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Technical Report NTB 92-09

Time-space continuum description of fluid rock interaction in permeable media

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MPATH (Multiple Reaction Path Model) wurde zur Modellierung von gekoppelten Prozessen in geologischen und technischen Systemen entwickelt. Wichtige Anwendungen von MPATH sind die Modellierung des Einflusses von Zement in einem Endlager auf das umliegende Wirtgestein oder die Oxidation von Pyrit im Wirtgestein während der Betriebsphase eines Endlagers. Diese Anwendungen werden in separaten Berichten erscheinen; der vorliegende Bericht behandelt die Grundlagen von MPATH.

Mit MPATH können die Massentransport-Gleichungen für rein advektiven Transport eines Mehrkomponentensystems in einem homogenen porösen Medium über geologische Zeiträume gelöst werden, unter Berücksichtigung von Mineralreaktionen. Die Lösung der Massentransport-Gleichungen basiert auf einer quasi-stationären Näherung, bei der die zeitliche Entwicklung des geochemischen Systems sowie die chemischen Reaktionen im Mehrkomponentensystem durch eine Abfolge von stationären Zuständen oder Reaktionspfaden dargestellt werden. Zur numerischen Lösung der Massentransport-Gleichungen wurde das Rechenprogramm MPATH erstellt. Es löst die Massentransport-Gleichungen in einer Raumdimension unter Berücksichtigung von (irreversiblen) Fällungs- und Lösungsreaktionen sowie reversiblen und irreversiblen Reaktionen in der wässrigen Phase. Mit einer sich anpassenden Diskretisierung können die verschiedenen Reaktionszonen über geologische Zeiträume erfasst werden, obwohl sie sich mit äusserst unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen und ihre Ausdehnung über viele Grössenordnungen variieren kann. Für den Code MPATH bestehen bei der Rechenkapazität der heute verfügbaren Workstations praktisch keine Beschränkungen für die Anzahl der berücksichtigten chemischen Spezies. Die numerische Genauigkeit einer Lösung der Massentransport-Gleichungen kann oft über die Massenerhaltung verifiziert werden. In anderen Fällen kann die asymptotische, numerische Lösung mit der entsprechenden analytischen Lösung für lokale Gleichgewichtsbedingungen mit advektivem Transport verglichen werden. Im vorliegenden Bericht wird MPATH bei der Ausbreitung von Redoxfronten, der Verwitterung von Alaskit und der hydrothermalen Umwandlung von Alaskit in einem räumlich variierenden Temperaturfeld angewendet.

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