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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.
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.
The method of low-frequency impedance spectroscopy has been successfully applied in Earth sciences to characterize soils and rocks. The method uses the diagnosing power of complex electrical resistivity in a frequency range between 1 mHz and 1 kHz. In our study, the potential of this method has been explored for the investigation of wood. We observed remarkable differences in the resulting spectra of complex resistivity for different European and Tropical tree species. The data processing of the acquired low-frequency impedance spectra yields integrating parameters. The comparison of the integrating parameters with the mean pore diameter that has been separately determined for the tropical tree species indicates clear correlations. An additional investigation has revealed remarkable difference in the complex resistivity spectra between oil bearing and non-oil bearing sandal wood. This result and the relations between electrical parameters and structural parameters of wood indicate the prospective potential of low-frequency impedance spectroscopy.
Charakterisierung von Feuchte- und Salzbelastungen in Baumaterial durch Impedanzspektroskopie
(2006)
Die Nachfrage nach zerstörungsfreien Prüfungen an Bäumen steigt stetig. Dank neuer Methoden und Messgeräte, entwickelten sich die Möglichkeiten zur Baumdiagnostik in den letzten Jahren immer weiter. Seit kurzem werden auch tomographische elektrische Widerstandsverfahren eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen der Messung des komplexen elektrischen Widerstands an stehenden Bäumen aufzuzeigen und weiterzuentwickeln. Die zusätzliche Erfassung der Phasenverschiebung bietet dabei neue Möglichkeiten zur Detektion von Materialarten und -zustand. Nach vorbereitenden, systematischen Untersuchungen an einem künstlichen, zylindrischen Probekörper wurden spektrale Labormessungen durchgeführt. An Eichenholzproben wurde gezeigt, dass sich die Anisotropie des Holzes stark auf die elektrischen Messungen auswirkt, ebenso wie die Holzfeuchte. Auch Pilzbefall, der in zwei Langzeitversuchen an Eichenkernholz untersucht wurde, zeigte gravierende Auswirkungen auf das elektrische Verhalten, insbesondere auf die Phasenverschiebung. Dadurch war es im Labor möglich, Pilzbefall durch Messungen des komplexen elektrischen Widerstands an Holz nachzuweisen. Bei der tomographischen Anwendung des Verfahrens an stehenden Eichen konnte zunächst gezeigt werden, wie sich der Aufbau gesunder Eichen in den Tomogrammen des spezifischen Widerstands und der Phasenverschiebung widerspiegelt. Dabei wurde eine Abhängigkeit von der Messfrequenz, der Jahreszeit und des Baumalters festgestellt. Bei den anschliessenden Messungen an pilzbefallenen Eichen konnte dann nachgewiesen werden, dass die Detektion von Fäuleschäden an Bäumen mit dem komplexen elektrischen Widerstandsverfahren möglich ist. Allerdings ist die zusätzliche Information der Phasenverschiebung nur bei sehr niedrigen Frequenzen < 1 Hz nutzbar, da dort die im Labor nachgewiesenen Phasenkontraste am größten sind. Die Messungen bei niedrigen Frequenzen haben jedoch eine Erhöhung der Messdauer zur Folge. Das Nutzen-Zeit-Verhältnis für diese zusätzliche spektrale Erfassung der Phase ist gegenüber dem spezifischen Widerstand derzeit jedoch noch gering. Um das Verfahren als alleinstehende Untersuchungsmethode zur Baumdiagnostik zu nutzen, sind weitgehende Untersuchungen für andere Baumarten nötig. In Kombination mit weiteren Verfahren, wie die in dieser Arbeit ebenfalls genutzten Schalltomographie, kann es jedoch bereits jetzt sinnvoll eingesetzt werden.