Теплопроводность минерита: Теплопроводность минераловатных плит — Комплекс градостроительной политики и строительства города Москвы

Содержание

Теплопроводность минераловатных плит — Комплекс градостроительной политики и строительства города Москвы

В подавляющем большинстве случаев для тепловой изоляции используются минераловатные (из каменной ваты или стекловолокна) и пенополистирольные плиты. Производители теплоизоляционной продукции выпускают ее, как правило, по собственным ТУ или ТС, в которых методы определения технических показателей могут быть как по ГОСТ, так и по ГОСТ ЕН, а значения не могут быть хуже приведенных в ГОСТ.

Основные производители и поставщики минераловатных плит, поступающих на строительные площадки города: ЗАО «Минеральная Вата» и ЗАО «Термостек», г. Железнодорожный МО, Компания «Технониколь», «Завод Техно», г. Рязань, ЗАО «ИЗОРОК», г. Тамбов, ОАО «ИЗОВОЛ», г. Белгород, ООО «ИЗОВЕР», г. Егорьевск МО, ОАО «ПАРОК», пос. Изоплит Тверской обл., ООО «УРСА», г. Серпухов МО и г. Чудово Новгородской обл., ООО «ИЗОМИН» и ООО «КНАУФ Инсулейшн», г. Ступино МО.

В рамках выполнения государственной работы № 836001 специалисты ГБУ «ЦЭИИС» осуществляют в лабораторных условиях контроль плотности и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных изделий, отобранных непосредственно из строящегося здания или складированных на строительной площадке.

В качестве основного средства измерения коэффициента теплопроводности используется λ-Meter EP500e германского производства в комплекте с ноутбуком DELL.


Внешний вид измерителя теплопроводности.

Измеритель теплопроводности внесен в Государственный реестр средств измерений РФ и поверен в ФБУ «РОСТЕСТ-МОСКВА». Теплопроводность минераловатных плит определяется при средней температуре 25

0С.

Используется абсолютный метод определения теплопроводности; центральный нагреватель 250 х 250 мм защищен от внешнего воздействия тремя охранными нагревателями, два из них при температуре центрального нагревателя, внешний — при несколько меньшей температуре для препятствия проникновения в испытываемый образец атмосферной влаги. Размер образцов от 250 × 250 мм до 500 × 500 мм, толщина от 10 до 200 мм, погрешность измерения не более 1%, диапазон измеряемой теплопроводности 3 — 250 мВт/мК при средней температуре от 100С до 500С.

Для минераловатных изделий используется дополнительно приобретенный эталон теплопроводности из стекловолокна, размеры 500 × 500 мм, толщина 34,8 мм, плотность 74 кг/м3. Коэффициент теплопроводности, как функция средней температуры испытаний (100С — 500С), представлен полиномом третьей степени;

λ = 0.029 394 9 + 0.000106× Т + (2.047×107)×Т2.

В указанной формуле λ измеряется в мВт/мК, Т в град.С.

При проведении измерений ноутбук DELL строит график «теплопроводность — время», что позволяет точно определить выход на стационарный режим, получить надежный результат измерений и сократить время измерений. На рис. 3 представлен график «теплопроводность — время».

Наличие двух образцовых мер теплопроводности дает уверенность в получении точных результатов, однако в плане обеспечения единства измерений приведенные в НД значения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных изделий должны быть представлены с неменьшей точностью.

Первая попытка провести сличительные испытания увенчалась успехом. Работа выполнена совместно с ЗАО «МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА».

Результаты испытаний представлены в таблице 1. Испытанные образцы — в полной сохранности; представляется целесообразным продолжить подобную работу с другими крупными производителями, поставляющими теплоизоляционные изделия московскому строительству. Коэффициенты теплопроводности, измеренные посредством ЕР500е, с хорошей степенью точности можно представить полиномом четвертой степени:

λ10 = 990.9666/ρ — 9.25148 + 0.5284176×ρ — 0.001837539×ρ2.

Формула справедлива для теплоизоляционных плит из каменной ваты плотностью от 44 до 151 кг/м3.

Результаты сличительных испытаний по показателю теплопроводности плит минераловатных производства ЗАО «МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА».

В процессе эксплуатации прибора наблюдалась тенденция получения более высоких значений коэффициента теплопроводности с ростом толщины испытываемого образца.

Так, для плиты из минеральной (каменной) ваты плотностью 30 кг/м3 при δ =75 мм λ = 38.83 мВт/мК, δ = 54 мм λ = 37.96 мВт/м3; плотностью 150 кг/м3: δ = 150 мм λ = 39.75 мВт/мК, δ = 50 мм λ = 38.00 мВт/мК; для плиты пенополистирольной плотностью 30 кг/м3 при δ = 73.5 мм λ = 45.41 мВт/мК, δ = 18.2 мм λ = 41.49 мВт/мК. Лучшая точность измерений при хорошей представительности образца — от 30 до 60 мм толщиной. При испытании двух и трехслойных минераловатных плит или плит с неравномерной по толщине плотностью они должны резаться послойно, а коэффициент теплопроводности плиты должен вычисляться по значениям термических сопротивлений слоев. Например, так, как это выполнено для трехслойной фасадной плиты.


рис. 3. Процесс выхода в стационарно-тепловой режим.

Общая толщина испытанных образцов — 187 мм, суммарная величина термического сопротивления — 4.93 м2 0С/Вт. Коэффициент теплопроводности λ = 0. 038 Вт/(м0С), плотность ρ = 132 кг/м3.

Для проведения исследований в основном использовался λ-Meter EP500e — как базовый прибор контроля теплопроводности. Дополнительно использовались следующие средства измерения коэффициента теплопроводности, дающие возможность в сомнительных случаях перепроверить результаты измерений, провести измерения по образцам неподходящих для ЕР500е размеров и формы:

Всего в рамках выполнения государственной работы (за период январь — май) было проведено 100 испытаний минераловатных и пенополистирольных плит.

По мере развития ГБУ «ЦЭИИС» перечень контролируемых технических показателей, влияющих на прочностную и экологическую безопасность, может быть расширен. В первую очередь это касается модуля кислотности и водостойкости каменной ваты, от их величины зависит долговечность минераловатных плит. От сверхнормативного количества незаполимеризованного связующего — онкологическая угроза жильцам и «высолы» на стенах. Паропроницаемость — стена должна «дышать».

Предел прочности на отрыв слоев — важный показатель фасадных плит.

По данным канд. техн. наук В.Б. Пономарева из ОАО «Теплопроект» на тепловую защиту зданий (СНиП 23-02-2003) расходуется 60% теплоизоляционных изделий, 20% на тепловые сети (СНиП 41-02-2003), 20% — на изоляцию оборудования и трубопроводов (СНиП 41-03-2003). Данные документы — в Перечне национальных стандартов и сводов правил по безопасности зданий и сооружений.

В интересах Москвы иметь надежные и экономичные тепловые сети!

В.В. Фетисов

Термозащита и средства по уходу

Новости

28.01.2021
Прямые поставки КАНАДСКОГО КЕДРА! Вагонка, полок, уголок! Лучшие цены на канадский кедр! Скидки! Доставка по Москве/МО и Региона РФ! В наличии на складе!

Канадский кедр — очень прочное дерево, которое отлично переносит воздействие на него природных факторов. Древесину используют для отделки премиальных бань и саун. Дерево не имеет своего одного характерного цвета, он варьируется от нежно-розового до бронзово-коричневого. Кедр не поддается гниению, не трескается и имеет  низкую теплопроводность, не боится бактерий, насекомых и высокой влажности, что характерно для банной среды. Присущий дереву приятный аромат, благодаря смолам, не только уничтожает бактерии, но и создает в парной терапевтический эффект. 

07.10.2020
НОВИНКА! Обливное НЕВАЛЯШКА! Для маленьких бань с низкими потолками!

Обливное устройство Неваляшка благодаря своим размерам можно установить в небольших комнатах и с низкими потолками, а так же возможно установка на стену и на потолок! Удобно, качественно, быстро! Вес товара: 3.8 кг. Специальный уступ на устройстве позволяет достичь «эффекта водопада»

19.06.2020
Дорогие покупатели! Уведомляем вас о следующих изменениях в товарах компании Гефест!

Дорогие оптовые и розничные покупатели! Уведомляем вас, что Компания Гефест снимает с производства перечисленные ниже модели чугунных банных печей и их модификации Гефест в сетке, Гефест Ураган, Печь КомплектыГефест в облицовке: Гефест 15, Гефест 15М, Гефест 15П, Гефест 25, Гефест 25М, Гефест 25П, Гефест 35, Гефест 35М, Гефест 35П

Печи линейки «Гефест ЗК» получили еще одно техническое новшество: пирамидальные приливы на внутренних поверхностях стенок топочной камеры.

Они способствуют более эффективному горению дров и ускоряют передачу тепла на поверхность, что сокращает время нагрева парного помещения. Для новых заказов будут отгружаться уже обновленные модели.

В линейку «Гефест ЗК» добавлена новая модель Гефест ЗК 25. Весь модельный ряд данной линейки состоит теперь из следующих моделей: Гефест ЗК 18, Гефест ЗК 25, Гефест ЗК 30, Гефест ЗК 40, Гефест ЗК 45, Гефест ЗК 100.

Термозащита является важнейшим элементом отделки парной, обеспечивая пожаробезопасность всей бани. Источники повышенной пожарной опасности в бане это печь для бани и дымоход. В инструкциях по установке и эксплуатации банных печей производитель всегда указывает пожаробезопасные расстояния от печи до сгораемых поверхностей, но очень часто размеры парной не позволяют выполнить эти требования. Эту проблему и решает термозащита. Основные материалы для термозащиты это экраны из нержавеющей стали и минерит.

Экраны из нержавеющей стали имеют три основных типоразмера: 1м х 1м, 1м х 0,6м и 0,5м х 0,5м. Края экрана загнуты под углом 90º и образуют бортики высотой около 1см, внутрь закладываются листы базальтового картона, природного негорючего материала, затем экран с вложенным базальтовым картоном крепиться на защищаемую поверхность. Это, как правило, две ближайших к печи стены и потолок в месте прохода дымохода.

Минерит– негорючий цементно-волокнистый материал, который не деформируется под воздействием влаги, размером 1,2м х 0,6м. Для максимального уменьшения расстояния от печи до сгораемой поверхности до 12,5см монтируется в два слоя. Для фиксации расстояния между слоями применяются керамические втулки длиной 3см.

Часто стены, прилегающие к дровяной печи, выкладывают кирпичом, иногда на всю высоту. Если использовать декоративный кирпич различной фактуры, то, помимо практической функции обеспечения пожарной безопасности, он придаст вашей парной индивидуальность, если же облицевать стены плиткой из талькохлорита, вы получите и эстетику, и прекрасный микроклимат в парной.

Алюминиевой фольгой покрываются все стены и потолок парной (до монтажа вагонки), она работает как теплоотражающий экран и уменьшает потери тепла. Алюминиевым скотчем проклеивают стыки между слоями фольги, алюмобитумная лента служит для герметизации швов, например в местах прилегания проходной муфты к крыше, керамические втулки обеспечивают соблюдение одинакового расстояния между слоями термозащиты(минерита).


защитный экран для печи из минерита и портал, технические характеристики материала, установка листа

Многофункциональный облицовочный материал нового поколения минерит был изобретен еще в конце XIX столетия уроженцем Австрии Людвигом Хатчеком. Применяется для отделки фасадов, изоляции деревянных стен от огня и повышенных температур. Получают его путем прессования из цементного раствора, армирующего волокна и минеральных добавок.

Технические характеристики

Баню можно отнести к пожароопасным объектам. Как правило, стены для бани выполняются из древесины, внутри для обогрева строится печка, чтобы усилить образование пара, добавляют каменку. В таком случае требуется надежная изоляция деревянных стен. Благодаря повышенной устойчивости к воздействию окружающей среды минеритовый лист – незаменимый изоляционный материал для бани.

Он обладает достаточно безопасными свойствами, так как не имеет в составе асбеста, и при прогревании не выделяет токсических для человека веществ.

В плитах из минерита содержится:

В зависимости от требуемых свойств меняются и компоненты, наполнители и красители.

Перечислим главные технические характеристики минерита.

  1. Пожаростойкость. Плиты выдерживают температуру от 150°С до 400-600°С, поэтому из них устанавливаются огнеупорные перегородки между деревянными стенами и печью, а также монтируются печи на стенах.

  2. Легкость, прочность и долговечность. Под воздействием сильных нагрузок плиты не деформируются. Имеют повышенную ударопрочность.

  3. Благодаря комбинации таких составляющих, как цемент и минеральные волокна, материал имеет достаточную влагостойкость. Цемент устойчив к поражению грибками и плесенью, препятствует гниению и разложению.

  4. Проявляет устойчивость при воздействии агрессивными реагентами, кислотами и щелочами.

  5. Хорошо поглощает звук, поэтому может использоваться для звукоизоляции.

  6. Натуральность и экологичность, что гарантирует отсутствие вредных выделений при нагревании.

Минеритовые плиты применяются не только как огнеупорная прослойка, но и в тех местах, где требуется декоративная отделка возле каминов и печей. С этой целью изготавливаются фактурные плиты, имеющие вид кирпичной или каменной кладки.

Декоративный минерит может иметь разную окраску, стандартная толщина декоративного листа 8 мм.

Применение

Универсальные свойства фиброцементной плиты определяют его многофункциональность.

Огнестойкость и устойчивость к высоким температурам позволяет использовать минерит в качестве изоляционного материала. Защитные экраны для печи из минерита «ЛВ Сауна» устанавливаются в банях, саунах, возле каминов и печей. Они обеспечивают полную пожарную безопасность помещений. При помощи минеритовых листов проводят экранирование защищенных путей отхода людей в случае появления возгорания, а также разграничение зон в помещениях.

Существуют более термоустойчивые вариант минерита – суперизол. Такие плиты могут выдерживать температуру до 1000°С.

Разработана технология монтажа поверхности стен, потолка, дымоходов и вентиляционных ходов в помещениях с повышенной опасностью возгорания. Плиты устанавливаются на каркас из профилей. При довольно близком расположении печи к стене защитный экран устанавливается непосредственно на стену, оставив небольшой зазор в 30 мм при помощи керамических втулок. Это будет портал для циркуляции воздуха между защитной плитой и древесиной стены, не допускающий перегрева дерева.

Устойчивость к удару и механическому воздействию используется в устройстве вентилируемых и невентилируемых фасадов. В таком случае плиты минерита ВЗ выполняют двойную функцию ветро- и гидрозащиты. Это наиболее габаритные листы, обычно их выпускают в двух категориях – шириной 90 и 120 сантиметров и длиной 2 м 70 см.

Универсальные плиты с обозначением ХД характеризуются влагостойкостью, прочностью, они не боятся температурных колебаний.

Могут использоваться для внутренней отделки зданий и наружной облицовки. Плиты имеют гладкую поверхность, на которую легко наносятся финишные материалы отделки. Наряду с пенополиуретаном ППУ, минеритовые плиты используют при необходимости создать очень прочный фасад. Толщина минерита ХД может колебаться от 3,5 до 10,5 мм. Наиболее востребованы листы толщиной 8 мм.

Плиты фасадные обозначаются ПК. Это универсальная минеритовая плита, с одной стороны на нее нанесен слой финишной грунтовки, на другую лицевую сторону нанесена акриловая краска. Фасадный минерит выпускают в 4-х размерах.

Для облицовки фасадов используются и фиброцементные плиты «Пастель», имеющие совершенно ровную поверхность, обработанные методом шлифования, и окрашенные в разные цвета.

Для защиты балконов и лоджий используют плиту МК, главная характеристика которой – повышенные прочность и долговечность, влагостойкость и самоочищающаяся поверхность.

Способность задерживать влагу и препятствовать развитию грибковых инфекций плит «Акваблок СП» используется для гидроизоляции в душевых кабинках, бассейнах.

Установка минерита может сопровождаться дополнительной отделкой кафельной плиткой или влагостойкими обоями, а может использоваться как самостоятельный отделочный материал. Имеет много разных цветов окраски.

Чем можно заменить?

Не всегда есть возможность приобрести минеритовые плиты, особенно это касается дачных поселков и удаленных деревень. Соответственно, возникает вопрос: как выйти из ситуации, и чем можно заменить фиброцементную плиту.

С давних времен в строительстве бань пользовались местными материалами, которые находили в месте поселения. Главными характеристиками для материалов, отделяющих печку от деревянной стены, должны быть:

  • низкая теплопроводность,

  • безопасность.

Среди домашних бюджетных вариантов замены – природный камень, кирпич. Среди более распространенных материалов можно использовать:

  • огнеупорный гипсокартон, пронизанный стекловолокном, удерживает нагревание плиты в течение 25 минут, а возгорание до 55 минут;

  • надежным вариантом будет установка экрана из нержавеющей стали, с использованием прослойки из базальтовой ваты;

  • стекловолокно характеризуется отсутствием вредных смол, испаряющихся при подогреве, легко монтируется;

  • еще один вариант – терракотовая термостойкая плитка, которую изготавливают из каолина без красителей и химических добавок. Обладает хорошей паропроницаемостью, способна выдерживать температуру до 1100°С.

Как крепить?

Выполнение монтажа плит из минерита своими руками не требует специальной подготовки. Для этого требуются обычный шуруповерт и саморезы. Рассмотрим, как выглядит схема монтажа защитного экрана.

  1. Чтобы установить минеритовые плиты в защитный экран, на стене закрепляется металлический профиль и в вертикальном, и в горизонтальном направлении. Лист минерита закрепляется на металлический профиль с помощью саморезов. Для них шуруповертом сверлят отверстия по размеру больше, чем саморез. Под плиту устанавливают керамические втулки, высотой около 3-5 см. Саморезы полностью не зажимаются. Оставляют небольшой свободный ход, для увеличения при разогреве. Полностью саморезы можно будет закрепить только после почти годичной эксплуатации экрана.

  2. Второй лист будущего экрана крепится теми же саморезами, и снова через керамические втулки. Внутри двух листов должна образоваться небольшая пустота, чтобы исключить перегрев деревянных поверхностей.

Необходимо помнить, что устанавливать печи в бане ближе чем на 0,5 метра от стены нельзя.

