Zyklostratigraphie des Unteren Buntsandsteins in der Hessischen Senke anhand einer numerischen Analyse von Gamma-Ray-Logs

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Lena Walter
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1 Zyklostratigraphie des Unteren Buntsandsteins in der Hessischen Senke anhand einer numerischen Analyse von Gamma-Ray-Logs Vorstellung der Master-Thesis von Konrad Stühler 1

2 Thematik & Motivation 2

3 Thematik & Motivation 3

4 Thematik & Motivation Kann eine numerische Analyse von Gamma- Ray-Logs (GRL) mehr Hinweise zur Gliederung liefern? 4

Bohrung Burgjoß: nach Lithofaziestypen Bohrkernaufnahme: 34-342 m [sm su]

5 Datengrundlage 17 Gamma-Ray-Logs (GRL) 2 Bohrkernaufnahmen: 1. Bohrung Gelnhaar: nach Lithologie Bohrkernaufnahme: m [sm su] 2. Bohrung Burgjoß: nach Lithofaziestypen Bohrkernaufnahme: m [sm su] Abb.: Isopachenkarte des Unteren Buntsandsteins für Hessen; verändert nach (REISCHMANN 2013) 5

6 Methodik: Bohrkern vs. GRL Bohrkernaufnahme: Bohrung Gelnhaar GRL: Bohrung Gelnhaar Excel Excel vergleichbare Datensätze für jeden cm einen Wert für Gesteinsart & Gammastrahlung 6

7 Methodik: Bohrkern vs. GRL 7

8 Methodik: Bohrkern vs. GRL 8

9 Methodik: Bohrkern vs. GRL 9

10 Methodik: Bohrkern vs. GRL 10

11 Methodik: Bohrkern vs. GRL 11

12 Methodik: Bohrkern vs. GRL 12

13 Methodik: Bohrkern vs. GRL 13

14 Methodik: Bohrkern vs. GRL Ergebnisse des Vergleichs: jeder markante Peak = Tonsteinlagen oder -klasten (trifft bei ca. 80% zu) die restlichen 20% Prüfung mit dem spektralen GR-Gerät Können Muster erkannt werden in Bezug auf Lithologie oder Lithofaziestypen? Wie unterscheiden sich diese Peaks optisch? 14

15 Methodik: Das Programm : Wie können Peaks sondiert und mathematisch beschrieben werden? I. Ermittlung von Strahlungsfenster 15

16 Methodik: Das Programm : I. Ermittlung von Strahlungsfenster 16

17 Methodik: Das Programm : I. Ermittlung von Strahlungsfenster II. Sammeln der mathematischen Eigenschaften pro Strahlungsfenster 17

18 Methodik: Das Programm : I. Ermittlung von Strahlungsfenster II. Sammeln der mathematischen Eigenschaften pro Strahlungsfenster III. Vergleich: Strahlungsfenster (GRL) vs. Lithologie (Bohrkern) 18

19 : Gliederung - Ermittlung aller Extremwerte II. 1. Filterung - Filtern der wichtigen Extremwerte III. Die Minima Die Minima als Grundlage für die Grenzen der Strahlungsfenster IV. 2. Filterung Filtern der relevanten Minima - Berechnung der Strahlungsgrenzen VI. Die Fenster - Bildung der Strahlungsfenster im Original-GRL Sammeln der mathematischen Eigenschaften 19

20 Aufbau: Datentransformation a) Extremwerte b) I. 1. Die Filterung Extremwerte c) II. Minima 1. Filterung d) 2. Filterung Strahlungsfenster a) V. Die Die Grenzen Grenzen b) VI. Die Fenster c) Die Eigenschaften 20

21 Aufbau: Datentransformation a) Extremwerte b) I. 1. Die Filterung Extremwerte c) II. Minima 1. Filterung d) 2. Filterung Strahlungsfenster a) V. Die Die Grenzen Grenzen b) VI. Die Fenster c) Die Eigenschaften 21

22 Aufbau: Datentransformation a) Extremwerte b) I. 1. Die Filterung Extremwerte c) II. Minima 1. Filterung d) 2. Filterung Strahlungsfenster a) V. Die Die Grenzen Grenzen b) VI. Die Fenster c) Die Eigenschaften 22

23 Aufbau: Datentransformation a) Extremwerte b) I. 1. Die Filterung Extremwerte c) II. Minima 1. Filterung d) 2. Filterung Strahlungsfenster a) V. Die Die Grenzen Grenzen b) VI. Die Fenster c) Die Eigenschaften Ermittlung der Extremwerte am GRL anhand der Wertenachbarn i-1 < (untersuchter Wert) i > i+1 = Maximum i-1 > i < i+1 = Minimum 23

24 Glättung des GRL (neuer Datensatz) anhand eines gleitenden Mittelwerts yy = (y(1) + y(2) y(60)) / 60 Ermittlung der Extremwerte des geglätteten Datensatzes 24

25 Selektieren der Extremwerte (Original-GRL), die den kleinsten Abstand zu den Extremwerten des geglätteten GRL haben Extrahieren der Extremwerte 25

