Còn dưới đây là phần tôi sử dụng google translate có đôi chỗ sửa chữa 1 số từ dịch sai(không sửa hết được vì rất dài):
Đá , trong địa chất , tự nhiên và tổng hợp kết hợp của một hoặc nhiều khoáng sản. Các tập hợp như vậy tạo thành đơn vị cơ bản trong đó Trái đất rắn được cấu tạo và thường hình thành các khối lượng có thể nhận biết và có thể lập bản đồ. Đá thường được chia thành ba lớp chính theo các quá trình dẫn đến sự hình thành của chúng. Các lớp này là (1) đá lửa, đã hóa cứng từ vật liệu nóng chảy gọi là magma; (2) đá trầm tích, những đá bao gồm các mảnh có nguồn gốc từ đá có từ trước hoặc từ các vật liệu kết tủa từ các dung dịch; và (3) đá biến chất, có nguồn gốc từ đá lửa hoặc đá trầm tích trong điều kiện gây ra những thay đổi trong khoáng vật họcthành phần , kết cấu, và cấu trúc bên trong. Ba lớp này, lần lượt, được chia thành nhiều nhóm và loại trên cơ sở các yếu tố khác nhau, trong đó quan trọng nhất là các thuộc tính hóa học, khoáng vật học và kết cấu.
Xem Xét Chung
Các loại đá
Đá Igneous là những đá rắn lại từmagma , một hỗn hợp nóng chảy của các khoáng chất tạo đá và thường là các chất bay hơi như khí và hơi nước. Vì các khoáng chất cấu thành của chúng được kết tinh từ vật liệu nóng chảy, đá lửa được hình thành ở nhiệt độ cao. Họ có nguồn gốc từ quá trình sâu bên trong Trái đất thường ở độ sâu khoảng 50 đến 200 km (30 đến 120 dặm) -in giữa đến hạ-vỏ hoặc trong lớp phủ trên. Đá Igneous được chia thành hai loại:xâm nhập (được đặt trong lớp vỏ) và đùn (đùn lên bề mặt của đất hoặc đáy đại dương), trong trường hợp đó, vật liệu nóng chảy được gọi làdung nham .
Đá trầm tích là những đá được lắng đọng và kết dính (nén và kết dính với nhau) trên bề mặt Trái đất, với sự hỗ trợ của nước chảy , gió , băng hoặc các sinh vật sống. Hầu hết được lắng đọng từ bề mặt đất đến đáy hồ, sông và đại dương. Đá trầm tích thường được phân tầng , tức là chúng có lớp. Các lớp có thể được phân biệt bởi sự khác biệt về màu sắc, kích thước hạt, loại xi măng hoặc sắp xếp bên trong.
Đá biến chất là những đá được hình thành do sự thay đổi của đá có từ trước dưới tác động của nhiệt độ cao , áp suất và các giải pháp hoạt động hóa học. Những thay đổi có thể là hóa học (thành phần) và vật lý (kết cấu) trong tính cách. Đá biến chất thường được hình thành bởi các quá trình sâu bên trong Trái đất tạo ra các khoáng chất, kết cấu và cấu trúc tinh thể mới . Sự kết tinh lại diễn ra về cơ bản ở trạng thái rắn , chứ không phải bằng cách làm lại hoàn toàn, và có thể được hỗ trợ bởi biến dạng dẻo và sự hiện diện của chất lỏng kẽ như nước. Sự biến chất thường tạo ra sự phân lớp rõ ràng, hoặc dải, do sự phân tách các khoáng chất thành các dải riêng biệt.Các quá trình biến chất cũng có thể xảy ra ở bề mặt Trái đất do các sự kiện va chạm thiên thạch vàpyrometamorphism diễn ra gần các vỉa than bị đốt cháy do sét đánh.
Chu kỳ đá
Các vật liệu địa chất Các tinh thể khoáng vật tinh thể và các loại đá chủ của chúng được đạp qua nhiều dạng khác nhau. Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, thời gian và sự thay đổi của điều kiện môi trường trong lớp vỏ Trái đất và trên bề mặt của nó. Chu trình đá được minh họa trong phản ánh các mối quan hệ cơ bản giữa các loại đá lửa, đá biến chất và trầm tích.Xói mòn bao gồm phong hóa (sự phân hủy vật lý và hóa học của khoáng sản) và vận chuyển đến một địa điểm lắng đọng .Diagenesis , như đã giải thích trước đây, quá trình hình thành đá trầm tích bằng cách nén và xi măng tự nhiên của các hạt, hoặc kết tinh từ nước hoặc dung dịch, hoặc kết tinh lại. Việc chuyển đổi trầm tích thành đá được gọi làthạch cao .
Kết Cấu
Kết cấu của một tảng đá là kích thước, hình dạng và sự sắp xếp của hạt (đối với đá trầm tích) hoặc tinh thể (đối với đá lửa và đá biến chất). Điều quan trọng nữa là mức độ của rocktính đồng nhất ( nghĩa là tính đồng nhất của thành phần trong suốt) và mức độđẳng hướng . Cái sau là mức độ mà cấu trúc và thành phần khối giống nhau ở tất cả các hướng trong đá.
Phân tích các kết cấu có thể mang lại thông tin về tài liệu của đá mẹ, điều kiện và môi trường của sự lắng đọng (đối với đá trầm tích) hoặc kết tinh và tái kết tinh (đối với đá lửa và đá biến chất , tương ứng), và lịch sử địa chất tiếp theo và thay đổi.
Phân loại theo kích thước hạt hoặc tinh thể
Các thuật ngữ kết cấu phổ biến được sử dụng cho các loại đá liên quan đến kích thước của các hạt hoặc tinh thể, được đưa ra trong . Các loại kích thước hạt có nguồn gốc từ thang đo Urupt-Wentworth được phát triển cho trầm tích. Đối với đá lửa và đá biến chất, các thuật ngữ thường được sử dụng làm công cụ sửa đổi , ví dụ: đá granit hạt trung bình .Aphanitic là một thuật ngữ mô tả cho các tinh thể nhỏ, vàphaneritic cho những người lớn hơn. Các tinh thể rất thô (những tinh thể lớn hơn 3 cm, hoặc 1,2 inch) được gọi làbẩm sinh .
Đối với đá trầm tích, categories kích thước trầm tích là thô (lớn hơn 2 mm, hoặc 0,08 inch), trung bình (từ 2 đến 1 / 16 mm), và tốt (dưới 1 / 16 mm). Cái sau bao gồmphù sa vàđất sét , cả hai đều có kích thước không thể phân biệt bằng mắt người và cũng được gọi là bụi. Phần lớnđá phiến (phiên bản thạch cao của đất sét) có chứa một số phù sa.Đá pyroclastic là những đá được hình thành từ vật liệu clastic (từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỡ) được phun ra từ núi lửa.Khối là những mảnh vỡ từ đá rắn, trong khibom bị nóng chảy khi đẩy ra.
Độ xốp
Thuật ngữ đá dùng để chỉ khối lượng lớn của vật liệu, bao gồm các hạt hoặc tinh thể cũng như không gian trống chứa. Phần thể tích của đá khối không bị chiếm bởi các hạt, tinh thể hoặc vật liệu xi măng tự nhiên được gọi là độ xốp. Điều đó có nghĩa là, độ xốp là tỷ lệ thể tích rỗng với thể tích khối (hạt cộng với không gian trống). Không gian trống này bao gồmkhông gian lỗ rỗng giữa các hạt hoặc tinh thể, ngoài không gian nứt. Trong đá trầm tích, lượng không gian lỗ rỗng phụ thuộc vào mức độ nén của trầm tích (với độ nén thường tăng theo độ sâu chôn lấp), vào sự sắp xếp đóng gói và hình dạng của hạt, vào lượng xi măng, và mức độphân loại . Xi măng điển hình là khoáng chất silic, vôi hoặc cacbonat hoặc sắt.
Sắp xếp là xu hướng của đá trầm tích có các hạt có kích thước tương tự , tức là có phạm vi kích thước hẹp (xem ). Trầm tích được sắp xếp kém hiển thị một loạt các kích cỡ hạt và do đó đã giảm độ xốp. Sắp xếp tốt chỉ ra sự phân bố kích thước hạt khá đồng đều. Tùy thuộc vào loại đóng gói của các loại ngũ cốc, độ xốp có thể là đáng kể. Cần lưu ý rằng trong sử dụng kỹ thuật , ví dụ, kỹ thuật địa kỹ thuật hoặc dân dụng, thuật ngữ này được đặt theo cụm từ trái nghĩa và được gọi làchấm điểm. Một trầm tích được phân loại tốt là một trầm tích (địa chất) được sắp xếp kém, và trầm tích được phân loại kém là một trầm tích được phân loại tốt.
Tổng độ xốp bao gồm tất cả các khoảng trống, bao gồm cả các lỗ chân lông được liên kết với bề mặt của mẫu cũng như các lỗ được bịt kín bằng xi măng tự nhiên hoặc các vật cản khác. Do đó, tổng độ xốp ( T ) là
Trong đó Vol G là khối lượng hạt (và xi măng, nếu có) và Vol B là tổng khối lượng. Ngoài ra, người ta có thể tính ϕ T từ mật độ đo được của đá khối và thành phần khoáng vật (mono). Như vậy
nơi ρ B là mật độ của đá số lượng lớn và ρ G là mật độ của các hạt ( ví dụ, các khoáng sản , nếu thành phần là monomineralogic và đồng nhất). Ví dụ: nếu một sa thạch có B là 2,38 gram trên mỗi cm khối (g / cm 3 ) và bao gồm các hạt thạch anh (SiO 2 ) có ρ G là 2,65 g / cm 3 , thì tổng độ xốp là
Độ xốp rõ ràng (hiệu quả hoặc ròng) là tỷ lệ không gian trống loại trừ các lỗ chân lông bịt kín. Do đó, nó đo thể tích lỗ rỗng được liên kết hiệu quả và có thể tiếp cận được với bề mặt của mẫu, điều này rất quan trọng khi xem xét việc lưu trữ và di chuyển các chất lỏng dưới bề mặt như dầu mỏ , nước ngầm hoặc chất lỏng bị ô nhiễm.
