Entwicklung interner Standards für petrophysikalische Messmethodik und Auswertung
Projektanfang: 01.01.2015
Projektende: 31.12.2017
Projektstand: 01.09.2015
Geophysikalische Feldmethoden bilden die räumliche Verteilung physikalischer Größen im Untergrund ab und stellen diese zur weiteren geologischen Interpretation zur Verfügung. Auf diese Weise ermöglicht z.B. der spezifische elektrische Widerstand (Grundlagen ERT) im Untergrund Rückschlüsse auf die Verteilung des Wassergehaltes (Abb. 1a) und die Abklingzeit der Nuklearmagnetischen Resonanz (NMR, Aquifererkundung) erlaubt die Abschätzung der hydraulischen Leitfähigkeitsverteilung innerhalb eines Grundwasserleiters (Abb. 1b). Dabei müssen geophysikalische Ergebnisse immer mit Bohrlochinformationen o.ä. abgesichert werden. Dennoch kann die Auswertung der Geophysik meistens nur qualitativ ausgeführt werden, denn geophysikalische Methoden sind in der Regel zu mehrdeutig für eine quantitative Abschätzung der gesuchten gesteinsspezifischen Größen (z.B. Porosität, Permeabilität, Tongehalt, Erzgehalt, usw.).
Abb. 1: (a) Änderung des spezifischen elektrischen Widerstandes im Rahmen eines Infiltrationsversuches. Die Infiltrationsfront in der Mitte des Untersuchungsgebietes ist gut erkennbar durch den verminderten Widerstand (blauer Bereich). (b) Verteilung der NMR-Relaxationszeiten als Funktion der Tiefe. Unterhalb des Grundwasserspiegels (bei ca. 8 m) indiziert die graduelle Zunahme der mittleren Relaxationszeit eine Zunahme der hydraulischen Leitfähigkeit innerhalb des Grundwasserleiters
Quelle: BGR
Diese Mehrdeutigkeit kann deutlich eingegrenzt werden, wenn zusätzlich zur Auswertung der geophysikalischen Feldmessungen und vorliegender Bohrlochinformationen petrophysikalische Untersuchungen im Labor erfolgen. Vorausgesetzt, dass repräsentatives Probenmaterial im Untersuchungsgebiet gewonnen werden kann, werden dabei die spezifischen Beziehungen zwischen der physikalisch gemessenen und der geologisch wirksamen Größe bestimmt und parametrisiert (Petromethoden), z.B. die Beziehung zwischen dem spezifischen elektrischen Widerstand und dem Wassergehalt (Abb. 2a) oder die Beziehung zwischen der NMR-Abklingzeit und der hydraulischen Leitfähigkeit (Abb. 2b). Wenn kein Material für petrophysikalische Untersuchungen zur Verfügung steht oder Labormessungen aus anderen Gründen nicht erfolgen können, gibt es alternativ nur die Möglichkeit, geeignete Kalibrierwerte aus Datenbanken oder Literatur zu erhalten, um trotzdem eine quantitative Auswertung zu ermöglichen.
Abb. 2: (a) Abhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes vom Wassergehalt. (b) Zusammenhang zwischen der NMR-Relaxationszeit und der hydraulischen Leitfähigkeit
Ziel des BGR-Projektes mit dem Kurztitel „Petrophysik-Katalog“ ist es, ein petrophysikalisches Probennahme- und Messkonzept zu entwickeln, um die Auswertung hydrogeophysikalischer Feldmethoden zu unterstützen. Dazu wird eine Standardisierung und teilweise Automatisierung der petrophysikalischen Versuchsabläufe sowie der Algorithmen zur Datenbearbeitung und Auswertung angestrebt und auf die jeweilige hydrogeologische Aufgabenstellung abgestimmt. So sind z.B. die Anforderungen an Probenmaterial und Messprogramm zur Charakterisierung der ungesättigten Zone deutlich höher als für die gesättigte Zone. Es wird ein Katalog von qualitätsgesicherten petrophysikalischen Messmethoden für verschiedene Aufgabenstellungen entwickelt, der darüber hinaus die Grundlage zum Aufbau einer Datenbank für hydrogeophysikalische Größen liefern soll.
Publikationen
Costabel, S., 2015,Verbesserte Abschätzung von Wasserretentionsparametern mit Nuklear-Magnetischer Resonanz (NMR). Tagungsband der 75. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 23. 26. März, Hannover, Deutschland.
Costabel, S., 2015, Spezifische Anwendungsmöglichkeiten der NMR Relaxometrie und deren Grenzen in der Praxis. Workshop des Arbeitskreises Induzierte Polarisation, 01. Januar, Bundesanstalt für Materialforschung Berlin, Deutschland.
