Petrofyzika
Martin Chadima
(František Hrouda a Marta Chlupáčová)
AGICO, s.r.o., Brno (chadima@agico.cz)
Geologický ústav AV ČR, v. v. i., Praha
Literatura & Kontakt
Literatura
• Kobr, M. et al. 1997. Petrofyzika. Karolinum, 136 s.
• Tarling, D.H. & Hrouda, F. The magnetic anisotropy of rocks. Chapman & Hall,
London, 1993
• Bucha V. 1975. Geomagnetické pole a jeho přínos k objasnění vývoje Země.
Academia, 368 s.
• Krs, M. 1969. Paleomagnetismus. Knihovna ÚÚG, Academia, 208 s.
• Nagata, T.: Rock magnetism. Maruzen Tokyo, 1961.
• Hearmon, R.F.S. - Úvod do teorie pružnosti anizotropních látek. SNTL Praha,
1965
Kontakt
• Martin Chadima (chadima@sci.muni.cz)
• AGICO, s.r.o., Brno & Geologický ústav AV ČR, v. v. i., Praha
Definice
• Petrofyzika se zabývá studiem (měřením, geofyzikální a geologickou
interpretací) fyzikálních vlastností hornin a minerálů.
• Petrofyzikální metody se zakládají na stanovení skalárních, tzv. „látkových“
parametrů (např. objemová a mineralogická hustota, pórovitost, magnetická
susceptibilita, přirozená radioaktivita hornin) a směrově závislých parametrů
(např. magnetická anizotropie, rychlosti elastických vln, rezistivita...).
• Podrobná znalost fyzikálních vlastností hornin je nezbytným předpokladem
realistické geologické interpretace geofyzikálních měření.
Definice
Probíraná témata
Studované fyzikální vlastnosti
1. Hustotní - objemová hustota, mineralogická hustota, pórovitost (celková,
otevřená, efektivní), propustnost
2. Magnetické – skalární i směrové, magnetická susceptibilita, anizotropie
magnetické susceptibility, paleomagnetismus
3. Elektrické – rezistivita (konduktivita), polarizovatelnost, difúzně-adsorpční
potenciály, dielektrická konstanta, piezoelektrický modul
4. Radioaktivní – radioaktivní přeměna prvků, jaderné radioaktivní záření,
přírozeně radioaktivní prvky
5. Tepelné – tepelná vodivost, měrné teplo
6. Elastické – Hookeův zákon, modul pružnosti v tahu (Youngův modul),
Poissonova konstanta, elastické vlny podélné a příčné
Využití petrofyziky
Využití petrofyziky
1. Geofyzikální průzkum – podklady pro interpretaci geofyzikálních polí
2. Naftová geologie – hlavně porozita a permeabilita
3. Petrologie – vztah k látkovému složení a struktuře horniny
4. Strukturní geologie – anizotropie fyzikálních vlastností
Pro užitou geofyziku jsou významné především ty fyzikální vlastnosti hornin,
jejichž změny se mohou projevit v přirozených či umělých geofyzikálních polích:
1. Tíhové pole závisí na hustotách (měrných hmotnostech) hornin
2. Zemské magnetické pole závisí na magnetických vlastnostech
3. Geoelektrická pole jsou určována elektrickými vlastnostmi hornin
4. Při použití radionuklidových metod musíme znát přirozenou radioaktivitu
hornin, ale i schopnost hornin reagovat na záření gama
5. Při aplikaci seismiky musíme znát rychlost šíření seismických vln
horninovým prostředím a elastické vlastnosti hornin
1. Petrofyzika v geofyzice
• Gravimetrie: měření zemské tíže, tíže závisí na rozdělení hmot v Zemi;
odhadujeme-li rozdělení hmot v Zemi z tíže, je třeba znát hustotu uvažovaných
těles, aplikace nejnápadnější u těžkých rud
• Magnetometrie: měří intenzitu magnetického pole Země, která je ovlivňována
také magnetickými hmotami v zemské kůře; aplikace při vyhledávání železných
rud
• Geoelektrika: měření odporu, vyhledávání vodivých poloh (grafit, pyrhotinová
ruda, zvodnělé polohy)
• Seismika: rychlost šíření seizmických vln, seizmika měří čas, za který dorazí vlny
ze zdroje do přijímací stanice, ze znalosti rychlosti šíření vln v horninách
můžeme určit hloubku odrážejícího rozhraní; aplikace v naftové geologii
1. Petrofyzika v geofyzice
Gravimetrie
1. Petrofyzika v geofyzice - Gravimetrie
1. Petrofyzika v geofyzice - subdukce
Gravimetrická anomálie
