Methods to analyse fracture orientation patterns in a Lower Carboniferous carbonate reservoir analogue in the Voreifel, Germany

Im Rahmen dieser Studie wurden in einem stark geklüfteten Kohlenkalk-Steinbruch nahe Hastenrath (Voreifel, Deutschland) zwei moderne Methoden zum semi-automatischen Erfassen von Kluftorientierungen im Gelände untersucht und mit traditionellen Methoden der Kluftmessung verglichen.
Die Orientierungen der Klüfte entlang mehrerer Scanlinien wurden dazu zunächst traditionell mit einem Gefügekompass und im Anschluss mit Hilfe einer modernen Smartphone-Applikation auf Android-Basis ermittelt. Beide Messmethoden zeigen eine gute Übereinstimmung der Kluftvorzugsorientierungen, unterschieden sich allerdings stark in der für die Messung benötigten Zeit. ... mehrDarüber hinaus wurden Teile des Steinbruchs unter Anwendung eines modernen Terrestrial Laser Scanners (TLS) semiautomatisch vermessen. Moderne TLS sammeln innerhalb kürzester Zeit hochauflösende digitale Abbilder zu untersuchen der Objekte, auch an schwer oder nicht zugänglichen Orten, wodurch im Steinbruch auch von unzugänglichen und somit bei traditioneller Kartierung sonst nicht einmessbaren Stellen, Messwerte ermittelt werden konnten. Ein Vergleich der mit dieser Technik ermittelten Messwerte zu den manuell ermittelten Gefügemessungen zeigt vergleichbare Kluftvorzugsrichtungen.
Die Messungen im Hastenrather Steinbruch zeigen unabhängig von der Messmethode zwei dominante NE‒SW bzw. NW‒SE streichende Kluftsysteme.

We studied in a highly fractured Lower Carboniferous carbonate quarry close to Hastenrath (Voreifel, Germany) that provides a good analogue to a fractured carbonate reservoir, two modern techniques to collect data on fracture orientation semi-automatically in the field, and compared them to the results of traditional fracture measurements. Firstly, fractures were measured along several scanlines using a traditional compass and a modern application on an Android smartphone. Overall, the smartphone measurements reflect the same orientation as traditional compass measurements but generate in the same time a much higher number of data. ... mehrSecondly, terrestrial laser scanning (TLS) was used to measure and visualise the topographic relief of the quarry walls down to centimetre resolution for close-up digital analysis of fractures. With this method, we were able to identify the same
fracture groups as identified in the manually measured scanlines. All measurements indicate two dominant NE‒SW and NW‒SE striking fracture sets, regardless of the technique. An additional W‒E striking set is indicated immediately in the footwall of the Sandgewand Fault. Furthermore, fault-related fracturing is indicated by an increase of fracture densities towards the Sandgewand Fault. In addition to the fractures, minor NW‒SE striking faults were also observed in the Hastenrath quarry, some with tens of metres of displacement. Locally horizontal slickensides overprint earlier down-slip movement. Based on dextral slickensides on these fault surfaces oriented parallel to the large Sandgewand Fault, we assume that the latter also had a late dextral strike-slip motion component. Based on the results presented in this paper, we conclude that smartphone measurements of fractures and terrestrial laser scanning are appropriate tools to analyse fracture networks in reservoir analogues in a rapid and accurate way.