TY - CONF A1 - Weller, Andreas A1 - Zhang, Zeyu A1 - Slater, L. A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Halisch, M. T1 - Induced polarization and pore radius - a discussion N2 - Permeability estimation from spectral induced polarization (SIP) measurements is based on a fundamental premise that the characteristic relaxation time (t) is related to the effective hydraulic radius (reff) controlling fluid flow. The approach requires a reliable estimate of the diffusion coefficient of the ions in the electrical double layer. Others have assumed a value for the diffusion coefficient, or postulated different values for clay versus clay-free rocks. We examine the link between t and reff for an extensive database of sandstone sampleswhere mercury porosimetry data confirm that reff is reliably determined from a modification of the Hagen-Poiseuille equation assuming that the electrical tortuosity is equal to the hydraulic tortuosity. Our database does not support the existence of 1 or 2 distinct representative diffusion coefficients but instead demonstrates strong evidence for 6 orders of magnitude of variation in an apparent diffusion coefficient that is well correlated with both reff and the specific surface area per unit pore volume (Spor). Two scenarios can explain our findings: (1) the length-scale defined by t is not equal to reff and is likely much longer due to the control of pore surface roughness; (2) the range of diffusion coefficients is large and likely determined by the relative proportions of the different minerals (e.g. silica, clays) making up the rock. In either case, the estimation of reff (and hence permeability) is inherently uncertain from SIP relaxation time. T2 - IP Workshop 2016 CY - Aarhus, Denmark DA - 06.06.2016 KW - pore radius KW - mercury intrusion capillary pressure KW - spectral induced polarization KW - relaxation time PY - 2016 AN - OPUS4-37116 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Weller, Andreas A1 - Zhang, Zeyu A1 - Slater, L. A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Halisch, M. T1 - Induced polarization and pore radius – a discussion N2 - Permeability estimation from spectral induced polarization (SIP) measurements is based on a fundamental premise that the characteristic relaxation time (t) is related to the effective hydraulic radius (reff) controlling fluid flow. The approach requires a reliable estimate of the diffusion coefficient of the ions in the electrical double layer. Others have assumed a value for the diffusion coefficient, or postulated different values for clay versus clay-free rocks. We examine the link between t and reff for an extensive database of sandstone samples where mercury porosimetry data confirm that reff is reliably determined from a modification of the Hagen-Poiseuille equation assuming that the electrical tortuosity is equal to the hydraulic tortuosity. Our database does not support the existence of 1 or 2 distinct representative diffusion coefficients but instead demonstrates strong evidence for 6 orders of magnitude of variation in an apparent diffusion coefficient that is well correlated with both reff and the specific surface area per unit pore volume (Spor). Two scenarios can explain our findings: (1) the length-scale defined by t is not equal to reff and is likely much longer due to the control of pore surface roughness; (2) the range of diffusion coefficients is large and likely determined by the relative proportions of the different minerals (e.g. silica, clays) making up the rock. In either case, the estimation of reff (and hence permeability) is inherently uncertain from SIP relaxation time. T2 - IP Workshop 2016 CY - Aarhus, Denmark DA - 06.06.2016 KW - Pore radius KW - Mercury intrusion capillary pressure KW - Spectral induced polarization KW - Relaxation time PY - 2016 AN - OPUS4-37003 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhang, Zeyu A1 - Weller, Andreas T1 - Beobachtung der Trocknung von Gesteinen mit Spektraler Induzierter Polarisation N2 - Bei der Trocknung von Gesteinen vermindert sich der Anteil des Wasservolumens im Porenraum, der als Sättigung bezeichnet wird. Mit abnehmender Sättigung sinkt die elektrische Leitfähigkeit des