Контактово-метасоматические горные породы

диапазон изменения значений параметров; они обладают более низкими максимальными значениями, чем магматические образования.

Контактовый метаморфизм определяет образование пород, характеризующихся очень непостоянными магнитными свойствами, что зависит как от параметров исходных пород, так и от давлений и температур, обуславливающих метаморфизм.

Так, для скарнов, наиболее вероятная величина магнитной восприимчивости (в 10-5 ед. СИ) – 10 - 12000, а максимальная величина – 30000.

7.3 Электрические свойства

Из электрических свойств веществ наибольшее значение в геофизике имеют удельное электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость, естественная и вызванная поляризация и пьезоэлектрический эффект.

Возможность направленного движения частиц (электронов и ионов) под действием внешнего электрического поля обусловливает электропроводность веществ. Сопротивление возникающему электрическому току вызывается хаотическим (тепловым) перемещением заряженных частиц и зависит от строения электронной оболочки атомов, кристаллохимических структур минералов и ионизационных свойств водных растворов солей.

Удельное электрическое сопротивление

 = Rs/l,

где R – сопротивление вещества, Ом; l – длина тела, м; s – поперечное сечение тела, м2.

Удельная электрическая проводимость  = 1/.

По природе электропроводности выделяются: проводники, полупроводники и диэлектрики (электронные и ионные).

7.3.1 Удельное электрическое сопротивление метаморфических пород

Удельное электрическое сопротивление метаморфических пород зависит от ряда факторов. Выше уровня грунтовых вод породы характеризуются гигроскопической влажностью; их сопротивление достигает 103 – 106 Омм. Наблюдается значительное колебание сопротивления пород в зависимости от климатических условий. Ниже уровня грунтовых водообильность кристаллических пород определяется наличием в них связанных (капиллярных) и свободных (гравитационных) вод. Капиллярная влажность для ненарушенных массивов и толщ, главным образом ниже зоны выветривания. Свободные гравитационные воды в складчатых областях и древних щитах являются трещинно-жильными; они подразделяются на трещинные воды зоны выветривания (до 100 м), жильные воды (до 1- 2 км) и трещинно-карстовые.

Удельное сопротивление кристаллических пород, обводнённых трещинно-жильными водами, в несколько раз меньше сопротивление тех же пород в ненарушенных массивах.

Для разных районов величина удельного сопротивления пород в зоне развития трещинных вод неодинакова в связи и различной интенсивностью развития процесса выветривания и отличием в степени минерализации вод. Сопротивление одних и тех же пород обычно значительно изменяется по площади.

Необходимо отметить, что в пределах эксплуатируемых рудных месторождений в результате вскрытия их горными выработками и нарушения естественной циркуляции вод рудничные воды характеризуются значительно более высокой минерализацией (10 – 20, реже 100 г/л) по сравнению с водами неэксплуатируемых месторождений. Поэтому сопротивление пород, полученное в результате параметрических измерений на эксплуатируемых месторождениях, может быть значительно ниже, чем сопротивление аналогичных пород в пределах невскрытых месторождений.

Удельное электрическое сопротивление (в Омм) метаморфических пород (по литературным и фондовым данным)

Порода Измерения на образцах Измерения с помощью ВЭЗ и каротажа в породах

с гигроскопической влажностью с максимальной капиллярной влажностью с максимальной капиллярной влажностью с вкраплениями рудных минералов, графита, углистого вещества

Скарн 1106-1107 1103-1106  50-1103

Роговик 1106-1107 1103-1106  50-1103

Пьезоэлектрический эффект – свойство определенных кристаллических веществ проявлять электрическую поляризацию под действием механических напряжений или деформации.

Пьезоэлектрическая поляризация проявляется как в монокристаллах определенного типа симметрии, так и в полнокристаллических агрегатах, содержащих ориентированные пьезоэлектрические кристаллы.

Горные породы, в составе которых находятся пьезоэлектрические активные минералы, образуют обширную и распространенную группу пьезоэлектрических текстур. Тип симметрии пьезоэлектрических текстур горных пород и величина их пьезоэффекта находятся в зависимости от следующих свойств пьезоактивного минерала: типа кристаллографической симметрии, величины пьезомодулей, характера пространственной ориентировки электрических (полярных) и других осей, процентного содержания минерала и его пространственного положения относительно нейтральной компоненты в породе. К наиболее распространенным в природе минералам пьезоэлектрикам относятся кварц, турмалин, сфалерит, нефелин.