Tính Chất Vật Lý
Tính chất vật lý của đá là mối quan tâm và tiện ích trong nhiều lĩnh vực công việc, bao gồm địa chất , vật lý thiên văn, địa vật lý, khoa học vật liệu , địa hóa học và kỹ thuật địa kỹ thuật . Quy mô điều tra bao gồm từ các phân tử và tinh thể cho đến các nghiên cứu trên mặt đất về Trái đất và các cơ quan hành tinh khác.Các nhà địa chất quan tâm đến niên đại phóng xạ của đá để tái tạo lại nguồn gốc của các mỏ khoáng sản ;các nhà địa chấn xây dựng dự đoán động đất trong tương lai bằng cách sử dụng các thay đổi vật lý hoặc hóa học trước;nhà tinh thể học nghiên cứu tổng hợp các khoáng chất có tính chất quang học hoặc vật lý đặc biệt; thăm dòcác nhà địa vật lý điều tra sự biến đổi tính chất vật lý của đá dưới bề mặt để có thể phát hiện các nguồn tài nguyên thiên nhiên như dầu khí, năng lượng địa nhiệt và quặng kim loại;các kỹ sư địa kỹ thuật kiểm tra bản chất và hành vi của các vật liệu trên, trong đó, hoặc trong đó các cấu trúc như các tòa nhà, đập, đường hầm, cầu, và các hầm lưu trữ ngầm sẽ được xây dựng;các nhà vật lý chất rắn nghiên cứu các tính chất từ, điện và cơ của vật liệu cho các thiết bị điện tử, linh kiện máy tính hoặc gốm hiệu suất cao; và xăng dầuCác kỹ sư hồ chứa phân tích phản ứng đo được trên các bản ghi giếng hoặc trong các quá trình khoan sâu ở nhiệt độ và áp suất cao .
Vì đá là tập hợp của các hạt khoáng hoặc tinh thể, tính chất của chúng được xác định phần lớn bởi các tính chất của các khoáng chất cấu thành khác nhau của chúng . Trong một tảng đá, các tính chất chung này được xác định bằng cách lấy trung bình các tính chất tương đối và đôi khi định hướng của các loại hạt hoặc tinh thể khác nhau. Kết quả là, một số tính chất dị hướng ( nghĩa là khác với hướng) trên thang đo dưới bề mặt hoặc tinh thể khá đẳng hướng đối với một khối lượng lớn của đá. Nhiều tính chất cũng phụ thuộc vào hạt hoặc tinh thểkích thước, hình dạng và sự sắp xếp bao bì, lượng và phân bố không gian trống, sự hiện diện của xi măng tự nhiên trong đá trầm tích, nhiệt độ và áp suất, loại và lượng chất lỏng chứa ( ví dụ, nước , dầu mỏ, khí). Bởi vì nhiều loại đá thể hiện một phạm vi đáng kể trong các yếu tố này, việc gán giá trị đại diện cho một thuộc tính cụ thể thường được thực hiện bằng cách sử dụng một biến thể thống kê.
Một số tính chất có thể thay đổi đáng kể, tùy thuộc vào việc đo tại chỗ (tại chỗ trong lớp dưới bề mặt) hoặc trong phòng thí nghiệm trong điều kiện mô phỏng. Điệnđiện trở suất , ví dụ, phụ thuộc nhiều vào hàm lượng chất lỏng của đá tại chỗ và điều kiện nhiệt độ ở độ sâu cụ thể.
Trong sử dụng nghiêm ngặt, mật độ được định nghĩa là khối lượng của một chất trên một đơn vị thể tích; tuy nhiên, trong sử dụng phổ biến, nó được coi làtrọng lượng trong không khí của một đơn vị thể tích của mẫu ở nhiệt độ cụ thể. Trọng lượng là lực mà trọng lực tác dụng lên cơ thể (và do đó thay đổi theo vị trí), trong khi đókhối lượng (thước đo của vật chất trong cơ thể) là một thuộc tính cơ bản và không đổi bất kể vị trí. Trong các phép đo mật độ thường quy của đá, trọng lượng mẫu được coi là tương đương với khối lượng của chúng, bởi vì sự khác biệt giữa trọng lượng và khối lượng sẽ dẫn đến sai số về mật độ tính toán ít hơn so với sai số thí nghiệm được đưa ra trong phép đo thể tích. Vì vậy, mật độ thường được xác định bằng cách sử dụng trọng lượng chứ không phải khối lượng. Mật độ phải được báo cáo đúng theo kilogam trên mét khối (kg / m 3 ), nhưng vẫn thường được tính theo gam trên centimet khối (g / cm 3 ).
Các mật độ khối của đá là ρ B = W G / V B , trong đó W G là trọng lượng của hạt (đá trầm tích) hoặc tinh thể (đá lửa và đá biến chất) và xi măng tự nhiên, nếu có, và V B là tổng thể tích của các hạt hoặc tinh thể cộng với khoảng trống (lỗ rỗng). Mật độ có thể bị khô nếu không gian lỗ rỗng, hoặc có thể bị bão hòa nếu lỗ chân lông chứa đầy chất lỏng ( ví dụ như nước), điển hình hơn cho tình huống dưới bề mặt (tại chỗ). Nếu có chất lỏng lỗ chân lông,
Trong đó W f l là trọng lượng của chất lỏng lỗ rỗng. Về tổng độ xốp, mật độ bão hòa là
và như vậy 
Trong đó ρ f l là mật độ của chất lỏng lỗ rỗng. Các phép đo mật độ cho một mẫu nhất định liên quan đến việc xác định bất kỳ hai đại lượng nào sau đây: thể tích lỗ rỗng, thể tích khối hoặc khối lượng hạt, cùng với trọng lượng.
Một cách hữu ích để đánh giá mật độ của đá là tạo một biểu đồ biểu đồ của phạm vi thống kê của một tập hợp dữ liệu. Giá trị đại diện và biến thể của nó có thể được biểu thị như sau: (1) trung bình, giá trị trung bình, chế độ (2), giá trị phổ biến nhất ( nghĩa là đỉnh của đường cong phân phối), (3) trung vị, giá trị của mẫu giữa của tập dữ liệu ( nghĩa là giá trị mà một nửa mẫu ở dưới và một nửa ở trên) và (4) độ lệch chuẩn , một thước đo thống kê về mức độ lan truyền của dữ liệu (cộng và trừ đi một độ lệch chuẩn từ giá trị trung bình bao gồm khoảng hai phần ba dữ liệu).
Một tập hợp các mật độ khối khô cho các loại đá khác nhau được tìm thấy ở lớp vỏ trên của Trái đất được liệt kê trongBàn. Một biểu đồ biểu đồ của những dữ liệu này, đưa ra tỷ lệ phần trăm của các mẫu dưới dạng hàm mật độ được hiển thị trong . Các tham số được cung cấp bao gồm (1) phân chia mẫu, phạm vi mật độ trong một cột dữ liệu , ví dụ: 0,036 g / cm 3 cho , (2) số mẫu và (3) độ lệch chuẩn. Biểu đồ nhỏ là tỷ lệ phần trăm của các mẫu (trên trục tung) nằm trong khoảng thời gian của chế độ Cấm – xv với chế độ R + + x , trong đó x là trục hoành.
| loại đá | số lượng mẫu | trung bình (gam trên một cm khối) | độ lệch chuẩn | chế độ (gram trên mỗi cm khối) | trung vị (gram trên mỗi cm khối) |
|---|---|---|---|---|---|
| Nguồn: Sau dữ liệu từ HS Washington (1917) và RJ Piersol, LE Workman và MC Watson (1940) do Gary R. Olhoeft và Gordon R. Johnson biên soạn trong Robert S. Carmichael (chủ biên), Sổ tay về các tính chất vật lý của Đá, tập. III, CRC Press, Inc. (1984). | |||||
| tất cả đá | 1.647 | 2,73 | 0,26 | 2,65 | 2,86 |
| andesite | 197 | 2,65 | 0,13 | 2,58 | 2,66 |
| đá bazan | 323 | 2,74 | 0,47 | 2,88 | 2,87 |
| diorit | 68 | 2,86 | 0,12 | 2,89 | 2,87 |
| dolerit (diabase) | 224 | 2,89 | 0,13 | 2,96 | 2,90 |
| gabbro | 98 | 2,95 | 0,14 | 2,99 | 2,97 |
| đá granit | 334 | 2,66 | 0,06 | 2,66 | 2,66 |
| thạch anh | 76 | 2,62 | 0,06 | 2,60 | 2,62 |
| rhyolite | 94 | 2,51 | 0,13 | 2,60 | 2,49 |
| syenit | 93 | 2,70 | 0,10 | 2,67 | 2,68 |
| khí quản | 71 | 2,57 | 0,10 | 2,62 | 2,57 |
| sa thạch | 107 | 2,22 | 0,23 | 2,22 | 2,22 |
Trong , giá trị (phương thức) phổ biến nhất của phân bố rơi vào 2,63 g / cm 3 , gần bằng mật độ của thạch anh , một khoáng chất tạo đá phong phú . Vài giá trị mật độ cho các loại đá vỏ trái đất này nằm trên 3,3 g / cm 3 . Một số ít rơi xuống dưới chế độ, thậm chí đôi khi dưới 1 g / cm 3 . Lý do cho điều này được hiển thị trong Hình 4, minh họa các phân bố mật độ chođá granit ,đá bazan và đá sa thạch. Đá granit là một loại đá lửa xâm nhập có độ xốp thấp và thành phần hóa học (khoáng chất) được xác định rõ; mật độ của nó là hẹp. Trong hầu hết các trường hợp, đá bazan là một loại đá lửa cực mạnh có thể biểu hiện một sự thay đổi lớn về độ xốp (vì các khí bị ràng buộc để lại các lỗ rỗng gọi là túi), và do đó một số mẫu có độ xốp cao có thể có mật độ thấp.Đá sa thạch là một loại đá trầm tích nguyên sinh có thể có nhiều độ xốp tùy thuộc vào mức độ phân loại, đầm nén , sắp xếp đóng gói các loại ngũ cốc và xi măng . Mật độ lớn thay đổi tương ứng.
