Porowatość
stosowana w geologii, hydrogeologii, gleboznawstwie i budownictwie porowatość podłoża porowatego (takiego jak skała lub osad) opisuje frakcję pustej przestrzeni w materiale, w której pustka może zawierać na przykład powietrze lub wodę. Jest ona zdefiniowana przez stosunek:
ϕ = V V V T {\displaystyle \ phi ={\frac {v_ {\mathrm {V} }}{V_{\mathrm {T}}}}}
Gdzie VV to objętość przestrzeni pustej (np. płynów), A VT to całkowita lub masowa objętość materiału, w tym części stałych i pustych., Zarówno Symbole matematyczne ϕ {\displaystyle \ phi}, jak i n {\displaystyle n} są używane do oznaczania porowatości.
porowatość jest ułamkiem od 0 do 1, zwykle od mniej niż 0,005 dla litego granitu do więcej niż 0,5 dla torfu i gliny.
porowatość skały lub warstwy osadowej jest ważnym czynnikiem przy próbie oceny potencjalnej objętości wody lub węglowodorów, które mogą zawierać., Porowatość osadowa jest skomplikowaną funkcją wielu czynników, w tym między innymi: szybkości pochówku, głębokości pochówku, charakteru płynów połączeniowych, charakteru zalegających osadów (które mogą utrudniać wydalanie płynów)., Jedną z powszechnie stosowanych zależności między porowatością a głębokością jest równanie Athy (1930):
ϕ ( z ) = ϕ 0 e − k z {\displaystyle \phi (z)=\phi _{0}E^{-kz}\,} ρ = ρ cząstka − ρ masa ρ cząstka − ρ ciecz {\displaystyle \phi ={\frac {\Rho _{\text{particle}}-\Rho _{\text{bulk}}}{\Rho _{\Rho _{\text {bulk}}}} {\Rho _{\Rho _{\Rho _ {\text {bulk}}}} {\Rho _ {\Rho _ {\tekst{cząstka}}-\Rho _ {\text {Fluid}}}}
jeśli przestrzeń pusta jest wypełniona powietrzem, można użyć następującej prostszej postaci:
ϕ = 1 − ρ masa ρ cząstka {\displaystyle \ phi =1-{\frac {\Rho _ {\text {bulk}}} {\Rho _ {\text {PARTICLE}}}}
przyjmuje się, że normalna gęstość cząstek wynosi około 2.,65 g / cm3 (krzemionka), chociaż lepszą ocenę można uzyskać badając litologię cząstek.
porowatość i przewodność hydraulicznaedytuj
porowatość może być proporcjonalna do przewodności hydraulicznej; dla dwóch podobnych warstw wodonośnych piaszczystych, ten o wyższej porowatości zwykle ma wyższą przewodność hydrauliczną (bardziej otwarty obszar dla przepływu wody), ale istnieje wiele komplikacji w tej relacji. Głównym powikłaniem jest to, że nie istnieje bezpośrednia proporcjonalność między porowatością a przewodnością hydrauliczną, ale raczej wnioskowana proporcjonalność., Istnieje wyraźna proporcjonalność między promieniami gardzieli porów a przewodnością hydrauliczną. Ponadto istnieje tendencja do proporcjonalności między promieniami gardła porów i objętości porów. Jeżeli istnieje proporcjonalność między porowatością a porowatością, to może istnieć proporcjonalność między porowatością a przewodnością hydrauliczną. Jednak gdy wielkość ziarna lub sortowanie zmniejsza proporcjonalność między promieniami porów i porowatości zaczyna zawodzić, a tym samym proporcjonalność między porowatością a przewodnością hydrauliczną., Na przykład: glinki zazwyczaj mają bardzo niskie przewodnictwo hydrauliczne (ze względu na małe promienie gardzieli porów), ale również mają bardzo wysokie porowatości (ze względu na strukturę minerałów gliniastych), co oznacza, że glinki mogą pomieścić dużą ilość wody na objętość materiału sypkiego, ale nie uwalniają szybko wody i dlatego mają niską przewodność hydrauliczną.
