In geschichteten Reservoiren mit geringer Matrix-Permeabilität kontrollieren überwiegend
Bruchsysteme den Fluidtransport. In Kalk-Mergel-Wechselfolgen sind allerdings die vertikale
Kluftausbreitung sowie die Vernetzung der Kluftsysteme zwischen den unterschiedlichen
Schichten sehr variabel, was schließlich die Permeabilität in diesen bruchkontrollierten
Reservoiren erheblich beeinflusst. Innerhalb einer Schichtfolge führen diverse
sedimentologische Merkmale (z.B. sedimentäre Schichtung und diagenetische Bankung) zu
kontrastreichen Gesteinseigenschaften und wirken somit als Spannungsbarrieren.
Spannungsbarrieren, wie beispielsweise lithologische Kontakte oder mächtige Mergellagen,
können die Kluftausbreitung in geschichteten Gesteinen ebenfalls verhindern und erschweren
zusätzlich die Vorhersage potentieller Fluidwege. Aufgrund dessen ist es entscheidend
Schichten, die sich mechanisch einheitlich verhalten („mechanische Einheit“) zu finden. Das
Ziel dieser Doktorarbeit ist, den Einfluss von sedimentologischen und diagenetischen
Merkmalen und petrophysikalischen Eigenschaften vertikaler Kluftausbreitung in
Kalk-Mergel-Wechselfolgen der Jurassischen Blue Lias Formation (Bristol Channel Becken,
Großbritannien) abzuschätzen, um verschiedenartige Spannungsbarrieren und mechanische
Einheiten zu definieren. Zu diesem Zweck wurden sechs Profile untersucht, welche sich durch
unterschiedliche morphologische Variationen auszeichnen (d.h. von kalkdominiert zu
mergeldominiert). Die Untersuchungen umfassen Kombinationen aus sedimentologischer
(z.B. Geländeuntersuchungen, Dünnschliffpetrografie, Rasterelektronenmikroskopie, CaCO3-
and Corg-Messungen), quantitativ strukturgeologischer (z.B. Charakterisierung von
Kluftsystemen) sowie petrophysikalischer Daten (z.B. Spaltzug- und Druckfestigkeits-,
Rückprallhärte- und Porositäts-Messungen). Im Rahmen der quantitativen
strukturgeologischen Untersuchungen wurden unter Verwendung einer modifizierten Scanline
Methode (Durchführung einer flächengestützten Kluftanalyse) über 4000
schichtübergreifende Klüfte betrachtet.
Generell wird angenommen, dass der Kluftabstand mit zunehmender Bankmächtigkeit
zunimmt und die Kluftdichte dementsprechend abnimmt. Diese Studie zeigt jedoch, dass
dieser Zusammenhang nur eingeschränkt auf Kalkbänke dieser Abfolgen anwendbar ist und
nur auf Schichten mit lateral planaren Oberflächen (wohlgebankte Kalkbänke) übertragen
werden kann. Bei Bänken gleicher Mächtigkeit mit allerdings irregulären Oberflächen
(semiknollige Kalkbänke) variieren die Kluftabstände innerhalb dieser Bänke beträchtlich.
Das bedeutet, die Kluftabstände sind in semiknolligen Kalkbänken eher unregelmäßig
wohingegen die Abstände in wohlgebankten Bänken eher regelmäßig sind. Des Weiteren sind
in wohlgebankten Kalken ein höherer prozentualer Anteil von schichtgebundenen Klüften (57
%) ausgebildet. Dagegen sind in semiknolligen Kalken ein höherer Anteil
nicht-schichtgebundener Klüfte ausgebildet (67 %). Entscheidend für die Kluftausbreitung in
geschichteten Gesteinen ist nicht nur die Kluftverteilung der einzelnen Bänke, sondern auch
verschiedenartige Spannungsbarrieren, wie beispielsweise lithologische Kontakte,
Mächtigkeiten und Heterogenitäten von Mergeln hemmen die Kluftausbreitung. Anhand der
vertikalen Kluftstoppung an lithologischen Kontakten und vertikale Kluftausbreitung durch
Schichten wurden Spannungsbarrieren identifiziert (schichtgebundene vs.
nicht-schichtgebundene Klüfte). Da nicht alle lithologische Kontakte die Ausbreitung von
Klüften in geschichteten Gesteinen verhindern, wurde in dieser Studie der Terminus für 50 %
Kluftstoppung an diesen Kontakten verwendet („mechanische Grenzflächen“). Zusätzlich
wurden bestimmte Mergellagen, die >0.20 m mächtig sind, durch mechanische Grenzflächen
begrenzt sind und weniger als 50 % nicht-schichtgebundene Klüfte beinhalten, als
„mechanische Puffer“ definiert. Die Charakterisierung des Kluftsystems wird neben der
vorherrschenden stark heterogenen Kluftverteilung in der Blue Lias Formation, auch durch
eine signifikante Variation des Diagenese-Einflusses von Abschnitt zu Abschnitt erschwert.
Beispielsweise wurden in Wales drei Teilprofile genauestens untersucht, welche trotz ihrer
räumlich nahen Lage und relativ zeitgleichen Entstehung unterschiedliche sedimentologische
und diagenetische Merkmale in Meter- bis Mikrometer-Skalen aufweisen (von früh lithifiziert
bis physikalisch kompaktierte Abfolgen). Darüber hinaus sind diese durch unterschiedliche
Muster der Kluftstoppung an Kontakten und Kluftausbreitung innerhalb der Bänke
charakterisiert. Lithologische Kontakte in diagenetisch beeinflussten Abfolgen sind
tendenziell eher graduell und somit keine mechanischen Grenzflächen. Wenn zusätzlich der
Unterschied zwischen den CaCO3-Konzentrationen zwischen Kalken und Mergeln niedrig ist,
kann die Abfolge als eine mechanische Einheit definiert werden, welches die
Kluftausbreitung begünstigen würde.
Die Vorhersage der Konnektivität von Kluftnetzwerken ist in lithologisch heterogenen
Kalk-Mergel-Wechselfolgen, wie die in der Blue Lias Formation, aufgrund unterschiedlicher
Kluftverteilung innerhalb einzelner Bänke, unterschiedliche diagenetische Einfluss und
verschiedenartiger Spannungsbarrieren schwierig. Das ist insbesondere für die
Charakterisierung der Kluftnetzwerke und ihre Nutzung in Aufschluss-Analogstudien
problematisch, welche für die Einschätzung des Fluidtransports in solchen Systemen
verwendet wird. Die Ergebnisse dieser Studie sind zur Optimierung der Quantifizierung von
Kluftverteilung und -ausbreitung in heterogenen Gesteinsabfolgen entscheidend und
präzisieren die Definition mechanischer Einheiten. Diese Definition ist eine wichtige
Voraussetzung für die Vorhersage von Kluftpermeabilitäten und folglich entscheidend für
Fluidtransportmodelle.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-goettingen.de/oai:ediss.uni-goettingen.de:11858/00-1735-0000-0022-6069-A |
| Date | 12 January 2015 |
| Creators | Afsar, Filiz |
| Contributors | Philipp, Sonja L. Prof. Dr. |
| Source Sets | Georg-August-Universität Göttingen |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | cumulativeThesis |
| Relation | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
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