Elektriske egenskaper
Den elektriske naturen til et materiale er preget av dets ledningsevne (eller omvendt, dets resistivitet) og dets dielektriske konstant, og koeffisienter som indikerer endringshastighetene for disse med temperatur, frekvens som måling blir utført, og så videre. For bergarter med en rekke kjemiske sammensetninger så vel som varierende fysiske egenskaper ved porøsitet og væskeinnhold, kan verdiene til elektriske egenskaper variere mye.
Motstand (R) er definert som å være en ohm når en potensiell forskjell (spenning; V) over en prøve med en voltstørrelse produserer en strøm (i) på en ampere; det vil si V = Ri. Den elektriske resistiviteten (ρ) er en egenegenskap for materialet. Med andre ord, det er iboende og ikke avhengig av prøvestørrelse eller gjeldende bane. Det er relatert til motstand fra R = ρL / A der L er prøvens lengde, A er tverrsnittsområdet til prøven, og enheter på ρ er ohm-centimeter; 1 ohm-centimeter tilsvarer 0,01 ohm-meter. Konduktiviteten (σ) er lik 1 / ρ ohm -1 · centimeter -1 (eller betegnet mhos / cm). I SI-enheter er det gitt i mhos / meter, eller siemens / meter.
Noen representative verdier av elektrisk resistivitet for bergarter og andre materialer er listet opp i tabellen. Materialer som er generelt ansett som “gode” ledere har en resistivitet på 10 -5 -10 ohm-centimeter (10 -7 -10 -1 ohm-meter), og en ledningsevne på 10-10 7 mho / meter. De som er klassifisert som mellomledere har en motstandsevne på 100-10 9 ohm-centimeter (1-10 7 ohm-meter), og en ledningsevne på 10 -7 -1 mhos / meter. “Dårlig” ledere, også kjent som isolatorer, har en resistivitet på 10 10 -10 17 ohm-centimeter (10 8 -10 15 ohm-meter), og en ledningsevne på 10 -15 -10 -8. Sjøvann er en mye bedre leder (dvs. at den har lavere motstand) enn ferskvann på grunn av det høyere innholdet av oppløste salter; tørrberg er veldig motstandsdyktig. I undergrunnen fylles porene vanligvis til en viss grad av væsker. Materialenes resistivitet har et bredt spekter - kobber er for eksempel forskjellig fra kvarts med 22 størrelsesorden.
Typiske resistiviteter
| materiale | resistivitet (ohm-centimeter) | |
|---|---|---|
| sjøvann (18 ° C) | 21 | |
| uforurenset overflatevann | 2 (10 4) | |
| destillert vann | 0,2–1 (10 6) | |
| vann (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| is | 3 (10 8) | |
| bergarter in situ | ||
| sedimentære | leire, myk skifer | 100–5 (10 3) |
| hard skifer | 7–50 (10 3) | |
| sand | 5–40 (10 3) | |
| sandstein | (10 4) - (10 5) | |
| isbre morene | 1–500 (10 3) | |
| porøs kalkstein | 1–30 (10 4) | |
| tett kalkstein | > (10 6) | |
| havsalt | (10 8) - (10 9) | |
| vulkanske | 5 (10 4) - (10 8) | |
| metamorfe | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| bergarter i laboratorium | ||
| tørr granitt | 10 12 | |
| mineraler | ||
| kobber (18 ° C) | 1,7 (10 −6) | |
| grafitt | 5–500 (10 −4) | |
| magnetkis | 0,1-0,6 | |
| magnetittkrystaller | 0,6-0,8 | |
| pyrittmalm | 1– (10 5) | |
| magnetittmalm | (10 2) –5 (10 5) | |
| kromittmalm | > 10 6 | |
| kvarts (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
For høyfrekvente vekselstrømmer styres den elektriske responsen til en bergart delvis av den dielektriske konstanten, ε. Dette er bergens kapasitet til å lagre elektrisk ladning; det er et mål på polarisering i et elektrisk felt. I cgs-enheter er den dielektriske konstanten 1,0 i et vakuum. I SI-enheter er det gitt i farads per meter eller i forhold til forholdet mellom materialets spesifikke kapasitet og spesifikk vakuumkapasitet (som er 8,85 × 10-12 farads per meter). Den dielektriske konstanten er en funksjon av temperatur og frekvens for disse frekvensene godt over 100 Hertz (sykluser per sekund).
Elektrisk ledning skjer i bergarter ved (1) væskeledning - dvs. elektrolytisk ledning ved ionisk overføring i briny porevann - og (2) metall- og halvleder (f.eks. Noe sulfidmalm) elektronledning. Hvis fjellet har noen porøsitet og inneholdt væske, dominerer væsken vanligvis ledningsevnen. Bergens konduktivitet avhenger av konduktiviteten til væsken (og dens kjemiske sammensetning), graden av fluidmetning, porøsitet og permeabilitet og temperatur. Hvis bergarter mister vann, som med komprimering av klastiske sedimentære bergarter på dybden, øker deres resistivitet typisk.
Magnetiske egenskaper
Bergens magnetiske egenskaper stammer fra de magnetiske egenskapene til de bestående mineralkornene og krystallene. Typisk består bare en liten brøkdel av berget av magnetiske mineraler. Det er denne lille delen av korn som bestemmer de magnetiske egenskapene og magnetiseringen av bergarten som helhet, med to resultater: (1) de magnetiske egenskapene til en gitt bergart kan variere mye innenfor et gitt berglegeme eller struktur, avhengig av kjemiske inhomogeniteter, deponerings- eller krystallisasjonsbetingelser, og hva som skjer med berget etter dannelsen; og (2) bergarter som har samme litologi (type og navn) trenger ikke nødvendigvis dele de samme magnetiske egenskapene. Litologiske klassifikasjoner er vanligvis basert på mengden av dominerende silikatmineraler, men magnetiseringen bestemmes av den mindre andelen av slike magnetiske mineralkorn som jernoksider. De viktigste bergdannende magnetiske mineralene er jernoksider og sulfider.
Selv om de magnetiske egenskapene til bergarter som deler den samme klassifiseringen, kan variere fra berg til berg, er imidlertid generelle magnetiske egenskaper vanligvis avhengig av bergart og generell sammensetning. De magnetiske egenskapene til en bestemt bergart kan forstås ganske godt, forutsatt at man har spesifikk informasjon om magnetiske egenskaper til krystallinske materialer og mineraler, samt om hvordan disse egenskapene påvirkes av faktorer som temperatur, trykk, kjemisk sammensetning og størrelsen av kornene. Forståelsen forbedres ytterligere av informasjon om hvordan egenskapene til typiske bergarter er avhengig av det geologiske miljøet og hvordan de varierer med forskjellige forhold.
