Transcript Pobierz

FRAKTALNA STRUKTURA
PRZESTRZENI POROWEJ
NA PRZYKŁADZIE
WYBRANYCH SKAŁ
OSADOWYCH
Dwornik Maciej
Lelonek Michał
Opiekun referatu:
Dr inż. Tomasz Bajda
CEL BADAŃ
• Stwierdzenie fraktalnej natury
przestrzeni porowej
– zbadanie kształtu poszczególnych porów
– zbadanie rozkładu ilości porów w funkcji ich
powierzchni
• Określenie aplikacji i kierunku dalszych
badań
Fraktale
• Postulaty Mandelbrota fraktal to obiekt:
– określony zależnościami rekurencyjnymi,
a nie wzorami matematycznymi
– samopodobny
– mający wymiar niecałkowity
• Wymiar fraktalny
– konkretna liczba charakteryzująca kształt
fraktala
Dlaczego rachunek fraktalny?
• Rozmieszczenie porów i ich kształt jest
CHAOTYCZNY
• Istniejące modele ośrodka porowego bazują na
dużych uproszczeniach
• Rachunek fraktalny charakteryzuje przestrzeń
porową w postaci konkretnych liczb
Metody badań
• Wymiar fraktalny kształtu porów
Analiza zdjęć mikroskopowych płytek cienkich przy
użyciu programu FastDLA Syntax Lattice Generator
• Wymiar fraktalny rozkładu wielkości porów
Zliczanie ilości porów w płytkach cienkich przy użyciu
mikroskopu polaryzacyjnego z okularem
mikrometrycznym
Wymiar fraktalny
kształtu porów
Pudełkowy wymiar fraktalny
1
2
ln N ( 2 )  ln N ( 1 )
D
ln(1 /  2 )  ln(1 /  1 )
3
4
Zbiór Mandelbrota
Wymiar fraktalny kształtu porów
2
1,9
y = 0,0011x + 1,7949
Wymiar fraktalny
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
D=1,87 Piaskowiec Jazów
D=1,79 Opoka Ożarów
D=1,82 Kreda jeziorna j. Orle
D=1,72 Dolomit Zakrzówek
Wymiar fraktalny
rozkładu powierzchni
porów
Piaskowce
1
1
10
-1,3488
Względna ilość porów
y = 0,2955x
R2 = 0,9441
0,1
0,01
y = 0,2959x-1,3711
R2 = 0,9277
Piaskowiec cergowski
y = 0,269x-1,3782
R2 = 0,9252
Piaskowiec - Jazów
Piaskowiec gipsowowęglanowy
0,001
Ilość zliczonych kwadratów (o pow. 0,0025 mm2)
100
Dolomity
1
1
10
y = 0,3514x
-1,128
2
Ilość względna porów
R = 0,9695
y = 0,2988x-1,2091
0,1
R2 = 0,9393
y = 0,3815x
2
-1,4474
R = 0,9636
0,01
Dolomit Zakrzówek
Dolomit Zakrzówek
Dolomit Chęciny
0,001
Ilość zliczonych kwadratów (o pow. 0,0025 mm2)
100
Inne skały
1
Względna ilość porów
1
10
100
y = 0,3376x-1,413
R2 = 0,9057
0,1
y = 0,4041x-1,6455
R2 = 0,9334
0,01
Opoka - Ożarów
Kreda jeziorna
0,001
2
Ilość zliczonych kwadratów (o pow. 0,0025 mm )
Dywan Sierpińskiego jako model
przestrzeni porowej
Model rozkładu dla
D=ln9/ln5=1,365 Fpow0,305
Szkielet
mineralny
Pory
w 1 iteracji
Pory
w 2 iteracji
Wnioski
• Powierzchnia porów posiada charakter fraktalny
•Wraz ze wzrostem wymiaru kształtu poru wzrasta jego
„gładkość” i tym samym przepuszczalność.
• Mała wartość wymiaru rozkładu świadczy o
korzystniejszym z punktu widzenia przepuszczalności
rozkładzie powierzchni porów.
Obserwacje
•Piaskowce wykazują zbieżność wymiaru fraktalnego
rozkładu porów.
•Wymiar ten dla dolomitów, gdzie dominuje wtórna
porowatość, charakteryzuje się dużym rozrzutem.
Dalsze badania
Metody i postępowania dalszych badań:
- porozymetria rtęciowa
- badanie przepuszczalności
- zbadanie porowatości przy użyciu innych metod
- dalsze badania w płytkach cienkich.
Cel dalszych badań:
- określenie wymiaru fraktalnego porowatości efektywnej
- określenie zależności pomiędzy przepuszczalnością,
a wymiarem fraktalnym porowatości efektywnej i całkowitej
- weryfikacja poczynionych obserwacji.
Składamy podziękowania dla
następujących osób:
dr inż. Tomasz Bajda
dr hab. inż. Zofia Mortimer, prof. AGH
dr inż. Maciej Manecki
dr inż. Jerzy Czerny
dr hab. inż. Jacek Matyszkiewicz, prof. AGH
dr inż. Marcin Krajewski
inż. Stanisław Konopacki
Marcin Bukowski - autor programu FastDLA
„Geometria fraktalna
spowoduje, że zobaczysz świat
innymi oczyma. Możesz utracić
nabyty w dzieciństwie sposób
patrzenia na świat. Inne
wydadzą Ci się chmury, lasy,
galaktyki, liście, pióra, skały,
góry, wzory na wodzie i wiele
innych rzeczy. I już nigdy nie
będą takie same...”
Michael F. Barnsley
Chaos is
everywhere...