第三章(下)火成巖的物理性質(zhì)

第三章火成巖的物理性質(zhì)巖石的物理性質(zhì)主要包括密度、磁性（包括磁化率、磁化強(qiáng)度、剩余(shèngyú)磁化強(qiáng)度、以及剩余(shèngyú)磁化強(qiáng)度同感應(yīng)磁化強(qiáng)度的比值等）、電性（包括電導(dǎo)率、電容率、極化率等）、孔隙度、滲透率、彈性波速度、導(dǎo)熱性、放射性、熱學(xué)性質(zhì)（熱導(dǎo)率、熱容）、硬度等共十頁第三章火成巖的物理性質(zhì)巖石的密度是巖石基本集合相（固相、液相和氣相）的單位體積質(zhì)量。巖石的密度取決于它的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、孔隙度和它所處的外部條件。大多數(shù)造巖礦物如長石、石英、輝石等具有離子型或共價(jià)型結(jié)晶鍵密度為2.2–3.5克／厘米3（極少數(shù)達(dá)4.5克／厘米3）。結(jié)晶鍵為離子-金屬型或共價(jià)-金屬型的礦物，如鉻鐵礦、黃鐵礦、磁鐵礦等密度較大，為3.5–7.5克／厘米3。侵入巖從長英質(zhì)到超鎂鐵質(zhì)，隨著二氧化硅含量的減少和鐵鎂氧化物含量的增加，巖石的密度逐漸增大(zēnɡdà)。巖石中金屬礦物的含量增高，巖石的密度就增大(zēnɡdà)。礦區(qū)花崗巖的密度有的高達(dá)2.7克／厘米3以上。噴出巖的孔隙度比侵入巖大因而與相應(yīng)的侵入巖相比密度要小。另外，沉積巖的密度是由組成沉積巖的礦物密度、孔隙度和填充孔隙氣體和液體的密度決定的。變質(zhì)巖的密度主要決定于其礦物組成。密度在重力勘探，油氣儲層中巖性識別，測井解釋等方面應(yīng)用廣泛，此外對理論研究也很重要共十頁第三章火成巖的物理性質(zhì)巖石磁性是由巖石所含鐵磁性礦物產(chǎn)生的磁性。常用的巖石磁性參數(shù)是磁化率、磁化強(qiáng)度、剩余磁化強(qiáng)度矢量，以及剩余磁化強(qiáng)度同感應(yīng)磁化強(qiáng)度的比值Q。巖石的磁性主要決定于組成巖石的礦物的磁性，并受成巖后地質(zhì)作用(zuòyòng)過程的影響。一般說，橄欖巖、輝長巖、玄武巖等超基性、基性巖漿巖的磁性最強(qiáng)；變質(zhì)巖次之；沉積巖最弱。巖漿巖的磁性取決于巖石中鐵磁性礦物的含量。結(jié)構(gòu)構(gòu)造相同的巖石，鐵磁性礦物含量愈高，磁化率值愈大。鐵磁性侵入巖的天然剩余磁化強(qiáng)度，按酸性、中性、基性、超基性的順序逐漸變大；沉積巖的磁性主要也是由鐵磁性礦物的含量決定的；變質(zhì)巖的磁性是由其原始成分和變質(zhì)過程決定的共十頁第三章火成巖的物理性質(zhì)熱導(dǎo)率：熱導(dǎo)率是物質(zhì)導(dǎo)熱能力的量度，是一個(gè)重要的物理量。符號為λ或K。其定義為：在物體內(nèi)部垂直于導(dǎo)熱方向取兩個(gè)相距1米，面積為1平方米的平行平面，若兩個(gè)平面的溫度相差1K，則在1秒內(nèi)從一個(gè)平面?zhèn)鲗?dǎo)至另一個(gè)平面的熱量(rèliàng)就規(guī)定為該物質(zhì)的熱導(dǎo)率，它既控制著穩(wěn)態(tài)條件下地殼各層的地溫梯度，又決定著諸如侵入體的冷卻等非穩(wěn)態(tài)的時(shí)間尺度硅酸鹽熔體是熱的不良導(dǎo)體，它們的熱導(dǎo)率與兩種傳熱體制有關(guān)，即正常晶格熱傳導(dǎo)和輻射熱傳遞。隨溫度升高和晶格結(jié)構(gòu)膨脹，前一種機(jī)制的作用降低，而后一種的增大。到達(dá)熔融范圍內(nèi)，兩種效應(yīng)趨于平衡，但在高溫下基性巖漿的熱導(dǎo)率通常以一個(gè)不斷增大的速率降低，這種情況待續(xù)到1200℃。溫度更高時(shí)，晶體或流體的暗度快速降低，輻射熱傳遞增強(qiáng)，總的熱導(dǎo)率就要高得多。