При наложении на породу электрического поля в ней происходит смещение внутренних связанных зарядов. В результате на ее поверхности появляются неуравновешенные заряды, которые создают электрическое поле, направленное противоположно внешнему и ослабляющее последнее. Это явление носит название поляризации породы. Вектор поляризации  – суммарный электрический момент единицы объема диэлектрика. По природе поляризации и величине поляризуемости выделяются 4 группы веществ:

1. полезные ископаемые с высокой поляризуемостью, образующиеся за счет высокой электронной проводимости;

2. полезные ископаемые и горные породы с непостоянной поляризуемостью, изменяющейся в зависимости от содержания и состава вкрапленных электронно-проводящих минералов;

3. магматические и метаморфические породы со слабой поляризуемостью, возникающие за счет полупроводниково-ионной проводимости;

4. осадочные породы со средней и слабой поляризуемостью, образующиеся в средах с ионной проводимостью

Минералами, способствующими увеличению поляризуемости пород, являются: пирит, пирротин, галенит, графит, марказит, халькозин, халькопирит и др.

Поляризуемость пород, содержащих вкрапленность проводящих минералов, изменяется также от влажности – с увеличением влажность поляризуемость заметно возрастает.

Магматические, метаморфические и осадочные “чистые” породы (не содержащие вкрапленности рудных минералов или графита) имеют относительно невысокую поляризуемость, определяющуюся полупроводниково-ионной и ионной проводимостью.

7.4 Теплофизические свойства

Тепловое состояние земных недр является первопричиной многих геологических процессов.

Теплофизические параметры определяются следующими формулам:

теплопроводность

 = q/grad T,

где q – плотность теплового потока; grad T – температурный градиент;

удельная теплоёмкость

c = Q/m(T2 – T1),

где Q – количество теплоты; m – масса тела; Т – Т – разность температур, на которую изменяется температура тела массой m при подведении к нему количества теплоты Q;

температуропроводность

a = /c,

где c - объёмная теплоёмкость Дж/(м3*К).

Параметром теплового поля земли, который можно непосредственно измерить, является плотность теплового потока

q = Q/St,

где S – площадь изотермической поверхности ; t – время.

В геологических исследованиях плотность теплового потока Земли находится из уравнения Фурье:

q = - grad T,

Коэффициенты теплового линейного и объёмного расширения определяются соответственно формулами

 = (LT – L0)/L0;

 = (VT – V0)/V0,

где LТ и L0 – длина тела соответственно при температуре T и 00; VТ и V0 – объём тела соответственно при температуре T и 00.

Метаморфические породы (скарны, кварциты, гнейсы, мраморы, роговики и др.) имеют высокую теплопроводность (для скарнов ср =2,31 Вт/(мК)), что связано с наличием у этих образований плотных кристаллических структур с низкой пористостью и широким развитием метаморфических минералов (андалузита, ставролита). Диапазон изменения теплопроводности метаморфических пород значителен - 0,55-76 Вт/(мК). Стандартное отклонение теплопроводности метаморфических пород несколько выше, чем осадочных, и более чем в 3 раза превышает таковое для интрузивных пород. В полиминеральных метаморфических образованиях теплопроводность ниже, чем в мономинеральных метаморфических породах, как это видно на примере чарнокитов и гранито-гнейсов (Хср=1,3и 2 Вт/(мК) соответственно). Продукты контактового метаморфизма отличаются повышенной теплопроводностью. Теплопроводность пород из зон гидротермального метасоматизма близка к теплопроводности продуктов регионального метаморфизма. Метаморфические породы имеют высокую теплоемкость, максимальными значениями ее характеризуются роговики - 1480 Дж/(кгК). Средняя теплоемкость у метаморфических пород выше, чем у магматических.

7.5 Ядерно-физические (радиоактивные) свойства

Естественная радиоактивность пород обусловлена наличием в их составе либо минералов, содержащих радиоактивные элементы (уран U, торий Th, радий Ra), либо радиоактивных изотопов калия K40.

Кроме того, ряд минералов обладает способностью адсорбировать из окружающей среды радиоактивные элементы и изотопы (глины, глинистые сланцы).

Величина радиоактивность