Các ô phân phối khác có mật độ khối khô được đưa ra trong Hình 5 và 6, với phân chia mẫu là 0,036 g / cm 3 cho Hình 5 và 6A và 0,828% cho Hình 6B. CácBảng liệt kê các phạm vi mật độ khối khô điển hình cho nhiều loại đá khác được chuẩn bị bởi các nhà địa chất người Mỹ Gordon R. Johnson và Gary R. Olhoeft.
| loại đá | mật độ (gram trên mỗi cm khối) |
|---|---|
| Nguồn: Sau dữ liệu từ RA Daly, GE Manger và SP Clark, Jr. (1966); AF Birch (1966); F. Báo chí (1966); và RN Schock, BP Bonner, và H. Louis (1974) trong Robert S. Carmichael (chủ biên), Sổ tay tính chất vật lý của đá, tập. III, CRC Press, Inc. (1984). | |
| amphibolit | 2,79 từ3,14 |
| kính andesite | 2,40 |
| anhydrite | 2.82 Từ2.93 |
| hướng dẫn | 2,64 từ2,92 |
| bazan | 2,70 từ2,85 |
| phấn | 2,23 |
| đôlômit | 2,72 góc2,84 |
| dunite | 2,98 từ3,76 |
| eclogite | 3,32 từ 3,45 |
| gneiss | 2.59 Quảng2.84 |
| granodiorit | 2,67 |
| đá vôi | 1,55 |
| đá hoa | 2,67 mỏ2,75 |
| norite | 2,72 |
| peridotit | 3.15 Tiếng3.28 |
| thạch anh | 2,65 |
| đá muối | 2.10 Quảng2.20 |
| đá phiến | 2,73 từ3,19 |
| đá phiến | 2.06 |
| đá phiến | 2,72 góc2,84 |
Mật độ của đá trầm tích tăng lên khi đá bị chôn vùi dần dần. Điều này là do sự gia tăng áp lực quá tải, gây ra sự nén, và quá trình xi măng tiến triển theo tuổi tác. Cả đầm nén và xi măng đều làm giảm độ xốp.
Mật độ đại diện cho các khoáng chất tạo đá phổ biến ( nghĩa là ρ G ) và đá ( tức là ρ B ) được liệt kê trong . Mật độ lớn cho
đá trầm tích , thường có độ xốp biến, được cho là phạm vi của cả khô ρ B và (Nước) bão hòa ρ B . Chất lỏng làm đầy lỗ chân lông thường là nước biển, thường cho thấy sự hiện diện của nước biển khi đá bị lắng đọng hoặc bị hóa đá. Cần lưu ý rằng mật độ khối nhỏ hơn mật độ hạt của khoáng vật cấu thành (hoặc tập hợp khoáng sản), tùy thuộc vào độ xốp. Ví dụ, đá sa thạch (thạch anh đặc trưng) có mật độ khối khô điển hình là 2.02,6 g / cm 3 , với độ xốp có thể thay đổi từ thấp đến hơn 30 phần trăm. Mật độ của thạch anh là 2,65 g / cm 3 . Nếu độ xốp bằng không, mật độ khối sẽ bằng mật độ hạt.
Mật độ khối bão hòa cao hơn mật độ khối khô, do có thêm chất lỏng làm đầy lỗ chân lông. Bảng cũng liệt kê các giá trị đại diện cho mật độ của nước biển, dầu và khí metan ở điều kiện dưới bề mặt Áp suất 200 bar (một bar = 0,987 khí quyển , hoặc 29,53 inch thủy ngân) và nhiệt độ khoảng 80 ° C (176 ° F ).
Tính chất cơ học
Hằng số đàn hồi
Trong biến dạng đàn hồi , có các hằng số khác nhau liên quan đến cường độ của phản ứng biến dạng với ứng suất. Các hằng số đàn hồi này bao gồm:
(1) Mô đun của Young ( E ) là tỷ lệ của ứng suất áp dụng cho phần mở rộng phân đoạn (hoặc rút ngắn) của chiều dài mẫu song song với lực căng (hoặc nén). Biến dạng là sự thay đổi tuyến tính về kích thước chia cho chiều dài ban đầu.
(2) Mô đun cắt (μ) là tỷ số của ứng suất ứng với biến dạng (độ quay) của mặt phẳng ban đầu vuông góc với ứng suất cắt ứng dụng; nó cũng được gọi là mô đun của độ cứng.
(3) Mô-đun khối ( k ) là tỷ lệ của áp suất giới hạn với giảm thể tích phân đoạn để đáp ứng với áp suất thủy tĩnh áp dụng. Biến dạng âm lượng là sự thay đổi về thể tích của mẫu chia cho thể tích ban đầu. Mô-đun số lượng lớn cũng được gọi là mô-đun không thể nén.
(4) Tỷ lệ Poisson (σ p ) là tỷ lệ của biến dạng bên (vuông góc với ứng suất ứng dụng) với biến dạng dọc (song song với ứng suất).
Đối với vật liệu đàn hồi và đẳng hướng, hằng số đàn hồi có mối quan hệ với nhau. Ví dụ,
và
Sau đây là các đơn vị phổ biến của căng thẳng:
![Khoáng sản & Đá. Bản chất của đá. Tính chất cơ học. [Danh sách các đơn vị ứng suất khác nhau bằng một thanh]](https://cdn.britannica.com/97/14897-004-9B33C80A/Rocks-Minerals-List-Nature-of-Mechanical-Properties.jpg)
Do đó, 10 kilobars = 1 gigapascal ( tức là 10 9 Pa).
Cơ học đá
Nghiên cứu về biến dạng do biến dạng của đá để ứng phó với ứng suất được gọi là cơ học đá. Khi quy mô biến dạng được mở rộng thành các cấu trúc địa chất lớn trong lớp vỏ Trái đất , lĩnh vực nghiên cứu được gọi làđịa kỹ thuật.
Các cơ chế và đặc tính biến dạng của đá và vật liệu Trái đất có thể được nghiên cứu thông qua các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, phát triển các mô hình lý thuyết dựa trên các tính chất của vật liệu và nghiên cứu các đá và cấu trúc biến dạng trong lĩnh vực này. Trong phòng thí nghiệm, người ta có thể mô phỏng trực tiếp hoặc bằng cách chia tỷ lệ thích hợp của các tham số thử nghiệm. Hai loại áp lực có thể được mô phỏng:giam cầm (thủy tĩnh), do chôn lấp dưới đá quá tải, và bên trong (lỗ chân lông), doáp lực gây ra bởi chất lỏng lỗ rỗng chứa trong không gian trống trong đá. Ứng suất được định hướng, chẳng hạn như nén, căng và cắt, được nghiên cứu, cũng như ảnh hưởng của nhiệt độ tăng được giới thiệu với độ sâu trong lớp vỏ Trái đất. Các tác động của khoảng thời gian và tốc độ áp dụng ứng suất ( tức là tải) như là một hàm của thời gian được kiểm tra. Ngoài ra, vai trò của chất lỏng, đặc biệt nếu chúng hoạt động hóa học, được nghiên cứu.
Một số thiết bị đơn giản cho đá biến dạng được thiết kế cho ứng dụng ứng suất hai trục: áp dụng nén (đơn hướng) được áp dụng trong khi áp suất giới hạn được tác động (bằng chất lỏng điều áp) xung quanh mẫu thử hình trụ. Điều nàymô phỏng biến dạng ở độ sâu trong Trái đất. Một áp lực lỗ chân lông độc lập bên trong cũng có thể được gây ra. Mẫu đá có thể được bọc bằng một ống mỏng, không thấm nước ( ví dụ: cao su hoặc đồng) để tách môi trường áp suất bên ngoài khỏi chất lỏng lỗ rỗng bên trong (nếu có). Mẫu vật thường có kích thước vài cm.
Một thiết bị khác để tạo áp suất cao lên mẫu được thiết kế vào năm 1968 bởi Akira Sawaoka, Naoto Kawai và Robert Carmichael để tạo áp suất giới hạn thủy tĩnh lên tới 12 kilobar (1,2 gigapascal), ứng suất định hướng bổ sung và nhiệt độ lên tới vài trăm độ C . Mẫu thử được định vị trên tấm đế; áp suất được áp dụng bằng cách lái xe trong pít-tông bằng máy ép thủy lực . Các nắp kết thúc có thể được khóa để giữ áp suất cho các thí nghiệm thời gian và để thiết bị di động.
Các thiết bị đã được phát triển, thường sử dụng các thiết kế multianvil, mở rộng phạm vi điều kiện thí nghiệm tĩnh ít nhất là đối với các mẫu vật nhỏ và thời gian giới hạn đối với áp suất cao tới khoảng 1.700 kilobar và nhiệt độ khoảng 2.000 ° C. Công việc này đã được tiên phong bởi các nhà nghiên cứu như Peter M. Bell và Ho-Kwang Mao, người đã thực hiện nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm địa vật lý của Viện Carnegie ở Washington, DC Sử dụng các kỹ thuật động lực ( tức là sốc từ tác động nổ do thiết kế kiểu súng), thậm chí còn gây áp lực cao hơn đến 7.000 kilobar (700 gigapascal), đó là áp lực gần gấp đôi ở trung tâm Trái đất và lớn hơn bảy triệu lần so với áp suất khí quyểntrên bề mặt Trái đất có thể được sản xuất trong thời gian rất ngắn. Một nhân vật hàng đầu trong công việc siêu áp lực như vậy là A. Sawaoka tại Viện Công nghệ Tokyo.
