Die elastischen Eigenschaften von Flüssigkeits-Gas-Gemischen Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen in Gesteinen ex-

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1 Inhaltsverzeichnis Symbolverzeichnis Petrophysik Aufgaben, Gegenstand und Methoden Petrophysikalische Untersuchungen Bestandteil geowissenschaftlicher Arbeiten Klassifizierung und Charakterisierung der Gesteine Grundabhängigkeiten und -eigenschaften petrophysikalischer Parameter Die Dichte der Minerale und Gesteine Physikalische Grundlagen und Maßeinheiten Die Dichte der Minerale Die Dichte der Magmatite Die Dichte der Metamorphite Die Dichte und Porosität der Sedimentite Übersicht Die Druck- bzw. Tiefenabhängigkeit der Dichte von Sedimentiten Berechnung der Porosität von Kugelmodellen Die magnetischen Eigenschaften der Minerale und Gesteine Physikalische Grundlagen und Maßeinheiten Die magnetischen Eigenschaften der Minerale.. \ Die magnetischen Eigenschaften der Gesteine Übersicht Die magnetischen Eigenschaften der Magmatite und magnetithaltigen Erze Die magnetischen Eigenschaften der Metamorphite Die magnetischen Eigenschaften der Sedimentite Die rémanente Magnetisierung der Gesteine Die radioaktiven Eigenschaften der Minerale und Gesteine Physikalische Grundlagen und Maßeinheiten Die natürliche Radioaktivität der Minerale und Gesteine Wärmeproduktion infolge radioaktiven Zerfalls Die elastischen Eigenschaften (Ausbreitungsgeschwindigkeiten elastischer Wellen) von Mineralen und Gesteinen Physikalische Grundlagen und Maßeinheiten Die elastischen Eigenschaften der gesteinsbildenden Minerale sowie der flüssigen und gasförmigen Bestandteile der Gesteine Die elastischen Eigenschaften der gesteinsbildenden Minerale 81

2 g Inhaltsverzeichnis Die elastischen Eigenschaften fluider Poren- und Kluftinhalte Die elastischen Eigenschaften von Gasen Die elastischen Eigenschaften von Flüssigkeiten Die elastischen Eigenschaften von Flüssigkeits-Gas-Gemischen perimentelle Ergebnisse Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen in Gesteinen ex Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen in magmatischen und metamorphen Gesteinen Übersicht Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen von Dichte und mineralischer Zusammensetzung "* Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen von Porosität und Klüftigkeit Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen von Druck und Temperatur 10" Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen in Sedimentiten Übersicht 1H Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen in verfestigten Sedimentiten H Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der mineralischen Zusammensetzung der Matrix und der Porosität Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der Tiefe bzw. von Druck und Temperatur Abhängigkeit der Geschwindigkeit von Poreninhalt und Sättigungsgrad Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen in unverfestigten Sedimentgesteinen Vorbemerkungen Abhängigkeit der Geschwindigkeit von Porosität und Dichte Abhängigkeit der Geschwindigkeit vom Druck Abhängigkeit der Geschwindigkeit vom Sättigungsgrad bzw. Wassergehalt Die Richtungsabhängigkeit der Geschwindigkeit (Anisotropie) Theorien zur Berechnung der elastischen Eigenschaften von Gesteinen Übersicht Gestein als Anordnung ebenflächig begrenzter, parallel angeordneter Elemente bzw. Bestandteile Poröses Gestein als Anordnung zweier gekoppelter elastischer Medien Gestein als regelmäßige Anordnung diskreter Elemente (Kugeln) Gesteinsmodelle mit variabler Struktur Übersicht Modell für poröse Gesteine \ \ [ Kugelmodell mit statistisch definierter Struktur Anwendung des Modells auf geklüftetes Festgestein '. ' Anwendung des Modells auf dichtes polymineralisches Gestein Die inelastischen Eigenschaften (Absorption elastischer Wellen) der Ge- eme Physikalische Grundlagen und Maßeinheiten. Die Absorption eläher Wellen Vn Gesteinen - experimentelle Ert S i 182

