PETROFYZIKA
František Hrouda a Marta Chlupáčová
Definice: Petrofyzika je vědní disciplína, která se zabývá studiem
(měřením, geofyzikální a geologickou interpretací) fyzikálních
vlastností hornin a minerálů.
Obory petrofyziky: hustotní, elastické, magnetické, elektrické,
tepelné, radioaktívní vlastnosti hornin
Účel petrofyziky:
(1) geofyzika - podklady pro interpretaci geofyzikálních polí
(2) petrologie - vztah k látkovému složení a struktuře horniny
(3) strukturní geologie - anizotropie fyzikálních vlastností
Gravimetrie: F = κ (m1 m2)/r2, měření zemské tíže na principu
mincíře, tíže závisí na rozdělení hmot v Zemi; odhadujeme-li
rozdělení hmot v Zemi z tíže, je třeba znát hustotu, D = m/V,
uvažovaných těles, aplikace nejnápadnější u těžkých rud
Seizmika: rychlost šíření seizmických vln, V = l/t, 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
Magnetometrie: měří intenzitu magnetického pole Země, která je
ovlivňována také magnetickými hmotami v zemské kůře; aplikace při
vyhledávání železných rud
Geoelektrika: měření odporu, U = I R (Ohmův zákon),
vyhledávání vodivých poloh (grafit, pyrhotinová ruda, zvodnělé
polohy)
Petrofyzika v geofyzice
Gravimetrie: F = κ (m1 m2)/r2, měření zemské tíže na principu
mincíře, tíže závisí na rozdělení hmot v Zemi; odhadujeme-li
rozdělení hmot v Zemi z tíže, je třeba znát hustotu, D = m/V,
uvažovaných těles, aplikace nejnápadnější u těžkých rud
Petrofyzika v geofyzice
Gravimetrická mapa České republiky
Hustotní parametry
Hustota minerálů: D = 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 Do = mt / V
Mineralogická hustota Dm = mt / Vt
Porozita (celková, otevřená, efektívní) P = Vp / V
Metody měření: Do , Dm , Pef - metoda trojího vážení
Dm - pyknometrická metoda
Subdukce - gravimetrická anomálie
měří intenzitu magnetického pole Země, která je ovlivňována také
magnetickými hmotami v zemské kůře; aplikace při vyhledávání
železných rud
Magnetometrie
Magnetometrická mapa České republiky
Petrofyzika v geofyzice
Termika: množství tepla, které projde jednotkovou plochou, závisí
na rozdílu teplot a tepelné vodivosti, Q = λ S t (T1 -T2)/δ,
Q - teplo, S - plocha, T1 ,T2 - teploty desky, δ- tloušťka desky, t - čas,
λ - q/grad T , q - hustota tepelného toku, grad T -gradient teploty,
aplikace: (1) tepelná energie (topení, elektrárny), (2) indikace
skrytých mladých vulkanitů, (3) bazény s vyhřívanou vodou
Radioaktivita: přírodní zářiče U, Th, K,
aplikace v geochemii a životním prostředí
Mapa radioaktivity hornin České republiky
Petrofyzika v petrologii, geochemii
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 vl.: (1) tepelný tok, (2) skrytá vulkanická tělesa
Radioaktivita: (1) geneze hornin (Th), (2) přeměny hornin (U),
(3) klasifikace hornin (K)
Hustoty magmatických hornin
(1) závisejí na minerálním složení, (2) u granitů a ultrabazik rostou
obecně s bazicitou, (3) u granitů závisejí především na obsahu
tmavých minerálů
1 2 3 4 5 6 7
1 granit
2 granodiorit
3 krem. diorit
4 diorit
5 gabro
6 pyroxenit
7 peridotit
Magnetic Susceptibility in Granites
Magnetic susceptibility of granites
is extremely variable, ranging from
10-6 [SI] to 10-1 and displaying a
bimodal distribution.
Weakly Magnetic Granites (Dortman)
Paramagnetic Granites (Bouchez)
Magnetic Granites (Dortman)
Ferromagnetic Granites (Bouchez)
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), (3) v sedimentech
Petrofyzika ve strukturní geologii
Nízký Jeseník
Vliv tlaku - hradecko-kyjovické souvrství
Vliv tlaku - andělskohorské souvrství
Fyzikální jednotky
systému SI
:
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
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
Doporučená literatura
Kobr, M. et al. Petrofyzika. Karolinum (skripta), 1997, Praha
Dortman N.D. Fizičeskije svojstva gornych porod i poleznych
iskopajemych. Moskva, Nedra, 1984.
Nagata, T. Rock magnetism. Maruzen Tokyo, 1961.
Adams, J.A.S. & Gasparini, P. Gamma ray spectrometry of rocks.
Elsevier Amsterdam, 1970.
Musgrave M.P.J. Crystal acoustics. Holden-Day, San Francisco,
1970.
Angenheister, J. et al. Landolt-Börnstein Numerical Data and
Functional Relationship in Science and technology, Group IV, Vol.
1, Springer Berlin, 1982.
Tarling, D.H. & Hrouda, F. The magnetic anisotropy of rocks.
Chapman & Hall, London, 1993.
Hearmon, R.F.S. - Úvod do teorie pružnosti anizotropních látek.
SNTL Praha, 1965.
Doporučená literatura