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Dissertation

Autor(en): Rodolphe Robert
Titel: Analytical characterization of porous geomaterials – reference assessment in some sedimentary rocks
Gutachter: Adolf Zschunke; Claude Dubois; Jürgen Liebscher; Klaus Meyer; Manfred Meisel; Reinhard Stößer
Erscheinungsdatum: 10.08.2005
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-10044435)
Fachgebiet(e): Chemie
Schlagwörter (ger): Sedimentgestein, Referenzmaterial, Porenstruktur, Homogenität, Transporteigenschaft
Schlagwörter (eng): Sedimentary Rock, Reference Material, Porous Structure, Homogeneity, Transport Properties
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Zitationshinweis: Robert, Rodolphe: Analytical characterization of porous geomaterials – reference assessment in some sedimentary rocks; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 10.08.2005, urn:nbn:de:kobv:11-10044435
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Abstract (ger):
In der vorliegenden Arbeit wurden fünf typische Sedimentgesteine, zwei Sandsteine („Grès a Meules“, Fontainebleau), eine Kreide und zwei Kalksteine (Tuffeau, Vuillicin) im Hinblick auf ihre Porosität, Mineralbestand und Transporteigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen untersucht. Das Ziel der Arbeit bestand zuerst in der Bestimmung von Standardabweichungen Strukturparameters und in der Aufklärung von Zusammenhängen zwischen den verschiedenen Messergebnissen. Mineralzusammensetzung und Transporteigenschaften Mehrere Zusammenhänge mit Hilfe von Wasser- und Quecksilberporosimetrie, Gasadsorption, Computertomographie, Licht- und Elektronmikroskopie, Wasseraufnahme- und Permeabilitätsmessungen, und mit Hilfe von Porenmodellen konnten nachgewiesen werden. Insbesondere wurde der Einfluss von Tonmineralien auf die Porenstruktur, die Permeabilität und die kapillare Wasseraufnahme nachgewiesen. Der Einfluss der Porenstrukturparameter auf die Wasser- und Gastransporteigenschaften wurde am Beispiel ausgewählter Sedimentgesteine ebenfalls nachgewiesen. Auf der Basis der experimentellen Ergebnisse wurden für die einzelnen Sedimentgesteine typische Porenmodelle entwickelt, die den Zusammenhang zwischen Porenstruktur im weitesten Sinne und den Transporteigenschaften bezüglich Wasser und Gasen wiedergeben. Ein wichtiger Aspekt der Arbeit war die Fragestellung, ob ausgewählte Sedimentgesteine als Referenz- bzw. Standardmaterialien für die Bewertung von Messverfahren oder von anderen Geomaterialien dienen können. Dazu wurden umfassende Homogenitätsuntersuchungen durchgeführt. Es zeigte sich, dass eine Gesteinsart (Vuillecin-Kalkstein) unabhängig von der Probengröße inhomogen war und daher in keinem Falle als Geo-Standard in Betracht kommen kann. Bei den anderen hier untersuchten Sedimentgesteinen wurde gefunden, dass sie für Messverfahren, die ein relativ großes Probenvolumen (> 15 cm3) benötigen (z. B. die Wasserporosimetrie oder die Kapillaraufstiegsmethode an Bohrkernen) als hinreichend homogen bezüglich des Einsatzes als mögliche Geo-Referenzmaterialien einzustufen sind. Damit könnten sie u. a. zur Entwicklung oder Überprüfung z. B. von Modellen für Transporteigenschaften von Geomaterialien oder als Untersuchungsmaterial für Ringversuche verwendet werden. Im Falle von Messverfahren, die ein kleineres Probenvolumen (weniger als 2 oder 3 cm3) voraussetzen, beispielsweise die Gasadsorption oder die Quecksilberporosimetrie, war die gefundene Homogenität aller fünf hier untersuchten Sedimentgesteine nicht mehr ausreichend, um als Kandidatenmaterial für eine Referenzmaterial-Zertifizierung zu dienen. Dies spiegelte sich deutlich in den wesentlich größeren Streuungen der Messresultate gegenüber "synthetischen" zertifizierten Referenzmaterialien für die Gasadsorption und die Hg-Porosimetrie wieder. Damit entfällt auch ein möglicher Einsatz für die Kalibrierung von Messapparaturen oder für Methodenvalidierungen.
Abstract (eng):
In this study, five typical sedimentary rocks, two sandstones (Fontainebleau, “Grès à Meules”), a chalk and two limestones (tuffeau, Vuillecin) were analyzed with regards to their porous structure, mineral structure and fluid transport properties. The aim of this study was first to assess the different characteristics of the rocks regarding their variations and their inter-dependences. Relationships were established using techniques such as water and mercury porosimetry, gas adsorption, X-ray computed tomography, optical and electron microscopy, and performing gas permeability and water imbibition measurements and pore model analyses. In particular, the role of clay mineral concentrations was exposed and the porous structure parameters, on which the fluid transport properties significantly depend, were identified regarding the degree of their influence. Furthermore, new ideal pore models were schematized. These models describe the fluid transport behaviours of the rocks either for gas flow or water imbibition. The second main goal was to express if or not these geomaterials could become useful reference materials or standards. It was shown that the degrees of homogeneity of the rocks were low in comparison with any existing certified reference materials, which are industrially synthesized. For this major reason, the possibilities of the elaboration of useful reference values using the rocks were found to be restraint. For instance, it was evident that the Vuillecin limestone had a too low homogeneity degree to be reasonably used in any way as reference material. The variations of many structure parameters of the other rocks were low for big samples (over 15 cm³). In this case, standards could be elaborated using methods such as the water porosimetry or the capillary water imbibition kinetics. Such standards would be useful in the field of geomaterial research for qualitative inter-comparisons and for the control or the development of pore models applied to the analysis of fluid transport properties. For small sample volumes (generally below 2 or 3 cm³) measured using techniques such as mercury porosimetry or gas adsorption, the accuracy of the structure parameters was too low and the rocks were found to be unsuitable for elaborating reference or standard values in the aim of the calibrating instruments, testing the efficiency of apparatus or validating new methods.
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Generiert am 24.10.2014, 05:43:49