• Hustota minerálů: r = m/V (rozměr kg.m-3 [SI], g.cm-3 [CGS])
• Horniny se skládají z pevné fáze (minerály), kapalné fáze (pórové vody),
plynné fáze (plyn v pórech), proto více parametrů:
• Objemová hustota
• Mineralogická hustota
• Porozita (celková, otevřená, efektivní)
• Metody měření: metoda trojího vážení, pyknometrická metoda
1. Petrofyzika v geofyzice - Hustotní parametry
Měří intenzitu magnetického pole Země, která je ovlivňována také magnetickými
hmotami v zemské kůře; aplikace při vyhledávání železných rud
1. Petrofyzika v geofyzice - Magnetometrie
Termika
Množství tepla, které projde jednotkovou plochou, závisí na rozdílu teplot a
tepelné vodivosti
Aplikace
1. tepelná energie (topení, elektrárny)
2. indikace skrytých mladých vulkanitů
3. bazény s vyhřívanou vodou
1. Petrofyzika v geofyzice - Termika
1. Petrofyzika v geofyzice - Radioaktivita
Radioaktivita
• přírodní zářiče U, Th, K
• aplikace v geochemii a životním prostředí
Hustoty: (1) bazicita magmatitů, (2) metamorfóza, (3) diageneze sedimentů, (4)
ložiskotvorné procesy
Elasticita: (1) složení horniny, (2) mikrotrhlinatost
Magnetika: (1) přítomnost magnetických akcesorií, (2) přeměny magnetických
minerálů (fenitizace, propylitizace), (3) S typy a I typy žul, (4) datování hornin
(paleomagnetismus)
Tepelné vlastnosti: (1) tepelný tok, (2) skrytá vulkanická tělesa
Radioaktivita: (1) geneze hornin (Th), (2) přeměny hornin (U), (3) klasifikace
hornin (K)
3. Petrofyzika v petrologii a geochemii
Hustoty magmatických hornin
• závisejí na minerálním složení
• u granitů a ultrabazik rostou obecně s bazicitou
• u granitů závisejí především na obsahu tmavých minerálů
1 2 3 4 5 6 7
1 granit
2 granodiorit
3 křem. diorit
4 diorit
5 gabro
6 pyroxenit
7 peridotit
3. Petrofyzika v petrologii a geochemii
3. Petrofyzika v petrologii a geochemii
Magnetická susceptibilita granitoidních hornin
slabě magnetické (paramagnetické) granitoidy
S-typ (“Sedimentary”)
nosič magnetizace je převážně biotit (amfibol)
silně magnetické (feromagnetické) granitoidy
I-typ (Igneous)
nosič magnetizace je převážně magnetit
•bimodální rozdělení magnetické susceptibility
(granitoidy bývalého SSSR)
Elastická anizotropie
(1) přednostní orientace horninotvorných minerálů, (2) anizotropie kůry a pláště,
(3) orientace rozhraní litosférických desek, (4) nízkoteplotní tektonika
(mikrotrhliny)
Magnetická anizotropie
(1) přednostní orientace magnetických minerálů, (2) proudění: sedimenty,
vulkanity, magmatity, (3) vznik kliváže, (4) geneze vrás
Paleomagnetismus
(1) rotace mikrodesek, (2) paleošířková analýza
Elektrická anizotropie
(1) orientace pórového prostoru, (2) směry pohybu kapalin (vč. uhlovodíků)
4. Petrofyzika ve strukturní geologii
• Metr (m) – dráha, kterou proběhne světlo ve vakuu za 1/299 792 455 s
• Sekunda (s) – doba 9 192 631 770 period záření izotopu cesia 133 Cs při přechodu elektronu mezi
dvěma danými hladinami
• Kilogram (kg) – hmotnost hmotnostního normálu uloženého v Se`vres u Paříže
• Kelvin (K) – 273,16tý díl absolutní (Kelvinovy) teploty trojného bodu vody
• Kandela (cd) – svítivost, kterou vysílá monochromatický zdroj světla s frekvencí 540 THz, jehož
zářivost v tomto směru je 1/683W na steradián
• Ampér (A) – intenzita proudu, který protéká dvěma rovnoběžnými nekon. dlouhými vodiči
vzdálenými od sebe 1 m, které na sebe působí silou 2x10-7 N na 1 m délky
• Mol (mol) – množství látky (počet částic) systému, který obsahuje tolik částic, kolik jich je ve 12 g
izotopu 12C
Fyzikální jednotky systému SI
Násobky a díly veličin
Předpona tera giga mega kilo hekto deka
Značka T G M k h dk
Násobek 1012 109 106 103 102 10
Předpona deci centi mili mikro nano piko
Značka dc c m μ n P
Násobek 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12
Fyzikální jednotky systému SI