title: Porosity and permeability of the main lithologies of the Kuhschneeberg
Creators: name: Theyer, Mario
Publisher: name: :none
Year: 2022

description: Diese Arbeit gibt Einsicht in die Porosität und Permeabilität der Lithologien des Kuhschneebergs und ist die erste Arbeit, welche Fluorol-gefüllte Dünnschliffe, vergleichend zu den Messungen eines Porosi- und Permeameter, untersucht. Die Ergebnisse der Immersionsmethode zeigen einen systematischen Unterschied in den Porositäten von Dolomiten (≈2-4 %), Kalksteinen (≈0,5-3%) und verkarsteten Kalksteinen (≈5-9%). Stylobrekzien weisen ähnliche Porositäten wie ihre Protolithen auf, während die Kataklasite höhere Porositäten als die Muttergesteine aufweisen (≈3-6 %). Unterschiede in den Lithologien sind erkennbar, der Einfluss von “fracture density classes“ auf die Porosität ist hingegen nicht erkennbar. Handstücke weisen eine höhere Porosität auf als die Bohrkerne, da die Bohrkerne stabiler sind (weniger Brüche und Poren) als die Handstücke und die Bohrkerne mehr Wasser in ihren Oberflächenporen verlieren (prozentual), da ihr Volumen/Oberflächen-Verhältnis geringer ist. Ähnliche Unterschiede in den Porositäten der Lithologien wurden auch bei den Coreval 700-Messungen festgestellt, die Permeabilität hingegen ist weniger von der Lithologie abhängig. Hohe Durchlässigkeiten (&gt;1 mD) wurden nur in Proben mit ausgeprägter Bruchbildung oder Verkarstung beobachtet. Der grundsätzliche Porositätswert einer Probe ist im Vergleich zu der Bruchbildung/Verkarstung für die Permeabilität von untergeordneter Bedeutung. Nicht frakturierte und nicht verkarstete Proben weisen Permeabilitäten von nur 0.00x - 0,4 mD auf. Die Porositäten der Immersionsmethode sind konsistent niedriger als die Ergebnisse der Bohrkerne im Coreval 700 (im Mittel um 4% absolute Porosität). Mögliche Erklärungen hierfür sind die Viskosität und das Verhalten des verwendeten Mediums, der Verlust von Porenwasser an der Oberfläche bei der Immersionsmethode und Abweichungen von der perfekten zylindrischen Form bei den Coreval 700-Messungen. Die Betrachtung von, mit Fluorol imprägnierten, Proben unter UV-Licht ist eine nützliche ergänzende Untersuchungsmethode, da sie eine qualitative Untersuchung des mechanischen Hintergrunds (Poren-/Bruchverteilung und -struktur) der Coreval 700-Ergebnisse ermöglicht. Die Betrachtung von Fluorol-gefüllten Dünnschliffen zeigt auch, dass der prozentuale Verlust von Permeabilität und Porosität der Proben mit der Verteilung des Porenraums (Poren und Brüche) zusammenhängt. Der Verlust ist deutlicher bei Proben mit einer starken räumlichen Konzentration des Porenraums und weniger diffuser UV-Emission. Messungen mit der Immersionsmethode sind der schnellste Weg, um Erkenntnisse über die Porosität größerer Probenmengen zu gewinnen, da mehrere Proben gleichzeitig gemessen werden können. Auch die Unterschiede zwischen den Lithologien sind bei der Immersionsmethode im Vergleich zu den Coreval 700-Messungen ausgeprägter, weshalb sie eine nützliche ergänzende Methode darstellt. Die Untersuchung von mit Fluorol gefüllten Proben ist zeitaufwändig, kann aber durchgeführt werden, wenn Mechanismen des Fließvorganges von Interesse sind (durch Porenform, Zementierung, Bruchverbindungen usw.). Es ist auch von Interesse, ob künftige Studien den Einfluss der Porenraumverteilung auf den prozentualen Verlust von Permeabilität und Porosität bestätigen. Die beobachteten Lithologien, welche Merkmale von Wasserstauern aufweisen, sind der Hornsteinkalk und die Stylobrekzien. Die zahlreichen Quellen am Kontakt zwischen Wetterstein und Hornsteinkalk bestätigen diese Beobachtung. Kataklasite und Dolomite weisen eine höhere Porosität bei ähnlicher Durchlässigkeit wie andere Karbonatproben auf, sie haben daher ein höheres Wasserrückhaltevermögen und benötigen mehr Zeit zum Austrocknen. Der Hauptfaktor für die Permeabilität ist jedoch die Bruchbildung und Verkarstung der Gesteine am Kuhschneeberg.
