خصائص الصخور

الصخور

الصخور: هي كتل صلبة تكوّنت بفعل عوامل الطبيعة، وتتكون من نوع واحد أو أكثر من المعادن، وقد تحتوي على السوائل في حالة المسامية. وتتمايز الصخور في الملمس والتركيب، وفيما يتعلق بنشوئها الجيولوجي فتنقسم الصخور إلى ثلاث مجموعات رئيسية: الصخور النارية، والصخور المتحولة، والصخور الرسوبية. وتعد الصخور الجيرية والرملية صخور الخزان الأكثر شيوعاً على سطح الأرض.[1]

خصائص الصخور

تُعدّ الخصائص الفيزيائية للصخور ذات أهمية كبيرة في العديد من المجالات، بما في ذلك علم الجيولوجيا، والجيوفيزياء، وعلوم المواد، والكيمياء الجيولوجية، والهندسة الجيوتقنية، وعلوم الأرض، والفضاء، كما يقوم العلماء بصياغة توقعات الزلازل المحتملة وإعادة بناء أصل الرواسب المعدنية باستخدام التغيرات الفيزيائية، ويستكشف الجيوفيزيائيون الاختلاف في الخصائص الفيزيائية للصخور تحت السطحية عن طريق دراسة عوامل الحرارة والضغط في الأعماق لمعرفة واستخراج الموارد الطبيعية، مثل النفط، والغاز، والطاقة الحرارية الأرضية، وخامات المعادن؛ حيث يقوم المهندسون الجيوتقنيون بدراسة طبيعة الخصائص الفيزيائية للصخور والمواد المكونة لها لمعرفة مدى ملائمة المنطقة لبناء المشاريع، مثل المباني، والسدود، والأنفاق، والجسور، وقبو التخزين تحت الأرض. ويعتمد العلماء في تحديد الخصائص العامة للصخر على الحبوب المعدنية والبلورات المكوّنة لها، حيث يتم تحديد هذه الخصائص العامة عن طريق حساب قيمة متوسط الخصائص النسبية واتجاه الحبوب المختلفة أو البلورات، حيث إن الصخور كبيرة الحجم تكون بلوراتها مختلفة الاتجاه، كما أن العلماء يأخذون بالحسبان حجم البلورات، وشكلها، وترتيبها، ومقدار توزيع المساحة الفارغة، ووجود الأسمنت الطبيعي في الصخور الرسوبية، ودرجة الحرارة، والضغط، ونوع وكمية السوائل المحتواة مثل البترول والماء. وفيما يلي ذكر لأهم الخصائص الفيزيائية:[2]

الكثافة

تعرف الكثافة بشكل عام بأنها كتلة المادة لكل وحدة حجم، غير أنه يشيع استخدام مفهوم آخر للكثافة في الجيولوجيا، حيث إن الكثافة هي الوزن في الهواء لكل وحدة حجم واحدة في درجة حرارة معينة؛ لأن وزن الأجسام يتغير من مكان لآخر تبعاً لقيمة الجاذبية الأرضية، والوحدة القياسيّة لكثافة الصخور هي الكيلوغرام لكل متر مكعب (كغم / م 3)، كما تختلف الكثافة بشكل كبير بين أنواع الصخور المختلفة بسبب الاختلافات في علم المعادن، والمسامية، ويمكن أن تساعد معرفة كثافات الصخور تحت الأرض على تفسير التركيب الجيولوجي تحت السطح ونوع الصخور.[3]

النفاذية

هي قدرة الصخور على نقل السوائل خلال قشرة الأرض عن طريق الصدوع والكسور، وقد قام العلماء بإجراء التجارب على نفاذية الصخور البركانية التي تتألف من الحويصلات والشقوق الصغيرة، بتعريضها للضغط الفعّال (ما يقارب 30 ميجا باسكال) باستخدام جهاز الضغط الهيدروستاتيكي، وتبيّن أن نفاذية الصخور السليمة تزيد زيادة غير خطية مع زيادة المساميّة وتنخفض ​​مع زيادة الضغط الفعّال بسبب إغلاق الكسور والمسامات الصغيرة.[4]