Gesteins. Die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von der Sättigung wird durch ein Potenzgesetz entsprechend der 2. Archie-Gleichung beschrieben: log(#CHR:sigma_LOWER#)=n log(Sw), wobei n der Sättigungsexponent ist. Bei der Trocknung von Gesteinen muss beachtet werden, dass die Wasserleitfähigkeit mit abnehmender Sättigung zunimmt, da die Konzentration der im Wasser gelösten Salze ansteigt. Das hat zur Folge, dass die bei Trocknungsexperimenten bestimmten Sättigungsexponenten deutlich kleiner sind als bei Verdrängungsexperimenten (z.B. Wasser durch Öl) mit gleichbleibender Wasserleitfähigkeit. Bei der Spektral(en) Induzierten Polarisation wird die komplexe elektrische Leitfähigkeit des Gesteins als Funktion der Frequenz betrachtet. Für den Real- und Imaginärteil der elektrischen Leitfähigkeit werden unterschiedliche Sättigungsexponenten bestimmt. Wir haben an zwei Sandsteinproben (Langenauer und Gravenhorster Sandstein) und einem Baumberger Kalksandstein Trocknungsexperimente durchgeführt. Die Sättigung wurde schrittweise von 100 % bis auf 10 % reduziert. In jeder Sättigungsstufe wurden an den Proben die Spektren der komplexen elektrischen Leitfähigkeit aufgezeichnet. Unsere Experimente zeigen, dass die Sättigungsexponenten für den Imaginärteil der komplexen elektrischen Leitfähigkeit mit 1,23 bis 1,59 deutlich größer sind als die des Realteils mit Werten zwischen 0,41 und 0,90. Dieser Unterschied resultiert aus der Tatsache, dass der Imaginärteil der Leitfähigkeit weniger stark mit zunehmender Wasserleitfähigkeit ansteigt als der Realteil. Für den Realteil der elektrischen Leitfähigkeit wird nach der 1. Archie-Gleichung ein linearer Zusammenhang zwischen Wasserleitfähigkeit und Gesteinsleitfähigkeit erwartet. Der Anstieg des Imaginärteils mit der Wasserleitfähigkeit kann mit einem Potenzgesetz mit einem Exponenten zwischen 0.1 und 0.62 beschrieben werden. Unsere Experimente zeigen, dass der Imaginärteil der elektrischen Leitfähigkeit wesentlich deutlicher auf die Austrocknung von Gesteinen reagiert und damit ein wirksamer Indikator zur Überwachung von Sättigungsänderungen sein kann. T2 - Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Leoben, Austria DA - 12.2.2018 KW - Spektral induzierte Polarisation KW - Sandsteine KW - Trocknung PY - 2018 AN - OPUS4-45000 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhang, Zeyu A1 - Kruschwitz, Sabine A1 - Prinz, Carsten A1 - Halisch, M. A1 - Weller, Andreas T1 - Porenraumanalyse mittels MIP, NMR, SIP, BET, CT und Auflichtmikroskopie N2 - In der Vergangenheit wurde immer wieder diskutiert, ob die Porenhalsverteilung poröser silikatischer Medien maßgeblich die Relaxationszeit in Messergebnissen der Spektralen Induzierten Polarisation (SIP) bestimmt und dementsprechend auch neuere Ansätze, Porenweitenverteilungen aus diesen Daten abzuleiten, zuverlässig sein können. Systematische Studien an Gesteinen mit sehr unterschiedlichen Porenverteilungen zeigten, dass in Materialien mit engen Porenhälsen (z.B. < 5 μm) vor allem oder zusätzlich zum vermuteten Porenhalspeak niederfrequente Relaxationen zu beobachten sind, deren Ursache noch unklar ist. Unter Einbeziehung der Methoden Röntgen-Computertomografie (μ-CT), Quecksilberporosimetrie (MIP), Stickstoffabsortion, Nukleare Magnetische Resonanz, SIP und Auflichtmikroskopie untersuchen wir den Porenraum hinsichtlich der Parameter Porosität, Permeabilität und innere Oberfläche und bestimmen die geometrischen Eigenschaften wie Porenweitenverteilungen oder fraktale Dimension durch verschiedene Algorithmen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich die Methoden hinsichtlich der Grenzen ihres Auflösungsvermögens unterscheiden. Mit einer Zusammenführung der Ergebnisse aller Methoden kann eine mehrere Längenskalen überdeckende Charakterisierung der Porenraumgeometrie erfolgen. Die Anwendung und Auswertung der verschiedenen Methoden werden am Beispiel von Baumberger Kalksandstein und Bentheimer Sandstein verglichen und diskutiert. T2 - 77. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft CY - Potsdam, Germany DA - 27.03.2017 KW - Spektral Induzierte Polarisation KW - Fraktale Dimension KW - MIP KW - Sandstein PY - 2017 AN - OPUS4-43246 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -