналоги. Это обусловлено тем, что теплопроводность кристаллических минералов обычно выше, чем у аморфных, причем  последних меньше 1,9 Вт/(мК). Поэтому присутствие в породе стекловатой массы понижает ее теплопроводность.

Зернистость пород влияет на их теплопроводность достаточно закономерно. С уменьшением размера зерен значения коэффициента теплопроводности уменьшаются.

Особенно четко эта закономерность прослеживается у осадочных пород. Слоистые осадочные и сланцеватые метаморфические породы нередко характеризуются анизотропией теплопроводности: вдоль сланцеватости и слоистости теплопроводность выше, чем в перпендикулярном направлении.