26 neuer Datensatz aus den selektierten Extremwerten 26

27 neuer Datensatz aus den selektierten Extremwerten 27

28 Interpolation zwischen den Extremwerten 28

29 Aufbau: Datentransformation a) Extremwerte b) I. 1. Die Filterung Extremwerte c) II. Minima 1. Filterung d) 2. Filterung Strahlungsfenster a) V. Die Die Grenzen Grenzen b) VI. Die Fenster c) Die Eigenschaften Glättung des GRL inkl. Beibehaltung der exakten Extremwerte Neutralisierung der kleinen Ausschläge bzw. des Hintergrundrauschens 29

30 Aufbau: Datentransformation a) Extremwerte b) I. 1. Die Filterung Extremwerte c) II. Minima 1. Filterung d) 2. Filterung Strahlungsfenster a) V. Die Die Grenzen Grenzen b) VI. Die Fenster c) Die Eigenschaften weitere Analyse der Daten anhand des neuen Datensatzes 30

31 Ermittlung aller im Datensatz enthaltenen Minima 31

32 Fehlervermeidung im Programmcode: Neutralisierung aller Minima, die oberhalb eines stark geglätteten GRLs liegen 32

33 transformierter Datensatz, an dem die Grenzen der Strahlungsfenster extrahiert werden 33

34 Aufbau: Datentransformation a) Extremwerte b) I. 1. Die Filterung Extremwerte c) II. Minima 1. Filterung d) 2. Filterung Strahlungsfenster a) V. Die Die Grenzen Grenzen b) VI. Die Fenster c) Die Eigenschaften transformierter Datensatz, an dem die Grenzen der Strahlungsfenster extrahiert werden 34

35 35

36 Startpunkt des Programms am ersten Minimum 36

37 Analyse der nachfolgenden Minima ab Minimum b 37

38 Errechnung der Vektoren zu Minimum b und den benachbarten Minima (a & c) 38

39 Errechnung der Vektoren zu Minimum b und den benachbarten Minima (a & c) 39

40 Errechnung der Vektoren zu Minimum b und den benachbarten Minima (a & c) 40

41 Errechnung des Winkels zwischen dem Startvektor und Vektor b 41

42 Errechnung des Winkels zwischen dem Startvektor und Vektor c 42

43 Vergleich der Winkel Prüfung der Bedingung 43

44 Wenn die Bedingung erfüllt ist, ist der untersuchte Punkt keine Strahlungsfenstergrenze. 44

45 Die Schleife läuft weiter ohne Berücksichtigung des zuvor untersuchten Minimums b. 45

46 Vergleich der Winkel Prüfung der Bedingung 46

47 Vergleich der Winkel Prüfung der Bedingung 47

48 Vergleich der Winkel Prüfung der Bedingung 48

49 Die Schleife wird gestoppt und markiert das Minimum als Strahlungsfenstergrenze. 49

50 Die Schleife beginnt ab der zuletzt gefundenen Strahlungsfenstergrenze von neuem. 50

51 Strahlungsfenstergrenzen 51

52 Strahlungsfenstergrenzen 4 und 12 sind nicht notwendig. 52

53 Zweiter umgedrehter Durchlauf markiert die Minima 4 und 12 nicht. alle doppelten Minima = Strahlungsfenstergrenzen 53

54 Adaption der Strahlungsfenstergrenzen in das Original-GRL 54

55 Ermittlung der Strahlungsfenster zwischen zwei Grenzen 55

56 Ermittlung der mathematischen Eigenschaften pro Strahlungsfenster Bsp.: Strahlungsfenster zwischen 6 und 7 56

57 Eigenschaften: 1. Höhe / Breite 57

58 Eigenschaften: 1. Höhe / Breite 2. Vektoren Betrag (Länge) 58

59 Eigenschaften: 1. Höhe / Breite 2. Vektoren Betrag (Länge) 3. Extremwerte 59

60 Eigenschaften: 1. Höhe / Breite 2. Vektoren Betrag (Länge) 3. Extremwerte 4. Flächeninhalt 60

61 Eigenschaften: 1. Höhe / Breite 2. Vektoren Betrag (Länge) 3. Extremwerte 4. Flächeninhalt 5. Höhenmeter 61

62 Eigenschaften: 1. Höhe / Breite 2. Vektoren Betrag (Länge) 3. Extremwerte 4. Flächeninhalt 5. Höhenmeter 6. Steigung 62

63 Eigenschaften: 1. Höhe / Breite 2. Vektoren Betrag (Länge) 3. Extremwerte 4. Flächeninhalt 5. Höhenmeter 6. Steigung 7. Regressionsgerade Steigung Höhe Länge 63

64 Ergebnisse neuer Datensatz mit verschiedenen mathematischen Eigenschaften sowohl mit als auch ohne Strahlungsfenster neue Möglichkeiten zur Auswertung der GRLs (makroskopisch und mathematisch) neue Form der Visualisierung von GRLs 64

65 Ergebnisse: neue Darstellung Bsp.: Plot der Regressionsgeraden 65

: große Vektorbeträge, viele Extremwerte = Wechsellagerung?

66 Ausblick Plot der verschiedenen mathematischen Eigenschaften der Strahlungsfenster (SF) Einteilung der SF in verschiedene Kategorien und Vergleich mit den Bohrkernaufnahmen z.b.: große Vektorbeträge, viele Extremwerte = Wechsellagerung? wenig Extremwerte, großer Flächeninhalt = Tonsteinlage? statistische Analyse Errechnung einer Wahrscheinlichkeit? Implementierung in den Algorithmus und Vergleich mit weiteren GRLs 66

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