Untersuchung der Durchlässigkeit und elektrischen Leitfähigkeit tonhaltiger Sedimente:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg
Inst. für Sedimentforschung
1989
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| Schriftenreihe: | Heidelberger geowissenschaftliche Abhandlungen
30 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | IV, 153 S. graph. Darst. |
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| adam_text | Titel: Untersuchung der Durchlässigkeit und elektrischen Leitfähigkeit tonhaltiger Sedimente
Autor: Kaiser, Winfried
Jahr: 1989
INHALT
1 EINLEITUNG............................1
1.1 Praktischer Bezug der Arbelt..................2
1.2 Aufgaben der Arbeit.......................2
2 TRANSPORTVORGANGE......................3
3 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN..................6
3.1 Grundlagen der Durchlässigkeit................5
3.1.1 Das Darcy-Gesetz........................5
3.1.2 Verschiedene Formen des Darcy-Gesetzes..........6
3.1.3 Die Gültigkeit des Darcy-Gesetzes.............. 7
3.1.3.1 Abweichungen im Bereich großer Druckgradienten
- postlinearer Bereich -....................8
3.1.3.2 Abweichungen im Bereich kleiner Druckgradienten
- präünearer Bereich -.....................9
3.1.4 Gründe für die Abweichungen vom Darcy-Gesetz......12
3.1.4.1 Experimentell bedingte Abweichungen............12
3.1.4.2 Physikalisch-chemisch bedingte Abweichungen.......14
3.1.4.3 Gründe für die Abweichungen bei hohen
Druckgradienten........................ 17
3.1.5 Strömung in einer idealen Kapillaren............17
3.2 Grundlagen der elektrischen Leitfähigkeit......... 19
3.2.1 Ladungen im elektrischen Feld und elektrischer Strom . . 19
3.2.2 Wanderung von Ionen im elektrischen Feld und
elektrische Leitfähigkeit................... 20
3.2.3 Ladungstransport in porösen Medien.............23
3.2.4 Ladungstransport in tonigen Sedimenten..........25
3.2.4.1 Diffuse Doppelschicht und Oberflächenleitfähigkeit .... 25
3.2.4.2 Differenzierung des Begriffs Oberflächenleitfähigkeit ... 30
3.2.4.2.1 Stoffspezifische Oberflächenleitfähigkeit ?.........31
3.2.4.2.2 Oberflächenleitfähigkeit x...................32
3.2.4.3 Modelle..............................33
3.2.4.3.1 Modell der Parallelschaltung.................34
3.2.4.3.2 Modell der Serienschaltung..................35
4 MESSMETHODIK.........................37
4.1 Methodik der Durchlässigkeitsbestimmungen........37
4.1.1 MeBprinzip............................37
4.1.2 Gerätebeschreibung.......................37
4.1.3 Vorbereitung und Verdichtung gesättigter Proben.....40
4.1.4 Vorbereitung der Messung...................4J
4.1.4.1 Füllen und Entlüften der Meßpipetten und
Zuleitungen zur Meßzelle................... 41
4.1.4.2 Entlüften der Bodenplatte und des Piltersteins
der Meßzelle.......................... 41
4.1.4.3 Anschließen der Meßzelle...................42
4.1.4.4 Kalibrierung der Meßpipetten.................42
4.1.4.5 Nachfüllen der Meßpipetten..................43
4.1.5 Bestimmung der Durchlässigkeit............... 43
4.1.5.1 Bestimmung der Pließgeschwindtgkeit ?...........43
4.1.5.2 Bestimmung des Druckgradienten i..............43
4.1.5.3 Berechnung der Durchlässigkeit............... 44
4.1.5.4 Temperaturkorrektur......................44
4.1.6.5 Zeitabhängigkeit der Durchlässigkeit............44
4.1.6 Tests, Vorversuche.......................45
4.1.6.1 Kontrolle der Anlage auf Undichtigkeiten......... 45
4.1.6.2 Kontrolle der Meßzellen auf Randströmungsfehler.....46
4.2 Methodik der elektrischen Leitfähigkeitsmessungen .... 46
4.2.1 Gerätebeschreibung...................... 46
4.2.1.1 Meßgerät LF 2000/C......................46
4.2.1.2 Vorrichtung zur Leitwertmessung...............46
4.2.2 Bestimmung der elektrischen Gesamtleitfähigkeit ?? . . . 47
4.2.2.1 Probenvorbereitung und Probenverdichtung.........48
4.2.3 Messung der Porenwasserleitfähigkeit x»..........49
4.2.3.1 Abhängigkeit der Porenwasserleitfähigkeit x« von
der Verdichtung.........................49
4.2.4 Eichung der Elektroden....................50
4;3 Bestimmung der Porosität e...................60
4.4 Berechnung der Trockendichte S .............. 60
4.5 Methoden zur sedlmentologischen Charakterisierung der
untersuchten Sedimente....................61
4.5.1 Korngrößenanalyse.......................51
4.6.2 RSntgendiffraktometrische Bestimmung des
Mineralbestandes........................61
4.5.3 Spezifische Oberfläche.....................53
4.5.4 Gasometrische Bestimmung des Karbonatgehaltes......54
5 UNTERSUCHUNGSMATERIAL...................55
51 Herkunft und Benennung der untersuchten Sedimente ... 55
6.2 Ergebnisse der sedimentpetrographischen
Untersuchungen.........................55
5-2·1 Korngrößenanalyse....................... 55
5.2.2 Mineralogie............................61
??