Ở lớp vỏ trên của Trái đất, áp suất thủy tĩnh tăng với tốc độ khoảng 320 bar / km và nhiệt độ tăng với tốc độ điển hình là 20 °, 40 ° C mỗi km, tùy thuộc vào lịch sử địa chất vỏ gần đây. Ứng suất theo hướng bổ sung, như có thể được tạo ra bởi biến dạng vỏ trái đất quy mô lớn (kiến tạo), có thể lên tới 1 đến 2 kilobar. Điều này gần bằng với cường độ cuối cùng (trước khi gãy) của đá tinh thể rắn ở nhiệt độ và áp suất bề mặt (xem bên dưới). Sự căng thẳng được giải phóng trong một trận động đất lớn duy nhất, một sự thay đổi trên một mặt phẳng đứt gãy là khoảng 50 thanh150.
Trong nghiên cứu biến dạng của đá, người ta có thể bắt đầu với giả định về hành vi lý tưởng: biến dạng đàn hồi và ứng suất và biến dạng đồng nhất và đẳng hướng. Trong thực tế, ở quy mô cực nhỏ, có các hạt và lỗ chân lông trong trầm tích và một loại vải pha lê trong đá lửa và biến chất. Trên quy mô lớn, các khối đá thể hiện các biến thể vật lý và hóa học và các đặc điểm cấu trúc. Hơn nữa, các điều kiện như thời gian kéo dài, áp lực giới hạn và chất lỏng dưới bề mặt ảnh hưởng đến tốc độ thay đổi biến dạng. cho thấy quá trình chuyển đổi tổng quát từ gãy giòn qua đứt gãy sang biến dạng dòng chảy nhựa để ứng phó với ứng suất nén ứng dụng và sự gia tăng lũy tiến của áp suất giới hạn.
Mối quan hệ căng thẳng căng thẳng
Sự biến dạng của vật liệu được đặc trưng bởi mối quan hệ căng thẳng-căng thẳng. Dành chovật liệu đàn hồi , biến dạng tỷ lệ thuận với tải trọng ( nghĩa là ứng suất). Căng thẳng là ngay lập tức với căng thẳng và có thể đảo ngược (có thể phục hồi) cho đến căng thẳng điểm năng suất , vượt quá kết quả căng thẳng vĩnh viễn. Dành chovật liệu nhớt , có dòng chảy tầng (chậm, mịn, song song); người ta phải tác dụng một lực để duy trì chuyển động vì lực cản ma sát bên trong đối với dòng chảy, được gọi là độ nhớt. Độ nhớt thay đổi theo ứng suất, tốc độ biến dạng và nhiệt độ. Trong hành vi dẻo, các chủng vật liệu liên tục (nhưng vẫn có sức mạnh) sau khi đạt được điểm căng thẳng năng suất; tuy nhiên, ngoài điểm này có một số biến dạng vĩnh viễn. Trongbiến dạng đàn hồi, có sự kết hợp hành vi đàn hồi và nhớt. Vật liệu mang lại liên tục (nhớt) cho tải trọng áp dụng không đổi. Một ví dụ về hành vi như vậy là leo, biến dạng chậm, vĩnh viễn và liên tục xảy ra dưới tải không đổi trong một thời gian dài trong các vật liệu như tinh thể, băng , đất và trầm tích, và đá ở độ sâu. Tronghành vi cứng rắn, vật liệu về cơ bản là rắn nhưng sự căng thẳng không phải là ngay lập tức với việc áp dụng căng thẳng; thay vào đó, nó được đưa lên và phát hành theo cấp số nhân. Mộtvật liệu dẻo thể hiện hành vi đàn hồi đối với ứng suất ban đầu (như trong hành vi dẻo), nhưng sau khi đạt được ứng suất điểm, nó chảy như một chất lỏng nhớt.
Một số giá trị đại diện của hằng số đàn hồi và tính chất được liệt kê trong Bảng 36. hệ số độ nhớt (η) là tỷ lệ ứng suất ứng với tỷ lệ căng thẳng (thay đổi biến dạng theo thời gian). Nó được đo bằng đơn vị đĩnh đạc; một tư thế bằng một dyne-giây trên mỗi cm vuông.
| hằng số đàn hồi (ở nhiệt độ và áp suất phòng) | ||
|---|---|---|
| vật chất | Mô đun của Young (trong 10 6 bar) | mô đun cắt (trong 10 6 bar) |
| Nước đá | 0,1 | 0,03 |
| đá phiến | 0,2 sắt0.3 | 0,15 |
| đá vôi | 0,4 | 0,22 vang0,26 |
| đá granit | 0,3 | 0,2 |
| đá bazan | 0,7 | 0,3 |
| Thép | 2.1 | 0,83 |
| vật chất | nhiệt độ (độ C) | hệ số nhớt (trạng thái) |
| dung nham (núi Vesuvius) | 1.100
1.400 |
28.300
250 |
| dung nham (Oshima, Nhật Bản) | 1.038
1.125 |
230.000
5.600 |
| dung nham andesit | 1.400 | 150 trận1.500 |
| vật chất | cường độ nén (ở nhiệt độ và áp suất phòng, tính bằng kilobar) | |
| đá phiến | 0,8 Tiếng1.8 | |
| sa thạch | 0,5 Điện2 | |
| đá vôi | 1122 | |
| đá granit | 1.7 | |
| đá bazan | 1 Tiếng3.4 | |
Lưu biến học là nghiên cứu về biến dạng dòng chảy của vật liệu. Khái niệm củađộ lưu động liên quan đến khả năng chảy của vật liệu, được định nghĩa một cách tùy tiện là thời gian cần thiết với ứng suất cắt áp dụng cho biến dạng nhớt lớn hơn 1.000 lần so với biến dạng đàn hồi. Do đó, nó là thước đo của ngưỡng của hành vi giống như chất lỏng. Mặc dù hành vi như vậy phụ thuộc vào nhiệt độ, so sánh tương đối có thể được thực hiện. Một số giá trị đại diện của thời gian lưu lại được đưa ra trongBàn.
| vật chất | thời gian xấp xỉ |
|---|---|
| băng (ví dụ, sông băng) | 2 tuần |
| thạch cao | 1 năm |
| đá muối (ví dụ, saltdome) | 102020 năm |
| serpentine (một khoáng vật silicat m khủng) | 10.000 năm |
Các đường cong ứng suất-biến dạng (biến dạng) điển hình cho vật liệu đá được thể hiện trong . Ứng suất, nén trong hình, là lực trên một đơn vị diện tích. Biến dạng là sự rút ngắn một phần của mẫu thử song song với nén được áp dụng; nó được đưa ra ở đây theo phần trăm. Các vật liệu giòn hoạt động đàn hồi gần như cho đến khigãy (ký hiệu X ), trong khi vật liệu dẻo (biến dạng dẻo) có tính đàn hồi đến điểm năng suất nhưng sau đó có một phạm vi biến dạng dẻo trước khi gãy. Khả năng trải qua biến dạng lớn vĩnh viễn trước khi gãy xương được gọi làđộ dẻo . Đối với biến dạng dẻo, các cơ chế dòng chảy là intracrystalline (trượt và kết đôi trong các hạt tinh thể ), chuyển động liên tinh thể bằng cách nghiền nát và phá vỡ (cataclocation), và kết tinh lại bằng cách khuếch tán hoặc khuếch tán rắn .
Nếu ứng suất được loại bỏ trong khi vật liệu dẻo nằm trong phạm vi dẻo, một phần của biến dạng có thể phục hồi (đàn hồi), nhưng có biến dạng vĩnh viễn. Cuối cùngsức mạnh là điểm cao nhất (ứng suất) trên đường cong căng thẳng, thường xảy ra khi gãy xương (là mất hoàn toàn sự gắn kết). Sức mạnh của vật liệu là khả năng chống thất bại (phá hủy cấu trúc) bởi dòng chảy hoặc vết nứt; nó là thước đo của sự căng thẳng cần thiết để làm biến dạng cơ thể. Cường độ nén điển hình (ứng suất cần thiết để gây ra lỗi khi nén) được đưa ra trongBàn.
Ảnh hưởng của điều kiện môi trường
Hành vi và tính chất cơ học của đá phụ thuộc vào một số điều kiện môi trường. (1)Áp suất giới hạn làm tăng độ đàn hồi, sức mạnh ( ví dụ, điểm năng suất và ứng suất gãy cuối cùng) và độ dẻo. (2)Áp suất lỗ rỗng bên trong làm giảm ứng suất hiệu quả tác động lên mẫu, do đó làm giảm sức mạnh và độ dẻo. Áp suất giới hạn hiệu quả, hoặc ròng, là áp suất thủy tĩnh bên ngoài trừ đi lỗ rỗng bên trong-áp suất chất lỏng . (3)Nhiệt độ làm giảm sức mạnh, tăng cường độ dẻo và có thể tăng cường kết tinh lại. (4) Dung dịch lỏng có thể tăng cường biến dạng, leo và kết tinh lại. (5) Thời gian cũng là một yếu tố ảnh hưởng. (6) Tỷ lệtải ( tức là tốc độ ứng suất) ảnh hưởng đến các tính chất cơ học. (7)Sự nén chặt , như sẽ xảy ra khi chôn lấp đến độ sâu, làm giảm thể tích lỗ rỗng cho đá trầm tích và độ xốp của vết nứt đối với đá kết tinh.
Đá, thường giòn ở bề mặt Trái đất , có thể trải qua biến dạng dẻo khi bị chôn vùi và chịu áp lực giới hạn và nhiệt độ tăng trong thời gian dài. Nếu căng thẳng vượt quá sức mạnh của họ hoặc nếu chúng không đủ độ dẻo, họ sẽ thất bại do gãy xương như một tinh thể, trong một cái giường hoặc tảng đá, trên một vùng đứt gãy động đất , và cứ thế, trong khi với độ dẻo, chúng có thể chảy và gập lại .
