Laboratory Thermal Conductivities Applied to Crustal Conditions

Abstract

Using a divided bar apparatus, the thermal conductivity of some sedimentary and some common crystalline rock samples has been investigated. The divided bar can be heated by a guard heating system up to 600°C, and a contact pressure of about 50 MPa can be applied. The sandstones (Upper Carboniferous) exhibit a remarkable nonlinear increase of the thermal conductivity with pressure up to about 10 MPa. Siltstones and the crystalline rocks demonstrate a linear pressure dependence of the conductivity within the applied pressure range. The dependence of the conductivity upon temperature is high for sandstones and quartz-bearing rocks. The most fine grained siltstone and some crystalline rocks show a weak temperature sensitivity of the conductivity. If the thermal conductivity of sedimentary rocks is applied for heat flow determination, a difference of up to 20% may arise when the variation of conductivity with pressure and temperature is applied or neglected. Applying the measured thermal conductivity of crystalline rocks, the thermal conductivity vs. depth is estimated for Precambrian and Phanerozoic areas.

 Utilizando-se de um dispositivo de barra dividida, estudou-se a condutividade térmica de amostras de algumas rochas sedimentares e de algumas rochas cristalinas comuns. A barra dividida pode ser aquecida por uma manta de aquecimento até 600°C, e uma pressão de contato da ordem de 50 MPa pode ser aplicada. Os arenitos (Carbonífero Superior) apresentam um notável crescimento não-linear da condutividade térmica como função da pressão até aproximadamente 10 MPa. Siltitos e rochas cristalinas apresentam uma dependência linear da condutividade com a pressão dentro do intervalo de pressões aplicadas. A dependência da condutividade térmica com a temperatura é alta para os arenitos e para as rochas contendo quartzo. A maioria dos siltitos e algumas rochas cristalinas mostram que a condutividade é pouco sensível à temperatura. Quando a condutividade térmica de rochas sedimentares é utilizada em determinação de fluxo térmico, diferenças de até 20% podem ocorrer se a variação da condutividade térmica com a pressão for considerada ou desprezada. Utilizando-se das medidas de condutividade térmica em rochas cristalinas, a variação da condutividade térmica com a função de profundidade é estimada para áreas Pré-cambrianas e Fanerozóicas.