​​​​​​ ​​​​Установка печи в бане прямо на деревянный пол возможна только при полной изоляции деревянных перекрытий пола. Возможен монтаж минеритовой плиты на кирпичную кладку, когда кирпичи положены не сплошным слоем, а с зазорами, через которые идет вентиляция воздухом.

Панели конструкционные Минерит Кровля (Минерит ВЗ)

Р а зме р ы
Ширина, мм 900;1200
Длина, мм 2700
Толщина, мм 4,5
Ф и зи че ски е сво й ст ва
Плотность, кг/м3 1450
Вес, кг/м2 6,5
Вес, кг/плита 15,8;21,1
К о эффи ц и е н т уп р уго ст и п р и и зги бе
В сухом состоянии вдоль, ГПa 7
В сухом состоянии поперек, ГПa 7
Во влажном состоянии вдоль, ГПa 3
Во влажном состоянии поперек, ГПa 3
Пр о чн о ст ь п р и и зги б е
В сухом состоянии вдоль, MПa 20
В сухом состоянии поперек, MПa 16
Во влажном состоянии вдоль, MПa 14
Во влажном состоянии поперек, MПa 10
Пр о чн о ст ь п р и п о п е р е чн о м р а ст яж е н и и
В сухом состоянии, MПa min 0,3
Во влажном состоянии, MПa
Пр о чн о ст ь н а р а зр ыв (3 0 -5 0 % RH)
В продольном направлении, МПа 13
В поперечном направлении, МПа 9
Уда р н а я вязко ст ь (Ch a rp y)
В сухом состоянии вдоль, кДж/м2 4,0
В сухом состоянии поперек, кДж/м2 3,0
Те п л о вые ха р а кт е р и ст и ки
Теплопроводность, Вт/м °С 0,3
Коэффициент теплового расширения, мм/м °С 0,008
Удельная теплоемкость, кДж/кг °С 0,9
Диапазон температур, ° С max 150
Морозостойкость, циклы 50
В л а го ст о й ко ст ь
Водопоглощение, % 20,0
Влажный-сухой-влажный, мм/м 2,8
Разбухание после 24 ч в воде, % 0,4
По ка за т е л и п а р о п р о н и ц а е мо ст и
Паропроницаемость, нг/м2 с Па 400
Сопротивляемость проникновению водяного пара, ГПа с м2/кг 2,3
Сопотивляемость проникновению водяного пара, с/м 18. 000
Сопротивление диффузии водяного пара, МНс/гм 500
Коэффициент диффузного сопротив-ления водяного пара, µ 120
До п уски
Толщина, мм ±0,6
Длина, мм ±5
Ширина, мм ±3
Др уги е ха р а кт е р и ст и ки
pH уровень поверхности (0-14) 11
Категория, класс, EN 12467 NT D4 II
Класс горючести, EN 13501 A2, s2-d0
Класс горючести, ГОСТ 34244-94 м.1 НГ

Монтаж печей каминов от организации с Лицензией МЧС.

  1. Главная
  2. Монтаж печей каминов

       

Печь камин— это уже готовое, отдельно стоящее, устройство, которое не нуждается в облицовке. Но не стоит забывать, что в печи-камине, так же как и в камине горят дрова, а огонь потенциально опасно воздействует на горючие вещества. Поэтому, необходимо защищать горючие элементы конструкций вашего дома — это стены, пол, потолок, кровля. Горючие элементы стен защищаются минеритом , суперизолом, базальтовой ватой, и обязательно оставляется воздушный зазор между минеритом и стеной. Ведь воздух- самый лучший изолятор, теплопроводность воздуха даже меньше чем у суперизола. Поэтому если есть возможность нужно оставлять как можно больше пространства для воздушной прослойки. 

Какой выбрать дымоход к печи камину?

       Также для того, чтобы безопасно горел огонь, печи камину необходим качественный дымоход. Мы предлагаем только сертифицированные и проверенные и протестированные на заводах дымоходы. В зависимости от качества и надёжности нержавеющей стали дымоходы подразделяются на несколько групп- Эконом, Стандарт и Люкс. Какой именно дымоход подходит вам , вы можете уточнить у нашего менеджера, позвонив по телефону и рассказав характеристики вашего дома, интенсивности использования печи, и вашего бюджета. 

Какое основание сделать под печь камин?

      В деревянном доме, для того ,чтобы поставить печь камин на пол, нужно обязательно продумать основание. Мы советуем своим клиентам установить печь либо на металлический лист, либо на керамогранитную плитку (под плитку укладываем лист минерита, чтобы при движении пола плитка не рассыпалась)

Стекло -не советуем- пол чуть сыграл и напряжение на отдельный участок стекла увеличилось. А если печь весит около 100кг, то происходит растрескивание стекла. Очень не практично. А если у вас бетонный пол, то опасаться нечего, можно положить плитку и поставить печь.

— — — — — — 

Обращаясь к нашим специалистам, вы получите подробную консультацию и точно подберете печь-камин, которая подойдет именно вашему дому и будет приносить только качественное и достаточное тепло.

Остался вопрос? Оставьте заявку!

Фаспан ( Минерит ) негорючая плита 1200х600х9 для изоляции бани печей

Объявление находится в архиве и может быть неактуальным

Негорючая плита Фаспан (Минерит) применяется для изоляции от жара стен в домах, банях, обустройства путей эвакуации, монтажа противопожарных перегородок.

Высота, мм 1200
Ширина, мм 600
Вес, кг 9
Толщина, мм 9

Плиты сертифицированы, относятся к высшему классу огнестойкости А1 (негорючие материалы).
Разработаны с учетом передовых технологий противопожарной безопасности.
Выполнены из экологически чистых материалов, безопасны для здоровья.
Не подвержены гниению, выдерживают сильную влажность и высокие перепады температур, не выделяя вредных веществ.
Обладают высокими эстетическими характеристиками, не нуждаются в дополнительном декорировании.

Плотность 1100 кг/м2
Щелочность 7-10 pH
Прочность вдоль волокон > 9,1 MPA
Прочность поперек волокон > 14 MPA
Влажность 10%
Теплопроводность 0,20 Вт/м*К
Класс горючести НГ
Цвет Светло-бежевый
Поверхность Шлифованная

Товар в наличии во Владивостоке. Срок доставки в Южно-Сахалинск 5-7 дней. Постоянно отправляем с транспортными компаниями Баграм, Сахалин Кенгуру, Трансэкспедиция. Трансэкспедиция также доставляет по Сахалину. Гарантия доставки. Работаем с безналом. Стоимость доставки 2,5-2,8т.р. за м3 или 5-6р за 1кг. Поэтому доставка из Владивостока это реально, просто и недорого.

Также лучше плиты везти в обрешетке, минимальная стоимость обрешетки в ТК 800-1000р за 0,2-0,3м3, таким образом выгодно привезти несколько листов 3-10шт, тоже касается и тарифа по доставке минималка в среднем 600-800р, на объем 0,1-0,2м2, при весе до 50кг.

ООО «ДВ-Дача» , г.Владивосток, ОГРН 1172536028059


Фиброцементная плита 1200*630*9мм Multiforce Sauna, Cembrit

Огнестойкая негорючая цементно-волокнистая плита с твердой поверхностью. Плита хорошо выдерживает нагрузки и имеет ударопрочную поверхность. Плиты Минерит Сауна хорошо переносят воздействие влаги. Они впитывают и отдают влагу, при этом прочность не снижается. Незначительность изменения размеров при воздействии влаги делает возможным монтаж плит встык. Основным компонентом продукта является цемент, который создает щелочную среду и обладает высоким коэффициентом pH (11), что исключает развитие плесени и других микроорганизмов. Плита не гниет и не разлагается.

Плита относится к классу абсолютно негорючих материалов по ГОСТ 30244-94 м.1.
Рабочая температура плиты от -80С до +150С (плита не меняет своих физико-механических свойств), максимальная температура нагрева 400С. При нагревании плиты Минерит ЛВ сауна не выделяют вредных и токсичных веществ, так как не содержит асбеста и других вредных для здоровья соединений в своем составе.

Плиты Минерит ЛВ легко поддаются обработке. Для этой цели можно использовать те же самые инструменты, что и при работе с деревом, причем распил плит можно выполнить столь же легко, как и распил, например, ДВП. Плиты Минерит ЛВ можно обрезать путем выполнения надреза и затем сгибания по нему. Пыль, образующаяся при обработке плиты, не вредна для здоровья человека.
Фиброцементная плита Минерит Сауна используется для экранирования горячих печей в саунах и другого тепловыделяющего оборудования, для возведения огнестойких перегородок при делении помещений на противопожарные отсеки, облицовки стен и потолков в любых помещениях с повышенными требованиями к пожарной безопасности, для защиты от пожара путей эвакуации.

Характеристики :

Плотность, кг/м3 1150
Вес, кг/м2 10,8
Теплопроводность, Вт/м °С 0,25
Коэффициент теплового расширения, мм/м °С 0,007
Диапазон температур, °С Max 150
Удельная теплоемкость, кДж/кг °С 0,9
Водопоглощение, % 32,0
Разбухание после 24 ч в воде, % 0,7
Паропроницаемость, нг/м2 с Па 450
Сопротивляемость проникновению водяного пара, с/м 17. 000

Галерея минералов: термические свойства минералов

»
Сера
Москвич
Графит
Серебро
Киноварь
Галена
Меркурий
Пирофиллит
Апофиллит
Колеманит
Есть два вида термических свойств, которые могут быть полезны для идентификации минералов:
  1. «Осязание» образца (испытание на ощупь).
  2. Реакция на нагрев

Прикосновение полезно для классификации теплопроводности образец. Опытным осязанием можно многое рассказать или (особенно небольшой экземпляр с глянцевой поверхностью) на прохладный экземпляр можно также подышать теплой рукой. Если это изоляция, ваше дыхание может конденсироваться на поверхности. Если он токопроводящий, то тепло ваших пальцев может быстро испарить влагу.

Изоляционный
Эти минералы «теплые» на ощупь и плохо проводят тепло по сравнению с большинством минералов. Хорошо известными примерами являются гипс (который на ощупь заметно теплее, чем гипс ). аналогичный образец кварца), также сера , барит и апатит . Могут быть некоторые странности. Например, биотит и мусковит имеют среднюю проводимость вдоль слоев кристаллов, но являются изолирующими по нормали к этим слоям.Разница гораздо более драматична в графит , приближается к алмазу по плоскости кристалла, обладает высокой изоляцией нормально к этому. В действительности многие минералы имеют разную термическую проводимость по разным осям кристалла, но в целом не так велика, как слюды, не говоря уже о графите.
Средний/нормальный
К сожалению, теплопроводность большинства минералов трудно определить вручную.К ним относятся распространенные минералы, такие как кварц и кальцит.
Проводка
Эти минералы «холодны» на ощупь, так как быстро отводят тепло ваших пальцев. Это включает в себя большинство металлов, но обратите внимание, что алмаз имеет самую высокую из известных теплопроводность (в пять раз выше, чем $#2, серебро ). Есть несколько других неметаллических минералов с аномально высокой теплопроводностью, в том числе корунд (сапфир и рубин), гематит , шпинель и пирит .

Реакция на нагревание: Некоторые минералы имеют характерную реакцию на нагревание, в том числе:

Разложение
Киноварь легко восстанавливается до металлической ртути и галенит восстанавливается до свинца (поскольку сера выгорает из соединений). Другой минералы разлагаются, теряя воду гидратации ( гипс превращается в ангидрит, бура превращается в тинкалконит, который, в свою очередь, обезвоживается до порошкообразной безводной буры, а не признанный минерал).Аналогично, тремолит дегидратируется до диопсида.
Плавка
Минералы с низкой температурой плавления включают ртуть , сера , цинк , олово и свинец (все элементы).
Завивка или пилинг
Некоторые из филосиликатов (а подкласс включая глины и слюды) известны листообразованием при нагревании.Минерал Пирофиллит ( огнелист ) назван в честь его способности расслаиваться в хлопьевидную массу при нагревании. Так же, название апофиллит означает « листать отдельно ». Хотя это и не филлосиликат, минерал колеманит также расслаивается при нагревании.
Расширение/набухание
Вермикулит известен своим экстремальным расширением при нагревании. (вермикулит, используемый в почвенных смесях, уже расширен).
Другие химические изменения
Аметист можно превратить в цитрин нагреванием; это связано с изменением степени окисления примесей железа, которые придают обоим цветам.
Другие характеристики:
Минералы, содержащие серу, при нагревании часто пахнут двуокисью серы; минералы, содержащие мышьяк, при нагревании часто пахнут чесноком.

Теплопроводность и диффузионная способность мелкозернистых осадочных пород

Теплопроводность и диффузионная способность являются важными теплофизическими свойствами горных пород, необходимыми для определения теплового потока, оценки глубинного термического режима и реконструкции термической истории осадочных бассейнов [1, 2].Теплопроводность — К — теплота, передаваемая за счет единичного градиента температуры в стационарных условиях через единицу площади слоя материала единичной толщины. Следующее свойство — тепловая эффузивность — требуется при анализе условий, зависящих от времени. Он отражает способность материала обмениваться теплом с окружающей средой, т. е. накапливать или рассеивать тепло. Значения теплопроводности и эффузивности позволяют рассчитать коэффициент температуропроводности — свойство, которое описывает, насколько быстро материал реагирует на изменение температуры.Это мера изменения температуры в единице объема материала, вызванного теплотой, протекающей в единицу времени через тело единичной площади и единичной толщины при единичной разности температур между его гранями. Исследование этих параметров горных пород проводится для целей локации геотермальных систем [3, 4, 5], геотермального моделирования [6] и породостроительных материалов в аспекте экономии тепловой энергии [7].

Термические свойства связаны с минеральным составом, уплотнением (и, как следствие, пористостью) и анизотропией породы.Другими важными факторами образования пород являются объемные соотношения между твердой, жидкой и газообразной фазами и влажность. Принято считать, что теплопроводность горных пород уменьшается с повышением температуры и увеличивается с ростом давления, а эффекты температуры и давления противодействуют друг другу [2]. Следовательно, в некоторых исследованиях этими эффектами можно пренебречь; однако следует отметить, что необходимо учитывать водонасыщение для коррекции теплопроводности на месте.

Теплопроводность горных пород обычно находится в пределах 0,40–7,00 Вт·м –1  К –1 [8]. Низкие значения характерны для сухих, не сцементированных осадочных пород, таких как гравий и пески. Более высокие значения теплопроводности характерны для большинства осадочных и метаморфических пород, а очень высокие — для кислых магматических пород. Породы с высоким содержанием кварца (например, кварцит, песчаник), а также водонасыщенные породы являются лучшими теплопроводниками [9]. Balckwell и Steele [10] приводят значения теплопроводности для песчаников в диапазоне 2.50–4,20 Вт·м –1 K –1 , для сланцев: 1,05–1,45 Вт·м –1  K –1 , для аргиллитов и алевролитов: 0,80–1,25 Вт·м 28 −1 .

Несмотря на многочисленные измерения теплопроводности магматических и метаморфических пород, мало внимания уделялось осадочным породам и тепловому потоку в осадочных бассейнах [9, 11]. Геотермические исследования осадочных пород связаны с разведкой углеводородов, связывая теплопроводность и глубину залегания или стратиграфический возраст [12].Термическая эволюция материнских пород и результирующая термическая зрелость зависят от литологии осадочного бассейна и исходной теплопроводности пород [1]. В случае осадочных пород, особенно сланцев, которые имеют тенденцию быть сильно анизотропными, важной информацией является направление измерения теплопроводности. Для оценки земного теплового потока релевантная теплопроводность – это теплопроводность, перпендикулярная слоистости [11].

При анализе минерального состава горных пород содержание кварца считается фактором первого порядка, так как кварц является прекрасным теплопроводным материалом, обладающим высокой теплопроводностью: 6. 5–11,3 Вт·м −1 K −1 (параллельно оптической оси с кристалла) [13].

В случае осадочных пород важным фактором является пористость. При заполнении пор воздухом с низкой теплопроводностью (0,026 Вт·м -1 К -1 ) высокая пористость, очевидно, снижает теплопроводность породы. При замещении воздуха водой (или рассолом) в условиях водонасыщения теплопроводность породы выше. Помимо пористости в качестве фактора, контролирующего теплопроводность осадочных пород, рассматривается и происхождение конкретного осадка [2].

Целью наших исследований было определение теплопроводности пород, представляющих Карпатский флишевый пояс, Люблинскую впадину и Балтийскую впадину, перспективных для добычи традиционных и нетрадиционных углеводородов соответственно. Измеренные значения могут быть полезны для разработки соответствующих моделей резервуаров, а также для расчета состава жидкостей для гидроразрыва, особенно насыщенных жидкостей и пен. Для сравнения были также исследованы сланцевые породы из других мест (Судетские горы и горы Святого Креста), которые могут иметь важное значение в качестве строительного материала.

В этом исследовании мы проанализировали некоторые образцы тонкозернистых осадочных пород, в основном сланцев; следовательно, важным вопросом было сравнение значений теплопроводности в параллельном и перпендикулярном направлении к залеганию в горных породах. В случае сланцев, поступающих из скважин, размер пробы довольно мал; поэтому был использован анализатор теплопроводности TCi производства C-Therm Technologies (Канада), так как он позволяет быстро измерить небольшой образец.

Минералогия, контроль пористости и флюидов на теплопроводность осадочных пород | Geophysical Journal International

Представлены оценки теплопроводности основных неглинистых и глинистых осадочных минералов, особенно для глинистых.Эти оценки являются усредненными оценками, основанными на интерпретации лабораторных измерений электропроводности, пористости и минералогии, выполненных на малых объемах (порядка 100 см 3 ) водонасыщенных, влажных и воздухонасыщенных образцов. Проба репрезентативна для основных осадочных пород (песчаников, карбонатов, эвапоритов и сланцев) и состоит из образцов, рассматриваемых как структурно изотропный материал.

Во-первых, мы экспериментально проверяем контроль первого порядка минералогии, пористости и содержания флюида на объемной проводимости, и мы демонстрируем, что такие влияния могут быть точно предсказаны с помощью модели среднего геометрического, если используются изотропные образцы.Затем мы интерпретируем данные, используя обратный метод, чтобы оценить среднюю минеральную проводимость основных неглинистых и глинистых минералов, которые лучше всего подходят для отдельных лабораторных измерений с помощью модели среднего геометрического.

