1.4 Температуропорводность

Температуропроводность минералов и горных пород уменьшается в начальной области температур до 600⁰C, затем изменяется меньше. Для пород с высоким содержанием аморфной фазы температуропроводность уменьшается весьма незначительно с повышением T. Теплоемкость как кристаллических, так и стеклосодержащих пород с повышением температуры растет. При этом эффузивные породы характеризуются более высокими значениями теплоемкости при температурах 20—500⁰C, чем интрузивные. Давление на тепловые свойства геологических образований оказывает меньшее влияние, чем температура. Согласно работе, наибольшее увеличение l под воздействием давления до 0,04 ГПа наблюдается у ангидрита, а у известняка, песчаника, доломита и конгломерата — меньше. Экспериментальные данные показывают, что сильнее теплопроводность изменяется примерно до 0,02 ГПа, а затем происходит выполаживание кривой l=f(p). Влияние давления при повышении температуры для разных пород неодинаково. Для большинства пород с увеличением температуры и давления отмечается ослабление интенсивности изменения a и l. Теплопроводность водонасыщенных пород с повышением температуры уменьшается, с ростом давления — увеличивается (таблица 1). В табл. 48 приведены значения коэффициента давления теплопроводности b = (1/l)·(дl/дp)_T · 10^-4, свидетельствующие о достаточной чувствительности водосодержащих пород к изменению давления [37]. В таблице 2 приведены кривые изменения l, a и С при значениях p и T, соответствующих их одновременному изменению с глубиной в термодинамических условиях Украинского щита. При этом закономерность изменения тепловых параметров имеет сложный характер. Тепловые параметры значительно изменяются не только под действием гидростатического давления, но и одностороннего. С увеличением последнего до 0,07 ГПа температуропроводность может возрасти на 2—40%. Наибольшее изменение l под воздействием давления отмечается у песчаника и известняка, и наименьшее— у габбро. Приводятся экспериментальные данные по температуропроводности Mg₂SiO₄, Fe₂SiO₄ и NaCl при давлениях до 2,4—5 ГПа в интервале температур 127—1027⁰C. В этом интервале давления градиент да/дp с повышением давления падает. Отмечается чувствительность температуропроводности к переходу оливиновой структуры в структуру шпинели для Fe₂SiO₄. Некоторые теоретические аспекты по тепловым свойствам минерального вещества рассматриваются в работах В. А. Магницкого, В. H. Жаркова и E. А. Любимовой. На основании лабораторных и полевых измерений E. А. Любимовой впервые в Советском Союзе были построены кривые изменения температуры с глубиной для различных геологических структур. По-видимому, по мере увеличения экспериментального материала, усовершенствования техники измерения при высоких p и T будут вноситься соответствующие дополнения в данные о тепловых свойствах горных пород и минералов.

Приложение

Таблица 1 - Теплопроводность  [Вт/(м∙К], температуропроводность а (м²/с) и удельная теплоемкость С [Дж/(кг∙К)] минералов и горных пород при различной температуре T 

Минерал, порода	Направ-ление оп-тической оси	 г/см3	Параметр	, a, С при Т, 0С
				20	200	400	600	700	800
1	2	3		5	6	7	8	9	10
Оливин	[001]	3,45		5,07	4,23	3,86	4,23	4,77	5,44
			a∙10-6	1,85	1,22	1,03	1.1	1,20	1,35
			С	800	1005	1090	1130	1150	1172
Периклаз	[001]	3,58		—	34,1	23,2	17,1	15,6	14,3
			а∙10-7	—	8,7	5,56	4,0	3,57	3,57
			С		1097	1164	1197	1222	1239
Жадеит	—	—	а∙ 10-6	1,51	1,11	0,88	0,83	0,88	0,96
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Шпинель	—	—			3,45	2,86	2,44	2,25	2,12
Корунд	—	—		—	4,55	2,86	2,13	1,85	1,64
Полевой шпат	—	—		0,71	0,65	0,70	0,78	0,83	0,89
Гранит Лерцолит	—	3,25		1,11 4,77	0,89 4,06	0,79 2,76	0,8 2,85	0,81 —	0,83 2,80
			a∙10-6	1,72	1,11	0,67	0,65	—	0,62
Гарцбургит	—	3,20	с∙10-6 	2,76 3,56	3,68 3,14	4,10 2,22	4,40 1,97	—	4,52 1,72
			a·10-6	1,44	0,99	0.61	0,50	—	0,42
			c∙10-6	247	3 18	3 64	3,96	—	4,11

Таблица 2 - Коэффициент давления теплопроводности горных пород

 

Порода	Температура T, °С	 при давлении р, МПа
		0—(2∙10-2)	(2∙10-2)—10-1
1	2	3	4
Алевролит	20	2,0	0,3
	50	2,0	7,0
	100	0,7	0,7
	150	0,7	0,7
Карбонат	200 20	1,0 5,0	10 0,5
	50	5,|2	0,2
	100	0,4	0,4
	150	0,3	0,3
Сульфат	200 20	1,5 2,0	1,5 2,0
	50	6,0	10
	100	1,4	14
	150	1,0	1,0
Андезитобазальт	200 20	4,2 11,0	4,2 0,3
	50	10,0	0,4
1	2	3	4
	100	8,5	0,4
	150	6,3	0,4
Гранит	200 20	4,5 5,1	0,4 0,7
	100	0,7	0,7
	200	1,2	1,2