更酸性的巖石，如安山巖和流紋巖，暗度較低，因而在低得多的溫度范圍內(nèi)就顯示了熱導(dǎo)率的增大共十頁第三章火成巖的物理性質(zhì)火成巖的熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系（轉(zhuǎn)引自Williams等，1979）1-玄武巖；2-英安巖；3-流紋巖；4-純橄欖巖；5-橄欖巖；6-月海玄武巖在所有溫度范圍內(nèi)，流紋巖樣品(yàngpǐn)均為玻璃態(tài)或液態(tài)共十頁第三章火成巖的物理性質(zhì)巖石的熱導(dǎo)率取決于組成巖石的礦物和固體顆粒間的介質(zhì)如空氣、水、石油等的絕熱性質(zhì)。巖漿巖和變質(zhì)巖的熱導(dǎo)率相對于沉積巖來說變化范圍不大，數(shù)值較高。侵入巖中，超基性巖的熱導(dǎo)率較高，花崗巖次之，中間成分(chéngfèn)的侵入巖又次之。噴出巖的熱導(dǎo)率比相應(yīng)的侵入巖小。沉積巖的熱導(dǎo)率變化范圍大是熱導(dǎo)率較低的孔隙充填物造成的。巖石和礦物的熱導(dǎo)率與溫度、壓力有關(guān)系。一般說來，溫度升高，熱導(dǎo)率降低共十頁第三章火成巖的物理性質(zhì)熱容：巖漿和火成巖的最具特色的熱學(xué)性質(zhì)之一是，它們比熱容小，而熔融熱或結(jié)晶熱很大。熱容（heatcapacity）C的定義為C=△Q/△T(δ–17)。即，當(dāng)一系統(tǒng)接受一微小熱量△Q而溫度升高△T時(shí)，比值△Q/△T即為該系統(tǒng)的熱容C。比熱容（specificheatcapacity）c，則是單位質(zhì)量(zhìliàng)的熱容，亦即是單位質(zhì)量(zhìliàng)物質(zhì)升高一度所需的熱量，c=C/m=△Q/(m·△T)。熔融熱或結(jié)晶熱△HF是在液相、固相共存的溫度下，使單位質(zhì)量物質(zhì)熔融或結(jié)晶所需增加或移出的熱量。對大多數(shù)火成巖，常壓下的比熱容Cp約為1255J/(Kg·K)(Mcbirney,1984)。例如，玄武巖漿Cp可取1214J/(Kg·K)，而酸性巖漿的Cp可取1340J/(Kg·K)（馬昌前等，1994）。而熔融熱或結(jié)晶熱△HF的典型值約介于(2.5×105–4.2×105)J/Kg之間?？梢娫谙嘧儨囟认?，使巖石熔融所需吸收（或放出）的熱量，在其他溫度時(shí)則能使這些巖石（或巖漿）溫度改變200–300℃共十頁第三章火成巖的物理性質(zhì)彈性波速：橫波（S）是指震動(dòng)方向與傳播方向相垂直的波，縱波（P）是指震動(dòng)方向與傳播方向相同的波。在巖石和礦物中傳播的速度P和S是地球物理勘探中常用的兩個(gè)參數(shù)。巖石中的波速取決于其礦物成分和孔隙(kǒngxì)充填物的彈性。對固體礦產(chǎn)、油氣、工程中的地震勘探、垂直地震剖面（VerticalSeismicProfiling，VSP)等非常重要。巖漿巖和變質(zhì)巖的彈性波速度與巖石密度的關(guān)系接近于線性關(guān)系，密度越大，速度越高。巖漿巖和變質(zhì)巖的含水飽和度增大時(shí)，P變大，S也變大，但不如P的變化那樣顯著。氣飽和巖石的P比相應(yīng)的水飽和巖石的P小。片麻巖等片理發(fā)育的巖石，沿片理面測量的波速大于垂直片理面測量的波速，有時(shí)相差一倍以上。與結(jié)晶巖相比，沉積巖中的彈性波速度受孔隙度的影響很大，變化范圍很寬。在未蝕變的火成巖中，速度是比較高的，但火山碎屑巖和蝕變的火成巖，波速就變化很大共十頁第三章火成巖的物理性質(zhì)火成巖波速(km/s)近地表未風(fēng)化的侵入巖5.0-6.2粗玄巖(南非)6.1粗玄巖(元古代安大略省)6.7玄武巖流,從頂?shù)降椎淖兓?.9-6.1玄武巖流,平均值4.2未蝕變超基性、基性巖(德克薩斯州蛇紋石巖塞)5.5-7.3蝕變的玄玻凝灰?guī)r(德克薩斯州蛇紋石巖塞)2.9高原玄武巖(哥倫比亞盆地)5.8玄武巖中互層的粘土層(哥倫比亞盆地)1.7未蝕變的安山質(zhì)凝灰?guī)r(喬治亞洲)5.0蝕變的濁沸石凝灰?guī)r(喬治亞洲)3.3流紋質(zhì)熔巖,熔結(jié)凝灰?guī)r(內(nèi)華達(dá)洲)>5.5火山灰流,灰雨凝灰?guī)r(內(nèi)華達(dá)洲)<2.1引自Schutter,S.R.,2003.共十頁內(nèi)容(nèiróng)總結(jié)第三章火成巖的物理性質(zhì)。結(jié)晶鍵為離子-金屬型或