Анализ основан на измерениях 82 неглинистых образцов и 29 глинистых образцов, отобранных на керне или выбуренной породе нефтяных скважин, на обнажениях и на искусственно повторно уплотненных образцах. Оценки средней минеральной проводимости, возвращаемые процессом инверсии, для основных неглинистых минералов аналогичны общепринятым значениям: 7.7 Вт м -1 К -1 для кварца, 3,3 Вт м -1 К -1 для кальцита, 5,3 Вт м -1 К -1 для доломита и -6,3 Вт м 1 K −1 для ангидрита. Значения, полученные для глинистых минералов, систематически ниже полученных для неглинистых, они составляют порядка 1,9 Вт м -1 К -1 для иллита и смектита, 2,6 Вт м -1 К −1 для каолинита и 3,3 Вт·м −1 K −1 для хлорита.

Эти оценки в сочетании с данными пористости и минералогии используются с моделью среднего геометрического для проверки ее правильности первого порядка для прогнозирования теплопроводности небольших объемов пористых изотропных осадочных пород. Объемная электропроводность предсказывается с точностью порядка ±10 % для влажных или водонасыщенных образцов и порядка ±20 % для образцов, насыщенных воздухом.

Теплофизические свойства пород бассейна реки По | Международный геофизический журнал

Резюме

Мы представляем анализ термических свойств, плотности и пористости обломочных, химико-биохимических и внутриосадочных вулканитов, отобранных из нефтяных разведочных скважин бассейна По (Северная Италия). Кроме того, мы исследуем применимость модели Хашина-Штрикмана для минерального заполнителя в сочетании с моделью Циммермана, учитывающей форму пор, для расчета объемной теплопроводности. В случае макроскопически изотропных пород отклонения между прогнозируемыми и измеренными значениями составляют от -2,2% до 6,9% и значительно уменьшаются, если выбрано правильное соотношение размеров пор. Что касается объемной теплоемкости, приблизительные оценки были получены посредством средневзвешенной объемной теплоемкости минеральных зерен и воды, заполняющей поры.Расхождения между расчетными и измеренными значениями составляют от –6,2% до 4,9%, а расчетная объемная теплоемкость в среднем ниже на 1,6%. Потеря воды при уплотнении и повышение температуры с глубиной являются основными факторами, определяющими тепловые свойства. Эффект анизотропии имеет место в случае пород, богатых пластинчатыми силикатами. Вследствие вращения этих минералов вертикальная теплопроводность пластовых силикатов экспоненциально уменьшается с глубиной залегания от 2. 13 Вт м −1 K −1 на поверхности до 0,52 Вт м −1 K −1 на 4,5 км. Лабораторные данные позволяют составить кривые уплотнения для различных типов осадочных пород. Наконец, приведены примеры оценок вертикальной теплопроводности и теплового потока in situ для двух нефтяных скважин, по которым литостратиграфическая информация известна достаточно подробно.

1 Введение

Бассейн По представляет собой осадочный бассейн шириной в несколько сотен километров, в основном заполненный обломочными и химическими/биохимическими отложениями, заключенный между Альпийским и Апеннинским орогенными поясами (рис.1). Паскуале и Вердоя (1990) дали первое представление о поверхностном тепловом потоке бассейна, который является основным ограничением для изучения подземного теплового режима. Их исследование было основано на предположении, что теплопроводность является доминирующим механизмом теплопередачи в бассейне. Однако наличие водоносных горизонтов на разных глубинах, как и в большинстве осадочных бассейнов, требует осторожности при интерпретации теплового потока, поскольку фактический тепловой режим может быть результатом сложного наложения процессов тепломассопереноса, связанных с потоком подземных вод. (т.е.г. Джессоп 1990; Ингебритсен и Сэнфорд, 1998).

Рисунок 1

Расположение скважин (черные кружки), образцы керна которых использовались для лабораторных измерений.

Рисунок 1

Расположение скважин (черные кружки), образцы керна которых использовались для лабораторных измерений.

Возможным подходом к расшифровке теплового режима является сравнение тепловых данных, доступных по скважинам, с чисто кондуктивной тепловой моделью. Отклонения от этой модели могут позволить обнаружить конвективные эффекты, последующее моделирование типа потока в глубоком региональном водоносном горизонте и, в конечном счете, оценку геотермальных ресурсов (Pasquale 2008a).Однако такой подход применим только при условии, что теплофизические свойства осадочной толщи известны в деталях, так как вариации этих свойств могут привести к значительной неправильной интерпретации термальных аномалий (Deming 1994; Clauser & Huenges 1995; Davis et al. 2007).

Эта работа входит в программу исследований, направленных на лучшее понимание геотермального потенциала глубоких осадочных толщ бассейна реки По. Представлены результаты лабораторных измерений термических свойств, плотности и пористости образцов горных пород, извлеченных из нескольких нефтяных скважин, пробуренных в бассейне.Затем результаты проверяются с помощью моделей смешения для прогнозирования теплопроводности и объемной теплоемкости на основе знания объемных долей породообразующих минералов. Для описания свойств пород бассейна при любых возможных условиях глубины залегания, температуры и анизотропии мы предлагаем подход, который позволяет сделать вывод о термических параметрах in situ на основе минерального состава или литостратиграфических данных. Наконец, приведены примеры расчета теплопроводности и поверхностного теплового потока для двух глубоких скважин.

2 типа камней

Итальянская национальная нефтяная компания (Eni E&P Division San Donato Milanese, Milanese) предоставила более 100 образцов керна из 25 разведочных нефтяных скважин, разбросанных по бассейну реки По (рис. 1). Керны содержат обширную коллекцию основных литологий бассейна до глубины 6500 м. Большинство из них являются осадочными и включают обломочные и химические/биохимические породы. Несколько образцов представляют собой эффузивные породы, принадлежащие к внутриосадочным вулканическим телам.Отобранные литотипы макроскопически изотропны, за исключением некоторых алевролитов, сланцев и алевритистых сланцев с горизонтальной слоистостью пластинчатых силикатов.

Рентгенофазовый анализ, проведенный для всех образцов, дал информацию о минеральном составе породы. Анализ тонких шлифов выбранных репрезентативных образцов, пропитанных метиленовым синим, обеспечил визуальную оценку размера зерна, сортировки, ткани и формы пор. В таблице 1 перечислены исследованные породы по их происхождению и составу, а также количество имеющихся образцов для каждого литотипа.

Таблица 1

Лабораторные результаты физических свойств. k r — теплопроводность водонасыщенных изотропных (код 1-5 и 9-18) образцов, ø — пористость, ρ r c r

3 2 04 – объемная теплоемкость и плотность соответственно как изотропных, так и анизотропных (код 6-8) сухих образцов. Приведены стандартное отклонение (в скобках) и число n образцов.

Таблица 1

Лабораторные результаты физических свойств. k r — теплопроводность водонасыщенных изотропных (код 1-5 и 9-18) образцов, ø — пористость, ρ r c r

3 2 04 – объемная теплоемкость и плотность соответственно как изотропных, так и анизотропных (код 6-8) сухих образцов. Приведены стандартное отклонение (в скобках) и число n образцов.

Обломочные отложения представляют собой преимущественно консолидированные породы и состоят из каркасных силикатов и зерен карбонатов, рассеянных в глинистой матрице или известковом цементе. Большинство образцов представляют собой мергели и алевритовые мергели морского происхождения, образованные карбонатно-кальциевым илом, содержащим переменное количество глин. В дополнение к глине и карбонату кальция обычно присутствуют зерна кварца, плагиоклаза и калиевого полевого шпата размером с ил. Сланцы в основном состоят из смеси глинистых минералов и крошечных фрагментов других минералов, особенно мусковита, кварца и, в меньшей степени, полевых шпатов и кальцита.Отобранные пробы глинистых песчаников представлены каменными и полевошпатовыми аренитами, в основном сложенными сцементированными песчаными отложениями, во многих случаях преобладающими обломками пород размером с песок и кварцем. Размер зерен варьируется от среднего до мелкого, с глинистой матрицей и/или известковым цементом. Как обломки, так и матрица калькаренитов обычно известковые, и лишь небольшой процент зерен образован кварцем и глинистыми минералами. На рис. 2 приведены несколько примеров микроскопического строения некоторых образцов терригенных отложений.

Рисунок 2

Микрофотография некоторых обломочных пород из таблицы 1 в плоскополяризованном свете. (а) 2-Алевритовый мергель: рассеянный алеврит (кварц и плагиоклаз) с планктонными и бентонными фораминиферами, частично пиритизированными и местами пластинками пирита в мергелистом матриксе. ; пористость локализована послойно вдоль пиритовых пластинок; б – 3 – известковый мергель: алевриты (преимущественно кварцевые) и планктонные фораминиферы, рассеянные в мергелистом матриксе с внутризерновой и меловой пористостью; в — 6-алевролит: алеврит (кварц, плагиоклаз, калиевый полевой шпат и слюда) и зерна микрита в глинистой матрице с малой пористостью; (d) 4-Глинистый песчаник: песчаник от среднего до мелкого, образованный зернами кварца, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и слюды в глинистой матрице, внутризернистый, межзерновой с трещинной пористостью.

Рисунок 2

Микрофотография в плоскополяризованном свете некоторых обломочных пород из таблицы 1. (а) 2-Алевритовый мергель: рассеянный алеврит (кварц и плагиоклаз) с планктонными и бентонными фораминиферами, частично пиритизированными и местами пластинками пирита в мергеле матрица; пористость локализована послойно вдоль пиритовых пластинок; б – 3 – известковый мергель: алевриты (преимущественно кварцевые) и планктонные фораминиферы, рассеянные в мергелистом матриксе с внутризерновой и меловой пористостью; в — 6-алевролит: алеврит (кварц, плагиоклаз, калиевый полевой шпат и слюда) и зерна микрита в глинистой матрице с малой пористостью; (d) 4-Глинистый песчаник: песчаник от среднего до мелкого, образованный зернами кварца, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и слюды в глинистой матрице, внутризернистый, межзерновой с трещинной пористостью.

Химические/биохимические отложения включают карбонатные, эвапоритовые и кремнистые породы. Карбонаты классифицируются на основе текстуры осадконакопления согласно Данэму (1962). Наиболее распространенным минералом является карбонат кальция-магния, который присутствует как в известковистых биокластовых обломках, так и в частицах микрита. Эвапоритовые породы (ангидрит и гипс) мелкозернистые. В ангидритах ассоциированы минералы гипса и кальцита. Кремнистые породы представлены радиоляритами. Примеры микроскопического строения образцов, относящихся к химико-биохимическим породам, приведены на рис.3.

Рисунок 3

Микрофотография некоторых химических/биохимических пород из Таблицы 1 в плоскополяризованном свете. (a) 15-Радиолярит: прослои радиолярий с кремнистыми сланцами, большая часть матрицы окварцована, пористость скудная; (б) 10-аргиллиты: кальцит встречается в виде очень мелких кристаллических зерен до зерен размером с микрит, местами микрокристаллический кварц замещает радиоляриевые и кремнистые конкреции, пористость скудная или отсутствует; (c) 12-Packstone: нескелетные зерна размером от алеврита до микрита, фрагменты моллюсков и морских лилий, расположенные в самоподдерживающемся каркасе, но также содержащие матрицу из известкового ила и глинистых слоев, скудная пористость; (г) 14-долостон: очень тонкокристаллический доломит, кристаллы обычно имеют субидиоморфную или идиоморфную форму и местами окружены глинистыми минералами, межкристаллическая пористость слабо развита или отсутствует.

Рисунок 3

Микрофотография некоторых химических/биохимических пород из Таблицы 1 в плоскополяризованном свете. (a) 15-Радиолярит: прослои радиолярий с кремнистыми сланцами, большая часть матрицы окремнена, пористость скудная; (б) 10-аргиллиты: кальцит встречается в виде очень мелких кристаллических зерен до зерен размером с микрит, местами микрокристаллический кварц замещает радиоляриевые и кремнистые конкреции, пористость скудная или отсутствует; (c) 12-Packstone: нескелетные зерна размером от алеврита до микрита, фрагменты моллюсков и морских лилий, расположенные в самоподдерживающемся каркасе, но также содержащие матрицу из известкового ила и глинистых слоев, скудная пористость; (г) 14-долостон: очень тонкокристаллический доломит, кристаллы обычно имеют субидиоморфную или идиоморфную форму и местами окружены глинистыми минералами, межкристаллическая пористость слабо развита или отсутствует.

Образцы вулканических пород представляют собой лавы дацитового состава. Они имеют порфировую текстуру и содержат от 25 до 35% вкрапленников, преимущественно плагиоклаза + кварца + биотита. Вкрапленники залегают в скрытокристаллической основной массе, состоящей из плагиоклаза, кварца, оксидов и небольшого количества калиевого полевого шпата. Процессы изменения привели к образованию минералов каолинитовых и иллит-смектитовых глин в результате химического выветривания алюмосиликатных минералов, таких как полевой шпат.

3 Лабораторные измерения

Измерения проводились в стандартных лабораторных условиях на образцах, насыщенных водой и обезвоженных в сушильном шкафу с принудительной вентиляцией при температуре 105 °C в течение 24 часов.Породы с чувствительными к воде или гидратированными фазами (такими как глина, гипс и ангидрит) сушились при более низкой температуре (65 °C) для сохранения минеральной ассоциации и предотвращения увеличения эффективной пористости из-за гидратации-удаления воды и изменения пористости. ткань.

Были определены как объемная плотность, так и плотность зерна. Массу измеряли с помощью высокоточных весов, а общий объем определяли путем погружения в дистиллированную воду. Пористость рассчитывали как отношение разности плотности зерен и объемной плотности к плотности зерен.

Твердый объем был определен двумя разными способами: (i) для проницаемых и консолидированных пород изменение массы между обезвоженными и водонасыщенными условиями объяснялось притоком воды в поровые пространства (эта процедура, таким образом, дала прямое измерение пористости), (ii) для слабосцементированных, глинистых и эвапоритовых пород использовали гелиевый пикнометр.

Термические свойства измерялись на приборе ISOMET (Applied Precision, Ltd., Братислава, Словакия), которые могут быть оснащены игольчатыми и плоскими зондами, пригодными для одновременного определения теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости. Измерение было основано на анализе температурной реакции анализируемого материала на тепловые импульсы, вызванные электрическим нагревом. Был использован тонкослойный нагреватель, находящийся в тепловом контакте с поверхностью образца (см. Carslaw & Jaeger 1959, математическую формулировку). Поскольку эти три тепловых свойства связаны друг с другом, мы рассмотрели только теплопроводность К (в Вт м -1 К -1 ) и объемную теплоемкость (определяемую как произведение плотности ρ[в кг м −3 ] и удельной теплоемкостью c [Дж кг −1 K −1 ]).Воспроизводимость составляет 3 % для обоих параметров, а точность составляет 5 % для k и 15 % для ρc .

Для калибровки прибора была проведена серия предварительных измерений на стандартных материалах с известными тепловыми свойствами. Кроме того, для проверки характеристик устройства было проведено несколько испытаний с другим устройством, реализованным в нашей лаборатории (Pasquale 1982; Pasquale 1983) с теми же стандартными материалами и набором образцов горных пород.Результаты, полученные с использованием двух разных устройств, в основном совпадали.

Теплопроводность измерялась параллельно и перпендикулярно оси жилы, которая всегда совпадает с вертикалью. Коэффициенты анизотропии, то есть отношение между максимальной и минимальной теплопроводностью, во многих образцах оказались пренебрежимо малыми (<1,05), так что большинство пород можно считать изотропными. В таблице 1 обобщены результаты теплопроводности водонасыщенных образцов, которые показали незначительную анизотропию, а также пористость, плотность и сухая объемная теплоемкость всех образцов.Средняя теплопроводность колеблется от 1,54 до 4,60 Вт м -1 К -1 , что соответствует гипсу и доломиту соответственно. Помимо доломитов более высокими значениями электропроводности обладают дациты и ангидриты, а более низкими – известковые мергели. Карбонатные породы и глинистые песчаники имеют промежуточные значения. Средние значения сухой объемной теплоемкости колеблются от 1495 (известковые мергели) до 2445 кДж м -3 К -1 (гипс). Пористость колеблется от 2,4–2,7 % (радиоляриты, гипсы, аргиллиты и ангидриты) до 29,0–30,8 % (калькарениты и известковистые мергели).

Несмотря на макроскопическую однородность, несколько образцов сланцев, алевритистых сланцев и алевролитов имели слоистость в масштабе. Таблица 2 детализирует состав этих образцов вместе с измеренными горизонтальными ( k x ) и вертикальными ( k z ) теплопроводность, пористость и глубина, на которой они были восстановлены.На рис. 4 показаны k x , k z и объемная доля пластового силиката v ss по глубине z . Их соотношение имеет вид 123, где z в км. Горизонтальная теплопроводность заметно увеличивается с глубиной, тогда как вертикальная теплопроводность и доля пластового силиката уменьшаются. Коэффициент анизотропии варьируется от 1,09 для высокопористого алевролита с глубины 1261 м до 1,68 для компактного сланца, извлеченного с глубины 3980 м.

Таблица 2

Глубина z , пористость ø, горизонтальная k x и вертикальная k z измеренная теплопроводность, минеральный состав (в процентах) и расчетная теплопроводность листовая силикатная фракция таблицы 1. Cc, кальцит; Дол, Доломит; Qtz, кварц; Kf, калиевый полевой шпат; Pl — плагиоклаз; SS, листовой силикат.

Таблица 2

Глубина

Глубина Z , пористость Ø, горизонтальный K x листовой силикатной фракции табл. 1.Cc, кальцит; Дол, Доломит; Qtz, кварц; Kf, калиевый полевой шпат; Pl — плагиоклаз; SS, листовой силикат.

Рисунок 4

Горизонтальный k x и вертикальный k z измеренная теплопроводность и доля листового силиката в зависимости от глубины образцов в таблице 2. Сплошные линии представляют собой аппроксимирующие кривые. Рисунок 4Сплошные линии — это кривые соответствия.