5.2.2.1 Tonminerale in der Fraktion 2 pm.............61
5.2.2.2 Mineralogische Zusammensetzung der untersuchten
Sedimente............................ 62
5.2.3 Spezifische Oberfläche.....................64
5.2.4 Karbonatgehalt.........................65
6 MESSERGEBNISSE UND AUSWERTUNG............. 66
6.1 Auswertungsmethodik..................... 66
6.2 Ergebnisse der Durchlässigkeitsmessungen......... 67
6.2.1 Lößlehm............................. 67
6.2.2 Keupersediment......................... 68
6.2.3 Tertiär-Silt........................... 69
6.2.4 Flußsediment I......................... 70
6.2.5 Flußsediment II......................... 71
6.3 Ergebnisse der Messung der elektrischen Leitfähigkeit . . 73
6.3.1 Elektrische Leitfähigkeit xn als Funktion
der Verdichtung........................ 73
6.3.1.1 Lößlehm............................. 74
6.3.1.2 Keupersediment......................... 75 ,
6.3.1.3 Tertiär-Silt........................... 76 .
6.3.1.4 Flußsediment I......................... 77
6.3.1.5 Flußsediment II......................... 78
6.3.2 Porenwasserleitfähigkeit x. in Abhängigkeit von der
Verdichtung.......................... 80
6.4 Oberflächenleitfähigkeit x»...................82
6.4.1 Elektrische Leitfähigkeit Xk als Funktion der Porosität e
bei verschiedenen Porenwasserleitfähigkeiten x«.....83
6.4.1.1 Lößlehm............................. 83
6.4.1.2 Keupersediment........................ 84
6.4.1.3 Tertiär-Silt.......................... 87
6.4.1.4 Flußsedimente I und ?.................... 87
6.4.2 Elektrische Leitfähigkeit Xk als Funktion der Poren-
wasserleitfähigkeit Xv.................... 91
6.4.3 Berechnung der Oberflächenleitfähigkeit Xai unter
den Bedingungen der Isokonduktivität........... 98
6.4.4 Einfluß der Oberflächenleitfähigkeit auf die
Xk/5d-Messungen in Abschnitt 6.3.1............100
7 DISKUSSION...........................105
7.1 Durchlässigkeit........................ 105
7.1.1 Korngröße und Durchlässigkeit............... 105
7.1.1.1 Median und Durchlässigkeit................. 106
7.1.1.2 Tongehalt und Durchlässigkeit............... 107
IV
7.1.2 Einfluß der Tonminerale................... 109
7.2 Elektrische Leitfähigkeit................... 114
7.2.1 Elektrische Leitfähigkeit und sedimentspezifische
Parameter........................... 114
7.2.1.1 Median und elektrische Leitfähigkeit xiso......... 114
7.2.1.2 Tongehalt und elektrische Leitfähigkeit ??»....... 115
7.2.1.3 Tonmineralgehalt und elektrische Leitfähigkeit ??«? ... 116
7.3 Oberflächenleltfähigkeit................... 118
7.3.1 Spezifische Oberfläche und Oberflächenleitfähigkeit x.i 118
7.3.2 Oberflächenleitfähigkeit x» und Porenwasser-
leitfähigkeit x......................... 119
7.4 Zusammenhang zwischen x», x« und xn unter dem
Einfluß steigender Verdichtung............... 123
7.4.1 Lößlehm............................ 123
7.4.2 Keupersediment........................ 126
7.4.3 Flußsediment I......................... 126
7.4.4 Flußsediment ?........................ 127
7.4.6 Tertlär-Silt.......................... 127
76 Beziehung zwischen der elektrischen Leitfähigkeit x*
und der Durchlässigkeit kf................. 128
8 ZUSAMMENFASSUNG...................... 134
9 LITERATURVERZEICHNIS................... 137
10 ANRANG........................... 143
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