description: This thesis gives insight into the porosity and permeability of the lithologies of the Kuhschneeberg and is the first thesis that uses thin sections stained with Fluorol to accompany the measurements of a gas porosi- and permeameter. The results of porosity measurements using the immersion method show a systematic difference between the porosity of dolomites (≈2-4 %), limestones (≈0.5-3%) and karstified limestones (≈5-9%). Stylobreccias show similar porosities as their protoliths, whereas the cataclasites reveal higher values than the parent rocks (≈3-6 %). While differences of the porosity between different lithologies are clearly recognized, results indicate no influence of fracture density on porosity. Porosity measurements from handpieces show higher porosities than values derived from smaller sized core plugs from the same specimen, because the core plugs tend to be sampled from parts of the samples containing less fractures than the full-sized samples, and core plugs lose more water from pores intersected by the sample surface due to their lower volume to surface ratio. Similar differences in porosities between the lithologies were also observed in measurements performed with a Coreval 700 gas porosi- and permeameter. Permeability, on the other hand, is less dependent on lithology. High permeabilities (&gt;1 mD) were only observed in samples with pronounced fracturing or karstification. Fracturing and karstification outweigh the effects of matrix porosity on permeability. Unfractured and nonkarstified samples show permeabilities of between about less than 0.01 mD and 0.4 mD. Porosity values derived from the immersion method are consistently lower than the results from plugs analysed by the gas porosimeter Coreval 700 (in the mean around 4% absolute porosity). Possible explanations for this are the viscosity and behaviour of the used medium, loss of surface pore water in the immersion method and deviations from the perfect cylindric form of plugs used in the Coreval 700 measurements. The analysis of thin sections stained with Fluorol under UV light in the microscope proved a useful supplementary method, as it enables a qualitative examination of the matrix pore and fracture distribution. Comparing the observations from Fluorol-stained thin sections with the Coreval 700 results showed, that the loss of permeability and porosity of samples measured under high confining stresses is governed by the relative amount of pore space provided by “spherical” matrix pores and fractures. The loss of permeability and porosity is significantly higher for samples with a prevalence of fracture porosity as documented by UV light microscopy. Measurements with the immersion method are the fastest way to obtain porosity data from larger sized samples, since multiple samples can be measured at the same time. The differences between lithologies are also more pronounced in the immersion method in comparison to the Coreval 700 measurements, therefore it is a useful complementary method. Studying Fluorol-stained samples is time-intensive but should be done if the relative contribution of matrix and fractures, pore size, pore geometry, fracture architecture, fracture connectivity, cementation, etc. is of interest to assess mechanisms of fluid flow. Among the analysed lithologies, Jurassic Hornstein limestone and stylobreccia are classified as aquicludes. The abundant occurrence of springs at the contact between Wetterstein in the hangingwall and Hornstein limestone in the footwall of thrusts support this observation. Cataclasites and dolomites show higher porosities with similar permeabilities to samples from unfractured and non-karstified limestone, they therefore have higher water retention capabilities and are classified as aquifers. However, the primary factor of fluid in the aquifers of the Kuhschneeberg is fracturing/faulting and the karstification of carbonate rocks.