Porosität (porosity) 

M.Geo.137, LV 2: Diagenese und Verwitterung

Dr. Istvan Dunkl

Kristina Sass, Waldemar Eckhardt, Theis Winter und Malte Teipel

Inhalt

• Definition und Basics• Typen der Porosität• Porosität – Permeabilität• Bedeutung

Porosität ‐ Permeabilität

• Porosität ist ein Maß für das Hohlraumvolumen innerhalb eines Festkörpers

• Permeabilität ist ein Maß für das Strömungsverhalten von Fluiden durch diesen Porenraum

Porosität (Berechnung)

• Die Porosität φ ist definiert als das Verhältnis des Hohlraumvolumens zum gesamten Festkörpervolumen

• Gleichung:

VH = HohlraumvolumenV = VH + VFVF = Reinvolumen

• Dimensionslos und wird in % angegeben

Beispiele

Press, F. und Siever, S. (2008)

Messmethoden• Porosität kann mithilfe des Archimedischen Prinzips ermittelt werden

• Porenradienverteilung kann mittels Quecksilberporosemetrie ermittelt werden 

Messmethoden

Unterscheidung

• Verschiedene Porosität, bedingt durch

• Porenraum zwischen den Komponenten (Interpartikelporosität)

• Klüfte und Spalten• Lösung von Komponenten 

Absolute und effektive Porosität

Absolute Porosität nP: 

nP = VP / Vges [%]

Absolutes Porenvolumen VP: Gesamtheit aller Poren eines Gesteins:

VP = Vges – VFe   [m3]

Hölting & Coldewey (2013)

Absolute und effektive PorositätEffektives Porenvolumen VP,eff: Porenvolumen, das für die Fluidbewe‐

gung durch hydraulisch verbundene Poren zur Verfügung steht:

VP,eff = VP – VHf [m3]

Effektive Porosität nP,eff: 

nP,eff = VP,eff / Vges  [%]

Porenzahl e:

e = VP / VFe [%]

Hölting & Coldewey (2013)

Absolute und effektive Porosität

Hölting & Coldewey (2013)

Primäre und sekundäre Porosität

Primäre Porosität: Entstehung zum Zeitpunkt der Ablagerung des Gesteins• Intergranulare Porosität• Intragranulare Porosität

Sekundäre Porosität: Entstehung nach der Ablagerung des Gesteins • Diagenese  Kompaktion und Zementation  Verringerung der

Porosität• Lösungsprozesse  Erhöhung der Porosität• Umverteilte Porosität

Burley & Worden (2003)

Houseknecht Diagramm

Houseknecht, D. W. (1987), verändert

Primäre und sekundäre Porosität

Burley & Worden (2003)

Primäre und sekundäre Porosität

Burley & Worden (2003)

Permeabilität

• Definition: Durchlässigkeit von Gestein/Boden für Flüssigkeiten/Gase

• Nach Darcy gilt: – K: Permeabilität in m²– Q: Fließrate in m³/s– ր–––

Permeabilität und Porosität

• Permeabilität ist abhängig von Porosität, „Porenraumverbindungen“ und Kornsortierung

• Zusammenhang zwischen Porosität und Permeabilität in der Regel linear ‐> Sandstein

• Ausnahmen: – Kalkstein ‐> Hohe Porosität und niedrige Permeabilität– Gebrochene Kristallingesteine ‐> Niedrige Porosität und hohe Permeabilität

• Für Erdöl und Erdgas sollte Permeabilität und Porosität hoch sein!

Permeabilität und Porosität

Selley 1988

Permeabilität und Porosität in Abhängigkeit von Sortierung und 

Korngröße• Porosität ist 

proportional zu der Sortierung

• Permeabilität sind proportional zur Korngröße

• Zusammenspiel zwischen Sortierung und Korngröße sind wichtig für die Perm. und Por.!

Selley 1985

Bedeutung der Porosität

• Porosität ist eine wichtige Gesteinseigenschaft für die Bereiche:– Hydrogeologie– Petroleumgeologie– Geothermie

https://www.spektrum.de/lexika/images/geo/f4f1693_w.jpg

Bedeutung der Porosität

• Der Porenraum kann verschiedene Inhalte enthalten– Grundwasser– Fluide

− Salzhaltig− Hohe Temperaturen

– Gase– Kohlenwasserstoffe

− Erdölfenster (60‐160 °C)− Gasfenster (140‐200 °C)

Bedeutung der Porosität

• Die Porosität nimmt mit zunehmender Tiefe ab– Drucklösung– Kompaktion

• Durch zirkulierende Fluide kommt es zur Mineralneubildung und Zementation des Porenraumes

• Ab etwa 6km Tiefe und Temperaturen über 200 °C werden Porenräume schnell geschlossen

Press, F. und Siever, S. (2008)

Nano‐Porosität

Schmatz et al. 2015

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Literatur

Hölting, B. und Coldewey, W. G. (2013): Hydrogeologie: Einführung in die Allgemeine und Angewandte Hydrogeologie ‐ 11‐15; Berlin Heidelberg (Springer‐Verlag)

Nichols, Gary (2009): Sedimentology and Stratigraphy ‐ 282; Wiley‐Blackwell

Worden, R. H. & Burley, S. D. (2003): Sandstone diagenesis: the evolution of sand to stone – In: Burlry, S. D. & Worden, R. H. (Hrsg.): SANDSTONE DIAGENESIS: Rechent and Ancient: 33‐35; Blackwell Publishing Ltd

Press, F. und Siever, S. (2008): Allgemeine Geologie; Berlin Heidelberg (Springer‐Verlag)

Schmatz et al. (2015): Nanoscale imaging of pore‐scale fluid‐fluid‐solid contacts in sandstone; Geophysical Research Letters

Hemes et al. (2013): Variations in the morphology of porosity in the Boom ClayFormation: insights from 2D high resolution BIB‐SEM imaging and Mercury injection Porosimetry; Netherlands Journal of Geosciences