4 Моделирование тепловых параметров

Для оценки теплопроводности и объемной теплоемкости горных пород по другим параметрам было разработано множество моделей смешения (например, Schärli & Rybach 2001; Wang 2006; Abdulagatova 2009). Вывод теплопроводности из информации об объемной доле и теплопроводности породообразующих минералов требует моделирования распределения различных составляющих.Достоверность результатов зависит от точности имеющейся информации и от того, как характеристики породы влияют на теплопроводность. Задача состоит в вычислении возмущения линейного теплового потока через однородную среду из-за наличия области различной проводимости.

Литературные значения теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости минералов, обнаруженных в наших образцах, обобщены в Таблице 3. В значениях теплопроводности имеется существенное совпадение, хотя и полученное из разных источников.Однако мы отметили некоторые существенные расхождения, которые в целом могут отражать различия в типе определения. В случае измерений на монокристаллах или мономинеральных агрегатах мы отдавали предпочтение последним. Значения термических параметров для калиевого полевого шпата, плагиоклаза и пластинчатых силикатов соответствуют наиболее распространенным минералам, а именно, микроклину, олигоклазу и группе минералов смектит-иллит соответственно.

Таблица 3

Теплопроводность, плотность и удельная теплоемкость породообразующих минералов, воздуха и воды в стандартных лабораторных условиях.

Таблица 3

Теплопроводность, плотность и удельная теплоемкость породообразующих минералов, воздуха и воды в стандартных лабораторных условиях.

4.1 Объемная теплоемкость

Поскольку удельная теплоемкость воздуха сравнима с теплоемкостью породообразующих минералов, мы сосредоточились на измерениях объемной теплоемкости, проведенных на сухих породах. Зная минеральный состав и физические свойства минералов и воздуха, можно вычислить объемную теплоемкость (в Дж м -3 К -1 ) сухой породы ρ r c r как средневзвешенная объемная теплоемкость матрицы ρ m c m и воздуха ρ a c a в пустотах 4 где , φ – пористость, v j , ρ j и c j — объемная доля, плотность и удельная теплоемкость j -го минерала соответственно, а n — количество минеральных компонентов. Сравнение результатов средней объемной теплоемкости, рассчитанной для каждой литологии, с лабораторными значениями показано на рис. c r
ниже на 1,6%.

Рисунок 5

Сравнение средних значений расчетной и измеренной сухой объемной теплоемкости ρ r c r . Пунктирные линии представляют собой ±7-процентное отклонение от одного к одному соответствию (сплошная линия).Кодовый номер рядом с каждой точкой данных относится к образцам, перечисленным в таблице 1.

Рисунок 5

Сравнение средних значений расчетной и измеренной сухой объемной теплоемкости ρ r c r . Пунктирные линии представляют собой ±7-процентное отклонение от одного к одному соответствию (сплошная линия). Номер кода рядом с каждой точкой данных относится к образцам, перечисленным в таблице 1.

4.2 Теплопроводность

4.
2.1 Изотропные породы

Если известны теплопроводность минеральных фаз и минеральный состав, можно рассчитать матричную теплопроводность изотропной породы. Затем можно оценить проводимость водонасыщенной породы, принимая во внимание влияние воды, заполняющей поры.

Среди нескольких моделей, включающих применение законов смешения для минерального заполнителя (например, Джессоп, 1990), мы использовали модель Хашина и Штрикмана (1962), которая первоначально была предложена для магнитной проницаемости макроскопически однородных и изотропных материалов.Благодаря математическим аналогиям его можно распространить на расчеты теплопроводности. Материнская проводимость породы к м o (в Вт·м –1 К –1 ) определяется выражением 5, где к U – верхняя граница проводимости, определяемая как 371 с 90 k
max – максимальная теплопроводность минеральных фаз, а 5b где k j теплопроводность j -го минерала, а v j и n равны . (4). Заменив минимальную теплопроводность минеральных фаз и индекс «max» на «min» в уравнениях (5a) и (5b), можно получить аналогичное выражение для нижней границы теплопроводности k L . Чтобы определить объемной проводимости мы учли пористость по модели Циммермана (1989). Предполагается, что поры представляют собой изолированные сфероиды, а их форма определяется соотношением сторон 90 371 и 90 372, которое представляет собой отношение длины неравной оси к длине одной из равных осей.Так, поры имеют сферическую, сплюснутую и вытянутую форму, для а = 1, а а > 1 соответственно. В крайних случаях, когда поры состоят из тонких трещин, сфероиды принимают игольчатую, трубчатую форму ( a →∞) или тонкую монетовидную форму ( a → 0). Для изотропной породы рассматривается средняя ориентация неравной оси сфероида по отношению к градиенту температуры. Если поры ориентированы случайным образом и распределены в виде сфероидов, расчетная теплопроводность k HZ равна 6, где k m o – матричная теплопроводность уравнения. (5), φ пористость и r отношение теплопроводности воды, заполняющей поры, и теплопроводности матрицы. Параметр β определяется выражением где для a и для a > 1. Для a = 1 параметр M = 3(1 − r )/(2 + r ).

Сравнение результатов для соотношения сторон a = 1 с измеренными значениями теплопроводности показано на рис. 6. Расхождения между расчетными и измеренными значениями составляют от –2.2 % до 6,9 %, а расчетная теплопроводность в среднем больше на 3,5 %. Таким образом, модель, предполагающая сферические поры, согласуется с лабораторными результатами.

Рис. 6 модель. k HZ учитывает пористость по модели Циммермана. Детали см. рис. 5.

Рисунок 6

Сравнение теплопроводности k r измеренной на водонасыщенных образцах с теплопроводностью k HZ рассчитанной по модели Хашина-Штрикмана и проводимостью k G вычислено с помощью геометрической модели смешения. k HZ учитывает пористость по модели Циммермана.Детали как на рис. 5.

Рис. 7 показывает, однако, что в некоторых образцах поры отличаются от сферической формы. Хорошо сцементированные обломочные породы и кристаллические породы обладают хрупким поведением, поэтому они могут раскалываться. Кроме того, трещины могут увеличиваться при растворении, особенно в карбонатных породах. Таким образом, наилучшее соответствие между рассчитанной и измеренной теплопроводностью образцов аргиллита, пакстоуна, доломита и дацита достигается для более подходящего соотношения размеров пор, то есть для тонких трещин в форме монеты.В глинистых песчаниках и известковистых мергелях наблюдалась молочная и внутричастичная пористость в раковинах планктонных фораминифер. Для этих пород отклонения между расчетной и измеренной теплопроводностью могут значительно уменьшиться (в среднем на 1,3 %), если выбрать правильное соотношение размеров ( a = 0,1).

Рисунок 7

Микрофотография в плоскополяризованном свете некоторых обломочных и химических/биохимических пород из Таблицы 1, демонстрирующая форму пористости, усиленную метиленовым синим. (а) 5-глинистый песчаник: высокая пористость, связанная с межчастичными порами и внутричастичными порами в раковине планктонных фораминифер; (б) 3-известковый мергель: высокая пористость, связанная с меловой пористостью матрицы, заплесневелыми и внутричастичными порами в раковинах планктонных фораминифер; (c) 14-Dolostone: каверны и трещины, расширенные растворением; (d) 12-Packstone: хорошо сцементированный известняк с открытыми трещинами, которые пересекают ткань породы.

Рисунок 7

Микрофотография в плоскополяризованном свете некоторых обломочных и химических/биохимических пород из Таблицы 1, демонстрирующая форму пор, усиленную метиленовым синим.(а) 5-глинистый песчаник: высокая пористость, связанная с межчастичными порами и внутричастичными порами в раковине планктонных фораминифер; (б) 3-известковый мергель: высокая пористость, связанная с меловой пористостью матрицы, заплесневелыми и внутричастичными порами в раковинах планктонных фораминифер; (c) 14-Dolostone: каверны и трещины, расширенные растворением; (d) 12-Packstone: хорошо сцементированный известняк с открытыми трещинами, которые пересекают ткань породы.

Мы также применили другой метод для расчета теплопроводности, то есть геометрическую модель смешения (см. Jessop 1990), обычно используемую для пористых пород 7, где символы такие же, как в уравнении.(5б). Полученные значения представлены в сравнении с измеренными на рис. 6. Этот метод дает менее удовлетворительную оценку, поскольку расхождения между рассчитанными и измеренными значениями составляют от –13,8 % до 0,8 %, а расчетная электропроводность в среднем занижена на 4,7 процента.
4.2.2 Анизотропные породы
Анизотропия сланцев, алевритистых сланцев и алевролитов в основном обусловлена ​​эффектом ориентации пластинок глины и слюды при захоронении. Затем уменьшение вертикальной теплопроводности k z с глубиной (рис.4 и экв. 2) связано с тем, что теплопроводность пластовых силикатов, к сс , меняется с глубиной. Поскольку минеральный состав образца и теплопроводность карбонатных и каркасно-силикатных минералов известны, из уравнения (7) мы находим 8, где нижние индексы проводимости и объемной доли указывают на минералы из таблицы 2. В этой таблице также приведены расчетные значения k ss в диапазоне от 0,48 до 1,30 Вт·м −1 K − 1 .На рис. 8 показаны k ss в зависимости от глубины z и кривая наилучшего соответствия, имеющая вид 9, где глубина выражена в километрах. k ss , как ожидается, будет экспоненциально уменьшаться с глубиной от 2,13 Вт м −1 K −1 на поверхности до 0,52 Вт м −1 K −1 на глубине 4,5 км.

Рис. 8

График регрессии расчетной вертикальной теплопроводности пластовых силикатов k ss и вертикальной теплопроводности матрицы k ma в зависимости от глубины z пород таблицы 2.Сплошные линии — это кривые соответствия.

Рис. подходящие кривые.

Следовательно, мы ожидаем, что и вертикальная проводимость матрицы к мА (в Вт·м –1 К –1 ) анизотропных пород уменьшается с глубиной. k ma можно определить с помощью соотношения 10 где k w – теплопроводность воды. Вычисленные значения к млн лет в зависимости от глубины (в километрах) хорошо аппроксимируются линейным выражением (рис. 8) составляет 1,77 Вт·м −1 K −1 .

4.3 Влияние глубины захоронения и температуры

Теплопроводность и объемная теплоемкость, измеренные или рассчитанные при стандартном давлении и температуре, не отражают свойства породы на глубине.Таким образом, необходимо применять поправки для экстраполяции тепловых параметров на 90 371 in situ 90 372 условий (Beardsmore & Cull 2001 и ссылки в них).

Теплопроводность горных пород можно рассматривать как результат трех основных перекрывающихся эффектов, зависящих от глубины залегания и температуры: (i) относительное содержание воды, заполняющей поры, по сравнению с твердой частью, которое уменьшается при уплотнении, (ii) проводимость воды, заполняющей поры, которая увеличивается с температурой, и (iii) теплопроводность матрицы, которая уменьшается с глубиной в зависимости от температуры (давление оказывает лишь незначительное влияние в пределах осадочных бассейнов).

В магматических, кремнистых и эвапоритовых породах пористость обычно мало меняется с глубиной. Вместо этого в обломочных и карбонатных породах происходят значительные изменения во время постепенного захоронения, которое включает уплотнение, вызванное весом вышележащих отложений, вытеснение межзерновых флюидов и реорганизацию объема зерен осадка. По сравнению с большинством минералов вода, заполняющая поры, имеет гораздо более низкую электропроводность и более высокую объемную теплоемкость, так что термические свойства породы очень чувствительны к доле пористости.Пористость убывает экспоненциально с глубиной согласно (Sclater & Christie 1980) 12 , где φ o – пористость на поверхности ( z = 0), а b (км −1 ) – коэффициент уплотнения. Осадочные породы бассейна По были сгруппированы в четыре категории, чтобы вывести соответствующие параметры кривых уплотнения. На рис. 9 показаны кривые пористость-глубина вместе с расчетными значениями φ o и b для каждой категории пород.

Рис. 9

Кривые пористость-глубина уплотнения обломочных и карбонатных пород табл. 1. Значения φ o и b ур. (11) показаны.

Рис. 9

Кривые пористость-глубина уплотнения обломочных и карбонатных пород табл. (11) показаны.

Deming & Chapman (1988) дали оценку теплопроводности воды k w в зависимости от температуры, T (°C) в виде 13a13b

Относительно проводимости матрицы следует напомнить, что теплопроводность в твердых телах может происходить либо за счет колебаний решетки, либо за счет процессов излучения.Поскольку тепловое излучение становится существенным только при очень высоких температурах, в нашем анализе мы учитывали только решеточный вклад. Тем не менее соотношение T −1 для решеточной проводимости согласуется с экспериментальными данными только для изотропных структурно совершенных монокристаллов (Рой, 1981; Бунтебарт, 1991; Ли и Деминг, 1998). Теплопроводность горных пород снижается медленнее, чем Т -1 , а в породах с низкой теплопроводностью может даже наблюдаться некоторое увеличение теплопроводности с температурой (Тихомиров, 1968; Чермак, Рыбач, 1982; Somerton, 1992).

Ли и Деминг (1998) оценили точность различных температурных поправок на теплопроводность по большому набору экспериментальных данных для нескольких типов горных пород. Наименьшая средняя относительная ошибка дается выражением (Sekiguchi 1984) 14 где k m теплопроводность матрицы при температуре in situ T (в К), k m 5 o o – проводимость матрицы при температуре поверхности T o , k M и T M – теплопроводность и абсолютная температура, при которых Секигучи называет предполагаемую точку 1.8418 Вт м -1 К -1 и 1473 К соответственно. Теплопроводность увеличивается по мере заглубления из-за быстрого снижения пористости и увеличения доли проводящей минеральной матрицы. На больших глубинах, когда пористость уменьшается медленнее, а температура повышается, эффект снижения проводимости материнской породы берет верх, и проводимость показывает обратную тенденцию. Удельная теплоемкость как воды, так и материнской породы увеличивается с температурой. Somerton (1992) предложил выражение для удельной теплоемкости чистой воды в зависимости от температуры, которое выполняется в диапазоне 20–290 °C 15 , где ρ w — плотность жидкой воды, температурная зависимость которой имеет вид 16 где ρ w 20 – плотность воды при 20 °С (в кг·м –3 ), а α w (в К –1 ) – коэффициент теплового расширения вода, определяемая выражением 17

Пока давление достаточно велико, чтобы удерживать воду в жидкой фазе, можно оценить объемную теплоемкость воды ρ w c w в подземных условиях (высокое давление) с хорошей точностью с использованием уравнений (15 — 17), без учета зависимости от давления (Somerton 1992; Waples & Waples 2004b).

Поскольку объемный коэффициент теплового расширения горных пород очень мал (около 10 -5 К -1 ), плотность считалась постоянной во всем диапазоне температур, ожидаемом в осадочном бассейне, так что объемная теплоемкость матрица увеличивается в соответствии с ростом удельной теплоемкости в зависимости от температуры. Температурная зависимость объемной теплоемкости для любой минеральной матрицы может быть рассчитана с использованием уравнения (Hantschel & Kauerauf 2009) 18 где ρ m и c m 20 — плотность зерен, принятая за константу и удельная теплоемкость скелета породы при 20 °С соответственно.

5 Приложение к скважинным данным

Методы моделирования и поправки, представленные в предыдущих разделах, позволяют оценить тепловые параметры in situ на основе минерального состава породы или, альтернативно, по литостратиграфическим данным. Последняя информация чаще доступна из отчетов о бурении. В качестве практического примера мы получили теплопроводность in situ в скважинах Мортара и Турбиго в бассейне реки По (рис.1), литостратиграфическая последовательность которого хорошо известна.

Скважина Мортара имеет глубину 5905 м и залегает над структурным выступом, соответствующим третичной вулканической постройке, погребенной под миоцен-четвертичным терригенным чехлом. Скважина Турбиго достигла глубины 6631 м, где вскрыла мезозойский структурный выступ, погребенный под эоцен-четвертичным терригенным чехлом. Подробную литостратиграфическую информацию и данные о пластовой температуре для этих скважин можно получить в Eni E&P Division.

Вертикальная теплопроводность in situ была оценена в средней точке 20-метрового интервала путем комбинации коэффициентов теплопроводности скелета горной породы и воды, полученных по уравнению. (7) и параметры рис. 9. Матричная теплопроводность для изотропных пород была рассчитана со значениями k r и φ, как в табл. 1. Для пород, богатых пластинчатыми силикатами, ур. (11) был использован. Влияние температуры на воду было скорректировано с помощью уравнений (13a) и (13b), тогда как уравнение.(14) был использован для скелета горной породы. Предполагался региональный геотермический градиент 25,2 мК м 90 283 −1 90 284 , оцененный Паскуале (2008b).

На рис. 10 показана литостратиграфическая колонка и теплопроводность in situ для двух скважин. На первых километрах эффект уплотнения больше, чем температурный, и для одного и того же литотипа это приводит к увеличению проводимости с глубиной. Обе скважины показывают, что максимальные значения проводимости приходятся на самые глубокие образования (дациты и доломиты).Горизонты сланцев, алевритистых сланцев и алевролитов залегают на разной глубине и имеют минимумы. Обратите внимание, что из-за присутствия термически анизотропных пластинчатых силикатов проводимость постоянна или уменьшается с глубиной.

Рисунок 10

Вертикальная теплопроводность k в скважин Мортара и Турбиго по данным литостратиграфии. Указаны названия формаций.

Рисунок 10

Вертикальная теплопроводность k в скважин Мортара и Турбиго по данным литостратиграфии.Указаны названия формаций.

Классический подход метода теплового сопротивления (Буллард, 1939) был затем применен для оценки земного теплового потока в двух скважинах. Термическое сопротивление R (в м 2 кВт –1 ) по вертикали между поверхностью и глубиной d равно 19, где Δ z постоянна и равна 20 м и к в – оценка in situ вертикальной теплопроводности (в Вт·м –1 K –1 ). Таким образом, подповерхностные температуры в горизонтально-слоистой изотропной среде связаны с термическим сопротивлением соотношением 20, где T d – температура на глубине z = d , глубина z = 0 и q o – поверхностный тепловой поток (в Вт·м –2 ). Линейная аппроксимация данных, ограниченная температурой поверхности 12,5 °C, позволяет оценить поверхностный тепловой поток.На Рисунках 11 и 12 показана зависимость пластовой температуры от теплового сопротивления в двух анализируемых скважинах и предполагаемых значений поверхностного теплового потока. Качество линейной подгонки предполагает, что внутренние источники тепла (например, конвекция жидкости, выделение радиоактивного тепла) имеют незначительное значение. Геотермы, рассчитанные с помощью ур. (20) также отображаются.