Một số điểm mạnh cho các loại đá khác nhau dưới nhiệt độ khác nhau và áp suất giới hạn được liệt kê trong Bàn. Sức mạnh năng suất nhựa ở đây là căng thẳng ở mức 2 phần trăm; sức mạnh cuối cùng, như đã nêu ở trên, là điểm cao nhất (căng thẳng) trên đường cong căng thẳng căng thẳng.
| loại đá | nhiệt độ (° C) | áp suất giới hạn (kilobars) | cường độ năng suất nhựa (kilobars) | sức mạnh tối thượng (kilobars) |
|---|---|---|---|---|
| đá granit | 500 | 5 | 10 | 11,5 |
| 800 | 5 | 5 | 6 | |
| gabbro | 500 | 5 | 4 | số 8 |
| peridotit | 500 | 5 | số 8 | 9 |
| 800 | 5 | 5,5 | số 8 | |
| đá bazan | 500 | 5 | số 8 | 10 |
| 800 | 5 | 2 | 2,5 | |
| đá hoa | 24 | 2 | 2,5 | 5,5 |
| 500 | 3 | 1 | 2 | |
| đá vôi | 24 | 2 | 4,5 | 5,5 |
| 500 | 3 | 2,5 | 3 | |
| đôlômit | 24 | 2 | 6 | 7 |
| 500 | 5 | 4 | 6,5 | |
| đá phiến | 24 | 2 | 1,5 | 2,5 |
| đá muối | 24 | 1 | 0,5 | 1 |
Sự gia tăng áp lực giới hạn làm cho gãy giòn trở nên trượt trượt và cuối cùng gây ra hành vi dòng chảy (dễ uốn). Sự chuyển đổi này cũng được hỗ trợ bởi nhiệt độ cao hơn, giảm áp suất nước lỗ rỗng bên trong và tốc độ biến dạng chậm hơn.
Các Bảng đưa ra các giá trị của một số hằng số đàn hồi Mô đun khối lớn ( k ), mô đun Young ( E ), mô đun cắt () và tỷ lệ Poisson (σ p ) áp suất phòng (1 bar) và áp suất giới hạn cao (3.000 bar) . Các giá trị cho đá trầm tích nguyên sinh sẽ đặc biệt thay đổi.
| ở áp suất = 1 bar | ||||
|---|---|---|---|---|
| loại đá | mô đun số lượng lớn | Mô đun trẻ | mô đun cắt | Tỷ lệ của Poisson |
| đá granit | 0,1 | 0,3 | 0,2 | 0,05 |
| gabbro | 0,3 | 0,9 | 0,6 | 0,1 |
| dunite | 1.1 | 1,5 | 0,5 | 0,3 |
| obsidian | 0,4 | 0,7 | 0,3 | 0,08 |
| đá bazan | 0,5 | 0,8 | 0,3 | 0,23 |
| gneiss | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| đá hoa | 0,1 | 0,4 | 0,2 | 0,1 |
| thạch anh | ||||
| sa thạch | 0,07 | 0,2 | 0,08 | 0,1 |
| đá phiến | 0,04 | 0,1 | 0,05 | 0,04 |
| đá vôi | 0,8 | 0,6 | 0,2 | 0,3 |
| ở áp suất = 3.000 bar | ||||
| loại đá | mô đun số lượng lớn | Mô đun trẻ | mô đun cắt | Tỷ lệ của Poisson |
| đá granit | 0,5 | 0,6 | 0,4 | 0,25 |
| gabbro | 0,9 | 0,8 | 0,5 | 0,2 |
| dunite | 1.2 | 1.7 | 0,7 | 0,27 |
| obsidian | ||||
| đá bazan | 0,8 | 1.2 | 0,4 | 0,25 |
| gneiss | 0,5 | 0,7 | 0,3 | |
| đá hoa | 0,8 | 0,7 | 0,3 | 0,3 |
| thạch anh | 0,5 | 1 | 0,4 | 0,07 |
| sa thạch | ||||
| đá phiến | ||||
| đá vôi | ||||
Tính chất nhiệt
Nhiệt chảy (hoặc dòng), q , trong của Trái Đất vỏ hoặc trong đá như một vật liệu xây dựng, là sản phẩm của các nhiệt độ gradient (thay đổi nhiệt độ trên một đơn vị khoảng cách) và độ dẫn nhiệt của vật liệu ( k , các dòng nhiệt trên bề mặt mỗi đơn vị diện tích trên một đơn vị thời gian khi chênh lệch nhiệt độ tồn tại theo đơn vị chiều dài vuông góc với bề mặt). Như vậy
Đơn vị của các thuật ngữ trong phương trình này được đưa ra dưới đây, được biểu thị đầu tiên trong hệ thống centimet-gam-giây (css) và sau đó trong hệ thống Đơn vị hệ thống quốc tế (SI), với hệ số chuyển đổi từ thứ nhất sang thứ hai được đưa ra giữa họ
![Macro 24:228. Minerals & Rocks. The Nature of Rocks. Thermal Properties. [List of definitions of terms in an equation.]](https://cdn.britannica.com/95/14895-004-A861582D/Rocks-Minerals-terms-Nature-of-Thermal-Properties.jpg)
Dẫn nhiệt
Độ dẫn nhiệt có thể được xác định trong phòng thí nghiệm hoặc tại chỗ, như trong lỗ khoan hoặc giếng sâu, bằng cách bật một bộ phận làm nóng và đo sự gia tăng nhiệt độ theo thời gian. Nó phụ thuộc vào một số yếu tố: (1) thành phần hóa học của đá ( nghĩa là hàm lượng khoáng chất ), (2) hàm lượng chất lỏng (loại và mức độ bão hòa của không gian lỗ rỗng); sự hiện diện của nước làm tăng độ dẫn nhiệt ( nghĩa là tăng cường dòng nhiệt), (3) áp suất (áp suất cao làm tăng độ dẫn nhiệt bằng cách đóng các vết nứt gây ức chế dòng nhiệt), (4) nhiệt độ và (5) đẳng hướng và tính đồng nhất của đá.
Các giá trị tiêu biểu của độ dẫn nhiệt của vật liệu đá được đưa ra trong Bàn. Đối với đá silicat kết tinh, đá chiếm ưu thế của đá tầng hầm đá ngầm, đá có giá trị thấp hơn điển hình của các loại giàu magiê và sắt ( ví dụ, đá bazan và gabro) và các giá trị cao hơn là điển hình của các loại giàu silic (thạch anh) và alumina ( ví dụ, đá granit). Những giá trị này dẫn đến bởi vì độ dẫn nhiệt của thạch anh tương đối cao, trong khi đó đối với fenspat thấp.
| vật chất | ở 20 ° C | ở 200 ° C |
|---|---|---|
| đá điển hình | 4 con10 | |
| đá granit | 7,8 | 6,6 |
| gneiss (vuông góc với dải) | 5,9 | 5,5 (100 ° C) |
| gneiss (song song với dải) | 8.2 | 7.4 (100 ° C) |
| gabbro | 5.1 | 5.0 |
| đá bazan | 4.0 | 4.0 |
| dunite | 12,0 | 8.1 |
| đá hoa | 7.3 | 5,2 |
| thạch anh | 15.0 | 9.0 |
| đá vôi | 6.0 | |
| một sa thạch (khô) | 4,4 | |
| một sa thạch (bão hòa) | 5,4 | |
| đá phiến | 3 Lốc4 | |
| đá muối | 12.8 | |
| cát (khô) | 0,65 | |
| cát (30% nước) | 3,94 | |
| Nước | 1,34 (0 ° C) | 1.6 (80 ° C) |
| Nước đá | 5,3 (0 ° C) | 9,6 (30130 ° C) |
| từ tính | 12.6 | |
| thạch anh | 20.0 | |
| fenspat | 5.0 |
Mở rộng nhiệt
Sự thay đổi về kích thước tinh thể tuyến tính hoặc thể tích của một mẫu đá với nhiệt độ được biểu thị theo hệ số giãn nở nhiệt. Điều này được đưa ra khi tỷ lệ thay đổi kích thước ( ví dụ: thay đổi âm lượng) so với kích thước ban đầu (âm lượng, V ) trên mỗi đơn vị nhiệt độ ( T ) thay đổi:
![Minerals & Rocks. The Nature of Rocks. Thermal Properties. Thermal expansion. [Formula for the volumetric change in dimension of a rock specimen with temperature.]](https://cdn.britannica.com/94/14894-004-CCC19B46/Rocks-Minerals-expansion-Formula-Nature-of-rock.jpg)
Hầu hết các loại đá đều có hệ số giãn nở thể tích trong khoảng 15 dao33 × 10 -6 mỗi độ C trong điều kiện bình thường. Đá giàu thạch anh có giá trị tương đối cao do hệ số giãn nở thể tích của thạch anh cao hơn. Hệ số giãn nở nhiệt tăng theo nhiệt độ.Bảng 41 liệt kê một số hệ số mở rộng tuyến tính,
| loại đá | hệ số giãn nở tuyến tính (× 10 6 mỗi độ C) |
|---|---|
| đá granit và rhyolite | 8 ± 3 |
| andesit và diorit | 7 ± 2 |
| đá bazan, gabbro và diabase | 5,4 ± 1 |
| sa thạch | 10 ± 2 |
| đá vôi | 8 ± 4 |
| đá hoa | 7 ± 2 |
| đá phiến | 9 ± 1 |
![Minerals & Rocks. The Nature of Rocks. Thermal Properties. Thermal expansion. [Formula for the linear change in dimension of a rock specimen with temperature.]](https://cdn.britannica.com/93/14893-004-5B872D44/Rocks-Minerals-expansion-Formula-Nature-of-rock.jpg)
Trong đó L đại diện cho chiều dài. Tất cả dữ liệu được dựa trên ít nhất ba mẫu.
Phát nhiệt phóng xạ
Sự phân rã tự phát (sự tan rã một phần) của hạt nhân của các nguyên tố phóng xạ cung cấp các hạt phân rã và năng lượng. Năng lượng, bao gồm động năng phát xạ và bức xạ, được chuyển đổi thànhnhiệt; nó đã là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ dốc nhiệt độ và sự phát triển nhiệt của Trái đất. Nhiệt độ cao nằm sâu cung cấp nhiệt làm cho đá biến dạng dẻo và di chuyển, do đó tạo ra một phần lớn các quá trình kiến tạo mảng mảng, chuyển động dưới đáy biển , trôi dạt lục địa , và chìm dưới đất và hầu hết các trận động đất và núi lửa.
