Właściwości elektryczne
Elektryczny charakter materiału charakteryzuje się jego przewodnością (lub odwrotnie, jego rezystywnością) i jego stałą dielektryczną oraz współczynnikami, które wskazują szybkości ich zmian wraz z temperaturą, częstotliwością, przy której dokonuje się pomiaru, i tak dalej. W przypadku skał o różnym składzie chemicznym, a także o zmiennych właściwościach fizycznych porowatości i zawartości płynu, wartości właściwości elektrycznych mogą się znacznie różnić.
Rezystancja (R) jest definiowana jako jeden om, gdy różnica potencjałów (napięcie; V) na próbce o wielkości jednej wolta wytwarza prąd (i) o wartości jednego ampera; to znaczy V = Ri. Rezystywność elektryczna (ρ) jest nieodłączną właściwością materiału. Innymi słowy, jest on nieodłączny i nie zależy od wielkości próbki ani ścieżki prądu. Jest to związane z rezystancją R = ρL / A, gdzie L jest długością próbki, A jest polem przekroju próbki, a jednostki ρ są om-centymetrami; 1 omomierz-centymetr odpowiada 0,01 omomierza. Przewodnictwo (σ) jest równe 1 / ρ ohm -1 · centymetr -1 (lub nazywane mhos / cm). W jednostkach SI podaje się go w mhos / metr lub siemens / metr.
Niektóre reprezentatywne wartości oporności elektrycznej dla skał i innych materiałów wymieniono w tabeli. Materiały, które są zwykle traktowane jako „dobre” przewodów mają rezystancję 10 -5 -10 ohm-cm (10 -7 -10 -1 om m) i przewodności 10-10 7 mho / m. Te, które zostały sklasyfikowane jako przewody pośrednie rezystywności 100-10 9 ohm-cm (1-10 7 om m) i przewodność 10 -7 -1 mho / m. „Słabą” przewody, znane również jako izolatory posiadają opór 10 10 -10 17 ohm-cm (10 8 -10 15 om m) i przewodność 10 -15 -10 -8. Woda morska jest znacznie lepszym przewodnikiem (tj. Ma niższą rezystywność) niż świeża woda ze względu na wyższą zawartość rozpuszczonych soli; sucha skała jest bardzo oporna. W podpowierzchniach pory są zazwyczaj w pewnym stopniu wypełnione płynami. Rezystywność materiałów ma szeroki zakres - na przykład miedź różni się od kwarcu o 22 rzędy wielkości.
Typowe rezystywności
| materiał | rezystywność (om-centymetr) | |
|---|---|---|
| woda morska (18 ° C) | 21 | |
| niezanieczyszczone wody powierzchniowe | 2 (10 4) | |
| woda destylowana | 0,2–1 (10 6) | |
| woda (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| lód | 3 (10 8) | |
| skały in situ | ||
| osadowy | glina, łupek miękki | 100–5 (10 3) |
| twardy łupek | 7–50 (10 3) | |
| piasek | 5–40 (10 3) | |
| piaskowiec | (10 4) - (10 5) | |
| morena lodowcowa | 1–500 (10 3) | |
| porowaty wapień | 1–30 (10 4) | |
| gęsty wapień | > (10 6) | |
| sól kamienna | (10 8) - (10 9) | |
| ogniowy | 5 (10 4) - (10 8) | |
| metamorficzny | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| skały w laboratorium | ||
| suchy granit | 10 12 | |
| minerały | ||
| miedź (18 ° C) | 1,7 (10–6) | |
| grafit | 5–500 (10–4) | |
| pirotyt | 0,1–0,6 | |
| kryształy magnetytu | 0,6–0,8 | |
| ruda pirytu | 1– (10 5) | |
| ruda magnetytowa | (10 2) –5 (10 5) | |
| ruda chromitu | > 10 6 | |
| kwarc (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
W przypadku prądów przemiennych o wysokiej częstotliwości reakcja elektryczna skały jest częściowo regulowana przez stałą dielektryczną ε. To jest zdolność skały do magazynowania ładunku elektrycznego; jest to miara polaryzowalności w polu elektrycznym. W jednostkach cgs stała dielektryczna wynosi 1,0 w próżni. W jednostkach SI podaje się go w faradach na metr lub w kategoriach stosunku pojemności właściwej materiału do pojemności właściwej próżni (która wynosi 8,85 × 10–12 faradów na metr). Stała dielektryczna jest funkcją temperatury i częstotliwości dla częstotliwości znacznie powyżej 100 herców (cykli na sekundę).
Przewodnictwo elektryczne zachodzi w skałach poprzez (1) przewodnictwo płynowe - tj. Przewodnictwo elektrolityczne przez przenoszenie jonów w wodzie o porach solankowych - oraz (2) przewodnictwo elektronowe i półprzewodnikowe (np. Niektóre rudy siarczkowe). Jeśli skała ma jakąkolwiek porowatość i zawiera płyn, płyn zwykle dominuje w odpowiedzi przewodności. Przewodność skały zależy od przewodności płynu (i jego składu chemicznego), stopnia nasycenia płynu, porowatości i przepuszczalności oraz temperatury. Jeśli skały tracą wodę, tak jak w przypadku zagęszczania skał osadowych na głębokości, ich oporność zwykle wzrasta.
Właściwości magnetyczne
Właściwości magnetyczne skał wynikają z właściwości magnetycznych składowych ziaren mineralnych i kryształów. Zwykle tylko niewielka część skały składa się z minerałów magnetycznych. To ta niewielka część ziaren determinuje właściwości magnetyczne i magnetyzację skały jako całości, z dwoma wynikami: (1) właściwości magnetyczne danej skały mogą się znacznie różnić w obrębie danej bryły lub struktury skały, w zależności od niejednorodności chemicznej, warunki osadzania lub krystalizacji oraz co dzieje się ze skałą po formowaniu; oraz (2) skały, które mają tę samą litologię (rodzaj i nazwę) niekoniecznie muszą mieć te same cechy magnetyczne. Klasyfikacje litologiczne zwykle oparte są na obfitości dominujących minerałów krzemianowych, ale magnetyzacja jest określana przez niewielką część takich magnetycznych ziaren mineralnych, jak tlenki żelaza. Głównymi minerałami tworzącymi skały magnetyczne są tlenki i siarczki żelaza.
Chociaż właściwości magnetyczne skał o tej samej klasyfikacji mogą się różnić w zależności od skały, ogólne właściwości magnetyczne zależą jednak zwykle od rodzaju skały i ogólnego składu. Właściwości magnetyczne konkretnej skały można dość dobrze zrozumieć, pod warunkiem posiadania konkretnych informacji na temat właściwości magnetycznych materiałów krystalicznych i minerałów, a także na temat wpływu tych właściwości na takie czynniki, jak temperatura, ciśnienie, skład chemiczny i rozmiar ziaren. Zrozumienie pogłębiają informacje o tym, jak właściwości typowych skał zależą od środowiska geologicznego i jak różnią się w zależności od warunków.
