Изоморфизм, примеси

Изоморфизм — взаимная замещаемость в кристаллической решетке близких по свойствам атомов — распространенное явление в минералах, включая породообразующие. В изоморфных рядах обнаруживаются вариации физических свойств: упругости, плотности и магнитной восприимчивости, иногда электропроводности. Замещения происходят по изовалентным вертикальным рядам таблицы д. И. Менделеева или по диагональным направлениям по принципу близости атомных радиусов при условии сходных поляризационных характеристик ионов. Поэтому влияние изоморфных замещений на физические свойства пород не велико ввиду малых различий кристаллической структуры; здесь более существен состав, атомная масса.

Примесные атомы в кристаллической решетке – особый по влиянию на физические свойства вид дефектов структуры. Они по-разному искажают решетку, находясь в узлах и междоузлиях, создают добавочные энергетические уровни в зонной электронной структуре. Увеличивается электропроводность минералов — диэлектриков и полупроводников, изменяются поглощающие свойства, цвет минералов, их пластичность. прочность, упругие свойства, в меньшей мере плотность и магнитные свойства, усиливаются транспортные свойства (диффузия, теплопроводность). Степень этих изменений свойств, разумеется, зависит от концентрации примесей.

В число акцессорных минералов входят второстепенные, рудные. темноцветные, редкие минералы (не породообразующие). Несмотря на малое содержание в горных породах (проценты или даже доли процента), они существенно влияют на электрические и магнитные свойства пород. Темноцветные и рудные минералы, как правило, повышают электропроводность горных пород — непосредственно из-за металлических связей и косвенно, путем изменения типа и структуры связей других минералов, понижения потенциала ионизации. Среди них есть много минералов переходных металлов, прежде всего окислы и гидроокислы железа, за счет которых намагничиваются горные породы. Минералы радиоактивных элементов, ассоциирующиеся преимущественно с кислыми магматическими породами, создают радиоактивный фон земной коры.

Состав флюидов в поровом пространстве ГП влияет, и довольно значительно, на электрические свойства - удельное сопротивление и диэлектрическую проницаемость. Поляризуемость горных пород определяется присутствием глинистых частиц в минерализованных флюидах, а также концентрацией минералов с металлической проводимостью: пирита, пирротина, халькопирита, магнетита, графита и некоторых других. Особенно важна зависимость проводимости от минерализации вод в поровом пространстве для осадочных пород. Коллекторы различаются по диэлектрической проницаемости в зависимости от заполнения пор: вода, нефть или воздух.