Project 4

Evaluation der impaktinduzierten Schädigung von Gesteinen unter der Verwendung elastischer Wellen

Projektleitung:

Christian Große, Centrum Baustoffe und Materialprüfung an der Technischen Universität München (TUM)

Im Projekt beschäftigt:

Dorothee Moser (Doktorandin, TUM)

Zusammenfassung

Im Hinblick auf das Ziel des Gemeinschaftsantrags ist eine detaillierte Untersuchung der Bruchprozesse und der Kraterbildung notwendig. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit Verfahren zur hochauflösenden 3D-Beobachtung der Schädigungszone unterhalb des Impaktkraters, der durch Hochgeschwindigkeitsprojektile experimentell erzeugt wird. Verfahren basierend auf Ultraschall- und Schallemissionstechniken werden weiterentwickelt und angewandt, um Inhomogenitäten und Risse sowie Fluidzonen vor während und nach dem Impakt zu detektieren. Zusätzlich werden weitere Informationen über petrophysikalische Parameter gesammelt.

Zum ersten Mal wird eine Aufzeichnung des hochdynamischen Bruchprozesses beim Impakt versucht (durch Schallemissionsanalyse). Dadurch wird ggfs. ein wesentlicher Verständnisgewinn der Bruchzonenbildung unter einem Impaktkrater möglich, wobei eine raumzeitliche Auflösung der Fragmentation angestrebt wird. Zusätzlich werden akustische Verfahren verwendet, um die Ausdehnung derBruchzone zu ermitteln und diese Messungen dann mit der visuellen Bestandsaufnahme nach dem Zersägen der Proben zu vergleichen. Diese experimentellen Ergebnisse im Labormaßstab lassen sich anschließend mit seismischen Daten von natürlichen Impaktkratern vergleichen – vor allem im Hinblick auf die Schädigungszone unter dem Krater.

In diesem Teilprojekt werden drei verschiedene Messverfahren (i)-(iii) sowie verschiedene neuartige Sensortechniken (iv) angewandt. Dabei reichen die Verfahren von eher konventionellen Methoden mit geringem Risiko bis zu hochinnovativen Techniken, die jedoch ein besonders großes Potenzial im Hinblick auf die zu ermittelnden Daten haben.

Ultraschall-Durchschallungstechniken stellen einen Großteil der Standardtechniken zur Charakterisierung von Gesteinen. In der Regel werden zur Untersuchung des Objekts transiente Wellen verwendetet, deren Amplitude, Frequenzinhalt und Laufzeit (Geschwindigkeit) ausgewertet wird. Allerdings werden hier fortgeschrittene und insbesondere tomografische Verfahren (Amplituden-, Laufzeit- und Diffraktionstomografie) angewendet, die auf Ultraschall-Pulsspektroskopie beruhen. Neben der Anwendung der Ultraschallphasenspektroskopie und der Schallemissionsanalyse ist das Ziel des Projektes, diese Methoden zur Analyse der Schädigung bzw. Schädigungsentwicklung von künstlich erzeugten Kratern zu verwenden und die Ergebnisse mit Daten von natürlichen Kratern zu vergleichen.

Ergebnisse

Die Ergebnisse finden Sie hier.