Propiedades electricas
La naturaleza eléctrica de un material se caracteriza por su conductividad (o, inversamente, su resistividad) y su constante dieléctrica, y los coeficientes que indican las tasas de cambio de estos con la temperatura, la frecuencia a la que se realiza la medición, etc. Para rocas con un rango de composición química, así como propiedades físicas variables de porosidad y contenido de fluidos, los valores de las propiedades eléctricas pueden variar ampliamente.
La resistencia (R) se define como un ohmio cuando una diferencia de potencial (voltaje; V) a través de una muestra de magnitud de un voltio produce una corriente (i) de un amperio; es decir, V = Ri. La resistividad eléctrica (ρ) es una propiedad intrínseca del material. En otras palabras, es inherente y no depende del tamaño de la muestra o la ruta actual. Está relacionado con la resistencia por R = ρL / A donde L es la longitud de la muestra, A es el área de la sección transversal de la muestra y las unidades de ρ son ohm-centímetro; 1 ohm-centímetro equivale a 0.01 ohm-metro. La conductividad (σ) es igual a 1 / ρ ohm -1 · centímetro -1 (o denominado mhos / cm). En unidades SI, se da en mhos / metro o siemens / metro.
En la tabla se enumeran algunos valores representativos de resistividad eléctrica para rocas y otros materiales. Los materiales que generalmente se consideran como conductores “buenas” tienen una resistividad de 10 -5 -10 ohm-centímetro (10 -7 -10 -1 ohm-metro) y una conductividad de 10-10 7 mhos / metro. Los que se clasifican como conductores intermedios tienen una resistividad de 100–10 9 ohm-centímetro (1–10 7 ohm-metro) y una conductividad de 10 -7 –1 mhos / metro. Conductores “pobre”, también conocidas como aisladores, tienen una resistividad de 10 10 -10 17 ohm-centímetro (10 8 -10 15 ohm-metro) y una conductividad de 10 -15 -10 -8. El agua de mar es un conductor mucho mejor (es decir, tiene una resistividad más baja) que el agua dulce debido a su mayor contenido de sales disueltas; La roca seca es muy resistente. En el subsuelo, los poros generalmente se llenan hasta cierto punto con fluidos. La resistividad de los materiales tiene un amplio rango: el cobre es, por ejemplo, diferente del cuarzo en 22 órdenes de magnitud.
Resistividades típicas
| material | resistividad (ohm-centímetro) | |
|---|---|---|
| agua de mar (18 ° C) | 21 | |
| aguas superficiales no contaminadas | 2 (10 4) | |
| agua destilada | 0.2–1 (10 6) | |
| agua (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| hielo | 3 (10 8) | |
| rocas in situ | ||
| sedimentario | arcilla, lutita suave | 100-5 (10 3) |
| esquisto duro | 7–50 (10 3) | |
| arena | 5–40 (10 3) | |
| arenisca | (10 4) - (10 5) | |
| morrena glacial | 1–500 (10 3) | |
| caliza porosa | 1–30 (10 4) | |
| caliza densa | > (10 6) | |
| sal de roca | (10 8) - (10 9) | |
| ígneo | 5 (10 4) - (10 8) | |
| metamórfico | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| rocas en laboratorio | ||
| granito seco | 10 12 | |
| minerales | ||
| cobre (18 ° C) | 1,7 (10 −6) | |
| grafito | 5–500 (10 −4) | |
| pirrotita | 0.1-0.6 | |
| cristales de magnetita | 0.6–0.8 | |
| mineral de pirita | 1– (10 5) | |
| mineral de magnetita | (10 2) –5 (10 5) | |
| mineral de cromita | > 10 6 | |
| cuarzo (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
Para corrientes alternas de alta frecuencia, la respuesta eléctrica de una roca está gobernada en parte por la constante dieléctrica, ε. Esta es la capacidad de la roca para almacenar carga eléctrica; Es una medida de polarización en un campo eléctrico. En unidades cgs, la constante dieléctrica es 1.0 en el vacío. En unidades SI, se administra en faradios por metro o en términos de la relación entre la capacidad específica del material y la capacidad específica de vacío (que es 8.85 × 10-12 faradios por metro). La constante dieléctrica es función de la temperatura y de la frecuencia, para aquellas frecuencias muy superiores a 100 hertz (ciclos por segundo).
La conducción eléctrica se produce en las rocas por (1) conducción de fluidos, es decir, conducción electrolítica por transferencia iónica en agua de poro salobre y (2) conducción de electrones metálicos y semiconductores (por ejemplo, algunos minerales de sulfuro). Si la roca tiene alguna porosidad y contiene fluido, el fluido generalmente domina la respuesta de conductividad. La conductividad de la roca depende de la conductividad del fluido (y su composición química), el grado de saturación del fluido, la porosidad y la permeabilidad y la temperatura. Si las rocas pierden agua, como ocurre con la compactación de rocas sedimentarias clásticas en profundidad, su resistividad generalmente aumenta.
Propiedades magnéticas
Las propiedades magnéticas de las rocas surgen de las propiedades magnéticas de los granos y cristales minerales constituyentes. Típicamente, solo una pequeña fracción de la roca consiste en minerales magnéticos. Es esta pequeña porción de granos la que determina las propiedades magnéticas y la magnetización de la roca en su conjunto, con dos resultados: (1) las propiedades magnéticas de una roca dada pueden variar ampliamente dentro de un cuerpo o estructura de roca dada, dependiendo de las inhomogeneidades químicas, condiciones de deposición o cristalización, y qué sucede con la roca después de la formación; y (2) las rocas que comparten la misma litología (tipo y nombre) no necesariamente tienen que compartir las mismas características magnéticas. Las clasificaciones litológicas generalmente se basan en la abundancia de minerales de silicato dominantes, pero la magnetización está determinada por la fracción menor de los granos minerales magnéticos como los óxidos de hierro. Los principales minerales magnéticos formadores de rocas son los óxidos y sulfuros de hierro.
Aunque las propiedades magnéticas de las rocas que comparten la misma clasificación pueden variar de una roca a otra, las propiedades magnéticas generales generalmente dependen del tipo de roca y la composición general. Las propiedades magnéticas de una roca en particular pueden entenderse bastante bien siempre que se tenga información específica sobre las propiedades magnéticas de los materiales y minerales cristalinos, así como sobre cómo esas propiedades se ven afectadas por factores tales como la temperatura, la presión, la composición química y el tamaño. de los granos La comprensión se ve reforzada por la información sobre cómo las propiedades de las rocas típicas dependen del entorno geológico y cómo varían con las diferentes condiciones.