الخصائص الميكانيكية

الخصائص الميكانيكية: هي قدرة الصخور والكتل الصخرية على الاستجابة لحقول القوة الخاصة ببيئتها المادية، ويعد الضغط من أهم القوى المؤثرة في الخصائص الميكانيكية للصخور، حيث إن الضغط هو مقدار القوة المؤثرة على مادة مثل الصخور لكل وحدة مساحة، وهذه القوة قد تؤدي إلى حدوث تغير في حجم أو شكل أو بُعد الصخر، ويسمى هذا التغيير أو التشوه بالإجهاد أو التوتر، كما يمكن أن تكون الضغوط محورية على الصخور، بحيث قد تكوّن إجهاداً اتجاهياً، أو ضغطاً بسيطاً، أو قد تكون ضغطاً قصياً مماسياً، أو ضغطاً هيدروستاتيكياً من جميع الجهات، وبالنسبة للضغوط الصغيرة فإنها تكوّن التوتر المرن ويكون الصخر في حالة قابلة للاسترداد عند إزالة الضغط، أما الضغوطات والإجهادات الكبيرة فإنها توثر على الصخور بتوتر غير مرن أو دائم.[5]

الخصائص الحرارية

يعد التدفق الحراري والموصلية الحرارية من أهم الخصائص الحرارية في الصخور، حيث إن الموصلية الحرارية للمادة هي تدفق الحرارة عبر سطحٍ معينٍ لكل وحدة مساحة في وحدة الوقت، ويمكن تحديد التوصيل الحراري في المختبر أو في الموقع، عن طريق تشغيل مصدر التدفئة وقياس التغير في درجة الحرارة مع مرور الوقت. وبالنسبة لصخور القشرة القاعدية فإن أدنى قيم الموصلية الحرارية توجد في الصخور التي تحتوي على الحديد والمغنيسيوم بينما أعلى القيم تم تسجيلها في الصخور التي تحتوي على السيليكا والألومينا. وتعتمد نتائج اختبار الخصائص الموصلية الحرارية على عدة عوامل منها:[6]

• التركيب الكيميائي للصخر (أي المحتوى المعدني).
• محتوى السوائل (نوع ودرجة تشبّع المسام)؛ حيث إن وجود الماء يزيد من فرصة التوصيل الحراري.
• قيمة الضغط؛ حيث إن ارتفاع الضغط يزيد من فرصة التوصيل الحراري عن طريق إغلاق الشقوق التي تمنع تدفق الحرارة.
• درجة الحرارة.
• الخواص البلورية وتجانس الصخرة.

تأثير الحرارة في الخصائص الفيزيائية للصخور

أجرى علماء الجيولوجيا عدة اختبارات على بعض الصخور لمعرفة مدى تأثر الخصائص الفيزيائية بالحرارة، حيث أجريت الاختبارات على نوعين من الرخام، وثلاثة أنواع من الأحجار الجيرية المختلفة في المسامية، وأحجام البلورات، والخصائص الهيكلية والنسيجية، وتم تسخين العينات المكعبة من هذه الصخور تدريجياً إلى درجات حرارة محددة من 100، و200، و300، و400، و500 درجة مئوية، ومن ثم قاموا بتبريدها تدريجياً إلى درجة حرارة الغرفة دون إحداث صدمة حرارية من أجل التحقيق في تأثير درجة الحرارة في الخصائص الفيزيائية، وأظهرت نتائج التجارب أن الضرر في الصخور عند درجات الحرارة المرتفعة يسبب تغيرات في لون الأحجار الجيرية المسامية بسبب المواد العضوية المكونة لها، كما لوحظ تمدد الكالسيت، وتوسع في الشقوق القائمة، وانخفاض في سرعة الموجة (بالإنجليزية: P-wave)، وزيادة في المسامية، حيث أدى ضغط هيكل الصخور إلى زيادة في سرعة الموجة وانخفاض طفيف في المسامية.[7]

المراجع

1. ↑ "Rocks—Their Classification and General Properties", www.sciencedirect.com, Retrieved 7-3-2018. Edited.
2. ↑ "Physical Properties", www.britannica.com, Retrieved 7-3-2018. Edited.
3. ↑ "Density", www.britannica.com, Retrieved 7-3-2018. Edited.
4. ↑ "The permeability of fractured rocks in pressurised volcanic and geothermal systems", www.ncbi.nlm.nih.gov, Retrieved 7-3-2018. Edited.
5. ↑ "Mechanical properties", www.britannica.com, Retrieved 7-3-2018. Edited.
6. ↑ "Thermal properties", www.britannica.com, Retrieved 7-3-2018. Edited.
7. ↑ "Thermal effect on the physical properties of carbonate rocks", www.sciencedirect.com, Retrieved 7-3-2018. Edited.