Stengeologi

Elektriske egenskaber

Den elektriske natur af et materiale er kendetegnet ved dets konduktivitet (eller omvendt dets resistivitet) og dets dielektriske konstant og koefficienter, der angiver ændringshastighederne for disse med temperatur, frekvens, hvormed måling foretages, og så videre. For klipper med en række kemiske sammensætninger såvel som varierende fysiske egenskaber ved porøsitet og væskeindhold kan værdien af elektriske egenskaber variere vidt.

Modstand (R) defineres som værende en ohm, når en potentialforskel (spænding; V) over en prøve med en voltstørrelse frembringer en strøm (i) for en ampere; det vil sige V = Ri. Den elektriske resistivitet (ρ) er en iboende egenskab ved materialet. Med andre ord, det er iboende og ikke afhængigt af prøvestørrelse eller den aktuelle sti. Det er relateret til modstand med R = ρL / A, hvor L er prøveens længde, A er prøveens tværsnitsareal, og enheder af ρ er ohm-centimeter; 1 ohm-centimeter svarer til 0,01 ohm-meter. Konduktiviteten (σ) er lig med 1 / ρ ohm ^-1 · centimeter ^-1 (eller kaldes mhos / cm). I SI-enheder er det angivet i mhos / meter eller siemens / meter.

Nogle repræsentative værdier for elektrisk resistivitet for sten og andre materialer er anført i tabellen. Materialer, der generelt anses 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. Dem, der er klassificeret som intermediære ledere har en resistivitet på 100-10 ⁹ ohm-centimeter de (1-10 ⁷ ohm-meter) og en ledningsevne på 10 ^-7 -1 mhos / meter. ”Poor” ledere, også kendt som isolatorer, har en specifik modstand på 10 ¹⁰ -10 ¹⁷ ohm-centimeter (10 ⁸ -10 ¹⁵ ohm-meter) og en ledningsevne på 10 ^-15 -10 ^-8. Havvand er en meget bedre leder (dvs. det har lavere modstand) end ferskvand på grund af det højere indhold af opløste salte; tør sten er meget modstandsdygtig. I undergrunden fyldes porer typisk i nogen grad med væsker. Materialernes resistivitet har en lang række - kobber adskiller sig f.eks. Fra kvarts med 22 størrelsesordener.

Typiske resistiviteter

materiale		resistivitet (ohm-centimeter)
havvand (18 ° C)		21
uforurenet overfladevand		2 (10 ⁴)
destilleret vand		0,2–1 (10 ⁶)
vand (4 ° C)		9 (10 ⁶)
is		3 (10 ⁸)
klipper in situ
sedimentære	ler, blød skifer	100–5 (10 ³)
	hård skifer	7–50 (10 ³)
	sand	5–40 (10 ³)
	sandsten	(10 ⁴) - (10 ⁵)
	glacial morene	1–500 (10 ³)
	porøs kalksten	1–30 (10 ⁴)
	tæt kalksten	> (10 ⁶)
	sten salt	(10 ⁸) - (10 ⁹)
igneous		5 (10 ⁴) - (10 ⁸)
metamorfe		5 (10 ⁴) –5 (10 ⁹)
sten i laboratorium
tør granit		10 ¹²
mineraler
kobber (18 ° C)		1,7 (10 ⁻⁶)
grafit		5–500 (10 ⁻⁴)
magnetkis		0,1-0,6
magnetitkrystaller		0,6-0,8
pyritmalm		1– (10 ⁵)
magnetitmalm		(10 ²) –5 (10 ⁵)
kromitmalm		> 10 ⁶
kvarts (18 ° C)		(10 ¹⁴) - (10 ¹⁶)

For højfrekvente vekselstrømme styres den elektriske reaktion af en sten delvis af den dielektriske konstant, ε. Dette er klippens kapacitet til at opbevare elektrisk ladning; det er et mål for polariserbarhed i et elektrisk felt. I cgs-enheder er den dielektriske konstant 1,0 i et vakuum. I SI-enheder, er det givet i farad per meter eller i form af forholdet mellem specifikke kapacitet af materialet for specifikke kapacitet af vakuum (som er 8,85 × 10 ^-12 farad per meter). Den dielektriske konstant er en funktion af temperatur og frekvens for disse frekvenser langt over 100 hertz (cyklusser pr. Sekund).

Elektrisk ledning forekommer i klipper ved (1) væskeledning - dvs. elektrolytisk ledning ved ionisk overførsel i saltvand med poret vand - og (2) metal- og halvleder (f.eks. Nogle sulfidmalm) elektronledning. Hvis klippen har nogen porøsitet og indeholdt væske, dominerer væsken typisk ledningsevnen respons. Bergens konduktivitet afhænger af fluidens konduktivitet (og dets kemiske sammensætning), graden af væskemætning, porøsitet og permeabilitet og temperatur. Hvis klipper mister vand, som ved komprimering af klastiske sedimentære klipper i dybden, øges deres resistivitet typisk.

Magnetiske egenskaber

Bergens magnetiske egenskaber stammer fra de magnetiske egenskaber ved de indholdende mineralkorn og krystaller. Typisk består kun en lille brøkdel af klippen af magnetiske mineraler. Det er denne lille del korn, der bestemmer de magnetiske egenskaber og magnetiseringen af klippen som helhed, med to resultater: (1) magnetiske egenskaber af en given klippe kan variere meget inden for et givet klippelegeme eller -struktur, afhængigt af kemiske inhomogeniteter, deponerings- eller krystallisationsbetingelser, og hvad der sker med klippen efter dannelsen; og (2) klipper, der deler den samme litologi (type og navn), behøver ikke nødvendigvis at dele de samme magnetiske egenskaber. Litologiske klassifikationer er normalt baseret på forekomsten af dominerende silicatmineraler, men magnetiseringen bestemmes af den mindre fraktion af sådanne magnetiske mineralkorn som jernoxider. De største stendannende magnetiske mineraler er jernoxider og sulfider.

Selvom de magnetiske egenskaber for klipper, der deler den samme klassificering, kan variere fra sten til klippe, afhænger alligevel generelle magnetiske egenskaber normalt af klippetype og samlet sammensætning. De magnetiske egenskaber ved en bestemt sten kan forstås ganske godt, forudsat at man har specifik information om de magnetiske egenskaber ved krystallinske materialer og mineraler, samt om, hvordan disse egenskaber påvirkes af faktorer som temperatur, tryk, kemisk sammensætning og størrelsen af kornene. Forståelsen forbedres yderligere af information om, hvordan egenskaberne ved typiske klipper afhænger af det geologiske miljø, og hvordan de varierer med forskellige forhold.