Origin, spatial distribution and quantification of porosity in Upper Triassic dolomites in Žumberak Mts. : doctoral thesis

Pukotinska poroznost tektonskog porijekla najčešći je oblik poroznosti u dolomitima, dok se u manjoj mjeri pojavljuju taložna i dijagenetska poroznost. Pukotinska proznost pojavljuje se u rasponu mjerila od mikroskopskog do regionalnog. Provedenim istraživanjem definirani su tipovi i geneza te kvantificirani iznosi pojedinih tipova poroznosti u litofacijesima i tektofacijesima svih formacija gornjotrijaskih dolomita Žumberka. Taložna i dijagenetska poroznost, analizirane su na čvrstim uzorcima metodom uronjene mase te u mikroskopskim preparatima. Metoda uronjene mase djelomično kvantificira taložnu i dijagenetsku poroznost jer uzorci sadrže i mikropukotine pa je dio izmjerenog iznosa rezultat mikropukotinske poroznosti. Dio mikroskopskih preparata bojan je Alizarinom S sa ciljem analize utjecaja dijageneze na taložnu poroznost, a dio je impregniran smolom fluorescentne boje kako bi se analizirala poroznost. Navedenom analizama određeni su tipovi taložne poroznosti i procijenjeni njezini nekadašnji iznosi te kako je višefazna dijageneza djelovala na razvoj taložne poroznosti. Taložna i dijagenetska poroznost za sve litofacijese, u svim formacijama ne prelazi 4,5 %, a zasigurno je i manja. Pukotinska poroznost analizirana je također 2D i 3D metodama. Metoda 2D analiza pukotinskog sklopa obuhvaćala je fraktalnu analizu, izradu histograma visina pukotina, gustoća (P20) i intenzitet (P21) pukotina, omjer visine i duljine pukotina (H/L omjer), 2D poroznost (P22) te volumni broj pukotina (Jv). Sve su analize rađene na digitaliziranim fotografijama pukotinskih sustava izdanaka iz različitih udaljenosti (kako bi se pokrilo čim više mjerila). Svi analizirani parametri ukazuju na veliku razlomljenost analiziranih stijena. Posebno je važan parametar fraktalna dimenzija (Fdim) pukotinskih sustava kojim se opisuje na koji način pukotinski sustavi ispunjavaju prostor odnosno kvantificira kompleksnost pukotinskog sustava. Procijenjene fraktalne dimenzije su u intervalu od 1,492 do 1,725 dok je većina fotografija u intervalu od 1,600 do 1,675. 2D analiza pukotinskog sklopa te podaci prikupljeni terenskim istraživanjima bili su temelj za 3D analizu, diskretni model pukotinskih sustava (engl. „Discrete Fracture Network“). Metoda 3D analiza obuhvaća izradu i analizu diskretnog modela pukotina na temelju kojeg su određeni prostorna raspodjela pukotinske poroznosti, iznosi pukotinske poroznosti, propusnosti, anizotropije propusnosti te P32. Procijenjena pukotinska poroznost diskretnim modelom pukotina za sve formacije nalazi se u intervalu od 0 do 23 % sa srednjom vrijednosti od ~6 %. Na uzorcima tektofacijesa dolomitnog grusa određeni su propusnost i hidraulička vodljivost u permeametru te je poroznost empirijski procjenjena uz pomoć granulometrijskih analiza. Iznosi međuzrnske poroznosti tektofacijesa Dolomitni grus su u intervalu od 15 do 32 %. Time su definirani svi tipovi poroznosti u rasponu mjerila u kojima se pojavljuju. Poroznost gornjotrijaskih dolomita je prema genetskom kriteriju svrstana u hibrid II, odnosno hibrid dijagenetske i pukotinske poroznosti. Iste stijene široko su regionalno rasprostranjene te bi rezultati istraživanja bili primjenjivi i u drugim područjima.Porosity in dolomites is mainly secondary, more precisely, fracture porosity and minor part is primary. Porosity has multiscale characteristics, form microscopic to regional scale. The aim of this research is to define types, genesis and volume of porosity in all litho- and tectofacies of Upper Triassic dolomites in Žumberak Mountain, and in all scales, in which porosity exists. Based on genesis, porosity is subdivided on depositional, diagenetic and fracture porosity. Depositional and diagenetic porosity was analyzed on thin-sections and by using saturation and buoyancy techniques. Saturation and buoyancy techniques are used to quantify the open porosity that corresponds, with depositional and diagenetic porosity if the specimens do not have microfractures. Analyzed specimens have significant amount of microfractures, so results of open porosity only partially reflect depositional and diagenetic porosity. Fracture porosity was analyzed by 2D and 3D methods. 2D methods include fractal analysis of fracture systems, histograms of heights/lengths of fractures, fracture density (P20), fracture intensity (P21), height/length ratio, 2D porosity (P22) and Volumetric Joint Count (Jv). Spatial emphasis was on fractal analysis of fracture systems that quantifies the complexity of fracture networks. Estimated fractal dimensions are in the range of 1,492 to 1,725, while most images range from 1,600 to 1,675. 3D analysis involves the construction and analysis of a discrete fracture network (DFN), based on several factors: a spatial distribution of fracture porosity, fracture permeability, anisotropy of permeability and P32 are estimated. Estimated fracture porosity based on discrete fracture network, for all formations, is in the range of 0 to 23%, with a mean value of 6%. Permeability and hydraulic conductivity of tectonically crushed dolomite were measured on samples using permeameter. Porosity is empirically calculated from permeameter measurements and granulometric analysis and is in the interval from 15 % to 32 %. Based on porosity genesis, porosity of Upper Triassic dolomites is hybrid II, which means, hybrid between diagenetic and fracture porosity. Analyzing all this data resulted with defined types, genesis, volume and multiscale spatial distribution of porosity of Upper Triassic dolomites in Žumberak Mountain. These types of rocks are the most significant aquifers due to their large share in geological composition, and also widely distributed, thus obtained results can be used in other areas worldwide