Một số nguyên tố, hoặc đồng vị của chúng (các loại hạt nhân có cùng số nguyên tử nhưng số khối khác nhau), phân rã theo thời gian. Chúng bao gồm các nguyên tố có số nguyên tử lớn hơn 83, trong đó quan trọng nhất là uranium-235,urani-238 vàthorium-232 và một số ít có số nguyên tử thấp hơn, chẳng hạn như kali-40.
Nhiệt sinh ra trong đá phụ thuộc vào loại và sự phong phú của các nguyên tố phóng xạ và khoáng chất chủ của chúng. Sản xuất nhiệt như vậy, A , được tính bằng calo trên mỗi cm khối mỗi giây, hoặc 1 calo mỗi gram mỗi năm = 4.186 × 10 7 erg mỗi gram mỗi năm = 1.327 erg mỗi gram mỗi giây. Tốc độ phân rã phóng xạ , theo thống kê là một quá trình theo cấp số nhân, được đưa ra bởi chu kỳ bán rã, t 1/2. Thời gian bán hủy là thời gian cần thiết để một nửa các nguyên tử phóng xạ ban đầu phân rã cho một đồng vị cụ thể.
Một số loạt phân rã phóng xạ được liệt kê trong Bàn. Sự phong phú đồng vị là phần trăm của nguyên tố tự nhiên tồn tại dưới dạng đồng vị phóng xạ cụ thể đó; ví dụ, 99,28% urani tự nhiên là U-238 và 100% thorium là chất phóng xạ Th-232. Sản phẩm cuối cùng là kết quả cuối cùng của quá trình (thường là đa tầng) của sự tan rã. CácBảng đưa ra năng suất nhiệt của các nguyên tố phóng xạ và các loại đá như báo cáo của George D. Garland. Đối với các loại đá, hàm lượng điển hình được đưa ra cho uranium và thorium (tính theo phần triệu [ppm] trọng lượng) và cho kali (tính theo phần trăm trọng lượng). Sự sản sinh nhiệt của uranium tự nhiên gần bằng với đồng vị U-238, vì hầu như tất cả uranium tự nhiên là của các loại đồng vị đó.
| đồng vị | năng suất nhiệt, A (calo mỗi gram mỗi năm) | |||
|---|---|---|---|---|
| U-235 | 4,29 | |||
| U-238 | 0,71 | |||
| natural uranium | 0.73 | |||
| Th-232 | 0.20 | |||
| K-40 | 0.22 | |||
| natural potassium | 27(10−6) | |||
| Rb-87 | 130(10−6) | |||
| natural rubidium | 36(10−6) | |||
| major rock province | concentration | heat productivity, A | ||
| U (ppm) | Th (ppm) | K (%) | (×10−13 calories per cubic centimetre per second) | |
| oceanic crust | 0.42 | 1.68 | 0.69 | 0.71 |
| continental shield crust (old) | 1.00 | 4.00 | 1.63 | 1.67 |
| continental upper crust (young) | 1.32 | 5.28 | 2.15 | 2.20 |
| element | radioactive isotope | final product | isotopic abundance (%) | half-life (× 109 years) |
|---|---|---|---|---|
| *Half-life for K-40 as a whole is 1.25 × 109 years. | ||||
| uranium | U-235 | Pb-207 | 0.72 | 0.7 |
| U-238 | Pb-206 | 99.28 | 4.5 | |
| thorium | Th-232 | Pb-208 | 100.0 | 14.0 |
| potassium | K-40 | (89%) Ca-40 | 0.01 | 1.4* |
| (11%) Argon-40 | 11.9* | |||
| rubidium | Rb-87 | Sr-87 | 27.8 | 48.8 |
The radioactive elements are more concentrated in the continental upper-crust rocks that are rich in quartz (i.e., felsic, or less mafic). This results because these rocks are differentiated by partial melting of the upper-mantle and oceanic-crust rock. The radioactive elements tend to be preferentially driven off from these rocks for geochemical reasons. A compilation of heat productivities of various rock types is given in the Table.
| rock type | abundances | heat production | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U ppm | Th ppm | Rb ppm | K % | from U | from Th | từ K | tổng A (trong 10 −6 calo mỗi gram mỗi năm) |
|
| Nguồn: Được sửa đổi từ phần tổng hợp của William Van Schmus trong Robert S. Carmichael (chủ biên), Sổ tay tính chất vật lý của đá, tập. 3, CRC Press, Inc. (1984). | ||||||||
| đá granit | 3,4 | 50 | 220 | 4,45 | 2,52 | 9,95 | 1,16 | 13,63 |
| andesite | 1.9 | 6,4 | 67 | 2,35 | 1,41 | 1,27 | 0,61 | 3,29 |
| bazan đại dương | 0,5 | 0,9 | 9 | 0,43 | 0,37 | 0,18 | 0,11 | 0,66 |
| peridotit | 0,005 | 0,01 | 0,063 | 0,001 | 0,0037 | 0,002 | 0,0003 | 0,006 |
| lớp vỏ lục địa trung bình | 2,5 | 10,5 | 110 | 2.7 | 1,85 | 2.09 | 0,7 | 4,64 |
| vỏ lục địa trung bình | 1 | 2,5 | 50 | 1,25 | 0,74 | 0,5 | 0,33 | 1,56 |
Tính chất điện
Bản chất điện của vật liệu được đặc trưng bởi tính dẫn điện của nó (hoặc, ngược lại, điện trở suất ) và hằng số điện môi của nó, và các hệ số chỉ ra tốc độ thay đổi của chúng với nhiệt độ , tần số mà phép đo được thực hiện, v.v. Đối với các loại đá có phạm vi thành phần hóa học cũng như các tính chất vật lý khác nhau về độ xốp và hàm lượng chất lỏng, các giá trị của các tính chất điện có thể rất khác nhau.
Điện trở ( R ) được định nghĩa là một ohm khi chênh lệch điện thế (điện áp; V ) trên một mẫu có cường độ một volt tạo ra dòng điện ( i ) của một ampe; đó là, V = R i . Điện trở suất (ρ) là một tính chất bên trong của vật liệu. Nói cách khác, nó vốn có và không phụ thuộc vào kích thước mẫu hoặc đường dẫn hiện tại. Nó liên quan đến điện trở bởi R = L / A trong đó L là chiều dài của mẫu vật, Alà diện tích mặt cắt ngang của mẫu thử và đơn vị là centimét; 1 ohm-centimet bằng 0,01 ohm-mét. Độ dẫn điện (σ) bằng 1 / ohm -1 · centimet -1 (hoặc được gọi là mhos / cm). Trong các đơn vị SI, nó được tính theo mhos / mét, hoặc siemens / mét.
Một số giá trị đại diện của điện trở suất cho đá và các vật liệu khác được liệt kê trong Bàn. Vật liệu mà thường được coi là dẫn “tốt” có một điện trở suất của 10 -5 -10 ohm-cm (10 -7 -10 -1 ohm mét) và độ dẫn 10-10 7 mhos / mét. Những loại được phân loại là dây dẫn trung gian có điện trở suất 100 sắt10 9 ohm-centimet (1 thép10 7 ohm-mét) và độ dẫn 10 -7 hay1 mhos / mét. Dây dẫn của Poor Poor, còn được gọi là chất cách điện, có điện trở suất 10 101010 17 ohm-centimet (10 8 mật10 15 ohm-mét) và độ dẫn 10 -15 cám10 -8 . Nước biển là một chất dẫn tốt hơn nhiều ( nghĩa là nó có điện trở suất thấp hơn) so với nước ngọt do hàm lượng muối hòa tan cao hơn; đá khô rất điện trở. Ở phần dưới bề mặt, lỗ chân lông thường được lấp đầy ở một mức độ nào đó bởi chất lỏng. Điện trở suất của vật liệu có đồng đỏ phạm vi rộng, ví dụ, khác với thạch anh với 22 bậc độ lớn.
| vật chất | điện trở suất (ohm-centimet) | |
|---|---|---|
| nước biển (18 ° C) | 21 | |
| nước mặt không bị nhiễm bẩn | 2 (10 4 ) | |
| nước cất | 0,2 Cung1 (10 6 ) | |
| nước (4 ° C) | 9 (10 6 ) | |
| Nước đá | 3 (10 8 ) | |
| đá tại chỗ | ||
| trầm tích | đất sét, đá phiến mềm | 100 trận5 (10 3 ) |
| đá phiến cứng | 7 Phi50 (10 3 ) | |
| cát | 5 trận40 (10 3 ) | |
| sa thạch | (104)–(105) | |
| glacial moraine | 1–500(103) | |
| porous limestone | 1–30(104) | |
| dense limestone | >(106) | |
| rock salt | (108)–(109) | |
| igneous | 5(104)–(108) | |
| metamorphic | 5(104)–5(109) | |
| rocks in laboratory | ||
| dry granite | 1012 | |
| minerals | ||
| copper (18 °C) | 1.7(10−6) | |
| graphite | 5–500(10−4) | |
| pyrrhotite | 0.1–0.6 | |
| magnetite crystals | 0.6–0.8 | |
| pyrite ore | 1–(105) | |
| magnetite ore | (102)–5(105) | |
| chromite ore | >106 | |
| quartz (18 °C) | (1014)–(1016) | |
Sự dẫn điện xảy ra trong đá bởi (1) sự dẫn chất lỏng , tức là sự dẫn điện bằng cách truyền ion trong nước lỗ rỗng brear và (2) kim loại và chất bán dẫn ( ví dụ, một số quặng sunfua) dẫn điện. Nếu đá có độ xốp và chứa chất lỏng, chất lỏng thường chiếm ưu thế trong phản ứng dẫn điện. Độ dẫn của đá phụ thuộc vào độ dẫn của chất lỏng (và thành phần hóa học của nó), mức độ bão hòa chất lỏng, độ xốp và tính thấm , và nhiệt độ. Nếu đá mất nước, như với sự nén của đá trầm tích ở độ sâu, điện trở suất của chúng thường tăng.
