Elektrische eigenschappen
De elektrische aard van een materiaal wordt gekenmerkt door zijn geleidbaarheid (of, omgekeerd, zijn soortelijke weerstand) en zijn diëlektrische constante, en coëfficiënten die de veranderingssnelheden hiervan aangeven met temperatuur, frequentie waarmee wordt gemeten, enzovoort. Voor gesteenten met een reeks chemische samenstellingen en variabele fysische eigenschappen van porositeit en vloeistofgehalte, kunnen de waarden van elektrische eigenschappen sterk variëren.
Weerstand (R) wordt gedefinieerd als één ohm wanneer een potentiaalverschil (spanning; V) over een monster met een grootte van één volt een stroom (i) van één ampère produceert; dat wil zeggen V = Ri. De elektrische soortelijke weerstand (ρ) is een intrinsieke eigenschap van het materiaal. Met andere woorden, het is inherent en niet afhankelijk van de steekproefomvang of het huidige pad. Het is gerelateerd aan weerstand door R = ρL / A waarbij L de lengte van het monster is, A is het dwarsdoorsnedeoppervlak van het monster en eenheden van ρ zijn ohm-centimeter; 1 ohm centimeter is gelijk aan 0,01 ohm meter. De geleidbaarheid (σ) is gelijk aan 1 / ρ ohm -1 · centimeter -1 (of mhos / cm genoemd). In SI-eenheden wordt het gegeven in mhos / meter of siemens / meter.
Enkele representatieve waarden van elektrische weerstand voor gesteenten en andere materialen staan in de tabel. Materialen die in het algemeen als “goed” beschouwd geleiders hebben een weerstand van 10 -5 -10 ohm-centimeter (10 -7 -10 -1 ohm-meter) en een geleidbaarheid van 10-10 7 mho / m. Die zijn geclassificeerd als tussengeleiders een weerstand van 100-10 9 ohm-cm (1-10 7 ohm-meter) en een geleidbaarheid van 10 -7 -1 mho / m. “Slecht” geleiders, ook bekend als isolatoren, een specifieke weerstand van 10 10 -10 17 ohm-centimeter (10 8 -10 15 ohm-meter) en een geleidbaarheid van 10 -15 -10 -8. Zeewater is een veel betere geleider (dat wil zeggen, het heeft een lagere soortelijke weerstand) dan zoet water vanwege het hogere gehalte aan opgeloste zouten; dry rock is zeer resistent. In de ondergrond worden poriën doorgaans tot op zekere hoogte gevuld met vloeistoffen. De soortelijke weerstand van materialen heeft een groot bereik - koper verschilt bijvoorbeeld van 22 ordes van grootte van kwarts.
Typische weerstanden
| materiaal | soortelijke weerstand (ohm centimeter) | |
|---|---|---|
| zeewater (18 ° C) | 21 | |
| niet-verontreinigd oppervlaktewater | 2 (10 4) | |
| gedistilleerd water | 0.2–1 (10 6) | |
| water (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| ijs | 3 (10 8) | |
| rotsen in situ | ||
| sedimentair | klei, zachte leisteen | 100–5 (10 3) |
| harde leisteen | 7–50 (10 3) | |
| zand | 5–40 (10 3) | |
| zandsteen | (10 4) - (10 5) | |
| glaciale stuwwal | 1-500 (10 3) | |
| poreuze kalksteen | 1-30 (10 4) | |
| dichte kalksteen | > (10 6) | |
| steen zout | (10 8) - (10 9) | |
| stollend | 5 (10 4) - (10 8) | |
| metamorf | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| rotsen in laboratorium | ||
| droog graniet | 10 12 | |
| mineralen | ||
| koper (18 ° C) | 1.7 (10 −6) | |
| grafiet | 5–500 (10 −4) | |
| pyrrhotiet | 0.1-0.6 | |
| magnetiet kristallen | 0,6-0,8 | |
| pyriet erts | 1– (10 5) | |
| magnetiet erts | (10 2) –5 (10 5) | |
| chromiet erts | > 10 6 | |
| kwarts (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
Voor hoogfrequente wisselstromen wordt de elektrische respons van een gesteente gedeeltelijk bepaald door de diëlektrische constante ε. Dit is de capaciteit van de steen om elektrische lading op te slaan; het is een maat voor polariseerbaarheid in een elektrisch veld. In cgs-eenheden is de diëlektrische constante 1,0 in een vacuüm. In SI-eenheden wordt het gegeven in farads per meter of in termen van de verhouding tussen de specifieke capaciteit van het materiaal en de specifieke vacuümcapaciteit (dat is 8,85 × 10-12 farads per meter). De diëlektrische constante is een functie van temperatuur en frequentie voor die frequenties ver boven 100 hertz (cycli per seconde).
Elektrische geleiding vindt plaats in gesteenten door (1) vloeistofgeleiding - dat wil zeggen elektrolytische geleiding door ionische overdracht in water met zilte poriën - en (2) metallische en halfgeleider (bijv. Sommige sulfide-ertsen) elektrongeleiding. Als de rots enige poreusheid heeft en vloeistof bevat, domineert de vloeistof typisch de geleidingsreactie. De geleidbaarheid van gesteenten is afhankelijk van de geleidbaarheid van de vloeistof (en de chemische samenstelling), de mate van verzadiging van de vloeistof, de porositeit en permeabiliteit en de temperatuur. Als gesteenten water verliezen, zoals bij verdichting van clastic sedimentaire gesteenten op diepte, neemt hun soortelijke weerstand doorgaans toe.
Magnetische eigenschappen
De magnetische eigenschappen van gesteenten komen voort uit de magnetische eigenschappen van de samenstellende minerale korrels en kristallen. Meestal bestaat slechts een klein deel van het gesteente uit magnetische mineralen. Het is dit kleine deel van de korrels dat de magnetische eigenschappen en magnetisatie van het gesteente als geheel bepaalt, met twee resultaten: (1) de magnetische eigenschappen van een bepaald gesteente kunnen sterk variëren binnen een bepaald gesteentelichaam of -structuur, afhankelijk van chemische inhomogeniteiten, afzettings- of kristallisatieomstandigheden, en wat er met de rots gebeurt na vorming; en (2) gesteenten met dezelfde lithologie (type en naam) hoeven niet noodzakelijkerwijs dezelfde magnetische kenmerken te hebben. Lithologische classificaties zijn meestal gebaseerd op de overvloed aan dominante silicaatmineralen, maar de magnetisatie wordt bepaald door de kleine fractie van dergelijke magnetische minerale korrels als ijzeroxiden. De belangrijkste gesteentevormende magnetische mineralen zijn ijzeroxiden en sulfiden.
Hoewel de magnetische eigenschappen van gesteenten met dezelfde classificatie van gesteente tot gesteente kunnen verschillen, zijn algemene magnetische eigenschappen toch meestal afhankelijk van gesteentetype en algehele samenstelling. De magnetische eigenschappen van een bepaald gesteente kunnen vrij goed worden begrepen, mits men specifieke informatie heeft over de magnetische eigenschappen van kristallijne materialen en mineralen, en over hoe deze eigenschappen worden beïnvloed door factoren als temperatuur, druk, chemische samenstelling en de grootte van de granen. Het begrip wordt verder vergroot door informatie over hoe de eigenschappen van typische gesteenten afhankelijk zijn van de geologische omgeving en hoe ze variëren onder verschillende omstandigheden.
