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Quantification of rock structures with high resolution X-Ray μ-CT for laboratory SIP measurements
(2016)
Spectral Induced Polarization (SIP) measurements are used in many different ways to characterize natural rocks and soils. Main foci of interest are the enhanced characterization of the causes of IP-effects in clastic rocks (especially sandstones), the interactions between the matrix-fluid-system and within the electrical double layers as well as the correlation with “classical” petrophysical parameters, such as specific surface area, permeability, mercury intrusion capillary pressure (MICP) and others. Nevertheless, for all of these investigations, knowledge of the inner structure of the sample material is essential in order to create reliable and validated models as well as to interpret and to assess the data most completely. Unfortunately, many of the methods used, to get access to the inner structure of rocks are destructive (e.g. MICP, thin sectioning, etc.) and the valuable sample is lost. In addition, data is either of volume integrated nature or only available for the 2D case and the usage of sister cores does not necessarily lead to reliable results. In this paper, the authors showcase the possibilities of non-destructive and three dimensional X-ray computed tomography and of enhanced image analysis capabilities for the quantification of rock structures at the pore scale.
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.