Рисунок 11

График Булларда и температурный профиль скважины Мортара. Температура пласта указана точками.Показаны поверхностный тепловой поток ( q o ) и коэффициент детерминации ( R -квадрат).

Рисунок 11

График Булларда и температурный профиль скважины Мортара. Температура пласта указана точками. Показаны поверхностный тепловой поток ( q o ) и коэффициент детерминации ( R -квадрат).

Рисунок 12

График Булларда и температурный профиль скважины Турбиго.Детали как на рис. 11.

Рис. 12

График Булларда и температурный профиль скважины Турбиго. Детали как на рис. 11.

6 Обсуждение

Точные определения физических свойств широкого спектра осадочных и внутриосадочных вулканических пород бассейна реки По позволяют рассчитать теплопроводность как функцию глубины с учетом эффектов захоронения, температуры и анизотропии. Информацию об анизотропии теплопроводности мы получили из измерений на ориентированных образцах.Химические/биохимические, вулканические и большинство проанализированных обломочных пород термически изотропны, что согласуется с литературными данными (Deming 1994; Clauser & Huenges 1995; Davis 2007). Мы отметили, что анизотропия увеличивается в мелкозернистых и пластинчатых породах, богатых силикатами, и увеличивается с глубиной залегания в связи с преимущественной ориентацией пластинчатых силикатов во время уплотнения (Bennet 1981; Pribnow & Sass 1995; Waples & Tirsgaard 2002; Davis). 2007). Эта информация использовалась для повышения точности и достоверности вертикальной составляющей теплопроводности.

Декомпрессия керна при извлечении из скважины и последующее увеличение пористости при снятии давления покрывающих пород может стать проблемой при определении пористости (Pasquale 2006). С другой стороны, пористость, полученная в лаборатории путем насыщения образцов водой или с помощью гелиевого пикнометра, может быть недооценена, поскольку он измеряет только взаимосвязанные поры. Однако ошибки, связанные с лабораторными процедурами и механизмом восстановления пористости, имеют противоположный знак и примерно одинаковую величину (Гамильтон, 1976).Поэтому можно обоснованно предположить, что лабораторные измерения отражают пористость на той глубине, на которой был извлечен образец.

Лабораторные результаты теплофизических свойств были использованы для анализа применимости двух методов оценки теплопроводности по минеральному составу макроскопически изотропных и однородных пород. Первый метод сочетает в себе модель Хашина-Штрикмана с моделью Циммермана. Первая модель дает точные оценки теплопроводности матрицы, тогда как вторая учитывает влияние структуры, то есть влияние формы пор.Микрофотографический анализ может помочь отличить плоские трещины или сплюснутую пористость от сферической формы и включить в модель правильное соотношение сторон. Второй метод основан на геометрической модели смешения и дает занижение коэффициента теплопроводности.

Поскольку анизотропия теплопроводности в сланцах, алевритистых сланцах и алевролитах незначительна, мы разработали соотношение для вывода вертикальной теплопроводности пластинчатых силикатов на различной глубине залегания.Результаты расчета проводимости на большой глубине или при высокой степени уплотнения хорошо согласуются со значениями теплопроводности пластинчатых силикатов перпендикулярно основной плоскости спайности, полученными Diment & Pratt (1988) и Williams & Anderson (1990). Расчетная вертикальная теплопроводность пластовых силикатов значительно уменьшается с глубиной. Это согласуется с процессом отложения пластового силикатного минерала. Как только они откладываются, минералы ориентируются случайным образом.Последующее захоронение связано с уменьшением пористости, а при уплотнении пластины глины и слюды поворачиваются в преимущественно горизонтальную ориентацию, что снижает вертикальную теплопроводность.

Объемная теплоемкость является скалярной величиной и изотропным физическим свойством. Учитывая, что удельная теплоемкость твердого элемента одинакова независимо от того, является ли он свободным или входит в состав твердого соединения, объемная теплоемкость оценивалась как средневзвешенная объемная теплоемкость минеральных зерен и воды.При расчете объемной теплоемкости, поскольку тренд удельной теплоемкости в зависимости от температуры минералов и непористых пород одинаков, а коэффициент теплового расширения пренебрежимо мал, мы применяли одну и ту же поправку для любой минеральной матрицы. Различия между непористыми породами и минералами невелики, обычно менее 1 % при температуре ниже 500 °C, т. е. представляют большой интерес для осадочных бассейнов (Waples & Waples 2004a).

Температурная зависимость проводимости матрицы учитывалась в соответствии с эмпирической поправкой, предложенной Sekiguchi (1984).Эта поправка не зависит от минералогии и пористости. Ошибка, связанная с применением поправки Секигучи, увеличивается с температурой, но имеет тенденцию быть относительно небольшой в широком диапазоне теплопроводности горных пород (Lee & Deming 1998).

К выводу о теплопроводности и объемной теплоемкости обычно подходили путем прямой корреляции геофизических каротажных данных с тепловыми свойствами или путем оценки минералогии по каротажным данным, а затем с использованием законов смешивания для оценок тепловых свойств (например,г. Вассер 1995; Хартманн 2005). Полный набор геофизических журналов доступен редко, тогда как информация о минеральном составе пород или литостратиграфической колонке доступна часто.

Теплопроводность в зависимости от глубины была оценена в скважинах Мортара и Турбиго на основе литостратиграфической информации. Если оценка теплопроводности верна, а тепловой режим является чисто установившимся кондуктивным, то тепловой поток должен быть постоянным с глубиной. Это, по-видимому, происходит для обеих скважин, показывая только небольшие колебания из-за ошибок в оценке степени уплотнения отложений и незначительных источников тепла.

7 Выводы

Лабораторные результаты теплофизических свойств горных пород бассейна реки По были сопоставлены с результатами, полученными с применением теорий смесей. Для изотропных пород экспериментальные значения теплопроводности удовлетворительно предсказываются моделями, в которых сфероидальные поры произвольного размера случайным образом рассеяны в однородной, изотропной и полиминеральной матрице. Анизотропия теплопроводности в некоторых обломочных породах значительна и объясняется изменением теплопроводности пластинчатых силикатов в зависимости от глубины залегания. Объемную теплоемкость оценивали как средневзвешенное значение объемной теплоемкости минералов и воды, заполняющей поры. На основе этого анализа мы предлагаем подход к расчету термических свойств пород бассейна при in situ условиях. Методология учитывает изменения тепловых свойств из-за температуры, глубины залегания и эффектов анизотропии и применима для высокоточных оценок тепловых свойств в зависимости от глубины в бассейне реки По.При наличии информации о минеральном составе или литостратиграфических данных подход может быть использован для изучения теплового потока и термического режима в любом осадочном бассейне.

Благодарности

Работа выполнена в рамках проекта МИУР-2008 «Геотермальные ресурсы мезозойского фундамента бассейна По: поток подземных вод и перенос тепла». Авторы признательны Eni E&P Division (Сан-Донато-Миланезе, Милан), которая предоставила образцы керна для лабораторных исследований, A. Frixa, E. Vitagliano и двум анонимным рецензентам за полезные обсуждения и комментарии.

Каталожные номера

,

2009

.

Влияние температуры и давления на теплопроводность песчаника

,

Int. Дж. Рок Мех. Мин. науч.

,

46

,

1055

1071

.

,

2001

.

Тепловой поток в земной коре: руководство по измерению и моделированию

, стр.

324

,

Издательство Кембриджского университета

, Кембридж.

,

1981

.

Глинистая ткань некоторых подводных отложений: основные свойства и модели

,

J. Sed. Рез.

,

51

,

217

232

.

,

1989

.

Минералогия, пористость и влияние флюидов на теплопроводность осадочных пород

,

Геофиз. Дж.

,

98

,

525

542

.

,

1939

.

Тепловой поток в Южной Африке

,

Proc. Р. Соц.

,

173

,

474

502

.

,

1991

.

Термические свойства образцов керна KTB-Oberpfalz VB при повышенных температуре и давлении

,

Sci. Дрель.

,

2

,

73

80

.

,

1959

.

Теплопроводность в твердых телах

, с.

510

, 2-е изд.,

Oxford University Press

, Лондон.

,

1982

.

Теплопроводность и удельная теплоемкость минералов и горных пород

,

в кн. Физические свойства горных пород

, стр.

305

403

, изд.

Springer-Verlag

, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

,

1995

.

Теплопроводность горных пород и минералов

,

в Физика горных пород и фазовые отношения: Справочник физических констант

, стр.

105

126

, изд.

AGU

, Вашингтон, округ Колумбия.

,

2007

.

Анизотропия теплопроводности метаосадочных и магматических пород

,

J. geophys. Рез.

,

112

,

B05216

, doi: 10.1029/2006JB004755.

,

1994

.

Оценка анизотропии теплопроводности горных пород с применением к определению земного теплового потока

,

Дж.геофиз. Рез.

,

99

,

22 087

22 091

.

,

1988

.

Поток пустоши в надвиговом поясе Юта-Вайоминг по анализу данных забойной температуры, измеренных в нефтяных и газовых скважинах

,

J. geophys. Рез.

,

93

,

13 657

13 672

.

,

1988

.

Теплопроводность некоторых породообразующих минералов: таблица

.

Представитель по работе с открытыми файлами, Ю.С. Геол. Surv.

,

88

690

.

,

1962

.

Классификация карбонатных пород по текстуре осадконакопления

,

в Классификация карбонатных пород

, стр.

108

121

, изд. ,

AAPG

, Воспоминания 1.

,

2007

.

Определение теплоемкости стратиграфического слоя горы Юкка

,

Int. Дж. Рок Мех. Мин. науч.

,

44

,

1022

1034

.

,

1976

.

Изменение плотности и пористости с глубиной в глубоководных отложениях

,

J. Sed. Бензин.

,

46

,

280

300

.

,

2009

.

Основы моделирования бассейнов и нефтегазовых систем

, стр.

476

,

Springer

, Берлин.

,

2005

.

Теплопроводность по данным керна и каротажа

,

Int.Дж. Рок Мех. Мин. науч.

,

42

,

1042

1055

.

,

1962

.

Вариационный подход к теории эффективной магнитной проницаемости многофазных материалов

,

J. appl. физ.

,

33

,

3125

3131

.

,

1971

.

Теплопроводность породообразующих минералов

,

J. geophys. Рез.

,

76

,

1278

1308

.

,

1998

.

Подземные воды в геологических процессах

, стр.

341

,

Cambridge University Press

, Кембридж.

,

1990

.

Тепловая геофизика

, стр.

306

,

Elsevier

, Амстердам.

,

1998

.

Оценка температурных поправок на теплопроводность, применяемых в исследованиях теплового потока Земли

,

J. geophys.Рез.

,

103

,

2447

2454

.

,

1982

.

Динамический метод экспресс-измерения теплопроводности горных пород

,

Семинар по стандарту геотермии

,

Либлице (CSSR)

,

1

4

.

,

1983

.

Sulla conducibilità termica delle rocce

,

Atti 2° Conv. ГНГЦ

,

CNR

, Рим,

765

775

.

,

1990

.

Геотермический режим бассейна По, Италия

,

Mém. соц. Геол. о.

, Париж,

156

; Мем. соц. Геол. Suisse, Цюрих, 1 ; Том. Спец. соц. геол. It., Roma, 1 ,

135

143

.

,

2006

.

Скорость осадконакопления и опускания в Южно-Тирренском бассейне

,

Морская геофиз. Рез.

,

27

,

155

165

.

,

2008

.

Термические аномалии, связанные с циркуляцией подземных вод в южной части равнины По

,

Геофиз. Рез. Абстр.

,

10

,

ЭГУ2008-А-01831

.

,

2008

.

Коррекция забойных температур нефти по глубине на равнине По, Италия

,

Геофизика

,

73

,

187

196

.

,

1995

.

Определение теплопроводности глубоких скважин

,

J. geophys. Рез.

,

100

,

9981

9994

.

,

1981

.

Теплофизические свойства горных пород

,

в Физических свойствах горных пород и минералов

, стр.

409

502

, под ред. ,

McGraw-Hill

, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

,

2001

.

Определение удельной теплоемкости на обломках горных пород

,

Геотермия

,

30

,

93

110

.

,

1980

.

Континентальное растяжение: объяснение послесреднемелового опускания центральной части бассейна Северного моря

,

J. geophys. Рез.

,

85

,

3711

3739

.

,

1984

. .

,

1992

.

Термические свойства и поведение горных пород в зависимости от температуры

/Fluid Systems , стр.

257

,

Elsevier

, Амстердам.

,

1968

.

Электропроводность горных пород и ее связь с плотностью, насыщенностью и температурой

,

Рус. нефть. хоз.

,

46

,

151

161

.

,

1995

.

Оценка теплопроводности в осадочных бассейнах

,

Тектонофизика

,

244

,

167

174

.

,

2006

.

Новый подход к моделированию эффективной теплопроводности гетерогенных материалов

,

Междунар. J. Тепломассообмен

,

49

,

3075

3083

.

,

2002

.

Изменения теплопроводности матрицы глин и аргиллитов в зависимости от уплотнения

,

Бензин.Geosci.

,

8

,

365

370

.

,

2004

.

Обзор и оценка удельной теплоемкости горных пород, минералов и подземных флюидов. Часть 1, Минералы и непористые породы

,

Нац. Ресурс. Рез.

,

13

,

97

122

.

,

2004

.

Обзор и оценка удельной теплоемкости горных пород, минералов и подземных флюидов.Часть 2, Жидкости и пористые породы

,

Нац. Ресурс. Рез.

,

13

,

123

130

.

,

1990

.

Теплофизические свойства земной коры: натурные измерения при континентальном и океаническом бурении

,

J. geophys. Рез.

,

95

,

9209

9236

.

,

1989

.

Теплопроводность флюидонасыщенных пород

,

Дж.Бензин. науч. англ.

,

3

,

219

227

.

© Международный геофизический журнал авторов © РАН, 2011 г.

Тепловые свойства драгоценных камней — Международное общество драгоценных камней

IGS может получать вознаграждение за рекомендацию клиентов от компаний, перечисленных на этой странице. Выучить больше.

Измерение термических свойств драгоценных камней — это простой неразрушающий тест, который может оказаться очень полезным для идентификации драгоценных камней.

Камень холодный на ощупь из-за его высокой тепловой инерции. Геммологи могут использовать тепловую инерцию, а также другие тепловые свойства для идентификации драгоценных камней. «Цветной мраморный холодный камень», фото Пиа Поульсен. Под лицензией CC By 2.0.

Содержание:

        • Ограничения гемологических методов тестирования
        • Термоэнергетические методы передачи энергии
        • Идентификация драгоценного камня и тепловые свойства
          • Удельное тепло
          • Тепловая диффузия
          • Термальная проводимость
        • с использованием алмазных зондов
        • Источники
        • Примечания
        • Факторы, влияющие на измерение тепловой инерции

        Ограничения геммологических методов испытаний

        Геммологи строго ограничены в анализе и идентификации драгоценных камней, поскольку их методы тестирования должны быть неразрушающими. Это ограничивает измерения областями оптики (включая спектроскопию, люминесценцию и т. д.), удельный вес и включения. Геммологи обычно не измеряют твердость ограненных драгоценных камней, поскольку, опять же, это повреждает драгоценный камень.

        Кроме того, приборы, используемые в этой области, должны быть достаточно простыми, чтобы их могли изучить люди, не имеющие настоящей научной подготовки, а также доступными. Большая часть геммологической литературы в наши дни сообщает об измерениях драгоценных камней, выполненных с помощью различных передовых приборов, таких как ультрафиолетовая абсорбционная спектроскопия, рентгенофлуоресцентный анализ и даже электронный парамагнитный резонанс.Это хорошо для литературы, но мало практической ценности для работающего геммолога и/или оценщика.

        По этим причинам важно изучить потенциал любого возможного диагностического метода анализа драгоценных камней, который был бы недорогим, простым и нетехническим. Одним из таких методов является измерение тепловых свойств, таких как удельная теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность и тепловая инерция.

        Методы передачи тепловой энергии

        Тепловая энергия может передаваться одним из трех способов: излучением, конвекцией и теплопроводностью.Солнечный свет — это пример излучения, а создание потоков в кастрюле с кипящей водой — это пример конвекции. Третий метод теплопередачи, теплопроводность, наиболее актуален для твердых материалов, включая драгоценные камни, при комнатной температуре.

        Идентификация драгоценных камней и тепловые свойства

        Существует четыре термических свойства, потенциально представляющих интерес для идентификации драгоценных камней, три из которых математически взаимосвязаны. Лучший показатель для проверки драгоценных камней — тепловая инерция — это тот параметр, который легче всего измерить с помощью простых приборов.Все четыре свойства определены ниже.

        Удельная теплоемкость

        Удельная теплоемкость – это количество тепла, необходимое для нагревания одного грамма вещества на один градус Цельсия. Это константа для данного вещества, но варьируется от вещества к веществу. Тем не менее, он мало отличается от одного материала драгоценного камня к другому. Поэтому он не особенно полезен для целей идентификации.

        Температуропроводность

        Температуропроводность — это мера скорости теплового потока в материале.Если к веществу прикладывается тепло, часть тепловой энергии идет на повышение температуры вещества. Степень тепловой энергии, которая идет на повышение температуры, зависит от удельной теплоемкости материала. Остальная часть тепловой энергии диффундирует от точки, к которой применяется тепло. Чем выше коэффициент температуропроводности материала, тем быстрее он будет передавать тепловую энергию из одной точки в другую.

        Теплопроводность

        Теплопроводность, с другой стороны, представляет собой отношение потока тепла через заданную толщину материала к разности температур по этой толщине.Оказывается, теплопроводность направлена, как и показатель преломления, во всех материалах, кроме изотропных (изометрических или аморфных). Симметрия оптических и тепловых свойств обычно одинакова. Однако на драгоценных камнях было проведено очень мало измерений изменения проводимости в зависимости от направления.