sortowanie i porosityEdit
wpływ sortowania na porowatość aluwialną. Czarny reprezentuje ciała stałe, niebieski reprezentuje przestrzeń porów.,
dobrze posortowane (ziarna o prawie wszystkich rozmiarach) materiały mają wyższą porowatość niż podobnie sortowane materiały słabo posortowane (gdzie mniejsze cząstki wypełniają luki między większymi cząstkami). Grafika pokazuje, w jaki sposób niektóre mniejsze ziarna mogą skutecznie wypełniać pory (gdzie odbywa się cały przepływ wody), drastycznie zmniejszając porowatość i przewodność hydrauliczną, będąc tylko niewielkim ułamkiem całkowitej objętości materiału. Tabele wspólnych wartości porowatości dla materiałów ziemnych znajdują się w sekcji” dalsze czytanie ” w artykule hydrogeologia.,
porowatość skał
skały skonsolidowane (np. piaskowiec, łupek, granit lub wapień) mają potencjalnie bardziej złożone „podwójne” porowatości, w porównaniu z osadami aluwialnymi. Można to podzielić na porowatość połączoną i niezwiązaną. Porowatość połączona jest łatwiej mierzona przez objętość gazu lub cieczy, która może przepływać do skały, podczas gdy ciecze nie mogą uzyskać dostępu do niepowiązanych porów.
porowatość to stosunek objętości porów do objętości całkowitej. Porowatość jest kontrolowana przez: rodzaj skały, rozkład porów, cementację, historię diagenetyczną i skład., Porowatość nie jest kontrolowana przez wielkość ziarna, ponieważ objętość przestrzeni między ziarnami jest związana tylko z metodą pakowania ziarna.
skały zwykle zmniejszają się wraz z wiekiem i głębokością pochówku. Trzeciorzędowe piaskowce Gulf Coast są na ogół bardziej porowate niż piaskowce kambryjskie. Istnieją wyjątki od tej reguły, zwykle ze względu na głębokość pochówku i historię termiczną.
porowatość glebyedytuj
porowatość gleby powierzchniowej zwykle maleje wraz ze wzrostem wielkości cząstek., Wynika to z tworzenia się agregatów glebowych w glebach o drobniejszej teksturze powierzchniowej, gdy są poddawane procesom biologicznym gleby. Agregacja polega na przyczepności cząstek stałych i wyższej odporności na zagęszczenie. Typowa gęstość nasypowa gleby piaszczystej wynosi od 1,5 do 1,7 g / cm3. To oblicza się do porowatości między 0,43 i 0,36. Typowa gęstość nasypowa gleby gliniastej wynosi od 1,1 do 1,3 g / cm3. To oblicza się do porowatości między 0,58 i 0,51. Wydaje się to sprzeczne z intuicją, ponieważ gleby gliniaste są określane jako ciężkie, co oznacza niższą porowatość., Ciężki najwyraźniej odnosi się do efektu grawitacyjnej zawartości wilgoci w połączeniu z terminologią, która odwołuje się do siły względnej wymaganej do ciągnięcia narzędzia uprawowego przez gliniastą glebę przy wilgotności pola w porównaniu z piaskiem.
porowatość gleby podpowierzchniowej jest niższa niż w glebie powierzchniowej ze względu na zagęszczenie grawitacyjne. Porowatość 0,20 jest uważana za normalną dla niesortowanego materiału o wielkości żwiru na głębokościach poniżej biomantla. Porowatość w drobniejszym materiale poniżej agregującego wpływu pedogenezy można oczekiwać przybliżenia tej wartości.
