Щільність - фізична властивість гірської породи, кількісно оцінюється величиною відношення маси мінерального речовини без пір і пустот до її об'єму.
Відповідно до щільністю найбільш поширених породоутворюючих мінералів щільність твердих частинок більшості грунтів змінюється від 2,5 до 2,8 г / см3. Вона збільшується з підвищенням вмісту в грунтах важких мінералів. Тому в основних і ультраосновних порід щільність твердих частинок істотно вище (до 3,0-3,4 г / см3), ніж у кислих (у гранітів - 2,63-2,75 г / см3). Наявність органічних речовин різко знижує її величину, оскільки їх щільність невелика в порівнянні з мінеральною компонентою (щільність гумусу 1,25-1,40 г / см3).
Щільність грунту залежить від мінерального складу, вологості і пористості грунтів: зі збільшенням вмісту важких мінералів щільність грунту збільшується, а при збільшенні вмісту органічних речовин зменшується; зі збільшенням вологості щільність грунту зростає; максимальної при даній пористості вона буде в разі повного насичення пір водою; зі збільшенням пористості щільність грунту зменшується.
Об'ємна маса (об'ємна вага) - це маса одиниці об'єму висушеної породи з порами в природному стані. Виражається об'ємна маса в грамах на кубічний сантиметр (г / см3) або в кілограмах на кубічний метр (кг / м3).
Об'ємна маса гірської породи чисельно завжди менше щільності, так як маса даного матеріалу в природному стані (з порами) займає більший обсяг, ніж така ж маса без пір. Наприклад, об'ємна маса граніту дорівнює приблизно 2,6 г / см3, а щільність його 2,7 г / см3.
Вільний простір в мінеральному кістяку, представлене порожнечами різної форми, розміру і генезису, називається скважностью (пустотностью) гірських порід і чисельно може бути охарактеризоване об'ємним коефіцієнтом скважности пс (загальна, або абсолютна, шпаруватість):
де Vn - загальний обсяг усіх пустот, що містяться в даному елементі гірської породи; V - об'єм елемента.
Залежно від генезису гірських порід, а також розмірів, кількості пустот і інших чинників порожнечі в мінеральному кістяку можуть бути сполученими між собою (відкритими) або ізольованими (закритими). Оскільки рух підземних вод можливо тільки за системою пов'язаних (відкритих) порожнин, так як закриті порожнечі заповнені повітрям, газом або иммобилизованной (вакуольної) водою, поряд із загальним (абсолютним) значенням скважности існує поняття коефіцієнта відкритої скважности (пустотности) п. Який визначається як відношення загального обсягу відкритих (пов'язаних між собою) пустот до обсягу всієї породи (зразка).
Так як в переважній більшості випадків певна частина обсягу відкритих порожнин в мінеральному кістяку гірських порід зайнята різними видами зв'язаної води, затисненим віз
духом або газом і не є «відкритою» для руху вільної (гравітаційної) води, поряд з поняттями загальної та відкритої скважности в гідрогеології широко використовується поняття активної (динамічної) скважности па гірських порід, яка визначається як відношення обсягу відкритих порожнин, за якими відбувається (може відбуватися) рух гравітаційної води, до обсягу всієї породи (зразка).
У загальному випадку величини загальної, відкритої і активної скважности виражаються співвідношенням
При цьому співвідношення значень відкритої і активної скважности гірських порід обумовлено головним чином переважаючими розмірами порожнин. Залежно від діаметра D пустот або їх ширини L для пустот, що мають лінійну форму, зазвичай розрізняють три види шпаруватості (табл. 3).
Таблиця 3
Види скважности (пустотности) гірських порід в залежності від розмірів (Довідкове керівництво, 1979)
Діаметр порожнеч D, мм
Співвідношення відкритої і активної скважности
Субкапіллярная
капілярна
Сверхкапіллярная
Менш 0,0002 0,0002-0,5 Більш 0,5
Менш 0,0001 0,0001-0,25 Більш 0,25
Очевидно, що в породах зі сверхкапіллярной скважностью в пустотах великих розмірів частина вільного простору, зайнята усіма видами зв'язаної води, щодо незначна в порівнянні із загальним обсягом порожнеч (па
по); в капілярних пустотах в залежності від їх розмірів роль зв'язаної води, в тому числі капілярно-пов'язаної, може бути дуже істотною (па lt; по); в породах з субкапіллярной скважностью в граничному випадку все перетин пустот мінерального скелета може бути зайнято пов'язаної водою.
Основними морфометричними видами скважности гірських порід, які визначаються генезисом породи і умовами її епігенетичного перетворення, є пористість, тріщинуватість і кавернозность. Відповідно до переважанням того чи іншого виду скважности (типу пустот) всі гірські породи земної кори поділяються на породи (середовища) пористі (порові), трещинние, каверновие і середовища більш складних перехідних типів з наявністю двох або більше морфометрических типів скважности (порово-трещинние , тріщини-каверновие і ін.).
Пористими гірськими породами (в гідрогеології частіше використовуються поняття «пористі середовища» або «середовища порового типу») називаються породи, у яких вільний простір представлено різними за розмірами (умовно менше 1,0 мм) пустотами ізометричної форми (рис. 7).
Генетично пористість гірських порід може бути представлена порожнинами істотно різного типу: межзерновая пористість осадових пухких і слабосцементірованних порід, пов'язана з нещільної упаковкою зерен (часток) міні-
Мал. 7. Характер і види пористості гірських порід (по Мейнцеру, 1933, зі змінами):
1 - добре відсортовані опади з високою пористістю; 2 - погано відсортовані опади з малою пористістю; 3 - опади, пористість яких зменшена у зв'язку з частковою цементацией вільного простору; 4 - високопористі опади, складені частками лускатої або листоподібною форми; 5 - те ж при ущільненні з різко зменшеною пористістю; 6 - слабопорістие опади з базальним типом цементу; 7 - породи з пустотностью, яка визначається процесами вилуговування (кавернозностью); 8 - породи з пустотностью, пов'язаної з наявністю трещиноватости
рального скелета; пористість, що утворюється при охолодженні й пов'язаному з цим зменшення обсягу магматичних гірських порід, а також пористість, пов'язана з процесами епігенетичного зміни гірських порід (перекристалізація, вилуговування розчинних зерен мінерального скелета, разуплотнение при зменшенні тиску і ін.).
Характерні значення загальної пористості різних типів гірських порід наведені в табл. 4.
Таблиця 4
Значення коефіцієнта пористості гірських порід (Довідкове керівництво, 1979)