Fakultätsbericht 2016-2017

Lehrstuhl für Allgemeine Geophysik Prof. Dr. Nina Kukowski Forschungsschwerpunkte  Struktur, tektonophysikalische Prozesse und Fluidsysteme der oberen Erdkruste  Geophysikalische Erkundung von Sedimentbecken und Simulation von Transportprozessen  Die Rolle von Materialtransfer, Gashydratsystemen und Hangstabilität an konvergenten Plattenrändern  Skalierte physikalische Experimente zu Prozessen der Materialumlagerung in Sedimentsystemen  Am zum Lehrstuhl gehörenden Geodynamischen Observatorium Moxa werden lange Zeitreihen ver- schiedener geophysikalischer Parameter registriert, die die direkte Beobachtung von Deformations-, Wärme- , und Fluidtransportprozessen sowie die Identifizierung von trendhaften Veränderungen im System Erde erlauben, z. B. von Klimaänderungen (siehe auch Seite 131) 112 — FORSCHUNG Abb. 1. Zwei Deformationsstadien eines Analog- experiments, dass aus einer niedrig-permeablen Deckschicht (weiß) und einer hoch-permeablen Reservoirschicht (braun) besteht. Die Emission von CO 2 in die Atmosphäre soll durch langzeitliche Speicherung in geologischen Formationen, z. B. salinare Aquifere in unverfes- tigten Sedimenten, reduziert werden. Um zu er- forschen, welche Auswirkung der erhöhte Poren- fluiddruck durch das injizierte CO 2 auf die Defor- mation der unverfestigten Sedimente hat, führten wir in einer von der Bundesanstalt für Geowissen- schaften und Rohstoffe geförderten Studie im Analoglabor des LS Allgemeine Geophysik des IGW Jena in einem eigens entwickelten Experi- mentierapparat physikalische Analogexperimen- te durch. Als Analogmaterial nutzten wir Pulver und Granulate mit unterschiedlichen Reibungsei- genschaften und Permeabilitäten, um eine Schich- tung aus hoch-permeablen Reservoirsedimenten Analogmodellierung von Sedimentmobilisierung bedingt durch CO 2 -Injektion und niedrig-permeablen Deckschichtsedimenten skaliert nachzustellen. Über unterhalb und direkt im Material platzierten Druckluftinjektoren wurde ein Porenfluiddruck in den Materialien simuliert, der schrittweise bis zu einer kritischen Deforma- tion erhöht wurde. Die Deformationsstrukturen sind durch eine initiale Phase der Hebung der Deckschicht und einer anschließenden Phase, in der Risse und Frakturen durch die Deckschicht bis zur Oberflä- che durchbrechen, gekennzeichnet. Durch diese Risse werden anschließend Partikel der unteren Reservoirschicht intrudiert (Abb. 1). Anhand die- ser Analogexperimente konnten typische Defor- mationsprozesse der Sedimentmobilisierung, z. B. die Intrusion von fluidisiertem Sand in ein niedrig-permeables Deckgebirge, nachvollzogen und zudem wichtige Grenzwerte und Einflussfak- toren dieser Prozesse, wie beispielsweise die Permeabilität, die Sedimentfestigkeit oder die Struktur des Deckgebirges, bestimmt werden. Durch die Kenntnis über die Auswirkungen dieser kritischen Systemparameter kann schließlich die Sicherheitsbewertung von CO 2 -Speichern verbes- sert werden.