porowatość gleby jest złożona., Tradycyjne modele uważają porowatość za ciągłą. To nie uwzględnia anomalnych cech i daje tylko przybliżone wyniki. Ponadto nie może pomóc w modelowaniu wpływu czynników środowiskowych wpływających na geometrię porów. Zaproponowano szereg bardziej złożonych modeli, w tym fraktale, teorię bańki, teorię krakingu, Boolean grain process, packed sphere i wiele innych modeli. Charakterystyka przestrzeni porów w glebie jest pojęciem powiązanym.,
rodzaje porowatości geologicznejedytuj
porowatość pierwotna główny lub pierwotny układ porowatości w skale lub niezanieczyszczonym złożu aluwialnym. Porowatość wtórna kolejny lub oddzielny układ porowatości w skale, często zwiększający ogólną porowatość skały. Może to być wynikiem chemicznego wymywania minerałów lub generowania systemu złamań. Może to zastąpić pierwotną porowatość lub współistnieć z nią(patrz Podwójna porowatość poniżej). Porowatość złamań jest to porowatość związana z układem złamań lub uszkodzeniem., Może to spowodować powstanie wtórnej porowatości w skałach, które w przeciwnym razie nie byłyby zbiornikami węglowodorów ze względu na zniszczenie ich pierwotnej porowatości (na przykład z powodu głębokości zakopania) lub typu skał, które normalnie nie są uważane za zbiornik (na przykład intruzje magmowe lub metasedymenty). Porowatość wuggy jest to porowatość wtórna generowana przez rozpuszczanie dużych cech (takich jak makrofosyli) w skałach węglanowych, pozostawiając duże otwory, wugs, a nawet jaskinie., Porowatość efektywna (zwana również porowatością otwartą) odnosi się do ułamka całkowitej objętości, w której przepływ płynu odbywa się skutecznie i obejmuje sieć trakcyjną i ślepą uliczkę (ponieważ pory te nie mogą być spłukane, ale mogą powodować ruch płynu przez uwolnienie ciśnienia, takiego jak ekspansja gazu) pory i wyklucza pory zamknięte (lub niezłączone wnęki). Jest to bardzo ważne dla przepływu wód gruntowych i ropy naftowej, a także dla transportu substancji rozpuszczonych., Nieskuteczna porowatość (zwana również porowatością zamkniętą) odnosi się do frakcji całkowitej objętości, w której obecne są płyny lub gazy, ale w której przepływ płynu nie może skutecznie odbywać się i obejmuje Zamknięte pory. Zrozumienie morfologii porowatości jest więc bardzo ważne dla przepływu wód gruntowych i ropy naftowej. Porowatość Podwójna odnosi się do pojęciowej idei, że istnieją dwa nakładające się na siebie zbiorniki, które oddziałują ze sobą. W pękniętych warstwach wodonośnych skalnych masa skalna i pęknięcia są często symulowane jako dwa nakładające się, ale odrębne ciała., Opóźniona wydajność i nieszczelne Rozwiązania przepływu wodonośnego są matematycznie podobne do rozwiązań uzyskanych dla podwójnej porowatości; we wszystkich trzech przypadkach woda pochodzi z dwóch różnych matematycznie zbiorników (niezależnie od tego, czy są one fizycznie różne). Makroporowatość w ciałach stałych (tj. z wyłączeniem materiałów zagregowanych, takich jak gleby) termin „makroporowatość” odnosi się do porów o średnicy większej niż 50 nm. Przepływ przez makropory jest opisany przez dyfuzję masową. Mezoporowatość w ciałach stałych (tj., z wyłączeniem materiałów zagregowanych, takich jak gleby), termin „mezoporowatość” odnosi się do porów o średnicy większej niż 2 nm i mniejszej niż 50 nm. Przepływ przez mezopory opisany jest przez dyfuzję Knudsena. Mikroporowatość w ciałach stałych (tj. z wyłączeniem materiałów zagregowanych, takich jak gleby) termin „mikroporowatość” odnosi się do porów o średnicy mniejszej niż 2 nm. Ruch w mikroporach jest aktywowany przez dyfuzję.
