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Petrophysical properties of deformation bands in carbonate grainstones from micro computed tomography and cathodoluminescence measurements

Alexander Rath

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Betreuer*in

Bernhard Grasemann

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DOI

10.25365/thesis.8722

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30369.64873.899353-9

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Im Gegensatz zu spröden Störungen und Kataklasiten in gut verfestigten und zementierten Sedimenten, werden in Gesteinen mit einer hohen Porosität und wenig bis gar keine Diagenese erfahren haben, Deformation Band - Störungen gebildet. Im Allgemeinen werden Deformation Bands oft in gut sortierten, fein- bis mittelkörnigen Sandsteinen vor großen Porositätsverlusten während der Diagenese gebildet. Diese Deformationstrukturen wurden am Ostrand des Eisenstädter Beckens untersucht, wo Deformation Bands in miozänen Kalkareniten der Leithakalkformation des Steinbruchs St. Margarethen (Ostösterreich) aufgeschlossen sind. Der Badenische Leithakalk (14-13 Ma) im Steinbruch besteht hauptsächlich aus Bioklasten, die größtenteils aus Schutt von Corallinaceaen und Foraminiferen bestehen. Die Lage der Deformation Bands zeigt eine E-W gerichtete extensionelle Kinematik, welche im Zusammenhang mit großmaßstäblichen Horst-Graben-Strukturen in dem unterliegenden Basement und den untermiozänen Sedimenten steht. Dünnschliffanalysen der Proben zeigten einen deutlich niedrigeren Gehalt an karbonatischem Zement im Deformation Band als im nichtdeformierten Kalkstein. Die Kathodenlumineszenz zeigt jedoch unterschiedliche Arten von Deformation Bands, erstens: katklastische Deformation Bands aufgrund von zerbrochenen Körnern und keiner Zementation; zweitens: Disaggregations Bänder, welche sich durch Kornrotation/Korntranslation und spätere Zementation auszeichnen. Die Permeabilität wurde mit einem Minipermeameter über ausgewählte Deformation Bands gemessen Die Deformation Bands selber haben fast keine Permeabilität aufgrund der verringerten Porosität. Die Permeabilität ist um 3 Größenordnungen im Vergleich zu der nichtdeformierten Gesteinsstruktur verringert. Drei 3x3.5 cm große Bohrkerne, welche alle ein Deformation Band enthalten wurden mittles Röngten-Mikro-Computertomographie und einer räumlichen Auflösung von 30-40 Mikrometer gemessen. Die Poren außerhalb des Deformation Bands sind 500-2000 Mikrometer im Durchmesser groß und zeigen einen gut verbundenen Porenraum. Im Gegensatz dazu ist die Porengroße im Deformation Band stark reduziert mit einer maximalen Größe von 100 Mikrometer; Die Poren sind klar isoliert und füllen < 3 % des Volumens des Deformation Band. Üblicherweise hat der Leithakalk eine primäre Porosität von ca. 30 %, aber in den Deformation Bands ist die Porosität auf ~1 % reduziert. Eine Reduktion von einer Größenordnung der Porosität ist messbar. Aufgrund der Verwendung von detaillierten Röntgen-Mikro-Computertomographie Porositätsdaten im und neben dem Deformation Band, in Kombination mit mikrostrukturellen Untersuchungen, sind wir in der Lage den Deformationsmechanismus und eine relative Zeitberechnung der Deformation Bands unter Berücksichtigung der Zementation des Kalksteins zu bestimmen.

Abstract

(Englisch)

In contrast to frictional faults and cataclasites in well consolidated and cemented sediments, lithologies with little or no diagenetic consolidation and high porosity develop deformation band type faults. Generally, deformation bands often form in well sorted fine to medium-grained sandstones before major porosity loss during diagenesis. These deformation structures were studied at the Eastern border of the Eisenstadt Basin where deformation bands were found in Miocene calcarenites in a quarry near St. Margarethen (Eastern Austria). The Badenian Leithakalk (14-13 Ma) in the quarry mainly comprises bioclasts dominated by corallinacean debris and foraminifera. The orientation of the deformation bands indicates E-W directed extensional kinematics which can be correlated to large scale horst and graben structures within the underlying basement and lower Miocene sedimentary rocks. Thin section analysis of the same samples revealed a significantly lower amount of carbonatic cement within the deformation bands than in the undeformed limestone. However, cathodoluminescence depicts different types of deformation bands, on the one hand cataclastic deformation bands due to broken grains and no cementation and on the other hand disaggregation bands, due to grain rotation and translation and later cementation. The permeability across selected deformation bands was measured with a minipermeameter. The deformation bands itself has almost zero permeability due to the decreased porosity. The permeability is reduced up to 3 magnitudes in contrast to the non-deformed rock fabric. Three 3x3.5 cm sized drill core containing a deformation band each, were analyzed using X-ray micro-tomography with a spatial resolution of 30-40 microns. The pores outside the deformation band are 500-2000 microns in diameter, and show a well connected pore space. In contrast, the size of pores is strongly reduced within the deformation band to a maximum of 100 microns; the pores are clearly isolated and fill < 3 % of the volume, of the deformation band. Generally, the Leithakalk shows a primary porosity of around 30 %, but within the deformation bands the porosity is reduced to ~1 %. A decrease of at least one magnitude of porosity is shown. A broader deformation band >0.5 mm will also affect a porosity reduction adjacent to the deformation band. Due to the detailed X-Ray micro-tomography data of the porosity within and outside the deformation bands, in combination with microstructural investigations, we are able to constrain the deformation mechanisms and relative timing of deformation with respect to the cementation of the limestone.

Autor*innen

Alexander Rath

Haupttitel (Englisch)

Petrophysical properties of deformation bands in carbonate grainstones from micro computed tomography and cathodoluminescence measurements

Paralleltitel (Deutsch)

Petrophysikalische Eigenschaften von Deformation Bands in karbonatischem Grainstone von Mikrocomputertomographie und Kathodenlumineszenz Messungen

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

74 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Ulrike Exner

Klassifikationen

38 Geowissenschaften > 38.00 Geowissenschaften: Allgemeines ,

38 Geowissenschaften > 38.03 Methoden und Techniken der Geowissenschaften

AC Nummer

AC08038377

Utheses ID

7865

Studienkennzahl

UA | 066 | 815 | |

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Schlagwörter