Original paper

Carbonate porosities and pore types determined using NMR spectroscopy on the basis of examples from the Wilsingen karst borehole (Swabian Alb)

Kappes, Regina; Rifai, Haifa; Selg, Matthias; Wonik, Thomas

Abstract

The Upper Jurassic of Southern Germany is a very important aquifer for supra-regional water supplies. In addition to fractures and karst cavities, there are other types of pores whose importance for groundwater storage and migration have not previously been looked at in detail. Porosities and pore size distributions were studied using NMR spectroscopy in 45 carbonate samples from 15 depths in the Wilsingen karst borehole (near Reutlingen/Germany). The object of the investigation was to determine the hydrogeological behaviour of the rock in detail. Three different pore type groups were determined using NMR analysis on the basis of the transverse relaxation times T2. Pores with T2 times 500 ms were designated as macroporosity. Sparitic zones occur at depths of approx. 40 m. The water stored in these zones generated a marked T2 time distribution peak. This peak was assigned to the microporosity for the purposes of quantitative evaluation.The measured total porosities lie between 2.5 % and 17 %, whereby microporosity ranged from 1-6 %, and macroporosity from 1-13 %.

Kurzfassung

Der Oberjura der Schwäbischen Alb ist ein für die überregionale Wasserversorgung wichtiger Grundwasserleiter. Neben Klüften und Karsthohlräumen treten weitere Porentypen auf, deren Bedeutung für die Grundwasserspeicherung und -leitung bisher wenig untersucht wurde.Mittels NMR-Spektroskopie wurden an 45 Karbonatproben aus 15 verschiedenen Teufen der Karstbohrung Wilsingen (bei Reutlingen) die Porositäten und Porengrößenverteilungen bestimmt mit dem Ziel, Hinweise auf die Speichereigenschaften des Gesteins zu erhalten. Allein aufgrund der NMR-Messungen lassen sich anhand der transversalen Relaxationszeiten T2 drei verschiedene Porentypengruppen unterscheiden. Als Mikroporosität wurden die Poren bezeichnet, die zu T2-Zeiten unter 500 ms Anlass geben, als Makroporosität die Gesamtheit der Poren, die T2-Zeiten oberhalb von 500 ms zuzuordnen sind. In einer Teufe von ca. 40 m treten sparitische Bereiche auf. Das in diesen Bereichen gespeicherte Wasser erzeugt einen ausgeprägten Peak in der T2-Zeitenverteilung. Für die quantitative Auswertung wurde dieser Peak der Mikroporosität zugeschlagen.Die gemessenen Gesamtporositäten liegen zwischen 2,5 % und 17 %, wobei die Mikroporosität von 1-6 % variiert, die Makroporosität von 1-13 %.

Keywords

carbonatesporositynmr-spectroscopyupper jurassicsouthern germany