Question

矿石和岩石的密度

Answer 1

一般来讲，金属矿石具有较大的密度，其变化范围是3.5～5.0g/cm³；大部分非金属矿石的密度值较小，岩石的密度在1.2～3.5g/cm³之间（表3-3-1）。

表3-3-1 常见岩石的密度

1.沉积岩

沉积岩密度的变化范围是1.2～3.0g/cm³，常见值为1.7～2.7g/cm³。砂质泥岩密度的变化主要由成岩作用所致。不同程度的成岩作用导致不同的密度。碳酸盐岩的密度变化主要与其结构和裂隙有关。不同的裂隙密度导致不同的密度。

沉积岩的成岩作用主要分为压实和胶结两个阶段。骨架和胶结物的成分、孔隙流体的种类均影响岩石的孔隙度。成岩后，岩石将在地质静压力下经受长期的破坏作用。具体表现在岩石的孔隙度逐渐缩小，而密度逐渐增大。构造作用也是影响沉积岩密度的因素。在褶皱区内，沉积岩的密度要发生剧烈的变化。

2.岩浆岩

岩浆岩的密度变化范围大致在2.6～3.5g/cm³。从酸性岩到基性岩，密度随岩石中较重的铁镁矿物的含量的增加而变大。对于超基性岩，由于其中的橄榄石受到热水变质作用的影响，吸收了大量的水转变成蛇纹岩，岩石的密度降低。对于结晶岩，其密度在某种程度上由其结构决定，即当岩石的矿物成分相同时，密度随着岩石结晶程度的加深而增大。铁质石英岩和其他类型的结晶片岩的密度在很大程度上取决于其中铁矿物的含量。

一般来讲，侵入岩和喷出岩的密度有着一定的差别。对于喷出岩，即使在矿物成分相近时，其密度的变化范围也较大。这主要是因为喷出岩的原始构造、结构和成岩作用不同而造成的。

3.变质岩

变质岩的密度一般在2.4～3.1g/cm³之间变化。由于岩石在变质改造过程中经受了一系列的物理化学变化，从而变质岩的密度有可能与原岩有很大的不同。首先，化学结构的变化使岩石的密度发生变化。各种变质岩之间的矿物成分差别很大，即使是同名的岩石组，岩石的密度也会产生很大的变化。在有些条件下，从原岩到全变质岩石之间的岩石序列中的密度是渐变的。

对于区域变质岩，由于矿物共生组合取决于温度、压力和原岩（沉积岩、侵入岩、喷出岩）的化学成分，所以一般把岩石的物理性质按区域变质建造分组，每组的密度变化范围各不相同。

在超变质过程中，岩石要经历重结晶的变化，产生交代作用和有选择性地融化或全部融化。所有的这些变化都会使得岩石相对变疏松。因此，经过超变质作用形成的岩石有着比其原岩低的密度。当发生退化变质和逆变质时，岩石密度降低。发生这种现象的原因是经变质后岩石的孔隙度增大了。

接触变质作用不会使原岩的化学成分发生显著的变化，因此，接触变质形成的岩石的密度与原岩的密度有一定的关系。

4.决定岩矿石密度的主要因素

根据大量的实验室标本测定和长期的理论研究，岩矿石密度的取值主要由下列三个因素决定：①岩矿石的成分及含量；②岩矿石的孔隙度及孔隙中的充填物；③岩矿石的埋藏深度。

对于火成岩、变质岩和大多数矿石而言，它们的密度主要由矿物成分及含量决定。由于这些岩石的孔隙度很小（一般为1%～2%），孔隙流体几乎对岩石的密度不产生任何影响。

沉积岩的密度在很大程度上取决于其孔隙度，与物质成分的关系不明显。在充水的多孔岩石中，其密度比同一岩石在干燥时的密度要大；对于相同的沉积岩，在埋藏深度大致相同时，时代较老的沉积岩的密度要大于时代较新的沉积岩的密度。这其中的原因在于岩层受重力及压力作用的时间长短不同。

5.岩石密度模型

研究岩石密度的一个基本方法是按岩石组分的体积含量取平均。设各组分按层状分布（层状介质模型），则按组成成分的体积分数进行平均的密度为

岩石物理学基础

式中：ρ_i为第i种成分的密度；V_i为第i种成分的体积；V为岩石的体积。

若岩石只由孔隙和骨架构成，则有

岩石物理学基础

式中：V_p为孔隙的体积；V_m为骨架的体积；ρ_p为孔隙充填物的密度；ρ_m为骨架的密度。