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Porosität

Verschiedene Erscheinungsformen der Porosität von Gesteinen

Die Porosität ist eine physikalische Größe und stellt das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen eines Stoffes oder Stoffgemisches dar. Sie dient als klassifizierendes Maß für die tatsächlich vorliegenden Hohlräume. Zur Anwendung kommt die Größe im Bereich der Werkstoff- und Bautechnik sowie in den Geowissenschaften. Die Porosität hat großen Einfluss auf die Dichte eines Materials sowie auf den Widerstand bei der Durchströmung eines Gesteins oder einer Schüttung (Permeabilität, Darcy-Gesetz).

Die Porosität hängt von der Größe und Form der Teilchen, aus denen das Gestein bzw. Sediment besteht, und der Art ihrer Packung ab. Je kleiner die Teilchen sind und je mehr sie sich von ihren Formen her unterscheiden, desto enger passen sie zusammen. Sedimente haben daher meist eine höhere Porosität als Magmatite und Metamorphite.

Definition

Die absolute Porosität ist der Anteil des Hohlraumvolumens (Porenraum) n [–] am Gesamtvolumen des Gesteins. Der durchflusswirksame Hohlraumanteil nf kennzeichnet den Hohlraumanteil, in dem frei bewegliches Wasser enthalten ist, also beispielsweise kein Haftwasser. Der durchflusswirksame Hohlraumanteil ist zwar Voraussetzung für die Durch­lässigkeit, ist jedoch nicht direkt mit dieser korrelierbar, da zusätzlich auch die Größe, Gestalt und Verbindung der Hohlräume entscheidend sind.

Bestimmung

Messung am Bohrkern im Labor (Eigenschaft der Gesteinmatrix); Auswertung von bohrlochgeophysikalischen Verfahren; der durchflusswirksame Hohlraumanteil kann aus Markierungsversuchen oder unter Umständen aus Pumpversuchen bestimmt werden (Eigen­schaft des Gebirges).

Weiterverarbeitung

Es besteht ein empirischer Zusammenhang zwischen Porosität und Per­meabilität, der spezifisch für eine Lithologie gilt und nicht auf andere geologische Einheiten übertragen werden kann (Poroperm). Kapillarmodelle, Kugelmodelle und Ansätze mittels der Theorie der Fraktale beschreiben diesen Zusammenhang zwischen Porosität und Permeabilität. Die Beziehung kann mit einer Funktion des Typs

K = xΦ + xΦ2 ....+ xΦ10

für eine bestimmte Lithologie ausgedrückt werden. Geringe Änderungen der Porosität wirken sich demnach stark auf die Größe der abgeleiteten Permeabilität K aus.

Wertebereich

0–30 Prozent (absolute Porosität); 0–15 Prozent (durchflusswirksame Porosität)

Literatur

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Koch, R. and Sobott, R: Porosität in Karbonatgesteinen – Genese, Morphologie und Einfluss auf Verwitterung und Konservierungsmaßnahmen,. In: Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, doi: 10.1127/1860-1804/2005/0156- 0033 , Nummer 156 (2005), S. 33-50

Lionel Esteban, Lucas Pimienta, Joel Sarout, Claudio Delle Piane, Sebastien Haffen, Yves Geraud, Nicholas E. Timms: Study cases of thermal conductivity prediction from P-wave velocity and porosity. In: Geothermics Nummer 53 (2015), S. 255-269

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Palchik, V: Influence of porosity and elastic modulus on uniaxial compressive strength in soft brittle porous sandstones,. In: Rock Mech. Rock Eng. Nummer 32 (1999), S. 303-309

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Sarmiento R.: Geological Factors influencing Porosity Estimates from Velocity Logs. In: Bull. AAPG Nummer 45 (1961)

Surdam RC, Dunn TL, MacGowan DB, Heasler HP: Conceptual models for prediction of porosity evolution with an example from the Frontier Sandstone, Big-Horn basin, Wyoming. . In:Coalson EB, Kaplan SS, Keighin CW, Oglesby LA, Robinson JW, editors. Sandstone Reservoirs. Aufl. Rocky Mountain Association of Geologists, 1989

Surdam RC, Dunn TL, MacGowan DB, Heasler HP: Conceptual models for prediction of porosity evolution with an example from the Frontier Sandstone, Big-Horn basin, Wyoming. . In:Coalson EB, Kaplan SS, Keighin CW, Oglesby LA, Robinson JW, editors. Sandstone Reservoirs. Aufl. Rocky Mountain Association of Geologists, 1989

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank.

Weblinks

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=2ahUKEwj7zundmpreAhXSblAKHdJ8ADMQFjAAegQICRAC&url=https%3A%2F%2Fwww.mags-projekt.de%2FMAGS%2FDE%2FDownloads%2FBMU_Nutzung.pdf%3F__blob%3DpublicationFile%26v%3D1&usg=AOvVaw2Sa4921SZTwXE6pSoQls-t

http://de.wikipedia.org/wiki/Porosität