Từ tính
Các tính chất từ của đá phát sinh từ tính chất từ của khoáng vật cấu thành ngũ cốc và tinh thể. Thông thường, chỉ một phần nhỏ của đá bao gồm các khoáng chất từ tính. Chính phần nhỏ này của hạt xác định tính chất từ tính và từ hóa của đá nói chung, với hai kết quả: (1) tính chất từ của một loại đá nhất định có thể thay đổi lớn trong một cơ thể hoặc cấu trúc đá nhất định, tùy thuộc vào tính không đồng nhất hóa học , điều kiện lắng đọng hoặc kết tinh, và những gì xảy ra với đá sau khi hình thành; và (2) các loại đá có chung thạch học (loại và tên) không nhất thiết phải có chung đặc điểm từ tính. Phân loại thạch học thường dựa trên sự phong phú của các khoáng vật silicat chiếm ưu thế, nhưng từ hóa được xác định bởi một phần nhỏ của các hạt khoáng chất từ tính như sắtoxit. Các khoáng chất từ tạo đá chính là oxit sắt và sunfua.
Mặc dù tính chất từ của các loại đá có cùng phân loại có thể khác nhau từ đá này sang đá khác, tuy nhiên tính chất từ tính nói chung thường phụ thuộc vào loại đá và thành phần tổng thể. Tính chất từ của một loại đá cụ thể có thể được hiểu khá rõ với điều kiện người ta có thông tin cụ thể về tính chất từ của vật liệu và khoáng chất tinh thể, cũng như về cách các tính chất đó bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, áp suất , thành phần hóa học và kích thước của các loại ngũ cốc. Sự hiểu biết được tăng cường hơn nữa bởi thông tin về cách các tính chất của đá điển hình phụ thuộc vào môi trường địa chất và cách chúng thay đổi với các điều kiện khác nhau.
Các ứng dụng của nghiên cứu từ hóa đá
Một sự hiểu biết về từ hóa đá là quan trọng trong ít nhất ba lĩnh vực khác nhau: tìm kiếm , địa chất và khoa học vật liệu . Trongkhảo sát từ tính, người ta quan tâm đến việc lập bản đồ độ sâu, kích thước, loại và thành phần suy ra của đá chôn. Việc thăm dò, có thể được thực hiện từ mặt đất, tàu hoặc máy bay, cung cấp bước đầu tiên quan trọng trong việc khám phá các cấu trúc địa chất bị chôn vùi và, ví dụ, có thể giúp xác định các vị trí thuận lợi cho các mỏ dầu , khí đốt tự nhiên và khoáng sản kinh tế.
Từ hóa đá theo truyền thống đã đóng một vai trò quan trọng trong địa chất. Công việc Paleomag từ tìm cách xác địnhtừ hóa còn sót lại (xem bên dưới Các loại từ hóa còn sót lại ) và do đó xác định tính chất của trường Trái đất khi một số loại đá nhất định được hình thành. Kết quả của nghiên cứu này có sự phân nhánh quan trọng trong tương quan địa tầng, niên đại tuổi và tái cấu trúc các chuyển động trong quá khứ của vỏ Trái đất. Thật vậy, các cuộc điều tra từ tính về lớp vỏ đại dương lần đầu tiên cung cấp bằng chứng định lượng cần thiết để chứng minh rằng các phân đoạn của lớp vỏ đã trải qua các sự dịch chuyển bên cạnh quy mô lớn theo thời gian địa chất , từ đó chứng thực các khái niệm về sự trôi dạt lục địa và sự lan rộng của đáy biển, cả hai đều cơ bản cho lý thuyết về kiến tạo mảng (xem kiến tạo mảng ).
Sự hiểu biết về từ hóa ngày càng quan trọng trong khoa học vật liệu. Việc thiết kế và sản xuất lõi bộ nhớ hiệu quả, băng từ và nam châm vĩnh cửu ngày càng phụ thuộc vào khả năng tạo ra vật liệu có đặc tính từ tính mong muốn.
Các loại từ hóa cơ bản
Có sáu loại từ hóa cơ bản: (1) diamagnetism , (2) paramagnetism, (3) ferromagnetism, (4) antiferromagnetism, (5) ferrimagnetism, và (6) superparamagnetism.
Diamagnetism phát sinh từ các electron quay quanh mỗi electron hạt nhân nguyên tử . Khi bên ngoàitừ trường được áp dụng, các quỹ đạo được dịch chuyển theo cách mà các nguyên tử thiết lập từ trường riêng của chúng đối lập với trường ứng dụng. Nói cách khác, trường từ tính cảm ứng chống lại trường bên ngoài. Diamagnetism có mặt trong tất cả các vật liệu, yếu và chỉ tồn tại trong sự hiện diện của một lĩnh vực ứng dụng. Các xu hướng của một chất cho được từ hóa trong một lĩnh vực bên ngoài được gọi là của nóđộ nhạy ( k ) và nó được định nghĩa là J / H , trong đó J là từ hóa (cường độ) trên một đơn vị thể tích và H là cường độ của trường ứng dụng. Vì trường cảm ứng luôn luôn chống lại trường ứng dụng, nên dấu hiệu của tính nhạy cảm từ tính là âm tính. Độ nhạy của một chất từ tính là theo thứ tự -10 -6 đơn vị điện từ trên mỗi cm khối (emu / cm 3 ). Đôi khi nó được ký hiệu là cho tính nhạy cảm trên mỗi đơn vị khối lượng vật liệu.
Thuận từ kết quả từelectron spin của electron chưa ghép cặp. Một điện tử có mộtKhoảnh khắc lưỡng cực từ có thể nói rằng nó hoạt động giống như một thanh nam châm nhỏ xíu và vì vậy khi một nhóm electron được đặt trong từ trường, các khoảnh khắc lưỡng cực có xu hướng thẳng hàng với từ trường. Hiệu ứng tăng cường từ hóa ròng theo hướng của trường ứng dụng. Giống như diamagnetism, paramagnetism yếu và chỉ tồn tại khi có trường ứng dụng, nhưng vì hiệu ứng này giúp tăng cường trường ứng dụng, nên dấu hiệu của tính nhạy cảm từ trường luôn luôn dương. Độ nhạy cảm của một chất thuận từ là theo thứ tự 10 -4 đến 10 -6 emu / cm 3 .
Ferromagnetism cũng tồn tại vì tính chất từ của electron. Tuy nhiên, không giống như paramagnetism, ferromagnetism có thể xảy ra ngay cả khi không có trường bên ngoài nào được áp dụng. Các khoảnh khắc lưỡng cực từ của các nguyên tử tự phát thẳng hàng với nhau vì nó thuận lợi về mặt năng lượng để chúng làm như vậy. Một từ hóa còn sót lại có thể được giữ lại. Căn chỉnh hoàn toàn các khoảnh khắc lưỡng cực sẽ chỉ diễn ra ở nhiệt độđộ không tuyệt đối (0 kelvin [K] hoặc -273,15 ° C). Trên độ không tuyệt đối, các chuyển động nhiệt bắt đầu làm rối loạn các khoảnh khắc từ tính. Ở nhiệt độ gọi làNhiệt độ Curie , thay đổi từ vật liệu này sang vật liệu khác, rối loạn cảm ứng nhiệt khắc phục sự liên kết và tính chất sắt từ của chất biến mất. Tính mẫn cảm của vật liệu sắt từ là lớn và tích cực. Đó là theo thứ tự 10 đến 10 4 emu / cm 3 . Chỉ có một vài vật liệu sắt sắt, coban và niken Niken là sắt từ theo nghĩa chặt chẽ của từ này và có từ hóa dư mạnh mẽ. Trong sử dụng chung, đặc biệt là trong kỹ thuật, thuật ngữ sắt từ thường được áp dụng cho bất kỳ vật liệu nào có từ tính đáng kể.
Antiferromagnetism xảy ra khi các khoảnh khắc lưỡng cực của các nguyên tử trong vật liệu giả định sự sắp xếp phản song song trong trường hợp không có trường ứng dụng. Kết quả là mẫu không có từ hóa ròng. Sức mạnh của tính nhạy cảm có thể so sánh với vật liệu thuận từ. Trên nhiệt độ gọi làNhiệt độ Néel , chuyển động nhiệt phá hủy sự sắp xếp phản song song, và vật liệu sau đó trở thành thuận từ.Ferromagnetism spin-cted (chống) là một điều kiện đặc biệt xảy ra khi các khoảnh khắc từ tính song song bị lệch khỏi mặt phẳng chống từ, dẫn đến từ tính mạng yếu. Hematite (α-Fe 2 O 3 ) là một vật liệu như vậy.
Ferrimagnetism là sự liên kết song song của các khoảnh khắc lưỡng cực nguyên tử tạo ra từ hóa ròng đáng kể do các khoảnh khắc không đồng đều của các phân lớp từ tính. Từ hóa còn lại có thể được phát hiện (xem bên dưới). Trên nhiệt độ Curie, chất này trở thành thuận từ. Magnetite (Fe 3 O 4 ), là khoáng chất phổ biến nhất từ tính , là một chất sắt từ.
Superparamagnetism xảy ra trong các vật liệu có hạt quá nhỏ (khoảng 100 angstroms) đến nỗi bất kỳ sự liên kết hợp tác nào của các khoảnh khắc lưỡng cực đều được khắc phục bằng năng lượng nhiệt .
Các loại từ hóa còn lại
Đá và khoáng chất có thể giữ lại từ hóa sau khi loại bỏ một trường ứng dụng bên ngoài, do đó trở thành nam châm yếu vĩnh viễn. Tính chất này được gọi là từ hóa còn sót lại và được biểu hiện dưới các hình thức khác nhau, tùy thuộc vào tính chất từ của đá và khoáng chất và nguồn gốc và lịch sử địa chất của chúng. Phân định dưới đây là các loại từ hóa còn sót lại thường thấy.
CRM (hóa học, hoặc kết tinh, từ hóa còn sót lại) có thể được tạo ra sau một tinh thể được hình thành và trải qua một trong những thay đổi hóa lý, như oxy hóa hoặc khử, thay đổi pha, mất nước, kết tinh lại, hoặc kết tủa xi măng tự nhiên. Các cảm ứng , trong đó đặc biệt quan trọng trong một số trầm tích (đỏ) và đá biến chất, thường xảy ra ở nhiệt độ không đổi trong từ trường của Trái đất .