3 Inhaltsverzeichnis Übersicht Die Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten von der Frequenz Der Einfluß von Dichte, Porosität, Poreninhalt und Korngröße auf die Absorption elastischer Wellen Der Einfluß von Druck und Temperatur auf die Absorption elastischer Wellen Die Absorption elastischer Wellen in Gesteinen Ergebnisse theoretischer Untersuchungen 204 Vorbemerkungen 204 Darstellung der Absorption auf der Grundlage Theologischer Körper Absorption infolge Inelastizität der Gesteinsmatrix 207 Absorption infolge Strömung des viskosen Poreninhalts 210 Absorption infolge RAYLBIGH-Streuung 211 Absorption infolge von Wärmeleitungsprozessen und Kombination mit Verlusten durch innere Reibung 212 Die elektrischen Eigenschaften der Minerale und Gesteine 214 Physikalische Grundlagen und Maßeinheiten 214 Dielektrizitätskonstante) der gesteinsbildenden Minerale sowie der Erze 219 Der spezifische elektrische Widerstand 219 Die Dielektrizitätskonstante (Dielektrizitätszahl) 221 Dielektrizitätskonstante) der Poren- und Kluftinhalte 224 Der spezifische elektrische Widerstand 224 Die Dielektrizitätskonstante (Dielektrizitätszahl) 225 Dielektrizitätskonstante) der Gesteine 228 Übersicht 228 Elektrische Eigenschaften von Gesteinen ohne elektrolytischen Leitfähigkeitsanteil von Poren- und Kluftwässern 230 Der spezifische elektrische Widerstand von Gesteinen mit elektrolytischem Leitfähigkeitsanteil von Poren- bzw. Kluftwässern 236 Vorbemerkungen 236 Gesteine mit vernachlässigbarem Leitfähigkeitsanteil der Matrix. Ergebnisse experimenteller Untersuchungen. Gleichungen von AECHIE und DACHKOV 237 Gesteine mit vernachlässigbarem Leitfähigkeitsanteil der Matrix. Ergebnisse theoretischer Untersuchungen 250 Gesteine mit nicht vernachlässigbarem Leitfähigkeitsanteil der Matrix. Ergebnisse experimenteller Untersuchungen 256 Gesteine mit nicht vernachlässigbarem Leitfähigkeitsanteil der Matrix. Ergebnisse theoretischer Untersuchungen 262 Der spezifische elektrische Widerstand der Kohlen 264 Der Einfluß von Druck und Temperatur auf den spezifischen elektrischen Widerstand der Sedimentite 264 Die Dielektrizitätskonstante wasserhaltiger poröser und klüftiger Gesteine. Ergebnisse experimenteller Untersuchungen 268 Theorien zur Berechnung der Dielektrizitätszahl von Gesteinen aus den Eigenschaften ihrer Beatandteile 273

4 Inhaltsverzeichnis 7.5. Die induzierte Polarisation der Gesteine Vorbemerkungen Bestimmung von IP-Größen Messungen im Zeitbereich (time-domain)... *'' Messungen im Frequenzbereich (frequency-domain) Ursachen der induzierten Polarisation ^ Elektrodenpolarisation Membranpolarisation Jt Polarisationseffekte in tonfreien porösen Gesteinen Ergänzende Bemerkungen zur induzierten Polarisation in porösen Gesteinen ohne elektronische Leitfähigkeit Die thermischen Eigenschaften der Minerale und Gesteine Physikalische Grundlagen und Maßeinheiten Die thermischen Eigenschaften der Minerale und der Poren- bzw. Kluft - inhalte Die thermischen Eigenschaften der Minerale Die thermischen Eigenschaften der Poren- und Kluftinhalte Die thermischen Eigenschaften der Gesteine Übersicht Die thermischen Eigenschaften der Magmatite und Metamorphite Die thermischen Eigenschaften der Sedimentite Theorien zur Berechnung thermischer Gesteinseigenschaften Übersicht Gestein als Anordnung ebenflächig begrenzter Elemente bzw. Bestandteile Gestein als Anordnung diskreter Elemente (Kugeln) Gesteinsmodelle mit variabler innerer Struktur Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Porosität Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit vom Druck Berechnung des Anisotropiekoeffizienten Beziehungen zwischen den petrophysikalischen Parametern der Geophysik Vorbemerkungen Festkörperphysikalische Theorien und lineare Beziehungen nach BIRCH u. a. zur Darstellung von Zusammenhängen zwischen Dichte, elastischen und thermischen Eigenschaften Anwendung eines linearen Gleichungssystems zur Bestimmung von Lithologie und Porosität Anwendung eines Gesteinsmodells mit variabler Struktur Prinzip Gegenüberstellung von Wärmeleitfähigkeit und Formationswiderstandsfaktor, } Gegenüberstellung von Fonnationswiderstandsfaktor und Ausbreitung«- gescnwindigkeit elastischer Wellen Gegenüberstellung von Wärmeleitfähigkeit und Ausbreitungsgeschwin digkeit elastischer Wellen '. 3^ 9.5. Beziehungen zwischen petrophysikalfechen Parametern ' klüftiger Ge- 344

5 Inhaltsverzeichnis Beziehungen petrophysikalischer Parameter der Geophysik zu geomechanischen Parametern Vorbemerkungen und Problemstellung Statische" und dynamische" Verformungsniodtiln Beziehungen zwischen geophysikalisch bestimmbaren Parametern und Festigkeiteeigenschaften Grundlagen Berechnung von Festigkeitseigenschaften nach dem Gesteinsmodell mit variabler Struktur Ermittlung von Beziehungen zwischen Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen und Festigkeit nach dem Gesteinsmodell Bemerkungen zu Veränderungen geophysikalisch bestimmbarer Parameter bei Bruchvorgängen 372 Literatur 380 Sachverzeichnis 402