Propriétés électriques
La nature électrique d'un matériau est caractérisée par sa conductivité (ou, inversement, sa résistivité) et sa constante diélectrique, et des coefficients qui indiquent les taux de variation de ceux-ci avec la température, la fréquence à laquelle la mesure est effectuée, etc. Pour les roches avec une gamme de composition chimique ainsi que des propriétés physiques variables de porosité et de contenu fluide, les valeurs des propriétés électriques peuvent varier considérablement.
La résistance (R) est définie comme étant de un ohm lorsqu'une différence de potentiel (tension; V) à travers un échantillon d'une magnitude d'un volt produit un courant (i) d'un ampère; c'est-à-dire, V = Ri. La résistivité électrique (ρ) est une propriété intrinsèque du matériau. En d'autres termes, il est inhérent et ne dépend pas de la taille de l'échantillon ou du chemin actuel. Elle est liée à la résistance par R = ρL / A où L est la longueur de l'échantillon, A est l'aire de la section transversale de l'échantillon et les unités de ρ sont des ohms-centimètres; 1 ohm-centimètre équivaut à 0,01 ohm-mètre. La conductivité (σ) est égale à 1 / ρ ohm -1 · centimètre -1 (ou appelée mhos / cm). En unités SI, il est donné en mhos / mètre, ou siemens / mètre.
Certaines valeurs représentatives de la résistivité électrique pour les roches et autres matériaux sont répertoriées dans le tableau. Les matériaux qui sont généralement considérés comme de «bons» conducteurs ont une résistivité de 10 -5 –10 ohm-centimètre (10 -7 –10 -1 ohm-mètre) et une conductivité de 10–10 7 mhos / mètre. Ceux qui sont classés comme conducteurs intermédiaires ont une résistivité de 100–10 9 ohm-centimètre (1–10 7 ohm-mètre) et une conductivité de 10 -7 –1 mhos / mètre. Les conducteurs «pauvres», également appelés isolants, ont une résistivité de 10 10 –10 17 ohm-centimètre (10 8 –10 15 ohm-mètre) et une conductivité de 10 -15 –10 -8. L'eau de mer est un bien meilleur conducteur (c'est-à-dire qu'elle a une résistivité plus faible) que l'eau douce en raison de sa teneur plus élevée en sels dissous; la roche sèche est très résistive. Dans le sous-sol, les pores sont généralement remplis dans une certaine mesure par des fluides. La résistivité des matériaux a une large gamme - le cuivre est, par exemple, différent du quartz par 22 ordres de grandeur.
Résistivités typiques
| Matériel | résistivité (ohm-centimètre) | |
|---|---|---|
| eau de mer (18 ° C) | 21 | |
| eau de surface non contaminée | 2 (10 4) | |
| eau distillée | 0,2–1 (10 6) | |
| eau (4 ° C) | 9 (10 6) | |
| la glace | 3 (10 8) | |
| roches in situ | ||
| sédimentaire | argile, schiste doux | 100-5 (10 3) |
| schiste dur | 7–50 (10 3) | |
| le sable | 5–40 (10 3) | |
| grès | (10 4) - (10 5) | |
| moraine glaciaire | 1–500 (10 3) | |
| calcaire poreux | 1–30 (10 4) | |
| calcaire dense | > (10 6) | |
| sel gemme | (10 8) - (10 9) | |
| igné | 5 (10 4) - (10 8) | |
| métamorphique | 5 (10 4) –5 (10 9) | |
| roches en laboratoire | ||
| granit sec | 10 12 | |
| minéraux | ||
| cuivre (18 ° C) | 1,7 (10 −6) | |
| graphite | 5–500 (10 −4) | |
| pyrrhotite | 0,1 à 0,6 | |
| cristaux de magnétite | 0,6–0,8 | |
| minerai de pyrite | 1– (10 5) | |
| minerai de magnétite | (10 2) –5 (10 5) | |
| minerai de chromite | > 10 6 | |
| quartz (18 ° C) | (10 14) - (10 16) | |
Pour les courants alternatifs à haute fréquence, la réponse électrique d'une roche est régie en partie par la constante diélectrique, ε. Il s'agit de la capacité de la roche à stocker la charge électrique; c'est une mesure de polarisabilité dans un champ électrique. En unités cgs, la constante diélectrique est de 1,0 dans le vide. En unités SI, il est donné en farads par mètre ou en termes de rapport entre la capacité spécifique du matériau et la capacité spécifique de vide (qui est de 8,85 × 10 -12 farads par mètre). La constante diélectrique est fonction de la température et de la fréquence pour ces fréquences bien supérieures à 100 hertz (cycles par seconde).
La conduction électrique se produit dans les roches par (1) la conduction fluide - c'est-à-dire la conduction électrolytique par transfert ionique dans l'eau interstitielle saumâtre - et (2) la conduction électronique métallique et semi-conductrice (par exemple, certains minerais sulfurés). Si la roche a une porosité et contient du fluide, le fluide domine généralement la réponse de conductivité. La conductivité de la roche dépend de la conductivité du fluide (et de sa composition chimique), du degré de saturation du fluide, de la porosité et de la perméabilité et de la température. Si les roches perdent de l'eau, comme avec le compactage des roches sédimentaires clastiques en profondeur, leur résistivité augmente généralement.
Propriétés magnétiques
Les propriétés magnétiques des roches découlent des propriétés magnétiques des grains et cristaux minéraux constituants. En règle générale, seule une petite fraction de la roche est constituée de minéraux magnétiques. C'est cette petite portion de grains qui détermine les propriétés magnétiques et l'aimantation de la roche dans son ensemble, avec deux résultats: (1) les propriétés magnétiques d'une roche donnée peuvent varier considérablement au sein d'un corps ou d'une structure de roche donné, selon les inhomogénéités chimiques, les conditions de dépôt ou de cristallisation, et ce qui arrive à la roche après sa formation; et (2) les roches qui partagent la même lithologie (type et nom) n'ont pas nécessairement les mêmes caractéristiques magnétiques. Les classifications lithologiques sont généralement basées sur l'abondance des minéraux de silicate dominants, mais l'aimantation est déterminée par la fraction mineure de grains minéraux magnétiques tels que les oxydes de fer. Les principaux minéraux magnétiques formant des roches sont les oxydes et les sulfures de fer.
Bien que les propriétés magnétiques des roches partageant la même classification puissent varier d'une roche à l'autre, les propriétés magnétiques générales dépendent néanmoins généralement du type de roche et de la composition globale. Les propriétés magnétiques d'une roche particulière peuvent être assez bien comprises à condition de disposer d'informations spécifiques sur les propriétés magnétiques des matériaux cristallins et des minéraux, ainsi que sur la façon dont ces propriétés sont affectées par des facteurs tels que la température, la pression, la composition chimique et la taille des grains. La compréhension est encore améliorée par des informations sur la façon dont les propriétés des roches typiques dépendent de l'environnement géologique et comment elles varient en fonction des conditions.
