петрофизика. Многообразие определяющих факторов распределения физических свойств
 Скачать 14.46 Kb.
|
|
Многообразие определяющих факторов распределения физических свойств Изучение закономерностей распределения физических свойств горных пород возможно на основе анализа роли структурных факторов и термодинамических параметров среды на поведение горных пород в механических, электрических и магнитных полях. Определяющими факторами физических свойств горных пород мы называем характеристики состава и структуры пород, термодинамических условий и некоторые характеристики физических полей, если они воздействуют на свойства пород Главными определяющими факторами физических свойств горных пород являются их химический состав и структура. Для наших целей эти понятия нуждаются в конкретизации. Химический состав определяется: а) структурой атомов − числом протонов и нейтронов в ядрах, распределением электронов по орбиталям, зонной электронной структурой; б) молекулярной структурой − типами связей атомов, их координацией, силой, направленностью; в) изоморфным замещением и примесными атомами в кристаллической решетке породообразующих минералов, акцессорными минералами в горной породе флюидов. В сущности, термин структура, как видно из этого перечисления, включает в себя и химический состав. Структура горных пород определяется также: г) кристаллической структурой минералов: симметрией, плотностью упаковки, типами и концентрацией дефектов и дислокаций; д) минеральным составом, взаимоотношением минералов (зерен), их фазовым и агрегатным состоянием; ж) пористостью, трещиноватостью, составом и концентрацией жидкостей и газов в породе. Интересующие нас геофизические свойства (плотность, магнитная восприимчивость, удельное электрическое сопротивление и диэлектрическая проницаемость, скорости распространения сейсмических волн или упругие модули) в разной степени связаны с теми или иными структурными факторами, для каждого из свойств набор определяющих факторов индивидуален. Чем больше общие части этого набора факторов для разных свойств, тем сильнее свойства коррелируют друг с другом Факторы атомной структуры Наиболее простым по набору атомных факторов свойством горных пород является радиоактивность, обусловленная распадом тяжелых элементов (с большим числом протонов и нейтронов) или некоторых изотопов, неустойчивых по структуре ядра. Горные породы могут быть радиоактивными только в связи с концентрацией в них этих элементов. Они входят в структуру горной породы как акцессорные. Даже в рудах, из которых добывают радиоактивные вещества, их содержание редко достигает десятых долей процента. В магматических горных породах концентрация радиоактивных элементов уменьшается с повышением основности; это одно из немногих проявлений корреляции радиоактивности с другими свойствами Химические элементы различаются прежде всего составом ядра − числом протонов (атомным номером) или суммарным числом протонов и нейтронов (массовым числом). Соединения, минералы, а также горные породы характеризуются в этом смысле средней атомной массой (Mа), которая является фактором, определяющим плотность минералов и горных пород, а также существенно влияющим на упругие свойства. Другой фактор микроструктуры элементов − электронная конфигурация; она определяет магнитные свойства атомов (подробнее об этом см. Приложение). По структуре валентных оболочек, их заполнению, соотношению их энергетических уровней с энергиями взаимодействия в атоме и кристалле выделяются диамагнитны е и парамагнитны е вещества. Электронная структура и типы связей Воздействие электронной структуры на физические свойства вещества реализуется через тип связей атомов в молекулы и кристаллы Минералы горных пород и полезных ископаемых представляют собой соединения на основе трех видов связей атомов: ионной, ковалентной и металлической |