        Тепловая инерция

        Тепловая инерция — это мера того, насколько быстро может измениться температура поверхности материала за счет потока тепла в материал. Чем выше тепловая инерция, тем медленнее будет повышаться температура поверхности при подводе тепла.Вот почему такие материалы, как пластик, с низкой тепловой инерцией кажутся теплыми на ощупь. Тепло тела быстро повышает температуру поверхности таких материалов. Каменные предметы, с другой стороны, кажутся холодными на ощупь, потому что они обладают высокой тепловой инерцией.

        Использование алмазных зондов

        Тепловая инерция является направленным свойством, но поддается простой аппаратуре для измерения среднего значения. Различные алмазные зонды

        , представленные на рынке, в том числе производства GIA, Rayner, Kashan и Ceres Corp. , воспользуйтесь этим фактом. Такие датчики состоят из датчика разности температур, называемого термопарой, и соседнего источника тепла или резистивного нагревателя, окруженного изолированным корпусом датчика.

        При использовании таких приборов следите за тем, чтобы сквозняки не влияли на показания. Наконечник зонда прикладывается к измеряемому материалу, в данном случае к грани драгоценного камня, и примерно через одну секунду получают показания прибора. Это показание может быть связано с тепловой инерцией.

        Коммерческие датчики были разработаны специально для того, чтобы отличить алмаз, который имеет очень высокую тепловую инерцию, от его имитаций, таких как кубический цирконий, с гораздо более низкой тепловой инерцией.

        Вы можете столкнуться с трудностями при использовании коммерческих зондов на очень маленьких камнях. Однако вы можете откалибровать инструмент по мелким драгоценным камням, чтобы избежать этой проблемы.

        Доктор Дональд Гувер из Геологической службы США составил следующую таблицу. Как правило, материалы располагаются в порядке убывания тепловой инерции. Если точные количественные методы станут широко использоваться, тепловая инерция может стать очень полезным и легко измеряемым параметром для анализа драгоценных камней.

        Термические свойства драгоценных камней, синтетических материалов и имитаторов, а также некоторых металлов при комнатной температуре

        Материал

        Теплопроводность (кал/см ⁰C сек)

        Удельная теплоемкость (кал/см ⁰C)

        Плотность (г/см²)

        Температуропроводность (см²/сек)

        Тепловая инерция (кал/см² ⁰C сек½)

        Материалы для драгоценных камней, синтетика и имитации
        Алмаз

        1. 6-4,8

        0,12

        3,52 а

        3,79-11,4

        0,822-1,42

        Карбид кремния (синтетический)

        0,215ᵇ

        0,2*

        3.17ᵃ

        0,0339

        0,369

        Периклаз (синтетический)

        0.110ᵇ

        0. 2*

        3,575ᵃ

        0,154

        0,281

        Корунд: ось c

        0,0834ᵇ

        0,206

        4.0ᵃ

        0,101

        0,262

                                ось

        0,0772

        0,206

        4.0ᵃ

        0,0937

        0,252

                                ось c

        0,060ᶜ

        0,206

        4. 0ᵃ

        0,0728

        0,222

        Топаз: ось

        0,0446

        0,2*

        3,53ᵃ

        0,0632

        0.177

                       означает, Ганнисон, Колорадо

        0,0269

        0,2*

        3,531

        0,0381

        0,138

        Пирит: Колорадо

        0,0459

        0,136

        4. 915

        0,0684

        0,176

        Кианит: ось с

        0.0413ᵇ

        0,201

        3,66ᵃ

        0,0562

        0,174

                          ось b

        0,0396ᵇ

        0,201

        3,66ᵃ

        0,0539

        0,171

               средний, Минас-Жерайс, Бразилия

        0,0338

        0. 201

        3.102

        0,0461

        0,158

        Гематит: Итабира, Бразилия

        0,0270

        0,169

        5.143

        0,310

        0,153

        Шпинель: местонахождение неизвестно

        0,0281

        0,216

        3. 63ᵃ

        0,0358

        0,148

                       Мадагаскар

        0,0227

        0,216

        3,633

        0,0288

        0,133

        Флюорит: местонахождение неизвестно

        0,0219

        0,220

        3.18ᵃ

        0. 0313

        0,124

                         Росиклэр, Иллинойс

        0,0227

        0,220

        3.186

        0,0324

        0,126

        Сфалерит: Чиуауа, Мексика

        0,0304

        0,115

        4.103

        0,0646

        0. 120

        Силлиманит: Уильямстаун, Австралия

        0,0217

        0,203

        3.162

        0,0339

        0,118

        Андалузит: Минас-Жерайс, Бразилия

        0,0181

        0,202

        3.102

        0,0289

        0,107

        Пирофиллит: Северная Каролина

        0. 0194

        0,2*

        2,829

        0,0343

        0,105

        Жадеит: Япония

        0,0159

        0,206

        3.196

        0,0242

        0,102

             Округ Сан-Бенито,   Калифорния

        0,0110

        0. 206

        3.350

        0,016

        0,0873

        Ганит: Колорадо

        0,0103

        0,2*

        4.163

        0,100

        0,102

        Магнезит: Трансвааль

        0,0139

        0,236

        2,993

        0. 0198

        0,0992

        Рутил: ось c

        0,0231ᵇ

        0,189

        4.2ᵃ

        0,0291

        0,135

                       ось

        0,0132ᵇ

        0,189

        4.2ᵃ

        0,0166

        0,102

                       среднее, Вирджиния

        0. 0122

        0,189

        4.244

        0,0153

        0,0990

        Гроссуляр: Коннектикут

        0,0135

        0,196

        3,617

        0,0188

        0,0979

                            Чиуауа, Мексика

        0,0134

        0. 196

        3,548

        0,0193

        0,0967

                            Крестмор, Калифорния

        0,0124

        0,196

        3.318

        0,0190

        0,0898

        Кварц: ось c

        0,0264ᵇ

        0,196

        2. 65ᵃ

        0,0578

        0,125

                        ось c

        0,0264ᶜ

        0,196

        2,65ᵃ

        0,0509

        0,117

                        ось

        0,0140ᵇ

        0,196

        2,65ᵃ

        0.0270

        0,0854

                        ось

        0,0160ᶜ

        0,196

        2,65ᵃ

        0,0308

        0,0912

                       означает, Джессивилль, Арканзас

        0,0184

        0,196

        2,647

        0,0354

        0. 0978

        Сподумен: Мэн

        0,0135

        0,2*

        3.155

        0,0214

        0,0923

        Диопсид: Нью-Йорк

        0,0133

        0,196

        3.270

        0,0208

        0,0923

                             Мадагаскар

        0. 00969

        0,196

        3,394

        0,0146

        0,0802

        Доломит

        0,0132

        0,221

        2,857

        0,0209

        0,0911

        Оливин (перидот, Fo₈₆Fa₁₄)

        0,0115

        0,2*

        3. 469

        0,0166

        0,0893

        Эльбайте: Кистоун, Южная Дакота

        0,0126

        0,2*

        3.134

        0,0202

        0,0889

        Тальк, Квебек

        0,0124

        0,221

        2.804

        0.200

        0,0878

        Тремолит: Балмат, Нью-Йорк

        0,0117

        0,210

        2,981

        0,0186

        0,0854

                              Онтарио, Канада

        0,0112

        0,210

        3. 008

        0,0177

        0.0839

        Амблигонит: Южная Дакота

        0,0119

        0,2*

        3.025

        0,0197

        0,0850

        Циркон: Австралия

        0,0109

        0,140

        4.633

        0,0167

        0,0839

        Enstatite: (En₉₈Fs₂): Калифорния

        0. 0105

        0,2*

        3.209

        0,0334

        0,0821

        Бронзит: (En₇₈Fs₂₂): Quebec

        0,00994

        0,2*

        3,365

        0,0148

        0,0818

        Спессартин: Хаддам, Коннектикут

        0,00811

        0. 2*

        3,987

        0,0102

        0,0804

        Датолит: Патерсон, Нью-Джерси

        0,0106

        0,2*

        2,996

        0,0177

        0,0798

        Ангидрит: Онтарио, Канада

        0,0114

        0,187

        2. 978

        0,0204

        0,0796

        Альмандин: Гор Маунтин, Нью-Йорк

        0,00791

        0,2*

        3,932

        0,0101

        0,0789

        Ставролит: Грузия

        0,00828

        0,2*

        3,689

        0. 0112

        0,0782

        Авгит: Онтарио

        0,00913

        0,2*

        3,275

        0,014

        0,0773

        Пироп: Резервация Навахо, Аризона

        0,00759

        0,2*

        3,746

        0,0101

        0. 0754

        Андрадайт: Онтарио, Канада

        0,00738

        0,2*

        3,746

        0,00984

        0,0744

        Смитсонит: Келли, Нью-Мексико

        0,00612

        0,2*

        4.362

        0,00701

        0,0731

        Берилл: ось c

        . 0131ᵇ

        0,2*

        2,70ᵃ

        0,0243

        0,0842

                  ось

        .0104ᵇ

        0,2*

        2,70ᵃ

        0,0193

        0,0750

                  означает, Минас-Жерайс, Бразилия

        0,00953

        0. 2*

        2.701

        0,0176

        0,0718

        Кальцит: Чиуауа, Мексика

        0,00858

        0,218

        2,721

        0,0145

        0,0713

        Аксинит: Нижняя Калифорния

        0,00767

        0,2*

        3. 306

        0,0116

        0,0712

        Пренит: Патерсон, Нью-Джерси

        0,00854

        0,2*

        2,953

        0,0145

        0,0710

        Родохрозит: Аргентина

        0,00731

        0,184

        3,584

        0. 0111

        0,0695

        Флинт: Браунсвилл, Огайо

        0,00886

        0,2*

        2,618

        0,0169

        0,0681

        Эпидот: Калумет, Колорадо

        0,00627

        0,2*

        3.413

        0,00919

        0. 0654

        Петалит: Зимбабве

        0,00856

        0,2*

        2,391

        0,0179

        0,0640

        Клиноцоизит: Нижняя Калифорния

        0,00574

        0,2*

        3.360

        0,00854

        0,0621

        Идокраз: Чиуауа, Мексика

        0. 00576

        0,2*

        3.342

        0,00863

        0,0620

        Сфен: Онтарио, Канада

        0,00558

        0,188

        3,525

        0,00845

        0,0607

        Иолит: Мадагаскар

        0,00650

        0.2*

        2,592

        0,0126

        0,0580

        Зойсайт: Ликсвикен, Норвегия

        0,00513

        0,2*

        3,267

        0,00785

        0,0579

        Арагонит: Сомерсет, Англия

        0,00535

        0,209

        2. 827

        0,00906

        0,0562

        Микроклин: Амелия, Вирджиния

        0,00621

        0,194

        2,556

        0,0126

        0,0554

                           Онтарио, Канада

        0,00590

        0,194

        2,558

        0. 0119

        0,0541

        Альбит: (Ab₉₉An₁): Амелия, Вирджиния

        0,00553

        0,202

        2,606

        0,0105

        0,0540

        Змеевик (лизардит): Корнуолл, Англия

        0,00558

        0,2*

        2.601

        0.0107

        0,0539

        Ортоклаз: Гудспринг, Невада

        0,00553

        0,2*

        2,583

        0,0107

        0,0534

        Содалит: Онтарио, Канада

        0,00600

        0,2*0

        2. 326

        0,0129

        0.0528

        Лепидолит: Диксон, Нью-Мексико

        0,00460

        0,2*

        2,844

        0,00807

        0,0512

        Анортит (Ab₄An₉₆): Япония

        0,00401

        0,196

        2,769

        0,00737

        0,0467

        Апатитовая мука: Онтарио, Канада

        0. 00328

        0,195

        3.215

        0,00522

        0,0454

        Хлор-апатит: Снарум, Норвегия

        0,00331

        0,195

        3.152

        0,00539

        0,0451

        Лабрадорит (Ab₄₆An₅₄): Наин, Лабрадор

        0,00365

        0. 2*

        2.701

        0,00676

        0,0444

        Барит: Грузия

        0,00319

        0,113

        4.411

        0,00639

        0,0399

        Апофиллит: Пуна, Индия

        0,00331

        0,2*

        2.364

        0,00699

        0,0396

        Лейцит: Рим, Италия

        0,00274

        0,2*

        2. 483

        0,00551

        0,0369

        Стекловидный кварц (General Electric)

        0,00325

        0,201

        2.205

        0.0074

        0,0379

        Гиалит: ель, сосна, Северная Каролина

        0,00290

        0,2*

        2.080

        0,0070

        0,0347

        Стекло: обсидиан

        0. 00330ᵇ

        0,2*

        2,4ᵃ

        0,00688

        0.0398

                   Кремень обыкновенный (свинцовый)

        .0018ᵇ

        0,117ᵃ

        3,5ᶜ

        0,00440

        0,0272

                   очень тяжелый кремень (свинец)

        00.12ᵇ

        0,117

        4,5ᵃ

        0,00228

        0,0251

        Металлы
        Медь

        0. 927

        0,092

        8,89

        1,13

        0,871

        Серебро 100%

        1,00

        0,056

        10,5

        1,70

        0,767

        Серебро 96%, золото 31% (вес)

        0,237

        0,048*

        12. 3

        0,401

        0,374

        Серебро 34%, золото 66% (вес)

        0,152

        0,040*

        15,5

        0,245

        0,307

        Золото 100%

        0,707

        0,031

        19,3

        1,18

        0. 650

        Алюминий

        0,485

        0,214

        2,7

        0,839

        0,529

        Платина

        0,166

        0,032

        21,4

        0,242

        0,337

        Платина, 10% иридия

        0. 074

        0,032*

        21,6

        0,107

        0,226

        Источники

        Из Д. Б. Гувера, «GEM DiamondMaster и термические свойства драгоценных камней», Gems & Gemology , Summer 1983: 77-86. © Геммологический институт Америки. Перепечатано с разрешения.

        Если надстрочная буква не указывает на другую ссылку, значения проводимости и плотности были взяты из K.Horai, «Теплопроводность породообразующих минералов», Journal of Geophysical Research , 76 (5), 1971.

        Значения удельной теплоемкости из Р. А. Роби и Д. Р. Вальдбаума, «Термодинамические свойства минералов и родственных веществ при 298,15 градусах К и давлении в одну атмосферу и при высоких температурах», Бюллетень геологической службы США , № 1259, 1968.

        Примечания

        * Предполагаемое значение; в литературе не встречается.

        ᵃ Р. Вебстер, 1982, Драгоценные камни

        , 3-е изд.Хамден, Коннектикут: Баттерворт и Архонт.

        ᵇ Chemical Rubber Company, 1966, Справочник по химии и физике

        . 47-е изд. Бока-Ратон, Флорида: Chemical Rubber Company

        ᶜ SP Clark, 1966, Справочник по физическим константам, Memoir 97. Боулдер, Колорадо: Геологическое общество Америки.

        Факторы, влияющие на измерение тепловой инерции

        Количественное измерение тепловой инерции может быть затруднено при использовании инструментов, специально предназначенных для отделения алмаза от других камней.Новые приборы, специально предназначенные для таких измерений, будут представлять следующее поколение теплосчетчиков. При использовании устройств для измерения тепловой инерции помните, что на показания влияет качество поверхности, особенно степень плоскостности и полировки, а также степень кристалличности и химический состав, особенно в серии твердых растворов.

        Теплоемкость минералов. Химия LibreTexts

        Количество тепловой энергии, необходимое для изменения температуры на 100 °C в 1 м 3 кварца, не равно количеству тепловой энергии, необходимому для изменения на 100 °C в 1 м 3 магнетита.Для кварцевого блока требуется всего 195 МДж, а для магнетита — 320 МДж. И наоборот, если к каждому блоку добавить 100 МДж тепла, температура кварца повысится примерно на 52 °С, а магнетита — всего на 21,5 °С.

        Разница обусловлена ​​различной теплоемкостью кварца и магнетита. Теплоемкость минералов является одним из важнейших физических свойств, используемых для оценки предлагаемого хранилища отработавшего ядерного топлива в Юкка-Маунтин [1] или для понимания теплового потока в Земле в целом.Взаимосвязь между теплом и температурой имеет важное значение в петрологии (изучение горных пород и условий их образования). Понимание теплового потока и температуры является логичной точкой входа в геологическую термодинамику. Публикация Геологической службы США [1] содержит обширные геотермальные данные, такие как следующие:

        Удельная теплоемкость

        Когда мы подводим тепловую энергию к минералу, происходит повышение температуры (при условии, что не происходят химические или фазовые превращения).Повышение температуры пропорционально количеству подведенной тепловой энергии. Если q количество подведенного тепла и температура повышается с T 1 до T 2 , то

        \[\text{q} = \text{C} × \text{(T}_2 – \text{T}_1)\]

        ИЛИ

        \[\text{q} = \text{C} × (\Delta \text{T})\]

        где константа пропорциональности C называется теплоемкостью образца.Знак q в этом случае +, поскольку образец поглотил тепло (изменение было эндотермическим), и (Δ T ) определяется обычным способом.

        Если мы добавим тепла к любому однородному образцу вещества переменной массы, такому как чистое вещество или раствор, количество тепла, необходимое для повышения его температуры, пропорционально как массе, так и повышению температуры. То есть

        \[\text{q} = \text{C} × \text{m} × (\text{T}_2–\text{T}_1)\]

        ИЛИ

        \[\text{q} = \text{C} × \text{m} × (\Delta \text{T})\]

        Новая константа пропорциональности C представляет собой теплоемкость на единицу массы.Ее называют удельной теплоемкостью (или иногда удельной теплоемкостью), где слово удельная теплоемкость означает «на единицу массы».

        Удельная теплоемкость обеспечивает удобный способ определения тепла, присоединяемого к материалу или отводимого от него, путем измерения его массы и изменения температуры. Как упоминалось [|ранее], Джеймс Джоуль установил связь между теплом энергией и интенсивным свойством температурой , измерив изменение температуры воды, вызванное энергией, выделяемой падающей массой.\цирк С}\)

        При 15°C точное значение удельной теплоемкости воды составляет 4,184 Дж К –1 г –1 , а при других температурах оно колеблется от 4,178 до 4,218 Дж К –1 г –1 . Обратите внимание, что удельная теплоемкость измеряется в г (а не в кг), и поскольку шкалы по Цельсию и по шкале Кельвина имеют одинаковую градуировку, можно использовать либо 90 283 o 90 284 C, либо K.

