Fabric e Packing, Porosità e Permeabilità

Fonte: http://web.unife.it/progetti/matematicainsieme/schiume/perc_terra04.htm 

Un po' di definizioni:

Fabric: relazione spaziale e orientazione degli elementi di un singolo cristallo (conchiglia, ciottolo, grano di sabbia … ).

Packing: densità degli elementi del fabric.

Fabric dimensionale: quando è governato da un elemento dimensionale;

Fabric cristallografico: quando è dovuto all'allineamento di assi cristallografici.

Dal punto di vista genetico esistono 2 tipi di fabric:

1. di deformazione, dovuto alle forze esterne che agiscono sulla roccia;
2. di apposizione, quando si forma al momento della sedimentazione.

Quasi tutti i detriti sono elementi di un fabric. L'orientazione degli elementi può essere descritta da 2 angoli:

1. azimutale fra un asse del ciottolo e il nord;
2. l'inclinazione ovvero l'angolo tra l'asse in questione e il piano orizzontale.

Si dice fabric:

• isotropo, quando l'orientazione degli elementi è casuale;
• anisotropo, quando invece è preferenziale.

Il packing è dato dal modo di disporsi nello spazio degli elementi, ognuno dei quali è sostenuto da altri elementi ed è in equilibrio con il campo gravitazionale.

Si dice stretto quando riduce il volume e le dimensioni dei pori ed altera la porosità e la permeabilità; si dice aperto nel caso contrario.

I tipi di contatti fra i grani ci aiuta a capire il grado di compattazione che ha una roccia. I grani possono essere:

• flottanti → quando la roccia ha subito poca compattazione;
• puntuali → quando la roccia inizia a compattarsi e i grani si avvicinano fra di loro;
• concavo-convessi → la compattazione procede e i grani flessibili sono incurvati dalla pressione dei grani più duri; si ha penetrazione dei grani più duri e dissoluzione di quelli più teneri;
• crenulati → dissoluzione di tutti i grani.

Parliamo ora della porosità e permeabilità.

         POROSITA'

Si divide in effettiva e totale. La prima è la percentuale di spazi vuoti interconnessi tra loro rispetto al volume totale della roccia. La seconda è la percentuale di spazi vuoti rispetto al volume totale della roccia. Quella totale sarà quindi sempre maggiore di quella effettiva.

Esiste una porosità primaria e una secondaria.

          PRIMARIA

Si genera durante la deposizione del sedimento e può essere divisa in 3 tipi:

1. intergranulare → quando la porosità è costituita dallo spazio tra i grani;
2. intragranulare → quando la porosità è costituita dagli spazi all'interno dei grani;
3. intercristallina → quando la porosità è costituita dallo spazio fra i cristalli.

          SECONDARIA

Si genera dopo i processi post-deposizionali e può essere divisa in 3 tipi:

1. soluzione → è costituita dallo spazio generato in seguito alla dissoluzione del cemento;
2. intercristallina → è costituita da spazi rimasti per una completa cementazione;
3. fratturazione → è dovuta a frattura della roccia.

La porosità originale di un sedimento è influenzata da diversi fattori:

• uniformità dimensioni delle particelle ovvero più è alta la deviazione standard e più è bassa la porosità;
• forma e sfericità delle particelle ovvero più è bassa la sfericità e più è alta la porosità;
• modi di impacchettamento durante la deposizione, impacchettamenti aperti hanno una porosità più alta di quelli compatti;
• grado di compattazione dopo il seppellimento, più è alto il carico litostatico e più è bassa la porosità;
• trasformazioni diagenetiche.

Ma come viene misurata la porosità?

1. osservare la roccia con una lente o al microscopio (metodo qualitativo);
2. mediante conteggio per punti al microscopio dei pori della roccia (metodo semi-quantitativo);
3. altri metodi (metodi quantitativi) in laboratorio, il volume dei pori viene calcolato in base alla quantità di liquido o GAS che viene assorbito dalla roccia fino a riempirla completamente.

          PERMEABILITA'

Proprietà che ha una roccia nel lasciare passare dei fluidi senza modificare la sua struttura. È legata alla porosità effettiva. La quantità di fluido Q che passa attraverso una data sezione C per una lunghezza L è direttamente proporzionale alla differenza di pressione fra i 2 estremi di lunghezza L considerati e inversamente proporzionale alla viscosità del fluido V.

Q = K(C P) / (V L), K è la permeabilità che dipende dalle caratteristiche della roccia ed è espressa in darcy.

1 darcy equivale al passaggio di 1 cm³/sec di fluido attraverso una sezione di 1 cm² per una lunghezza di 1 cm sotto una differenza di pressione di 1 atmosfera.

I fattori che influenzano la permeabilità sono:

• dimensione dei grani (più grandi sono i pori vuoti e più c'è permeabilità a parità di porosità);
• grado di selezione (meno deviazione standard e più permeabilità a parità di altre condizioni);
• forme dei grani e grado di impacchettamento (forme più sferiche e impacchettamenti più compatti implicano meno porosità e quindi meno permeabilità). 

Fonti: Emilio Saccani, Petrografia delle rocce sedimentarie terrigene, 2010