DRM (ký gửi, hoặc phá hủy, từ hóa còn sót lại ) được hình thành tronggiáo sĩ trầm tích khi các hạt mịn được lắng đọng trên sàn của một cơ thể nước . Trầm tích biển, trầm tích hồ và một số đất sét có thể thu được DRM. Từ trường của Trái đất sắp xếp các hạt, tạo ra hướng từ hóa ưa thích.
IRM (từ hóa dư đẳng nhiệt) là kết quả của việc ứng dụng từ trường ở nhiệt độ không đổi (đẳng nhiệt), thường là nhiệt độ phòng.
NRM (từ hóa tự nhiên còn sót lại ) là từ hóa được phát hiện trong một điều kiện địa chất. Tất nhiên, NRM của một chất có thể là sự kết hợp của bất kỳ từ hóa còn lại nào khác được mô tả ở đây.
PRM (áp lực còn lại, hoặc áp điện, từ hóa) phát sinh khi một vật liệu trải qua cơ học biến dạng trong khi trong một từ trường. Quá trình biến dạng có thể là kết quả của áp suất thủy tĩnh , tác động sốc (như được tạo ra bởi một thiên thạch đập vào bề mặt Trái đất ) hoặc ứng suất kiến tạo theo hướng. Có những thay đổi từ hóa với ứng suất trong phạm vi đàn hồi, nhưng những tác động rõ rệt nhất xảy ra với biến dạng dẻo khi cấu trúc của khoáng vật từ tính bị thay đổi không thể đảo ngược.
TRM (từ hóa nhiệt ) xảy ra khi một chất được làm lạnh, với sự có mặt của từ trường, từ phía trên nóCurie nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ đó. Hình thức từ hóa này nói chung là quan trọng nhất, bởi vì nó ổn định và phổ biến, xảy ra trong đá lửa và trầm tích. TRM cũng có thể xảy ra khi xử lý độc quyền với nhiệt độ dưới nhiệt độ Curie. Trong PTRM (từ hóa nhiệt một phần) một mẫu được làm lạnh từ nhiệt độ dưới điểm Curie đến nhiệt độ thấp hơn.
VRM (từ tính còn sót lại nhớt) kết quả từ kích động nhiệt. Nó được thu nhận từ từ theo thời gian ở nhiệt độ thấp và trong từ trường của Trái đất. Hiệu ứng yếu và không ổn định nhưng có mặt trong hầu hết các loại đá.
Độ trễ và độ nhạy từ
Khái niệm độ trễ là cơ bản khi mô tả và so sánh các tính chất từ của đá. Độ trễ là sự biến đổi của từ hóa với trường ứng dụng và minh họa khả năng của vật liệu giữ lại từ hóa của nó, ngay cả sau khi một trường ứng dụng được loại bỏ. minh họa hiện tượng này dưới dạng một biểu đồ từ hóa ( J ) so với trường ứng dụng ( H e x ). J s làtừ hóa bão hòa (hoặc tự phát) khi tất cả các khoảnh khắc từ tính được sắp xếp theo cấu hình của chúng theo thứ tự tối đa. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ, đạt đến 0 ở nhiệt độ Curie . J r , sat là từ hóa còn sót lại khi loại bỏ trường áp dụng bão hòa (lớn) và J r là từ hóa còn lại của một số quá trình ngoài độ bão hòa IRM, ví dụ như TRM. H c là trường cưỡng bức (hoặc lực) được yêu cầu để giảm J r , sat về 0 và H c , rlà trường bắt buộc để giảm J r về 0.
Độ nhạy từ là một thông số của việc sử dụng chẩn đoán và giải thích đáng kể trong nghiên cứu về đá. Điều này đúng cho dù một cuộc điều tra đang được tiến hành trong phòng thí nghiệm hoặc từ trường trên một địa hình đang được nghiên cứu để suy ra cấu trúc và đặc tính thạch học của các xác đá bị chôn vùi. Độ nhạy cảm đối với loại đá có thể rất khác nhau, tùy thuộc vào khoáng vật học từ tính, kích thước hạt và hình dạng, và cường độ tương đối của hiện tượng từ hóa còn lại, ngoài từ hóa cảm ứng từ trường yếu của Earth . Cái sau được cho là J cảm ứng = k H e x , trong đó k là (đúng)nhạy cảm từ và H e x là bên ngoài ( ví dụ, của Trái đất) từ trường . Nếu có từ hóa còn lại bổ sung với tỷ lệ ( Q n ) so với từ hóa cảm ứng được đưa ra bởi
sau đó tổng từ hóa là
trong đó ứng dụng k , độ nhạy cảm từ tính rõ ràng của thang điểm, là k (1 + Q n ).
Khoáng chất và tính chất từ của đá
Các khoáng chất từ tạo đá chính là các oxit sắt sau đây : chuỗi titanomagnetite, x Fe 2 TiO 4 · (1 – x ) Fe 3 O 4 , trong đó Fe 3 O 4 là từ tính, khoáng chất từ tính nhất; chuỗi ilmenohematite, y FeTiO 3 · (1 – y ) Fe 2 O 3 , trong đó α-Fe 2 O 3 (trong cấu trúc hình thoi của nó) là hematit; maghemite,-Fe 2 O 3(trong đó một số nguyên tử sắt bị thiếu trong cấu trúc hematit); và limonite (oxit sắt hydric). Chúng cũng bao gồm sulfides, cụ thể là loạt pyrrhotite, y FeS · (1 – y ) Fe 1 – x S.
Các Bảng đưa ra một số giá trị tiêu biểu về độ nhạy cảm rõ ràng đối với các loại đá khác nhau, thường bao gồm một số từ còn lại cũng như từ hóa cảm ứng. Giá trị cao hơn đối với đá lửa m khủng, đặc biệt là khi hàm lượng từ tính tăng lên.
| đá | độ nhạy từ rõ ràng (đơn vị điện từ trên mỗi cm khối) |
|---|---|
| Nguồn: Từ T. Nagata (chủ biên), Rock Magnetism, Maruzen Co., Tokyo (1961). | |
| Quặng sắt | trên 0,1 |
| đá bazan | 10 −2 |
| andesite | 10 3 |
| dacite | 10 4 |
| đá biến chất | 10 4 |
| đá trầm tích | 10 −5 |
Một sự phân phối độ nhạy cảm đo được (đúng) cho các loại đá khác nhau được thể hiện trong Bàn. Cơ bản đề cập đến những loại đá chứa nhiều silicat sắt và magiê và từ tính, phương tiện đùn được hình thành bằng cách làm mát sau khi đùn lên bề mặt đất hoặc đáy biển. Dữ liệu trong mỗi loại được dựa trên ít nhất 45 mẫu.
| loại đá | % mẫu có độ nhạy từ (tính theo đơn vị điện từ 10 −6 trên mỗi cm khối) |
|||
|---|---|---|---|---|
| nhỏ hơn 100 | 100 trận1.000 | 1.000 trận4.000 | lớn hơn 4.000 | |
| Nguồn: Sau DH Lindsley và cộng sự, “Tính chất từ của đá và khoáng chất”, trong Sổ tay SP Clark (chủ biên) về các hằng số vật lý, rev. chủ biên (1966); và LB Slichter, “Tính chất từ của đá”, trong F. Birch et al. (eds.), Sổ tay các hằng số vật lý (1942). | ||||
| cơ bản đùn (ví dụ, bazan) | 5 | 29 | 47 | 19 |
| xâm nhập cơ bản (ví dụ: gabbro) | 24 | 27 | 28 | 21 |
| đá granit | 60 | 23 | 16 | 1 |
| biến thái (gneiss, schist, đá phiến) | 71 | 22 | 7 | 0 |
| trầm tích | 73 | 19 | 4 | 4 |
Các Bảng liệt kê các giá trị đại diện cho các thuộc tính từ tính J n (từ hóa tự nhiên còn lại), k (độ nhạy cảm) và tỷ lệ Q n . Từ hóa tự nhiên còn sót lại là một số kết hợp của phần còn lại; thường là TRM trong đá lửa , có thể là DRM hoặc CRM hoặc cả trong đá trầm tích và tất cả đều có VRM bổ sung. Tỷ lệ Q n thường cao hơn đối với các loại đá có cường độ mạnh, ổn định , ví dụ, các loại đá đùn giàu từ tính và hạt mịn như bazan đáy biển.
| đá | |||
|---|---|---|---|
| J n | k | tỉ lệ* | |
| từ hóa tự nhiên còn sót lại (10 −5 đơn vị điện từ trên mỗi cm khối) | tính nhạy cảm từ (10 −5 đơn vị điện từ trên mỗi cm khối) | Q n = J n / k · H cũ | |
| * Đối với từ trường bên ngoài (H ex ) = 0,5 oersted, đơn vị điện từ css của cường độ từ trường. | |||
| Nguồn: Sau Robert S. Carmichael (chủ biên), Sổ tay tính chất vật lý của đá, tập. II, CRC Press, Inc. (1982). | |||
| Igneous | |||
| đá granit | 10 trận80 | 50 con400 | 0,31 |
| diabase | 190 Gian400 | 100 trận230 | 2 |
| đá bazan | 200 trận1.000 | 100 Lõi 700 | 5 trận10 |
| bazan đáy biển (1 trận6 mét) | 500 con800 | 30 L6060 | 25 trận4545 |
| điển hình (trung bình) | 10444.000 | 5 L500500 | 1 Lốc40 |
| Trầm tích | |||
| trầm tích màu đỏ | 0,2 Cung2 | 0,04 | 2 Lốc4 |
| sa thạch | 1 Lốc40 | ||
| đá phiến | 1 Phi50 | ||
| đá vôi | 0,5 con20 | ||
| điển hình (trung bình) | 0,1 trận10 | 0,33030 | 0,0210 |
| Quặng | |||
| quặng từ tính | 300.000 lượt1.000.000 | 30.000 100.000.000 | ~ 10 người50 |
| quặng hematit | 10 Lốc70 | ||