        Удельная теплоемкость минералов

        Удельную теплоемкость минералов можно оценить, сложив теплоемкости составляющих их атомов.Этот метод подчеркивает тот факт, что теплоемкость зависит от количества атомов, присутствующих в образце. Таким образом, теплоемкость кварца рассчитывается на основе значений, приведенных в таблице ниже: 90 141

        C V (кремний) + 2 x C V (кислород) = C V (кварц) ~ C P (кварц)

        15,9 + 2 x 16,7 = 48,9 Дж/моль°C

        Таблица \(\PageIndex{2}\): Значения Коппа C В

        Атом Теплоемкость
        (Дж/моль°C)
        Н 10.5
        Бе 12,5
        Б 10,5
        С 8,4
        Н 12,5
        О 16,7
        Ф 20,9
        Ал 14,5
        Си 15,9
        Р 22,7
        С 22. 7
        Все тяжелые элементы
        25,9

        *Значения Коппа относятся к теплоемкости, измеренной при постоянном объеме и обозначенной C V ; другие теплоемкости на этой странице измерены при постоянном давлении и обозначены C P , но C V обычно очень близко к C P .

        Пример \(\PageIndex{1}\): Теплоемкость флюорита

        Рассчитайте теплоемкость флюорита CaF 2 и определите, сколько тепла требуется для повышения температуры до 0.8 Дж\)

        \(\text{q} = \text{139 МДж}\)

        Таблица \(\PageIndex{3}\) Удельная теплоемкость (25 ° C, если не указано иное)

        Вещество фаза C p (см. ниже)
        Дж/(г·K)
        воздух, (уровень моря, сухой, 0 °C) газ 1. 0035
        аргон газ 0,5203
        двуокись углерода газ 0,839
        гелий газ 5,19
        водород газ 14.30
        метан газ 2.191
        неон газ 1.0301
        кислород газ 0.918
        вода при 100°С (пар) газ 2,080
        вода при 100 °С жидкость 4,184
        этанол жидкость 2,44
        вода при -10°С (лед)) твердый 2,05
        медь твердый 0,385
        золото твердый 0.129
        железо твердый 0,450
        свинец твердый 0,127

        Преобразование электроэнергии

        Самый удобный способ передать известное количество тепловой энергии образцу — это использовать электрическую катушку. Подведенное тепло является произведением приложенного потенциала В , тока I , протекающего через катушку, и времени t , в течение которого протекает ток:

        \[\text{q} = \text{V} × \text{I} × \text{t}\]

        Если используются единицы СИ вольт для приложенного потенциала, ампер для тока и второе время, энергия получается в джоулях.Это потому, что вольт определяется как один джоуль на ампер в секунду:

        .
        \(\text{1 вольт} × \text{1 ампер} × \text{1 секунда} = \text{1} \dfrac{J}{A s} × \text{1 A} × \text{ 1 с} = \text{1 Дж}\)

        Пример \(\PageIndex{2}\): Тепловая энергия

        Электрический нагревательный элемент, 230 см 3 воды и термометр помещены в кофейную чашку из полистирола. К катушке приложена разность потенциалов 6,23 В, создающая ток силой 0,482 А, который проходит в течение 483 с.Найдите теплоемкость содержимого кофейной чашки, если температура повысится на 1,53 К. Предположим, что стакан из полистирола является настолько хорошим изолятором, что тепловая энергия от него не теряется.

        Решение Тепловая энергия, поставляемая нагревательным змеевиком, определяется выражением

        .
        \(\text{q} = \text{V} × \text{I} × \text{t} = \text{6,23 В} × \text{0,482 A } × \text{483 с} = \ text{1450 ВА·с} = \text{1450 Дж}\)

        Однако

        \(\text{q} = \text{C} × \text{(T}_2 – \text{T}_1)\)

        Так как температура повышается, T 2 > T 1 и изменение температуры Δ T положительно:

        \(\text{1450 Дж} = \text{C} × \text{1.53 К}\)

        так что

        \(\text{C} = \dfrac{1450 Дж}{1,53 K} = \text{948} \dfrac{J}{K}\)

        Примечание

        Примечание. Найденная теплоемкость относится ко всему содержимому стакана с водой, змеевику и термометру вместе взятым, а не только к воде.

        Как обсуждалось в других разделах, более старая единица энергии, не входящая в систему СИ, калория, определялась как тепловая энергия, необходимая для повышения температуры 1 г H 2 O с 14,5 до 15.5°С. Так, при 15°С удельная теплоемкость воды составляет 1,00 кал K –1 г –1 . Это значение соответствует трем значащим цифрам в диапазоне примерно от 4 до 90°C.

        Если образец вещества, которое мы нагреваем, является чистым веществом, то количество тепла, необходимое для повышения его температуры, пропорционально количеству вещества. Теплоемкость единицы количества вещества называется молярной теплоемкостью, условное обозначение Кл м . Таким образом, количество теплоты, необходимое для повышения температуры количества вещества n с T 1 до T 2 , равно

        \[\text{q} = \text{C} × \text{n} × (\text{T}_2 – \text{T}_1)\label{6}\]

        Молярной теплоемкости обычно присваивают нижний индекс, чтобы указать, нагревалось ли вещество при постоянном давлении ( C p ) или в закрытом контейнере при постоянном объеме ( C V ).

        Пример \(\PageIndex{3}\): Теплоснабжение

        Образец газообразного неона (0,854 моль) нагревают в закрытом контейнере с помощью электрического нагревателя. К катушке приложили потенциал 5,26 В, в результате чего в течение 30,0 с прошел ток силой 0,336 А. Было найдено, что температура газа повысилась на 4,98 К. Найти молярную теплоемкость газа неона при отсутствии тепловых потерь.

        Решение Тепло, выделяемое нагревательным змеевиком, определяется выражением

        .
        \(\text{q} = \text{V} × \text{I} × \text{t}\)
        = \(\text{5.26 В} × \text{0,336 А} × \text{30,0 с}\)
        = \(\текст{53,0 В А·с}\)
        = \(\текст{53,0 Дж}\)

        Изменение уравнения \(\ref{6}\), тогда у нас есть

        \(\text(C)_m = \dfrac{q}{n(T_2-T_1)} = \dfrac{53,0 Дж}{0,854 моль * 4,98 K} = \text{12,47} \dfrac{J}{моль* к}\)

        Однако, поскольку процесс происходит при постоянном объеме, следует писать

        \(\text{C}_V = \text{12,47} \dfrac{J}{моль*K}\)

        Из ChemPRIME: 15. 1: Теплоемкость

        Авторы и авторство

        Зависящие от порового флюида средства управления матричной и объемной теплопроводностью минералогически неоднородных песчаников | Геотермальная энергия

        Изменчивость петрофизических и минералогических данных

        Образцы песчаника демонстрируют очень высокую изменчивость всех измеренных петрофизических параметров породы. Значения Φ колеблются от 0,7 до 36,7% (рис. 2, таблица 3). Значения λ b из измерений насыщенности воздухом и водой находятся в диапазоне от 0.от 9 до 4,9 Вт м -1 К -1 и от 1,7 до 5,8 Вт м -1 К -1 соответственно. Измеренные значения v p находятся в диапазоне от 826 до 6276 мс -1 .

        Рис. 2

        Графики петрофизических параметров λ b , Φ и v p измеренных на пермо-триасовых песчаниках; горизонтальные линии помещают медианы коробчатых диаграмм, а красные точки обозначают средние значения ( n  = количество образцов, воздух = воздушно-насыщенные песчаники, вода = водонасыщенные песчаники)

        Таблица 3 Статистические параметры петрофизических и минералогических данных (RVA), измеренных на пермо-триасовых песчаниках

        Существует также сильная вариабельность минералогического состава образцов. Это особенно заметно в колебаниях содержания кварца (26–97 об.%, мин.–макс.), иллита/мусковита (0–44 об.%), щелочного полевого шпата (0–20 об.%) и плагиоклаза (0–макс.). 20 об.%). Кроме того, методом РВА были идентифицированы следующие минеральные фазы: 0–15 об.% каолинита, 0–10 об.% хлорита, 0–2 об.% смектита, 0–41 об.% доломита, 0–6 об. % кальцита, 0–1,9 об.% магнезита, 0–4 об.% сидерита, 0–26 об.% ангидрита, 0–0,9 об.% гипса и 0–15 об.% гематита.

        При оптическом исследовании шлифов в качестве основных обломочных компонентов выделены кварц, щелочной полевой шпат, плагиоклаз, обломки пород поликварца и метаморфитов.Песчаники сцементированы преимущественно аутигенными глинами и в меньшей степени кварцем. Однако встречаются и песчаники, сцементированные карбонатом с объемной долей карбоната до 41 об.%. Карбонатные цементы в основном состоят из доломита с объемной долей кальцита обычно  < 1 об.% (RVA). Более высокие объемные доли кальцита от 1,4 до 6,0 об.% были обнаружены только в четырех образцах песчаников. Таким образом, на основании минералогической характеристики набор образцов песчаника можно классифицировать как гетерогенные песчаники с сильно изменчивым минералогическим составом.

        Если в образцах песчаника нет значительного количества доломита, кварц, полевой шпат и глинистые минералы составляют от 87 до 100 об.% минеральной фракции, полученной из RVA. Минералогический состав стратиграфических подразделений Кеупер, Бунтсандштайн, Цехштейн и Ротлигенд обычно показывает перекрывающиеся точки данных, при этом образцы песчаника Бунтсандштейн, как правило, содержат более высокие объемные доли кварца по сравнению со всеми другими подразделениями (рис. 3).

        Рис. 3

        Тернарная диаграмма результатов RVA (т.%) песчаников с использованием кварца, полевого шпата и глинистых минералов в качестве конечных элементов

        Результаты показывают экстремальные диапазоны всех измеренных параметров песчаника. Это подтверждает, что использование опубликованных средних значений для λ b или любых других свойств горных пород песчаников обязательно приведет к значительным неопределенностям или даже к вводящим в заблуждение результатам. Что касается геотермальных приложений, это, в свою очередь, демонстрирует необходимость подходящих моделей для получения надежной объемной теплопроводности песчаников, которые действительны для широкого диапазона минералогических составов.Однако, как уже было сказано выше, пригодность модели необходимо оценивать с точки зрения условий измерения, при которых генерируются данные для отдельной модели.

        Контроль теплопроводности матрицы

        Сравнение методов для
        λ m определение

        Параметр λ m часто является ключевой переменной в эмпирических или теоретических моделях, но не может быть измерен напрямую.Вместо этого он рассчитывается, но применяемые методы различаются. На рисунке 4а показано сравнение λ м , рассчитанных на основе измерений λ b воздухо- и водонасыщенных образцов песчаника в соответствии с уравнением 1. Для большинства образцов значения λ m , рассчитанные как по воздухонасыщенным, так и по водонасыщенным измерениям, хорошо согласуются. Незначительные отклонения связаны с точностью метода. Однако для некоторых образцов значения, рассчитанные по измерениям воздухонасыщенных песчаников, значительно выше, чем рассчитанные по измерениям водонасыщенных образцов.Это наблюдение согласуется с результатами Fuchs et al. (2013), которые обнаружили в среднем на 4,9% более высокое значение λ м , связанное с образцами сухого песчаника. Отсюда следует, что, несмотря на общее усиление λ b при водонасыщении, расчетное значение λ m может быть снижено из-за присутствия воды в порах. Этот процесс является возможным объяснением нелинейной зависимости объемной теплопроводности песчаников от водонасыщенности (Jorand et al.2011).

        Рис. 4

        a Сравнение рассчитанных коэффициентов теплопроводности матрицы ( λ м ) по измерениям объемных пород в условиях насыщения воздухом и насыщения водой. b Сравнение расчетных коэффициентов теплопроводности матрицы ( λ m ) по данным минералогического состава (RVA) с расчетами λ m по измерениям насыпных пород ( λ b в условиях насыщения воздухом и водой) -насыщенные условия

        Другим методом расчета λ m является использование количественных минералогических данных, предполагающих стандартную теплопроводность отдельных минеральных фаз (уравнение2, таблица 2). Основными неопределенностями этого метода являются ошибки расчета объемной доли отдельных минеральных фаз и определения удельных средних теплопроводностей минеральных фаз. На рис. 4б значения λ м , рассчитанные по минералогическим данным (RVA), сравниваются со значениями λ м , рассчитанными по измерениям λ b воздухо- и водонасыщенных песчаников. Для подавляющего большинства образцов значения RVA, полученные по данным λ m , значительно выше, чем значения, полученные из измерений λ b .Это справедливо для обеих испытанных насыщенных жидкостей. Выбросы этой тенденции представляют собой те же образцы, которые нанесены на графике как выбросы на рис. 4а, из-за их значительно более высоких значений λ м , рассчитанных на основе измерений λ b насыщенных воздухом песчаников. Результаты проверки различных методов расчета λ m выявили две фундаментальные проблемы в применении модели теоретического среднего геометрического (уравнение 1):

        • Предположение о том, что λ b измерения образцов воздухо- и водонасыщенных песчаников должны привести к идентичным значениям λ м  , не применимо ко всем песчаникам. И наоборот, это означает, что преобразование из «сухих» воздухонасыщенных условий в водонасыщенные с использованием модели среднего геометрического может быть связано со значительными ошибками для конкретных образцов песчаников (рис. 4а).

        • При использовании минералогических данных для расчета λ м фактическое значение λ м обычно имеет тенденцию к завышению (рис. 4b).

        Возникает вопрос, почему значения λ m некоторых образцов песчаника, измеренные в воздухонасыщенных условиях, значительно выше, чем соответствующие измерения в водонасыщенном состоянии.Потенциальными факторами, регулирующими теплопроводность матрицы пористых песчаников, являются прежде всего пористость и минералогический состав образцов, которые будут оценены в следующей главе.

        Относительное влияние отдельных минеральных фаз на
        λ м

        Чтобы определить относительное влияние отдельных минеральных фаз на λ м , мы провели множественный линейный регрессионный анализ с помощью R© (R Development Core Team 2008), используя количественные минералогические составы и данные о пористости 174 образцы песчаника в качестве переменных. В случае отсутствия минерала или измерения ниже предела обнаружения мы устанавливаем минимальный процент 0,0001%, чтобы избежать нулевых значений. Регрессионный анализ был проведен для обоих значений λ м по воздухонасыщенным и водонасыщенным измерениям и включал поэтапное исключение незначимых переменных.

        Расчетные параметры и коэффициенты значимых переменных (определяемые как p -значения < 0,05), полученные в результате регрессионного анализа (т.г., коэффициенты детерминации, стандартная ошибка) приведены в таблице 4 для обеих моделей. Результаты показывают, что для обоих типов протестированных поровых флюидов одни и те же переменные оказывают влияние на термические свойства скелета горной породы, но в разной степени. Помимо пористости, λ м в основном определяется объемной долей кварца, щелочного полевого шпата, каолинита и доломита. Водонасыщенная модель также включает минерал сидерит в качестве существенной переменной.Модель, включающая эти переменные, может объяснить 66 % дисперсии 90 137 λ 90 140 90 404 м 90 405 для воздухонасыщенных песчаников и 74 % дисперсии для водонасыщенных условий (таблица 4). Другие минеральные фазы, идентифицированные в RVA, не оказывают существенного влияния на λ m изменчивость.

        Таблица 4 Коэффициенты регрессии моделей множественной регрессии переменной λ м для воздухо- и водонасыщенных песчаников

        При более внимательном рассмотрении коэффициентов в таблице 4 видно, что пористость оказывает значительно большее влияние на λ м , когда поры воздухонасыщены, тогда как в случае водонасыщенного порового пространства минералогический состав идентифицируется как сильнейший контролирующий фактор.Это хорошо отражает значительно более высокий коэффициент детерминации ( R 2 ) 0,72 для водонасыщенных условий по сравнению с воздухонасыщенными условиями ( R 2  = 0,65) (рис. 5, таблица 4). . Менее значимое соответствие в условиях насыщения воздухом также связано с экспоненциальной зависимостью между пористостью и объемной теплопроводностью песчаников, которая будет более подробно проанализирована в разделе «Пригодность параметров песчаника для косвенных показателей теплопроводности». Альтернативное построение экспоненциальной линии тренда улучшит соответствие модели насыщения воздухом (рис. 5а). Оставшаяся дисперсия обеих регрессионных моделей, вероятно, связана с комбинированным эффектом инструментальной ошибки во время измерений λ b и структурных параметров, таких как типы контактов зерен или формы пор, которые не учитывались в модели.

        Рис. 5

        Кроссплот λ м , рассчитанный на основе измерений λ b , по сравнению с λ м м , расчеты на основе модели линейной регрессии условия насыщения и b условия насыщения водой

        Результаты множественного линейного регрессионного анализа (таблица 4) также позволяют количественно оценить индивидуальное влияние конкретных минеральных фаз на параметр λ м .В то время как объемные доли кварца и доломита оказывают сильное влияние в случае обоих исследованных поровых флюидов, влияние щелочного полевого шпата и каолинита существенно различается. Это может быть связано с выветриванием щелочного полевого шпата, особенностью, которая в первую очередь наблюдалась в песчаниках верхнего триаса (Кейпера). С одной стороны, изменение щелочного полевого шпата (рис. 6а, б) приводит к снижению его исходной минеральной теплопроводности при насыщении порового пространства песчаника воздухом.С другой стороны, выпадение каолинита в поровом пространстве (рис. 6в, г) одновременно увеличивает проводимость скелета породы. Это улучшение λ м за счет осаждения аутигенного каолинита интерпретируется как результат улучшения контактов зерен обломочных компонентов песчаника. Карсон и др. (2003) обнаружили, что количественная площадь контакта между компонентами пористых материалов более важна для их тепловых свойств, чем размер или форма отдельных пор или компонентов.Эффект осаждения каолинита и изменения щелочного полевого шпата менее выражен в случае водонасыщенных песчаников, поскольку уменьшение различий теплопроводности между поровым флюидом и скелетом породы также приводит к улучшению проводящего контакта между отдельными породами. компоненты. Этот эффект распространяется и на щелочные полевые шпаты, подвергшиеся фазовому превращению с развитием внутризеренной пористости. О контроле водонасыщенности свидетельствует также тот факт, что коэффициенты регрессии (табл. 4) щелочного полевого шпата и каолинита в водонасыщенной модели примерно вдвое меньше по сравнению со значениями, определенными для воздухонасыщенной модели (табл. 4).Это соотношение аналогично соотношению значений теплопроводности воздуха (0,026 Вт·м·–1··K –1·) и воды (0,06 Вт·м·–1··K–1·).

