III/16: Ein Sandstein "in der Röhre": Bentheimer Sandstein in 3 D

Rekonstruktion des Gesteins im CT Quelle: LIAG

Sand ist das Gestein des Jahres 2016. Aus Sand kann im Laufe der Zeit Sandstein werden, in dem durch Kompaktion und die Bildung von natürlichen Zementen die einzelnen Sandkörner aneinander gebunden werden. Dazwischen verbleiben meist freie Räume - die Poren - wodurch Wasser, Öl oder Gas zirkulieren können. Das macht die Sandsteine zu wichtigen Speichergesteinen, zum einen als Grundwasserleiter, zum anderen für Erdöl- oder Erdgas-Lagerstätten.

Ein Beispiel ist der altersmäßig aus der Unterkreide (Valangin, vor ca. 135 Millionen Jahren) stammende Bentheimer Sandstein, ein gelblich bis rötlicher Quarzsandstein, der im westlichen Niedersächsischen Becken abgelagert wurde und dessen tief liegende Vorkommen heute zu den größten Erdöllagerstätten Deutschlands zählen. Wegen seiner Widerstandsfähigkeit war er aber auch als Baumaterial Jahrhunderte lang beliebt und steht auch heute noch in Abbau.

Zur Darstellung der Porosität, des Fließverhaltens von Flüssigkeiten und Gas sowie zur Feststellung der Druckeigenschaften wurden am LIAG (Leibniz Institut für Angewandte Geophysik, Hannover) an einem winzigen Stück (circa 1,5 mm³) eines Bentheimer Sandsteins aus der Stratigraphischen Sammlung des GEOZENTRUMs computertomographische Untersuchungen durchgeführt, deren Resultate hier vorgestellt werden.

Bildbeispiele aus dem CT-/Digital Rock Physics (DRP) Video Quelle: LIAG

1: CT-/Digital Rock Physics (DRP) Video

2: CT Image Aquisition / Datenbereitstellung für die computertomographische Bildbearbeitung

Darstellung des gescannten Volumens als 3D Grauwert Render-Grafik. Die Quarzkörner sind in Grau, Feldspäte in Hellgrau dargestellt. Der Porenraum (luftgefüllt) ist ausgeblendet. Im Hintergrund wird die Mantelfläche des Kubus als „Tapete“ abgerollt und dargestellt.

3: Arbitrary Slicing / frei wählbares Schnittbild

Eine besondere Stärke bei der Bearbeitung der CT Datensätze, ist die Möglichkeit des beliebigen Schneidens, Drehens und Zoomens entlang der x-, y- und z-Achsen.

4: Pore Space Segmentation / Porenraum-Segmentierung

Während der Bearbeitung der Datensätze, können einzelne Mineralphasen, aber auch der Porenraum (hier = blau eingefärbt) extrahiert und visualisiert werden.

5: Pore Space Separation / Porenraum-Separierung

Mittels spezieller Algorithmen, können individuelle Poren getrennt und so (u.a.) eine Porengrößenverteilung berechnet werden.

6: Skeletonization / Darstellung des Skeletts

Der Porenraum wird numerisch auf die sogenannten Medianlinien „eingeschmolzen“, so dass nur die mittleren Porenpfade und –längen (weiße Linien) sowie die Verbindungen zwischen mehreren Poren (rote Kugeln) erhalten bleiben.

7: Volume Rendering from Skeleton / Herstellung des ursprünglichen Zustands

Der ursprüngliche Zustand des Datensatzes kann jederzeit wieder hergestellt werden. Zunächst wird hier der Porenraum visualisiert (rote Färbung = großer Abstand von der Porenrand, grün = geringer Abstand von der Porenwand).

8: Stone Reconstruction / Rekonstruktion des Gesteins

Im Anschluss daran, wird der Sandstein „Korn für Korn“ wieder aufgebaut.

9: Permeability Calculation (DRP) and Visualization / Kalkulation der Durchlässigkeit und deren Darstellung

Mittels der 3D-Datensätze, können gesteinsphysikalische Parameter – hier: Gaspermeabilität – direkt auf den Bilddaten berechnet werden. Dargestellt sind die Stromlinien der primären Fließpfade, die Farbcodierung spiegelt dabei die Strömungsgeschwindigkeiten wider (rot = hoch, blau = niedrig).

10: Pressure and velocity / Druck und Geschwindigkeit

Darstellung des für die Durchlässigkeits-Simulation verwendeten Druckfeldes (orange = hoher Einströmdruck, blau = niedriger Ausströmdruck) sowie Animation der Stromlinien als Partikelstrom durch den Porenraum.

Übrigens: Die BGR unterhält Sammlungen in Berlin und Hannover, hier in Zusammenarbeit mit dem Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG). Sie gehören zu den großen geowissenschaftlichen Sammlungen in Deutschland.

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Kontakt

Matthias Halisch Tel.: +49-(0)511-643-2331 Fax: +49-(0)511-643-532331 E-Mail: Matthias.Halisch@liag-hannover.de