Skalní geologie

Elektrické vlastnosti

Elektrická povaha materiálu je charakterizována jeho vodivostí (nebo inverzně jeho rezistivitou) a dielektrickou konstantou a koeficienty, které indikují rychlosti jejich změny s teplotou, frekvencí, při které se měření provádí, atd. U hornin s různým chemickým složením a proměnlivými fyzikálními vlastnostmi pórovitosti a obsahu tekutin se hodnoty elektrických vlastností mohou velmi lišit.

Odpor (R) je definován jako jeden ohm, když rozdíl potenciálu (napětí; V) napříč vzorkem o velikosti jednoho voltu vytváří proud (i) jednoho ampéru; to znamená, V = Ri. Elektrický odpor (ρ) je vnitřní vlastností materiálu. Jinými slovy, je inherentní a nezávisí na velikosti vzorku nebo aktuální cestě. Souvisí s odporem R = ρL / A, kde L je délka vzorku, A je plocha průřezu vzorku a jednotky ρ jsou centimetr ohmu; 1 ohm centimetr se rovná 0,01 ohmmetru. Vodivost (σ) je rovna 1 / ρ ohm ^-1 · centimetr ^-1 (neboli nazýváno mhos / cm). V jednotkách SI je uveden v mhos / metr nebo siemens / meter.

Některé reprezentativní hodnoty elektrické rezistence pro horniny a jiné materiály jsou uvedeny v tabulce. Materiály, které jsou obecně považovány za „dobré“ vodiče mají měrný odpor 10 ^-5 -10 ohm-cm (10 ^-7 -10 ^-1 ohm-m) a vodivost 10-10 ⁷ mhos / metr. Ty, které jsou klasifikovány jako mezilehlé vodiče, mají odpor 100–10 ⁹ ohm-centimetr (1–10 ⁷ ohm-metr) a vodivost 10 ^-7 –1 mhos / metr. „Chudé“ vodiče, také známý jako izolátory, mají měrný odpor 10 ¹⁰ -10 ¹⁷ ohm-cm (10 ⁸ -10 ¹⁵ ohm-m) a vodivost 10 ^-15 -10 ^-8. Mořská voda je díky lepšímu obsahu rozpuštěných solí mnohem lepším vodičem (tj. Má nižší odpor) než sladká voda; suchá hornina je velmi odolná. V podpovrchu jsou póry typicky do určité míry naplněny tekutinami. Odpor materiálů má širokou škálu - měď se například liší od křemene o 22 řádů.

Typické odpory

materiál		odpor (ohm-centimetr)
mořská voda (18 ° C)		21
nekontaminovaná povrchová voda		2 (10 4)
destilovaná voda		0,2-1 (10 6)
voda (4 ° C)		9 (10 6)
led		3 (10 8)
skály in situ
sedimentární	hlína, měkká břidlice	100-5 (10 3)
	tvrdá břidlice	7–50 (10 3)
	písek	5–40 (10 3)
	pískovec	(10 4) - (10 5),
	ledová moréna	1–500 (10 3)
	porézní vápenec	1–30 (10 4)
	hustý vápenec	> (10 6)
	kamenná sůl	(10 8) - (10 9)
ohnivý		5 (10 4) - (10 8)
metamorfický		5 (10 4) -5 (10 9)
skály v laboratoři
suchá žula		10 12
minerály
měď (18 ° C)		1,7 (10 −6)
grafit		5–500 (10–4)
pyrhotit		0,1–0,6
krystaly magnetitu		0,6–0,8
pyritová ruda		1– (10 5)
magnetitová ruda		(10 2) -5 (10 5),
chromitová ruda		> 10 6
křemen (18 ° C)		(10 14) - (10 16)

U vysokofrekvenčních střídavých proudů je elektrická odezva horniny částečně řízena dielektrickou konstantou, ε. Toto je kapacita skály pro uložení elektrického náboje; je to míra polarizovatelnosti v elektrickém poli. V jednotkách cgs je dielektrická konstanta 1,0 ve vakuu. V jednotkách SI, je uveden v farads na metr, nebo, pokud jde o poměr specifické kapacity materiálu na specifické kapacitě vakua (což je 8,85 x 10 ^-12 farads na metr). Dielektrická konstanta je funkcí teploty a frekvence pro tyto frekvence výrazně nad 100 hertzů (cykly za sekundu).

K elektrickému vedení dochází v horninách (1) vodivostí tekutin - tj. Elektrolytickým vedením iontovým přenosem ve slabě pórovité vodě - a (2) kovovým a polovodičovým (např. Některými sulfidovými rudami) elektronovým vedením. Pokud má hornina jakoukoli pórovitost a obsahuje tekutinu, tekutina obvykle dominuje vodivosti. Vodivost horniny závisí na vodivosti tekutiny (a jejím chemickém složení), stupni nasycení tekutiny, porozitě a propustnosti a teplotě. Pokud horniny ztratí vodu, jako je tomu u hutnění sedimentárních hornin v hloubce, jejich odpor se obvykle zvyšuje.

Magnetické vlastnosti

Magnetické vlastnosti hornin vycházejí z magnetických vlastností jednotlivých minerálních zrn a krystalů. Typicky, jen malá část horniny sestává z magnetických nerostů. To je malá část zrn, která určuje magnetické vlastnosti a magnetizaci horniny jako celku, se dvěma výsledky: (1) magnetické vlastnosti dané horniny se mohou v daném hornickém tělese nebo struktuře značně lišit, v závislosti na chemické nehomogenitě, podmínky depozice nebo krystalizace a co se stane s horninou po formování; a (2) horniny, které sdílejí stejnou litologii (typ a název), nemusí nutně sdílet stejné magnetické vlastnosti. Litologické klasifikace jsou obvykle založeny na množství dominantních silikátových minerálů, ale magnetizace je určena menší frakcí magnetických zrn, jako jsou oxidy železa. Hlavními horninotvornými magnetickými minerály jsou oxidy a sulfidy železa.

Ačkoli magnetické vlastnosti hornin sdílejících stejnou klasifikaci se mohou lišit od horniny ke skále, obecné magnetické vlastnosti přesto obvykle závisí na typu horniny a celkovém složení. Magnetické vlastnosti určité horniny mohou být zcela dobře pochopeny za předpokladu, že má specifické informace o magnetických vlastnostech krystalických materiálů a minerálů, jakož i o tom, jak jsou tyto vlastnosti ovlivněny faktory, jako je teplota, tlak, chemické složení a velikost zrn. Porozumění je dále posíleno informacemi o tom, jak vlastnosti typických hornin jsou závislé na geologickém prostředí a jak se liší za různých podmínek.