Microstructure, Geometry and Hydrogeology of the fracture network of the Boda Claystone Formation

Tóth Emese
Microstructure, Geometry and Hydrogeology of the fracture network of the Boda Claystone Formation.
[Thesis]

[thumbnail of disszertacio_toth_emese.pdf] PDF (thesis)
Download (5MB)
[thumbnail of tezisfuzet_toth_emese.pdf] PDF (booklet)
Download (828kB)

Abstract in Hungarian

Jelen értekezés a Bodai Agyagkő Formáció (BAF) töréses szerkezeti elemeit vizsgálja igen széles vizsgálati tartományban. A tanulmány fő célja töréshálózat geometriájának és hidrodinamikai tulajdonságainak, valamint a repedésrendszer tulajdonságainak térbeli kiterjeszthetőségének meghatározása két fúrás alapján. Dolgozatomban a nyírási zónákban található szigmoidális erek petrográfiai vizsgálata vékonycsiszolatokon történt. A nyírási zónák térfogat- és sűrűségváltozását az erek geometriája alapján, izokon-módszerrel és mikro-komputertomográfiával elemeztem. A töréshálózat geometriáját diszkrét törésekből felépülő töréshálózat modellezési módszerrel vizsgáltam, míg hidrológiai tulajdonságait az áramlási zóna indikátorral jellemeztem. Ez a mutató a porozitás és permeabilitás alapján hidraulikus áramlási egységeket jelöl ki. A töréshálózat és a lyukgeofizikai szelvények kapcsolatát többszörös lineáris regressziós analízissel vizsgáltam. Petrográfiai megfigyelések alapján a BAF-ban található szigmoidális hasadékok „pennant” erekként értelmezhetők, amelyek kialakulását Riedel konjugált törések okozták. A nyírási zónákban az érképződés ellenére 5-8%-os térfogatcsökkenés ment végbe. A töréshálózati modellezés alapján a BAF–2 fúrásban öt töréshálózati geometria különböztethető meg. Némely modellben a töréshálózat kommunikáló rendszert alkot a fúrás teljes hosszában, míg más esetekben egymással nem kommunikáló alrendszerekre bomlik 100, 400 vagy 700 m mélységben. A törésrendszer hét hidraulikai egységre bontható, amelyek határai egybeesnek a töréshálózat konnektivitása alapján kijelölt határokkal. A fúrás felső 100 méterében a kőzet hidrológiai tulajdonságait a mállás befolyásolta. A fúrás által harántolt kőzetoszlop a töréshálózat tulajdonságai alapján két, egymástól igen eltérő szakaszra osztható fel, amelyek között 400 m-es mélységben egy vető található. A képződmény hidrológiai tulajdonságai 700 méteren a finomszemű homokkő rétegek befolyásolták. Többszörös lineáris regressziós analízis alapján a BAF töréssűrűsége megbecsülhető a sűrűség és ellenállás szelvények alapján. A regressziós egyenlet alkalmazásával az akusztikus lyukfaltelevíziós adatokkal nem rendelkező fúrásokban is becsülhető a töréssűrűség.

Abstract in foreign language

This dissertation extensively examines the brittle structural elements of the Boda Claystone Formation (BCF), which could serve as a host formation for high-level radioactive waste in Hungary. Despite the formation's low porosity and permeability, which give its retentive features, it is crucial to assess the tectonic setting of the rock body to comprehend the timing and magnitude of faults and folds. The idea behind the research is that each successive phase of the study examines the problem at an increasing scale, from microstructural observations to models of the fracture network based on more than one borehole. The main goals of this study were to identify the geometry and hydrogeological properties of the fracture network of the Boda Claystone Formation as well as the investigation of the spatial extensibility of the properties of the fracture network. The BAF–2 well was regarded as a base well in this study because it explores the maximum thickness of the formation (917 m) with almost 100% core recovery and offers unique opportunity to evaluate its brittle structural elements. In addition, the analysis of the BAF–4 well was also done to investigate the extensibility of the properties of the fracture system. The petrographic description of the sigmoidal veins in the shear zones was carried out on thin sections. The volume and density changes of the shear zones were analysed based on the geometry of the sigmoidal veins, using the isocon method and micro-computed tomography. The geometry of the fracture network was investigated using the discrete fracture network modelling method, while its hydrological properties were characterised using the flow zone indicator. This indicator designates hydraulic flow units based on porosity and permeability. The relationship between the fracture network and well log data was investigated using multiple linear regression analysis. Based on petrographic observations, the sigmoidal veins in the BCF can be interpreted as "pennant" veins whose formation was caused by conjugate Riedel fractures. Despite the formation of sigmoidal veins, a 5-8% volume loss occurred in the shear zones. Based on fracture network modelling, five fracture network geometries can be distinguished in the BAF-2 well. In some models, the fracture network forms a communicating system along the entire length of the borehole, while in other cases it breaks down into subsystems that do not communicate with each other at depths of 100, 400, or 700 meters. The fracture system can be divided into seven hydraulic units, the boundaries of which coincide with the boundaries designated by fracture network modelling. In the upper 100 meters of the borehole, the hydrological properties of the rock were affected by weathering. Based on the properties of the fracture network, the rock column of the well can be divided into two very distinct blocks with a border at a depth of 400 m. The hydrological properties of the formation at 700 meters were determined by the by fine-grained sandstone layers. Based on multiple linear regression analysis, the fracture density of the BCF can be estimated based on density and resistance well log data. Fracture density can also be estimated in boreholes without acoustic borehole televiewer data using the regression equation.

Item Type: Thesis (Doctoral thesis (PhD))
Creators: Tóth Emese
Hungarian title: A Bodai Agyagkő Formáció töréshálózatának mikroszerkezete, geometriája és hidrogeológiája
Supervisor(s):
Supervisor
Position, academic title, institution
MTMT author ID
M. Tóth Tivadar
tanszékvezető egyetemi tanár, DSc, Ásványtani, Geokémiai és Kőzettani Tanszék SZTE / TTIK / FFI
10001322
Schubert Félix
egyetemi adjunktus, PhD, Ásványtani, Geokémiai és Kőzettani Tanszék SZTE / TTIK / FFI
10013776
Subjects: 01. Natural sciences > 01.05. Earth and related environmental sciences > 01.05.06. Geology > 01.05.06.01. Geology, tectonics, volcanology
Divisions: Doctoral School of Geosciences
Discipline: Natural Sciences > Earth Sciences
Language: English
Date: 2023. June 15.
Uncontrolled Keywords: Radioactive waste repository, Claystone, Shear zone, Sigmoidal en echelon veins, Mass-balance calculation, DFN modelling, Flow zone indicator, Fracture aperture calibration, Geophysical well log data, Multiple regression analysis
Item ID: 11635
Date Deposited: 2023. Mar. 01. 11:21
Last Modified: 2023. Oct. 20. 11:20
Depository no.: B 7237
URI: https://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/11635
Defence/Citable status: Not Defended. (Do not cite until it has not assigned DOI number!)

Actions (login required)

View Item View Item