Elektriska egenskaper
Materialets elektriska karaktär kännetecknas av dess konduktivitet (eller omvänt, dess resistivitet) och dess dielektriska konstant och koefficienter som indikerar förändringshastigheterna för dessa med temperatur, frekvens vid mätning och så vidare. För stenar med en mängd kemisk sammansättning såväl som variabla fysiska egenskaper hos porositet och vätskeinnehåll kan värdena på elektriska egenskaper variera mycket.
Resistance (R) definieras som en ohm när en potentialskillnad (spänning; V) över ett prov med en voltstyrka producerar en ström (i) av en ampere; det vill säga V = Ri. Den elektriska resistiviteten (ρ) är en egenegenskap hos materialet. Med andra ord, det är inneboende och inte beroende på provstorlek eller aktuell väg. Det är relaterat till motstånd av R = ρL / A där L är provets längd, A är provets tvärsnittsarea och enheter av ρ är ohm-centimeter; 1 ohm-centimeter är 0,01 ohm-meter. Konduktiviteten (σ) är lika med 1 / ρ ohm -1 · centimeter -1 (eller benämnd mhos / cm). I SI-enheter ges det i mhos / meter eller siemens / meter.
Vissa representativa värden på elektrisk resistivitet för bergarter och andra material listas i tabellen. Material som i allmänhet betraktas som ”bra” Ledarna har en resistivitet av 10 -5 -10 ohm-centimeter (10 -7 -10 -1 ohm-meter) och en konduktivitet av 10-10 7 mhos / meter. De som klassificeras som mellanliggande Ledarna har en resistivitet av 100-10 9 ohm-centimeter (1-10 syv ohm-meter) och en konduktivitet på 10 -7 -1 mhos / meter. ”Dålig” ledare, även kända som isolatorer, har en resistivitet av 10 10 -10 17 ohm-centimeter (10 8 -10 15 ohm-meter) och en konduktivitet på 10 -15 -10 -8. Havsvatten är en mycket bättre ledare (dvs. den har lägre resistivitet) än färskvatten på grund av dess högre innehåll av upplösta salter; torr sten är mycket resistiv. I undergrunden fylls porerna vanligtvis till viss grad av vätskor. Materialets resistivitet har ett brett spektrum - koppar skiljer sig till exempel från kvarts med 22 storleksordning.
Typiska resistiviteter
| material | resistivitet (ohm-centimeter) | |
|---|---|---|
| havsvatten (18 ° C) | 21 | |
| okontaminerat ytvatten | 2 (10 4) | |
| destillerat vatten | 0,2–1 (10 6) | |
| vatten (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| is | 3 (10 8) | |
| stenar in situ | ||
| sedimentär | lera, mjuk skiffer | 100–5 (10 3) |
| hård skiffer | 7–50 (10 3) | |
| sand | 5–40 (10 3) | |
| sandsten | (10 4) - (10 5) | |
| glacial morän | 1–500 (10 3) | |
| porös kalksten | 1–30 (10 4) | |
| tät kalksten | > (10 6) | |
| bergsalt | (10 8) - (10 9) | |
| vulkanisk | 5 (10 4) - (10 8) | |
| metamorf | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| stenar i laboratorium | ||
| torr granit | 10 12 | |
| mineraler | ||
| koppar (18 ° C) | 1,7 (10 −6) | |
| grafit | 5–500 (10 −4) | |
| magnetkis | 0,1-0,6 | |
| magnetitkristaller | 0,6-0,8 | |
| pyritmalm | 1– (10 5) | |
| magnetitmalm | (10 2) –5 (10 5) | |
| kromitmalm | > 10 6 | |
| kvarts (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
För högfrekventa växelströmmar styrs det elektriska svaret på en berg delvis av den dielektriska konstanten, ε. Detta är bergens kapacitet att lagra elektrisk laddning; det är ett mått på polariserbarhet i ett elektriskt fält. I cgs-enheter är den dielektriska konstanten 1,0 i ett vakuum. I SI-enheter, ges det i fårad per meter eller i termer av förhållandet av specifika kapaciteten hos materialet att specifika kapaciteten av vakuum (som är 8,85 x 10 -12 fårad per meter). Den dielektriska konstanten är en funktion av temperatur och frekvens för dessa frekvenser långt över 100 Hertz (cykler per sekund).
Elektrisk ledning inträffar i stenar genom (1) vätskeledning - dvs elektrolytisk ledning genom jonisk överföring i kornigt porvatten - och (2) metall- och halvledare (t.ex. en del sulfidmalmer) elektronledning. Om berget har någon porositet och innehåller vätska dominerar vätskan vanligtvis konduktivitetssvaret. Bergkonduktiviteten beror på vätskans konduktivitet (och dess kemiska sammansättning), graden av vätskemättnad, porositet och permeabilitet och temperatur. Om stenar tappar vatten, som med komprimering av klastiska sedimentära bergarter på djupet, ökar deras motstånd typiskt.
Magnetiska egenskaper
Bergens magnetiska egenskaper härrör från magnetiska egenskaper hos de bestående mineralkornen och kristallerna. Vanligtvis består bara en liten del av berget av magnetiska mineraler. Det är denna lilla del av korn som bestämmer de magnetiska egenskaperna och magnetiseringen av berget som helhet, med två resultat: (1) magnetiska egenskaper hos en given berg kan variera mycket inom en given bergkropp eller struktur, beroende på kemiska inhomogeniteter, deponerings- eller kristallisationsbetingelser, och vad som händer med berget efter bildningen; och (2) stenar som delar samma litologi (typ och namn) behöver inte nödvändigtvis dela samma magnetiska egenskaper. Litologiska klassificeringar baseras vanligtvis på överflödet av dominerande silikatmineraler, men magnetiseringen bestäms av den mindre fraktionen av sådana magnetiska mineralkorn som järnoxider. De viktigaste bergbildande magnetiska mineralerna är järnoxider och sulfider.
Även om de magnetiska egenskaperna hos stenar som delar samma klassificering kan variera från berg till berg beror ändå generella magnetiska egenskaper vanligtvis på bergart och total sammansättning. De magnetiska egenskaperna hos en viss berg kan förstås ganska väl under förutsättning att man har specifik information om magnetiska egenskaper hos kristallmaterial och mineraler, liksom om hur dessa egenskaper påverkas av faktorer som temperatur, tryck, kemisk sammansättning och storleken av kornen. Förståelsen förbättras ytterligare av information om hur egenskaperna hos typiska bergarter är beroende av den geologiska miljön och hur de varierar med olika förhållanden.
