Druckabhängigkeit von Permeabilität und spektraler induzierter Polarisation (SIP)

• Antragsteller: Dr. Georg Nover
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288119151

Notwendige Voraussetzung für eine Ableitung hydraulischer Transportparameter von Sandsteinen aus elektrischen Daten (spektrale induzierte Polarisation, SIP) sind grundlegende Kenntnisse über den Transport von Ladungsträgern im Porenraum von Sandsteinen. Die Beweglichkeit der Ionen im Porenfluid wird durch Polarisationen, also Wechselwirkungen mit der Gesteinsmatrix, behindert. Der Grad der Wechselwirkung wird unter anderem durch Salinität und Chemismus des Porenfluids, die mineralische Zusammensetzung, die innere Oberfläche des Porenraums und die Kationen-austauschkapazität der Tonminerale kontrolliert. Der Transport von Ladungsträgern in der elektrochemischen Doppelschicht (DL) ist somit in der Stern-Schicht und dem diffusen Teil der Doppelschicht signifikant unterschiedlich, wobei die Beiträge der beiden Leitungsprozesse zur Gesamtleitfähigkeit durch chemische Größen und porenraumspezifische petrophysikalische Eigenschaften wie Porosität, Permeabilität, innere Oberfläche, Porenradienverteilung, etc. bestimmt werden. Nur mit Kenntnis der Wechselwirkungen dieser Parameter untereinander können gängige Modellvorstellungen weiterentwickelt werden, die es dann erlauben würden, den elektrischen SIP-Signaturen Transportparameter zuzuweisen. Das Problem, die vielen bisher durchgeführten SIP-Messungen an unterschiedlichen Sandsteinen in dieser Richtung zu interpretieren, liegt darin, dass zwar die grundlegenden elektrochemischen und petrophysikalischen Parameter sehr präzise und aufwendig gemessen wurden, aber durch die unterschiedlichen Porengeometrien der untersuchten Sandsteine eine allgemeingültige Korrelation mit der Permeabilität nicht erstellt werden konnte. Zur Interpretation der SIP-Spektren wurden von den verschiedenen Arbeitsgruppen unterschiedliche Modellansätze genutzt und auf Aussagefähigkeit hin getestet, eine allgemeingültige Beziehung konnte bislang jedoch nicht gefunden werden.Einen Beitrag zur Lösung dieser prinzipiellen Problematik können Messungen der Druckabhängigkeit der SIP liefern, da bei diesen Messungen der Gesamtchemismus des Systems Matrix-Porenfluid konstant gehalten werden kann und lediglich durch Druck der Vernetzungsgrad der Poren und damit auch die Porenweite verändert werden. Es werden also nur die Leitungsbeiträge der Stern- und des diffusen Teils der elektrochemischen Doppelschicht (EDL, electrochemical double layer) geändert. Die hierdurch bedingte Änderung des Imaginäranteils der SIP (Quadraturkomponente) kann dann mit der unabhängig gemessenen Änderung der druckabhängigen Permeabilität korreliert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Jutta von der Gönna