TY - THES

T1 - Korrelationen geomechanischer und geophysikalischer Parameter an Gesteinsproben vom steirischen Erzberg

AU - Krüger, Melanie

N1 - gesperrt bis null

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Die vorliegende Arbeit zeigt Zusammenhänge zwischen geophysikalischen und geomechanischen Eigenschaften von Phyllit-, Kalksilikat- und Kalkmarmorproben vom steirischen Erzberg. Es handelt sich um wenig bis überwiegend stark geschieferte Phyllite und Kalksilikatschiefer sowie kompakteren Kalkmarmor, die alle metamorph überprägt sind und geringe Porosität aufweisen. Aus den geophysikalischen Messungen wurden Festigkeits- und Verformungs-Parameter für die jeweiligen Lithologien abgeleitet sowie der Einfluss von Schieferung und Anisotropie untersucht. Dafür wurden einaxiale Druckversuche in Kombination mit Ultraschall-Messungen senkrecht und parallel zu den Schieferungsflächen der jeweiligen Gesteinstypen durchgeführt. Hierbei wurden die Probekörper auf verschiedene Spannungsniveaus bis zum Erreichen der UCS belastet, wobei auf jedem Niveau die Geschwindigkeiten der Kompressions- und Scherwelle gemessen wurden. Jeder Versuch startete mit zwei Be- und Entlastungsschleifen zur Ermittlung des statischen E-Moduls. Aus den Ergebnissen konnten schließlich statische und dynamische Parameter ermittelt und verglichen werden. Generell lässt sich festhalten, dass die Geschwindigkeiten elastischer Wellen, besonders in sprödem Gestein, stark druckabhängig sind. Es konnte beobachtet werden, dass mit zunehmendem Druck auch die Geschwindigkeiten elastischer Wellen, auf mehr oder weniger exponentiellem Weg, zunehmen. Den größten Einfluss haben Zusammensetzung, Struktur, Gefüge und genetische Vorprägung des Gesteins und das daraus resultierende, spannungsabhängige Öffnen und Schließen von (Mikro-) Rissen. Unter Spannungseinwirkung oder Entspannung kommt es zu Rissbildung oder Kompaktionsprozessen, wobei auch die Druckrichtung auf die Schieferungsflächen eine große Rolle spielt. Der Anisotropie-Effekt wird oft außer Acht gelassen, bedingt jedoch zumeist große Schwankungen in den Messergebnissen, was in folgender Arbeit auch aufgezeigt wird. Aufgrund der Vielzahl an Einflussfaktoren ist es nicht möglich, allein aus geophysikalischen Messungen auf Festigkeits- und Verformungs-Parameter zu schließen. Geophysikalische Untersuchungen können aber herangezogen werden, um geomechanisches Verhalten von Gesteinen abzuschätzen. Solche Labormessungen sind zudem wichtig, um Gesteinseigenschaften sowie generelle Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften zu ermitteln.

AB - Die vorliegende Arbeit zeigt Zusammenhänge zwischen geophysikalischen und geomechanischen Eigenschaften von Phyllit-, Kalksilikat- und Kalkmarmorproben vom steirischen Erzberg. Es handelt sich um wenig bis überwiegend stark geschieferte Phyllite und Kalksilikatschiefer sowie kompakteren Kalkmarmor, die alle metamorph überprägt sind und geringe Porosität aufweisen. Aus den geophysikalischen Messungen wurden Festigkeits- und Verformungs-Parameter für die jeweiligen Lithologien abgeleitet sowie der Einfluss von Schieferung und Anisotropie untersucht. Dafür wurden einaxiale Druckversuche in Kombination mit Ultraschall-Messungen senkrecht und parallel zu den Schieferungsflächen der jeweiligen Gesteinstypen durchgeführt. Hierbei wurden die Probekörper auf verschiedene Spannungsniveaus bis zum Erreichen der UCS belastet, wobei auf jedem Niveau die Geschwindigkeiten der Kompressions- und Scherwelle gemessen wurden. Jeder Versuch startete mit zwei Be- und Entlastungsschleifen zur Ermittlung des statischen E-Moduls. Aus den Ergebnissen konnten schließlich statische und dynamische Parameter ermittelt und verglichen werden. Generell lässt sich festhalten, dass die Geschwindigkeiten elastischer Wellen, besonders in sprödem Gestein, stark druckabhängig sind. Es konnte beobachtet werden, dass mit zunehmendem Druck auch die Geschwindigkeiten elastischer Wellen, auf mehr oder weniger exponentiellem Weg, zunehmen. Den größten Einfluss haben Zusammensetzung, Struktur, Gefüge und genetische Vorprägung des Gesteins und das daraus resultierende, spannungsabhängige Öffnen und Schließen von (Mikro-) Rissen. Unter Spannungseinwirkung oder Entspannung kommt es zu Rissbildung oder Kompaktionsprozessen, wobei auch die Druckrichtung auf die Schieferungsflächen eine große Rolle spielt. Der Anisotropie-Effekt wird oft außer Acht gelassen, bedingt jedoch zumeist große Schwankungen in den Messergebnissen, was in folgender Arbeit auch aufgezeigt wird. Aufgrund der Vielzahl an Einflussfaktoren ist es nicht möglich, allein aus geophysikalischen Messungen auf Festigkeits- und Verformungs-Parameter zu schließen. Geophysikalische Untersuchungen können aber herangezogen werden, um geomechanisches Verhalten von Gesteinen abzuschätzen. Solche Labormessungen sind zudem wichtig, um Gesteinseigenschaften sowie generelle Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften zu ermitteln.

KW - elastic wave velocities

KW - ultrasonic UCS

KW - anisotropy

KW - compression wave

KW - dynamic modulus of elasticity

KW - static modulus of elasticity

KW - Erzberg

KW - ZaB

KW - elastische Wellengeschwindigkeiten

KW - Ultraschall-UCS

KW - Anisotropie

KW - Kompressionswelle

KW - dynamisches E-Modul

KW - statisches E-Modul

KW - Erzberg

KW - Zentrum am Berg

M3 - Masterarbeit

ER -