Ny metode til undersøgelse af poregeometri i bjergarter

Baseret på vedvarende homologi teori, forskere fra Japans Kyushu University præsenterede en ny parameter og en ny metode til at evaluere porøsitetens heterogenitet

Fukuoka, Japan – uanset om vi er klar over det eller ej, matematik gennemsyrer vores liv på utallige måder. Sommetider, matematikkens rolle er svær at forstå, men andre gange er det stensikkert.

Selvom mineralkornene, der danner en sten, er vigtige, det er porerne – de tomme mellemrum mellem disse korn – der ofte bærer vitale ressourcer som olie, gas, og drikkevand. Porernes geometri kan i høj grad påvirke opbevaringen, flyde, og udvinding af disse ressourcer. Dermed, at forbedre forståelsen af ​​poregeometri er af stor interesse for mange forskere og branchefolk.

I en fusion af matematik og geovidenskab, forskere fra International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (I2CNER) og Institute of Mathematics for Industry (IMI) fra Kyushu University har nu udviklet en innovativ metode til at karakterisere poregeometri, baseret på et koncept kaldet persistent homologi teori, som rapporteret i en undersøgelse offentliggjort i Vandressourceforskning .

En vigtig forskel mellem naturlige klipper og kunstige medier er, at klippens fysiske egenskaber har en tendens til at være relativt heterogene. Denne state-of-the-art metode er særlig nyttig til at karakterisere den heterogenitet i porer.

Studiets første forfatter, Fei Jiang, forklarer, "I den foreslåede metode, kompleks poregeometri omdannes først til sfæreskydata. Derefter, et persistensdiagram beregnes ud fra punktskyen. En ny parameter, afstandsindekset H som metrisk, er afledt af persistensdiagrammet, og foreslås at karakterisere graden af ​​rockheterogenitet."

En stærk sammenhæng blev bekræftet mellem heterogenitet og afstandsindekset H. Desuden en ny empirisk ligning ved hjælp af denne metriske H er foreslået til at forudsige det effektive elasticitetsmodul af klipper.

"For at teste den nyligt foreslåede metode baseret på geometrien af ​​rigtige sten, fire typer sten med forskellige porestrukturer, inklusive to karbonater og to sandsten, blev undersøgt, Medforfatter Takeshi Tsuji forklarer. "Persistensdiagramanalyse var mere effektiv til kvantitativt at estimere heterogeniteten af ​​relativt homogene sandsten sammenlignet med den konventionelle metode. Denne nye metode var også overlegen med hensyn til at skelne mellem de forskellige stentyper."

Yderligere fordele ved denne analysemetode er, at persistensdiagrammet er relativt stabilt med små ændringer i porerum, og afstandsindekset H kan beregnes meget effektivt. Information udvundet fra persistensdiagramanalyse kan bruges til direkte at forudsige fysiske egenskaber (såsom permeabilitet og elasticitet) baseret på klippernes mikrostrukturer. Dermed, persistensdiagramanalyse kan vise sig at være et vigtigt nyt værktøj til at forstå heterogeniteten af ​​porer i forskellige bjergarter.