Gebaseerd op de hardnekkige homologietheorie, onderzoekers van de Japanse Kyushu University presenteerden een nieuwe parameter en een nieuwe methode voor het evalueren van de heterogeniteit van porositeit

Fukuoka, Japan - Of we het ons nu realiseren of niet, wiskunde doordringt ons leven op talloze manieren. Soms, de rol van wiskunde is moeilijk te vatten, maar andere keren is het keihard.

Hoewel de minerale korrels die een rots vormen belangrijk zijn, het zijn de poriën - de lege ruimtes tussen die korrels - die vaak vitale bronnen bevatten zoals olie, gas, en drinkwater. De geometrie van poriën kan de opslag sterk beïnvloeden, stromen, en winning van die hulpbronnen. Dus, het verbeteren van het begrip van poriëngeometrie is van groot belang voor veel onderzoekers en professionals uit de industrie.

In een samensmelting van wiskunde en aardwetenschappen, onderzoekers van het International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (I2CNER) en het Institute of Mathematics for Industry (IMI) van Kyushu University hebben nu een innovatieve methode ontwikkeld om poriegeometrie te karakteriseren, gebaseerd op een concept genaamd persistente homologietheorie, zoals gerapporteerd in een studie gepubliceerd in Onderzoek naar waterbronnen .

Een belangrijk verschil tussen natuurlijke gesteenten en kunstmatige media is dat de fysieke kenmerken van gesteente relatief heterogeen zijn. Deze state-of-the-art methode is bijzonder nuttig voor het karakteriseren van die heterogeniteit in poriën.

De eerste auteur van de studie, Fei Jiang, verklaart, "In de voorgestelde methode complexe poriegeometrie wordt eerst omgezet in bolwolkgegevens. Vervolgens, uit de puntenwolk wordt een persistentiediagram berekend. Een nieuwe parameter, de afstandsindex H als metriek, is afgeleid van het persistentiediagram, en wordt voorgesteld om de mate van heterogeniteit rots te karakteriseren."

Er werd een sterke relatie bevestigd tussen heterogeniteit en de afstandsindex H. een nieuwe empirische vergelijking met behulp van deze metriek H wordt voorgesteld om de effectieve elastische modulus van gesteenten te voorspellen.

"Om de nieuw voorgestelde methode te testen op basis van de geometrie van echte rotsen, vier soorten gesteente met verschillende poriestructuren, waaronder twee carbonaten en twee zandstenen, werd onderzocht, " legt co-auteur Takeshi Tsuji uit. "Persistentiediagramanalyse was effectiever voor het kwantitatief schatten van de heterogeniteit van relatief homogene zandsteen in vergelijking met de conventionele methode. Deze nieuwe methode was ook superieur in het onderscheiden van de verschillende gesteenten."

Bijkomende voordelen van deze analysemethode zijn dat het persistentiediagram relatief stabiel is met kleine veranderingen in de porieruimte, en de afstandsindex H kan zeer efficiënt worden berekend. Informatie die is geëxtraheerd uit persistentiediagramanalyse kan worden gebruikt om fysieke eigenschappen (zoals permeabiliteit en elasticiteit) direct te voorspellen op basis van de microstructuren van gesteenten. Dus, persistentiediagramanalyse kan een belangrijk nieuw hulpmiddel blijken te zijn om de heterogeniteit van poriën in verschillende gesteentetypes te begrijpen.