        Рис. 6

        Фотографии шлифов образцов песчаника (эпоксидная смола, окрашенная в синий цвет), на которых показаны a измененный щелочной полевой шпат, показывающий эффекты растворения (красная стрелка), b феррогенные фантомные остатки полностью растворенного щелочного полевого шпата (красные стрелки) , c , d аутигенные, червеобразные буклеты каолинитов (красные стрелки), образовавшиеся в результате дегенерации щелочного полевого шпата ( a Песчаник Бунтсандштайн, формация Хардегсен; b d d Песчаник Кеупер Бургштайн, формация Кеупер Бургштайн )

        Оценка основных управляющих факторов для λ м исследованных здесь песчаников показывает, что применение модели среднего геометрического для преобразования коэффициентов теплопроводности, измеренных на воздухонасыщенных песчаниках, в водонасыщенные условия может привести к большим ошибкам. склонны к определенным типам песчаника.Кроме того, в случае расчета λ м по минералогической базе данных можно ожидать общего завышения λ м (рис. 4b), по крайней мере, для тех типов песчаников, которые были исследованы в этом исследовании. Это ценная информация, когда минералогические данные используются для вычисления параметра λ m .

        Увеличение теплопроводности матрицы из-за набухания глинистых минералов, описанное в других исследованиях (например,г., Альберт и др. 2017) не имеет отношения к исследованным в данном исследовании песчаникам. Хотя в некоторых образцах были обнаружены низкие объемные доли смектита, иллит идентифицируется как преобладающий глинистый минерал.

        Зависимое от метода влияние эффектов анизотропии

        Влияние эффектов анизотропии в песчаниках зависит главным образом от наличия структур осадочного напластования и их ориентации относительно оси измерительного сигнала. Поэтому можно ожидать анизотропного поведения измерений λ b и v p в ходе данного исследования. Оба параметра горных пород демонстрируют анизотропию в случае образцов, насыщенных воздухом, что приводит к более высоким значениям λ b (рис. 7а) и v p (рис. 7б), когда измерения проводятся параллельно осадочным породам. постельные плоскости. Это согласуется с результатами других исследований (например, Brigaud and Vasseur, 1989). Сила эффектов анизотропии отражается в диапазоне коэффициентов анизотропии (измерения параллельны по сравнению с измерениями перпендикулярно плоскостям напластования).Коэффициенты анизотропии для v p (0,90–1,38) значительно выше по сравнению с диапазоном коэффициентов анизотропии (0,89–1,15) для λ b измерений воздухонасыщенных песчаников. Напротив, для водонасыщенных условий измерения λ b точки данных показывают более разрозненное распределение измерений параллельно и перпендикулярно слоям песчаника, не обеспечивая четкого тренда (рис. 7а). Это означает, что эффекты анизотропии значительно ослабляются за счет уменьшения контраста теплопроводности между поровым флюидом и скелетом породы. Более высокий разброс точек данных, вероятно, связан с более высокими стандартными ошибками, которые можно ожидать в водонасыщенных условиях. Одной из возможных причин здесь является потеря воды в процессе измерения, например, при ополаскивании и испарении воды.

        Рис. 7

        Эффекты анизотропии в песчаниках, иллюстрируемые a Теплопроводность объемной породы ( λ b ) воздухо- и водонасыщенных песчаников, измеренная параллельно и перпендикулярно осадочной толще. b v p воздухонасыщенных песчаников, измеренных параллельно и перпендикулярно осадочной толще

        Количественные различия в эффектах анизотропии для v p и λ b насыщенных воздухом образцов в основном вызваны разными процедурами обнаружения сигнала для обоих методов. Для определения v p передатчик и детектор помещают вверху и внизу образца. Ультразвуковой сигнал должен проходить по всему диаметру образца, а значит, воздействовать на все внутренние ткани образца. Напротив, при измерениях λ b с ТКС температура поверхности образца измеряется в одной и той же точке измерения до и после короткого периода нагрева. Таким образом, тепловой поток не должен проходить через весь диаметр образца и, следовательно, параметр λ b гораздо меньше зависит от внутренней структуры образца. На основании этих наблюдений мы делаем вывод, что эффекты анизотропии обычно становятся гораздо более заметными, когда измерительный сигнал должен проходить по всему диаметру и через все различные содержащиеся слои отложений.Ожидается, что особенно в неоднородных песчаниках с переменным минералогическим составом различных слоев отложений эффекты анизотропии будут более выраженными по сравнению с массивными, однородными и/или более или менее мономинеральными песчаниками или другими типами горных пород.

        Пригодность параметров песчаника для косвенных показателей теплопроводности

        Корреляция
        λ b со значениями Φ

        Для проверки пригодности различных параметров песчаника в качестве показателей теплопроводности и их зависимости от типа порового флюида была проведена систематическая серия измерений теплопроводности с использованием образцов, насыщенных воздухом и водой. выполненный.Значения λ b для обоих условий измерения были сопоставлены с параметрами песчаника Φ и v p , а также с количественными минералогическими данными, полученными из RVA. Как указано в предыдущем разделе, эффекты анизотропии необходимо учитывать при построении эмпирических моделей, основанных на корреляции параметров горных пород. Это особенно необходимо, когда коррелируются два или более параметра породы, каждый из которых демонстрирует анизотропное поведение.Поскольку λ b образцов керна можно было измерить только параллельно осадочной толще, мы единообразно использовали эти значения для регрессионного анализа.

        Корреляция Φ и λ b дает достоверное различие R 2 для образцов воздухо- и водонасыщенных песчаников. Сухие образцы демонстрируют экспоненциальную зависимость ( R 2  = 0,60) увеличения λ b при уменьшении значений Φ (рис. 8а). Однако в условиях водонасыщенного образца эта корреляция незначительна (рис. 8б). Это указывает на то, что отдельные модели пористости для оценки λ b песчаников не могут быть просто перенесены на условия водонасыщения — условия, которые можно было бы ожидать в недрах. Влияние пористости на λ b уменьшается с уменьшением разницы между теплопроводностью флюида в порах/трещинах и скелета породы (Уолш и Декер, 1966).Экспоненциальное соотношение Φ и λ b соответствует результатам, полученным для других типов пород (например, Sugawara and Yoshizawa 1961; Brigaud and Vasseur 1989; Aurangzeb et al. 2006). Минералогические данные показывают, что при значениях пористости  < 20 % образцы песчаника с содержанием кварца  > 85 об. % явно выходят за пределы общей линии тренда, поскольку демонстрируют повышенные значения теплопроводности (рис. 8а). Нелинейное увеличение λ b для образцов с  > 85 об.% кварца становится повышенным с уменьшением пористости. Это подразумевает для пористости ниже 20% наложение эффекта пористости на значения λ b за счет возрастающего влияния общего содержания кварца на теплопроводность. Для песчаников, насыщенных воздухом, рис. 8а предполагает, что пористость  < 5% больше не оказывает существенного влияния на значения λ b . Наши результаты не только подтверждают, что при низкой пористости существующие модели пористости становятся несущественными (Jorand et al.2015), но также и то, что в случае водонасыщенности модели пористости, как правило, являются объектом больших ошибок и не подходят для прогнозирования λ b в водонасыщенных условиях, ожидаемых в недрах.

        Рис. 8

        Кросс-плоты пористости ( Φ ) и измеренной объемной теплопроводности ( λ b ) образцов a воздухонасыщенных песчаников и b образцов, показывающих коэффициент детерминации R 2 равен 0. Только 60 и 0,15. λ b измеряется параллельно напластованию. Образцы, содержащие > 85 об.% общего количества кварца, выделены красным крестиком, так как они выпадают на графике

        Корреляция
        λ б с в P Значения

        По сравнению с соотношением φ и λ и λ b (рис. 8), кросс-участки V P и λ B Air-насыщенные песчанистыми песчаниками более значимая корреляция ( R 2  = 0.74) (рис. 9а). Значения λ b экспоненциально возрастают с увеличением значений v p . Хотя известно, что Φ и v p демонстрируют тесную корреляцию (например, Wyllie et al. 1956; Esteban et al. 2015), параметр v p определяется как более значимый показатель для λ b песчаников, особенно когда поровое пространство насыщено воздухом. Лучшая корреляция v p и λ b по сравнению с графиком рассеяния, коррелирующим λ b и Φ (рис.8а) можно объяснить влиянием на v p дополнительных структурных особенностей, таких как контакты зерен и осадочная слоистость, а также плотность отдельных обломочных и аутигенных компонентов. Эти параметры также сильно влияют на теплофизические свойства песчаников. В отличие от пористости (рис. 8а) достоверная корреляция v p и λ b для воздухонасыщенных образцов справедлива и для песчаников с объемами кварца ( v кварц )  > 85 том.% (рис. 9а). Это присваивает значение v p как более многообещающий показатель в эмпирических моделях для предсказания и оценки λ b . Однако на графике λ b по сравнению с v p ( Рис. 9а) более широким и разрозненным отклонением отдельных точек выборки от общей линии тренда.

        Рис. 9

        Кросс-плоты скоростей продольных волн v p (образцы, насыщенные воздухом) и объемной теплопроводности ( λ b ) образцов a и воздухонасыщенного песчаника 9013 b проб водонасыщенных песчаников, имеющих коэффициент детерминации R 2 0,74 и 0,32. λ b и v p измерены параллельно ориентации осадочной слоистости.Образцы, содержащие > 85 об.% общего количества кварца, выделены красным крестиком, так как они выпадают на графике

        Аналогично связи между Φ и λ b , корреляция v p с λ b становится незначительной в случае водонасыщенных образцов 9б) (рис. 9б). Это можно объяснить эффектом, уже описанным для графиков пористости (рис. 8), который представляет собой уменьшающееся влияние пористости с уменьшением различий в теплопроводности между скелетом породы и поровой жидкостью. Это наблюдение предполагает, что модели v p для песчаников, калиброванные по «сухим» λ b и/или v p  измерениям (например, Gegenhuber and Schön 2012; Özkahraman et al.) 2 можно перевести в насыщенные условия, например, если теплопроводность рассчитывается по акустическим каротажным диаграммам (Гегенхубер и Шён, 2012; Гегенхубер и Кинлер, 2017). Более значимая корреляция между v p и λ b может быть достигнута, однако, при использовании v p измерений водонасыщенных образцов, но это еще не проверено.

        Минералогический состав и
        λ b значения

        Минералогический состав песчаников является решающим фактором для их значений λ b (например, Birch and Clark 1940; Horai and Baldridge 1972; Clauser and Huenges 1995; Andrés et al. 2016). Из-за значительно более высокой теплопроводности кварца по сравнению с глинистыми минералами и полевыми шпатами (таблица 4) общее содержание кварца (обломочный + аутигенный кварц) в песчаниках считается одним из основных факторов, определяющих его теплофизические свойства. В тесте косвенной пригодности объемной доли кварца ( v кварц ) для оценки значения песчаника λ b имеются явные различия в значимости кварца в зависимости от типа порового флюида. . В то время как кроссплот v кварца против λ b воздухонасыщенных песчаников незначителен (рис. 10a1), водонасыщенные образцы показывают положительную линейную корреляцию, хотя и с относительно низким R 2 только 0.42 (рис. 10б1). По сравнению с параметрами Φ и v p (рис. 8, 9) значимость тренда регрессии по типу порового флюида обратная.

        Рис. 10

        Графики, иллюстрирующие влияние отдельных минералов на измеренные значения λ b . a1 Корреляция RVA общего кварца (об.%) и a2 RVA общего кварца + доломита (об.%) с объемной теплопроводностью ( λ b ) образцов воздухонасыщенного песчаника. b1 и b2 То же, что и выше, но для образцов водонасыщенного песчаника. λ b всегда измеряется параллельно подстилке. Образцы, характеризующиеся  < 5% Φ , и образцы с  > 20 об.% доломита выделены, поскольку они расположены как выбросы

        Из обоих протестированных условий порового флюида образцы с очень низкой пористостью < 5% и долями доломита > 20 об.% отображаются как выбросы, поскольку они демонстрируют повышенные значения λ b (рис. 10a1, b1).Хотя доломит (5,5 Вт м -1 К -1 ) имеет меньшую теплопроводность, чем кварц (7,7 Вт м -1 К -1 ), его удельная теплопроводность значительно выше по сравнению с полевыми шпатами и глинами. минералы, часто встречающиеся в песчаниках (таблица 2). Корреляция v кварца с λ b может быть значительно улучшена, если также учитывать объемную долю доломита. Сумма кварца и доломита ( v кварц + доломит ), коррелированная с λ b , дает значительное улучшение значимости ( R 2  = 0. 53) (рис. 10б2) по сравнению с рис. 10б1. Однако, несмотря на улучшение R 2 для обоих протестированных поровых флюидов, это соотношение по-прежнему остается незначительным в случае воздухонасыщенных образцов (рис. 10a2).

        Отсутствие тесной корреляции между v кварц и λ b в случае воздухонасыщенных песчаников (рис. 10а1) можно объяснить сильным влиянием пористости (рис. 8а). В то время как минералогические компоненты песчаников плохо связаны кондуктивно из-за изолирующих свойств воздуха, кондуктивный теплообмен между компонентами скелета породы становится значительно лучше, когда поры насыщены водой.Это также подтверждается наблюдением, что образцы с очень низкой пористостью (< 5%) демонстрируют гораздо более крутую тенденцию увеличения значений λ b с увеличением значений v кварц или v кварц + доломит .

        Новые комбинации, зависящие от порового флюида, для

        λ b прокси

        Результаты этого исследования показывают, что эмпирические модели для оценки песчаника λ b по свойствам других пород должны быть откалиброваны комбинацией параметров породы, чтобы быть действительными для различных типов поровых флюидов. Как отдельный параметр, ни одно из исследованных свойств пород не обеспечило достаточной точности для оценки λ b в случае исследованных здесь минералогически неоднородных песчаников.

        Минералогический состав приобретает возрастающее влияние на значение λ b песчаников с уменьшением Φ и уменьшением разницы в теплопроводности между скелетом породы и поровым флюидом (например, водой) (рис. 8, 9, 10). Напротив, при более высоких контрастах теплопроводности, например, в случае пор, заполненных воздухом, Φ и структурные параметры (представленные как v p ) являются основными регуляторами λ b .

        Это говорит о том, что для различных поровых флюидов в песчаниках необходимо использовать разные комбинации параметров для достоверной оценки теплопроводности. Поскольку водонасыщенные условия больше подходят для подземных условий на месте, эмпирические модели для оценки водонасыщенных песчаников представляют значительно более высокий научный интерес.

        Легко измеримый параметр v p в сочетании с минералогическими данными является подходящим заменителем для λ b оценки водонасыщенных песчаников. v p зависит не только от Φ (Filomena et al. 2012), но и от плотности матрицы породы (и, следовательно, косвенно от ее минералогического состава), а также от структурных параметров, таких как тип зерновых контактов. Произведение v кварца и v p дает значительное значение R 2 , равное 0,75, для образцов водонасыщенного песчаника (рис. 11b). Если включить содержание как кварца, так и доломита в песчаниках ( v кварц + доломит ), значимость этой корреляции может быть улучшена еще больше до значения R 2 , равного 0.79 (рис. 11в). Обе модели также представляют образцы с  > 85 об.% v кварц , которые образовали выбросы на отдельных графиках Φ (рис. 8) и v p против λ . 9). Необходимость включения минералогических данных для моделей λ b в условиях насыщения также подтверждается исследованиями чистых песчаников (например, Esteban et al. 2015), но еще не подтверждена для гетерогенных песчаников.Разброс точек выборки на рис. 11б, в свидетельствует о том, что погрешность представленных здесь моделей увеличивается с уменьшением v кварца проб. Однако в случае заполненного воздухом порового пространства эта прокси-комбинация будет подвержена значительным ошибкам (рис. 11а).

        Рис. 11

        Комбинация минералогического состава и значений v p : кросс-плоты и результирующие значения R 2 произведения общей объемной доли кварца ( 7 7 1 и ) v p по сравнению с a объемная теплопроводность ( λ b ) воздухонасыщенных песчаников и b  объемная теплопроводность ( λ b ) водонасыщенных песчаников. C Продукт общего кварца + доломитовый объемный фракционный ( V кварц + доломит ) и V P нанесены на 37 λ B достигают лучшей корреляции R 2 = 0,79 в случае водонасыщенных песчаников. λ b и v p измеряются параллельно напластованию. Образцы, характеризующиеся  > 85 об.% общего кварца, и образцы с  > 20 об.% доломита выделены

        Вместо этого, для порового пространства, насыщенного воздухом, произведение соотношения v кварц / Φ и v p обеспечивает гораздо лучшую эмпирическую модель для оценки λ b , как показано на R 2 0,85 (рис. 12а). Подобно наилучшей подгонке для водонасыщенных условий (рис. 11b, c), эта модель также действительна для образцов с  > 85 об.% v кварц . В то время как отдельные модели Φ и v p (например,г. , Пимьента и др. 2014) применимы только к «чистым» кварцевым песчаникам, комбинированная модель Φ , v p и v кварц , представленная здесь, также применима для неоднородных воздухонасыщенных песчаников с сильно изменчивым минералогическим составом. . Однако, если поры насыщены водой, λ b этих образцов также неадекватно отображается при интегрировании Φ (рис. 12b). В этом случае учет минералогических данных высокотеплопроводных минеральных фракций в сочетании с v p дает более точную модель (рис.11б, в).

        Рис. 12

        Кросс-графики объемной теплопроводности ( λ b ) в зависимости от произведения отношения объемной доли кварца ( v кварц )/ Φ 0 9044 p

        0 и

        для a образцов воздухонасыщенного песчаника, b образцов водонасыщенного песчаника. В случае воздухонасыщенных образцов оптимальное соотношение R 2  = 0,85 достигается для графиков объемной теплопроводности ( λ b ) от произведения отношения объемной доли кварца ( v кварца )/ Φ и v p .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.