Universitätsbibliothek Wien

Chemical vs. petrophysical control on strain localization in porous sediments

Lommatzsch, Marco (2014) Chemical vs. petrophysical control on strain localization in porous sediments.
Dissertation, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Grasemann, Bernhard
Gesperrt bis: 23 March 2017
Keine Volltext-Freigabe durch VerfasserIn.

[img] PDF-File - Zur Anzeige nicht freigegeben
Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved

-
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-30461.70423.295459-4
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-30461.70423.295459-4

Link zu u:search

Abstract in English

The thesis examines zones of localized deformation with varying deformation, cementation and alteration mechanisms, which develop in sediments under natural and experimental conditions. The dominant deformation mechanisms and resulting type of deformation bands are strongly related to composition, grain size, shape, sorting, porosity, and confining pressure. The changed petrophysical properties within these narrow zones can influence or inhibit fluid flow in hydrocarbon or groundwater reservoirs. The investigated outcrop exposes carbonate-free and carbonatic sediments separated by a normal fault. Carbonatic sediments in the hanging wall develop dilation bands with minor shear displacements (< 2 mm), whereas carbonate-free sediments in the footwall develop cataclastic shear bands with up to 70 cm displacement. The cataclastic shear bands show a permeability reduction up to 3 orders of magnitude and strong baffling effects in the vadose zone. Carbonatic dilation bands show a permeability reduction of 1-2 orders of magnitude and no baffling structures. Additionally, we studied the effect of cementation on the mechanical properties of carbonate grainstones from the Vienna Basin. We used scanning electron microscopy, μ-computed tomography and triaxial deformation experiments to identify the micro-mechanical processes, which lead to inelastic compaction and failure. The results show that strain accumulation is expressed in grain size reduction and preferred mineral precipitation, which leads to porosity and permeability reduction. The investigated deformation bands influence fluid migration in reservoir rocks or may deteriorate reservoir quality by compartmentalization. The mechanical strength and dominant deformation mechanism depend on the host rock properties (i.e., initial grain size, porosity, mineralogical composition and cementation). Furthermore, detailed microstructural analysis showed that slight differences, e.g. the ratio between macro- and micro-porosity, can have a large effect on band nucleation. These new results contribute to our understanding of the effects of localized deformation in arkosic sandstones and high-porosity carbonates.

Schlagwörter in Englisch

Deformation bands / Porosity / fluid / flow / reservoir / sedimentology / clay / mineral / cementation

Abstract in German

Diese Dissertation beschäftigt sich mit den Auswirkungen lokaler Deformation auf hochporöse Sedimentgesteine. Die resultierenden Strukturen, die im Allgemeinen als Deformationsbänder bezeichnet werden, wurden hinsichtlich ihrer Bildungsmechanismen unter natürlichen und experimentellen Bedingungen untersucht. Die dominanten Mechanismen und die resultierenden Band-Typen sind abhängig von den Eigenschaften des Ausgangsgesteins. Aufgrund der veränderten petrophysikalischen Eigenschaften können diese Strukturen einen signifikanten Einfluss auf die Fluidmigration in Kohlenwasserstoff- oder Grundwasser-Reservoiren haben. Im untersuchten Aufschluss sind karbonatische und karbonatfreie Sedimente aufgeschlossen, die durch eine Abschiebung getrennt sind. Abhängig von der Zusammensetzung des Ausgangsgesteins und der Position relativ zur Abschiebung entwickeln sich in diesem natürlichen Bespiel unterschiedliche Band-Typen. Die Typen zeigen variierende Deformationsmechanismen, einen unterschiedlichen Einfluss auf die Fluidmigration und eine differenzierte diagenetische Evolution. Karbonatfreie Deformationsbänder zeigen einen Versatz von bis zu 70 cm und eine Permeabilitätsreduktion von bis zu 3 Zehnerpotenzen. Im Kontrast dazu, zeigen karbonatische Deformationsbänder nur bis zu 2 mm Versatz und eine Permeabilitätsreduktion von 1-2 Zehnerpotenzen, im Vergleich zum hochpermeablen Ausgangsgestein (> 10 Darcy). Zusätzlich wurde unter Laborbedingungen der Effekt von Zementation auf die mechanischen Eigenschaften von hochporösen Kalksteinen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass lokale Deformation zu Korngrößenreduktion und bevorzugter Zementation führt, was letztendlich in einer Reduktion der Porosität und Permeabilität resultiert. Verschiedene Band-Typen zeigen einen Einfluss auf Fluidmigrationen und haben dementsprechend auch das Potential sich negativ auf die Reservoir-Qualität auszuwirken. Die mechanische Festigkeit und die dominanten Deformationsmechanismen sind dabei abhängig von der Korngröße, Porosität, Zusammensetzung und Zementation der Gesteine. Zusätzlich haben detaillierte Strukturanalysen gezeigt, dass auch kleine Unterschiede, wie zum Bespiel das Verhältnis zwischen Mirko- und Makroporosität, einen erheblichen Einfluss auf die resultierenden Strukturen haben können. Diese neuen Ergebnisse tragen zu unserem Verständnis über lokalisierte Deformation in arkosischen Sandsteinen und hochporösen Kalksteinen bei.

Schlagwörter in Deutsch

Deformationsbänder / Porosität / Sedimentologie / Diagenese / Reservoir

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Lommatzsch, Marco
Title: Chemical vs. petrophysical control on strain localization in porous sediments
Umfangsangabe: 101 S. : Ill., graph. Darst.
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Erdwissenschaften)
Publication year: 2014
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Grasemann, Bernhard
Assessor: Soliva, Roger
2. Assessor: Draganits, Erich
Classification: 38 Geowissenschaften > 38.28 Sedimentgesteine
38 Geowissenschaften > 38.36 Tektonik
38 Geowissenschaften > 38.42 Verwitterung, Erosion
AC Number: AC12237959
Item ID: 36760
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

Urheberrechtshinweis: Für Dokumente, die in elektronischer Form über Datennetze angeboten werden, gilt uneingeschränkt das österreichische Urheberrechtsgesetz; insbesondere sind gemäß § 42 UrhG Kopien und Vervielfältigungen nur zum eigenen und privaten Gebrauch gestattet. Details siehe Gesetzestext.

Edit item (Administrators only) Edit item (Administrators only)