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Technische Petrophysik

Aus den griechischen Wörtern πετρος (petros) „Stein“ oder „Felsen“ und φυσική (physike) „die Natürliche“ lässt sich die inhaltliche Fokussierung der Technischen Petrophysik (Gesteinsphysik) am KIT ableiten: Die Professur hat eine Brückenfunktion zwischen Geophysik, Angewandte Geo­wissenschaften und Bauingenieurwesen und zeichnet sich durch eine große Methodenvielfalt in einer interdisziplinär besetzten Arbeitsgruppe aus. Dabei wollen wir die petrophysikalischen Werk­zeuge zur Lösung drängender wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Fragen nutzen und legen unseren Schwerpunkt auf eine umweltverträgliche und versorgungssichere Energieversorgung im 21. Jahrhundert.

Im Mittelpunkt stehen die physikalischen Eigenschaften von Mineralen, Gesteinen, Gesteins­schmelzen und Fluiden. Das quantitative Verständnis der den Eigenschaften zugrunde liegenden Mechanismen und Prozesse bildet die Basis für die durchgeführten Arbeiten

  • zu einem quantitativen Reservoirmanagement (geologische CO2-Speicherung, Geothermie, Erdöl, Erdgas),
  • zum Bauen Untertage (Tunnel, Bohrlochstabilität, Endlagerung) und
  • zu einer quantitativen geodynamischen Prozessmodellierung unseres aktiven Planeten.

Grenzflächenprozesse und interatomare Wechselwirkungen sind für viele Eigenschaften ent­scheidend. Deshalb beschäftigen wir uns skalenübergreifend mit petrophysikalischen Eigen­schaften, um systematische Lösungen für aktuelle technische Herausforderung zu ermöglichen.

  • Submikroskopische Eigenschaften: atomische Modellierungen (Wärmetransport, elektrische Leitfähigkeit)
  • Laborskala: Transportprozesse (Wärmeleitung, Ladungstransport), elastische und anelastische Eigenschaften (komplexe Module), magnetische Eigenschaften, Sprödbruch (induzierte Seismizität, Kaiser-Effekt)
  • Technikumsmaßstab: Laborversuche zur Bohrlochintegrität im Maßstab 1:1
  • Reservoirskala: Reservoirengineering, induzierte Seismizität, regionales Spannungs- und Deformationsfeld
  • Großräumige Geodynamik: Subduktionsprozesse, Spannungsfeld im Rheingraben.

Für eine Skalierbarkeit der Eigenschaften sind geeignete Modelle notwendig um Labor- und Technikumsexperimente auf den Reservoirmaßstab zu übertragen. Dazu werden „Effektive Medium-Modelle“ und numerische Modelle eingesetzt („First Principle“ Berechnungen, FE und FD Modellierungen). Die in der Petrophysik verwendeten Methoden werden auch auf künstliche Materialien (Kunststoffe, Keramik, Gläser, Betone) angewendet.

Aktiv wird in den Zentren „Energie“ sowie „Klima und Umwelt“ mitgearbeitet.