Original paper
Petrographic, petrophysical, and geochemical characteristics of Barremian carbonate rocks from the Enguri High Arch Dam area (Georgia)
Busch, Benjamin; Pistor, Frédéric; Ölmez, Jasemin A.; Quandt, Dennis; Müller, Birgit; Niederhuber, Thomas; Enukidze, Onise; Schneider, Jens Christian; Stutz, Hans Henning; Hilgers, Christoph
Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Band 176 Heft 4 (2025), p. 741 - 758
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published: Oct 31, 2025
published online: Aug 6, 2025
manuscript accepted: Jul 11, 2025
manuscript revision received: Jun 11, 2025
manuscript revision requested: May 27, 2025
manuscript received: Apr 17, 2025
ArtNo. ESP171017604005, Price: 29.00 €
Abstract
Joint petrophysical, geochemical, and petrographic studies on Barremian carbonate rocks from the Gagra-Java Zone at the transition of the Central Greater Caucasus to the Rioni Basin in Georgia are rare and almost absent in literature. In a joint research project between Georgian and German research institutes, this work showcases the first consistent dataset on rock properties, which are the foundation of the Enguri High Arch Dam, a large and regionally important energy infrastructure. The studied carbonate rocks from a 307 m deep research well are subdivided into two carbonaceous and two dolomitic sections, exhibit intense brecciation, represented by multiple rubble zones. Petrographic analyses in conjunction with petrophysical sample analyses do not show a clear correlation of rock properties to the rock’s microfabric. Generally, matrix permeabilities are low to very low (< 10 mD) and do not correlate with matrix porosities. Elevated matrix permeability is only found in samples from the topmost 120 m of the studied well, but is not restricted to samples exhibiting carbonate mineral dissolution (mostly dolomite dissolution), which can be observed along the whole studied well. Based on cathodoluminescence analyses eight distinctly different phases of carbonate cement precipitation in brecciated sections and fractures can be distinguished and related to faulting and compressive tectonic phases resulting in the formation of stylolites. The analyses are supplemented by first UCS measurements (ranging from 19.9–175.0 MPa) to gain a better understanding on the mechanical properties of the studied samples.
Kurzfassung
Kombinierte petrophysikalische, geochemische und petrographische Untersuchungen an barremischen Karbonatgesteinen aus der Gagra-Java-Zone am Übergang des zentralen Großen Kaukasus zum Rioni-Becken in Georgien sind selten und in der Literatur kaum vorhanden. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt zwischen georgischen und deutschen Forschungsinstituten wird in dieser Arbeit der erste konsistente Datensatz zu Gesteinseigenschaften vorgestellt, die das Fundament für den Enguri-High-Arch-Dam, eine große und regional wichtige Energieinfrastruktur, bilden. Die untersuchten Karbonatgesteine aus einer 307 m tiefen Forschungsbohrung sind in zwei karbonatische und zwei dolomitische Abschnitte unterteilt und weisen eine starke Brekziierung auf, die durch mehrere Trümmerzonen dargestellt wird. Petrographische Analysen in Verbindung mit petrophysikalischer Probenanalyse zeigen keine eindeutige Korrelation zwischen den Gesteinseigenschaften oder dem Mikrogefüge der Gesteine. Im Allgemeinen sind die Matrixpermeabilitäten gering bis sehr gering (< 10 mD) und korrelieren nicht mit den Matrixporositäten. Eine erhöhte Matrixpermeabilität findet sich nur in Proben aus den obersten 120 m des untersuchten Bohrkerns, ist aber nicht auf Proben beschränkt, die eine Auflösung von Karbonatmineralen (hauptsächlich Dolomit) aufweisen, was entlang des gesamten untersuchten Bohrkerns zu beobachten ist. Auf der Grundlage von Kathodolumineszenzanalysen können acht verschiedene Phasen der Karbonatzementausfällung in brekziösen Abschnitten und Klüften unterschieden und mit Verwerfungen und tektonischen Phasen in Verbindung gebracht werden, die zudem zur Bildung von Stylolithen führten. Die Analysen werden durch erste UCS-Messungen (19,9–175,0 MPa) ergänzt, um ein besseres Verständnis über die Gesteinsfestigkeit zu erhalten.
Keywords
limestones • dolostones • Enguri High Arch Dam • Georgia • petrophysics • geochemistry • petrography • Kalkstein • Dolomit • Enguri-High-Arch-Dam • Georgien • Petrophysik • Geochemie • Petrographie