Propietats elèctriques
La naturalesa elèctrica d’un material es caracteritza per la seva conductivitat (o, inversament, la seva resistivitat) i la seva constant dielèctrica, i coeficients que indiquen les taxes de canvi d’aquests amb la temperatura, la freqüència a la qual es fa la mesura, etc. Per a roques amb una gamma de composició química i propietats físiques variables de porositat i contingut de fluids, els valors de les propietats elèctriques poden variar àmpliament.
La resistència (R) es defineix com a un ohm quan una diferència de potencial (tensió; V) a través d’un exemplar d’una magnitud de volt produeix un corrent (i) d’un amperi; és a dir, V = Ri. La resistivitat elèctrica (ρ) és una propietat intrínseca del material. Dit d’una altra manera, és inherent i no depèn de la mida de la mostra o de la ruta actual. Està relacionat amb la resistència de R = ρL / A on L és la longitud de la mostra, A és l’àrea de secció transversal de l’exemplar i les unitats de ρ són ohm-centímetre; 1 ohm-centímetre equival a 0,01 ohm-metre. La conductivitat (σ) és igual a 1 / ρ ohm -1 · centímetre -1 (o denominat mhos / cm). En unitats SI, es dóna en mhos / metre o siemens / metre.
Alguns valors representatius de la resistivitat elèctrica per a roques i altres materials apareixen a la taula. Els materials que generalment es consideren com a conductors "bones" tenen una resistivitat de 10 -5 -10 ohm-centímetre (10 -7 -10 -1 ohm-metre) i una conductivitat de 10-10 7 Mhos / metre. Aquells que es classifiquen com a conductors intermedis tenen una resistivitat de 100-10 9 ohm-centímetre (1-10 7 ohm-metre) i una conductivitat de 10 -7 -1 Mhos / metre. Conductors "pobre", també conegudes com aïlladors, tenen una resistivitat de 10 10 -10 17 ohm-centímetre (10 8 -10 15 ohm-metre) i una conductivitat de 10 -15 -10 -8. L’aigua de mar és un conductor molt millor (és a dir, té menor resistivitat) que l’aigua dolça a causa del seu contingut més elevat de sals dissoltes; la roca seca és molt resistiva. A la superfície subterrània, els fluids estan normalment omplits fins a cert punt per fluids. La resistivitat dels materials té una àmplia gamma: el coure, per exemple, és diferent al quars per 22 ordres de magnitud.
Resistivitats típiques
| material | resistivitat (centímetre ohm) | |
|---|---|---|
| aigua de mar (18 ° C) | 21 | |
| aigües superficials no contaminades | 2 (10 4) | |
| aigua destil · lada | 0,2–1 (10 6) | |
| aigua (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| gel | 3 (10 8) | |
| roques in situ | ||
| sedimentaris | argila, esquistó suau | 100–5 (10 3) |
| esquistó dur | 7–50 (10 3) | |
| sorra | 5-40 (10 3) | |
| gres | (10 4) - (10 5) | |
| morena glacial | 1–500 (10 3) | |
| calcàries poroses | 1-30 (10 4) | |
| calcària densa | > (10 6) | |
| sal de roca | (10 8) - (10 9) | |
| ígnia | 5 (10 4) - (10 8) | |
| metamòrfica | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| roques al laboratori | ||
| granit sec | 10 12 | |
| minerals | ||
| coure (18 ° C) | 1,7 (10 −6) | |
| grafit | 5–500 (10 −4) | |
| pirotita | 0,1–0,6 | |
| cristalls de magnetita | 0,6–0,8 | |
| mineral de pirita | 1– (10 5) | |
| mineral de magnetita | (10 2) –5 (10 5) | |
| mineral de cromita | > 10 6 | |
| quars (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
Per a corrents alternatius d’alta freqüència, la resposta elèctrica d’una roca està governada en part per la constant dielèctrica, ε. Aquesta és la capacitat de la roca per emmagatzemar càrrega elèctrica; és una mesura de polarització en un camp elèctric. En les unitats de cgs, la constant dielèctrica és 1,0 en un buit. A les unitats SI, es dóna en farads per metre o en funció de la relació de capacitat específica del material amb la capacitat específica de buit (que és de 8,85 × 10 -12 farads per metre). La constant dielèctrica és funció de la temperatura i de la freqüència per a aquelles freqüències molt superiors als 100 hertz (cicles per segon).
La conducció elèctrica es produeix a les roques mitjançant (1) conducció de fluids, és a dir, conducció electrolítica mitjançant transferència iònica en aigua de porus salmosa i (2) conducció d’electrons metàl·lics i semiconductors (per exemple, alguns minerals de sulfur). Si la roca té alguna porositat i líquid contingut, el fluid domina normalment la resposta de conductivitat. La conductivitat de la roca depèn de la conductivitat del fluid (i de la seva composició química), del grau de saturació del fluid, de la porositat i de la permeabilitat i de la temperatura. Si les roques perden aigua, com passa amb la compactació de les roques sedimentàries clàstiques a la profunditat, la seva resistivitat normalment augmenta.
Propietats magnètiques
Les propietats magnètiques de les roques sorgeixen de les propietats magnètiques dels grans i cristalls minerals constituents. Típicament, només una petita fracció de la roca consisteix en minerals magnètics. És aquesta petita porció de grans la que determina les propietats magnètiques i la magnetització de la roca en conjunt, amb dos resultats: (1) les propietats magnètiques d’una determinada roca poden variar àmpliament dins d’un cos o estructura de roca determinat, depenent de les inhomogeneïtats químiques., condicions de deposició o cristal·lització, i què passa amb la roca després de la formació; i (2) roques que comparteixen la mateixa litologia (tipus i nom) no necessàriament comparteixen les mateixes característiques magnètiques. Les classificacions litològiques es basen generalment en l’abundància de minerals de silicats dominants, però la magnetització està determinada per la fracció menor d’aquests grans minerals magnètics com els òxids de ferro. Els minerals magnètics principals que formen roques són els òxids de ferro i els sulfurs.
Tot i que les propietats magnètiques de les roques que comparteixen la mateixa classificació poden variar de roca a roca, les propietats magnètiques generals depenen tot i això del tipus de roca i de la composició general. Les propietats magnètiques d’una determinada roca es poden entendre força bé, sempre que es tingui informació específica sobre les propietats magnètiques dels materials i minerals cristal·lins, i sobre com aquestes propietats es veuen afectades per factors com la temperatura, la pressió, la composició química i la mida. dels grans. La comprensió es millora més amb la informació sobre com les propietats de les roques típiques depenen del medi geològic i com varien amb diferents condicions.
