6. Плотность горных пород. Структурно-вещественные факторы, влияющие на плотность горных пород и руд.

Плотность является основным физическим свойством горных пород, влияющим на величину ускорения силы тяжести. Единицей измерения плотности в СИ является [кг/м3], но в практике еще часто используется единица [г/см3]. Плотность горных пород зависит от многих факторов, главными из которых являются:

- вещественный состав твердой фазы, характеризуемый плотностью ρ_т;

- объем порового пространства, оцениваемый величиной пористости: П = V_ф / V [%], где V_Ф, V объемы флюида и измеряемого образца, соответственно;

- вещественный состав флюида-наполнителя пор, характеризуемый плотностью ρ_Ф.

Плотность образца горной породы оценивается по формуле:

ρ = (Mтв + MФ) / (Vтв + VФ) = ρтв (1 - П/100)+ ρФ(П/100),

где МТВ, МФ, ρТВ, ρФ - соответственно, масса и плотность твердой фазы и порового флюида, а VТВ - объем твердой фазы.

Для пород разного генезиса влияние каждого из трех факторов неодинаково. Наиболее высокими значениями плотности характеризуются магматические породы. Поскольку их пористость очень мала (1-2%), то плотность неизмененных разностей магматических пород зависит главным образом от их петрохимического состава. Повышение основности пород ведет к повышению их плотности. Так, средняя плотность гранитов - 2.6, гранодиоритов - 2.7, диоритов - 2.8, габбро - 2.9, ультраосновных - больше 3.0 [г/см3]. Пределы изменения плотности каждой из магматических пород сравнительно невелики (в пределах 0.1 - 0.2 [г/см3]) и определяются преимущественно вариациями вещественного состава полевых шпатов, амфиболов и пироксенов. Эффузивные породы обладают такой же или несущественно меньшей плотностью, чем их интрузивные аналоги.

Плотность осадочных пород зависит не столько от их вещественного состава, сколько от пористости и влажности. Наиболее устойчивые значения плотности характерны для осадочных пород хемогенного происхождения, особенно таких, как гипс (2.3), ангидрит (2.6), каменная соль (2.1-2.2) [г/см3], пористость которых редко превышает 5%. Остальные осадочные породы, - известняки, доломиты, кремнистые и терригенные породы, - обладают широким диапазоном изменения трещиноватости и пористости и, как следствие, - плотности. Плотность наиболее широкого класса осадочных пород - терригенных - в среднем составляет приблизительно 2.3 [г/см3] и закономерно увеличивается с глубиной от 1.8 до 2.6 [г/см3] в результате возрастания гидростатического давления вышележащих толщ, приводящего к уменьшению пористости.

Кроме вертикальной изменчивости плотности для терригенных пород установлена латеральная изменчивость плотности пород одних и тех же стратиграфических горизонтов, связанная с расположением источников сноса и путей транспортировки терригенного материала в период накопления осадков. Тектонические факторы обуславливают повышение плотности осадочных пород при переходе от платформенных к геосинклинальным областям, прежде всего за счет уменьшения их пористости.

Плотность метаморфических пород зависит от их вещественного состава, вида и степени метаморфизма. Региональный динамометаморфизм ведет к повышению плотности всех первичноосадочных образований.

Гидротермальные, особенно низкотемпературные, и метасоматические процессы обычно вызывают понижение плотности магматических пород, но увеличивают плотность осадочных образований. Например, серпентинизация ультраосновных пород резко уменьшает их плотность с 3.2 до 2.6 [г/см3], тогда как окварцевание первичноосадочных пород увеличивает их плотность с 2,2 до 2,6 [г/см3].

Плотность углей зависит от степени их углефикации. У бурых она составляет 0.8-2.2, каменных - 1.3-1.4, антрацита - 1.4-1.5 [г/см3], у графита - 1.6 -1.8 [г/см3].

Руды металлических полезных ископаемых обладают различной плотностью в зависимости от концентрации в них сульфидов и окислов. Высокой плотностью обладают хромиты - 3.3-4.4, железные - 3.7-4.3, колчеданные - 3.5-5.5 и полиметаллические - 3.2-5.5 [г/см3] руды. В зоне окисления плотность руд резко падает до 0.8-3.1 [г/см3].