Original paper

Simulation der Porenwasserbewegung während der Auffüllung eines Beckens mit klastischen Sedimenten

[Simulation of Porewater Flow during the Filling of a Basin with Clastic Sediments]

Bitzer, Klaus; Pflug, Reinhard

Kurzfassung

Mit Hilfe eines mathematischen Modells werden die Auffüllung eines Beckens mit klastischen Sedimenten und die durch Kompaktion bewirkte Wanderung von Porenwasser untersucht. Dabei werden die zeitliche Entwicklung der Geometrie und Faziesverteilung des Sedimentkörpers sowie die Fließrichtungen, Fließraten und kumulative Porenwasserbewegung im Sedimentkörper berechnet. Für die Simulation des Sedimenttransportes wird eine Weiterentwicklung eines 2D-Modells von BITZER und HARBAUGH (1987) verwendet. Das Porenwasser-Fließfeld wird mit Hilfe eines Potential-Modells simuliert, das die im Verlauf der Kompaktion veränderte Porosität und hydraulische Konduktivität berücksichtigt. Experimente mit dem Modell zeigen, daß die Bereiche hoher Sedimentationsraten Richtung und Geschwindigkeit der Porenwasserbewegung am stärksten beeinflussen, wobei die Fließbewegung des Porenwassers in die Bereiche geringerer Sedimentationsraten und geringerer Kompaktion gerichtet ist. Sandkörper in der Nähe toniger Bereiche wirken als Drainage für mobilisiertes Porenwasser und zeigen bevorzugt erhöhte Werte der kumulativen Porenwasserwanderung.

Abstract

A mathematical model is used to simulate the flow of porewater during the evolution of a sedimentary basin. The dynamic evolution of the geometry and facial distribution of the deposit as well as flow rates, directions and cumulative porewater movement are calculated. Simulation of transport of sediment is performed with a revised version of a 2-D model published by BITZER & HARBAUGH (1987). Porewater flow is simulated with a potential flow model, which takes into account the changes in porosity and hydraulic conductivity of sediment caused by compaction. Experiments show that flow rates and directions are mainly influenced by the locations of depositional centers, showing flow directions into those parts of the deposit with lower sedimentation rates and compaction. Sandy layers interfingered with shale act as drainages of porewater and show increased cumulative porewater movement.

Keywords

Sedimentary basinsclastic materialsfillingcompactionporosityhydraulic conductivitydigital simulationfinite differencescumulative porewater movement