Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Luftbildaufnahme des Geozentrums und des Bohrplatzes ... 2
Abbildung 2: Bohranlage Innova Rig TI 350 ... 3
Abbildung 3: Skizzen der beiden Nutzungskonzepte für die Bohrung Groß-Buchholz GT1 ... 4
Abbildung 4: Geologische Übersicht des Niedersächsischen Berglandes ... 5
Abbildung 5: Vorhandene Stratigraphie, Saigerteufe (Tiefe) und Erdzeitalter am Standpunkt der
Bohrung Groß-Buchholz GT1 ... 6
Abbildung 6: Schema der Korrelation der Kleinzyklen der Detfurth- und Volpriehausen-
Formation nach Röhling, Roman und Radzinski ... 9
Abbildung 7: Bohrkern (3560,83 3561,83 m) der Detfurth-Unterbank ... 10
Abbildung 8: Bohrkern (3685 3686 m) aus der tiefsten Volpriehausen-Wechselfolge ... 11
Abbildung 9: Bohrkern (3698 3699 m) des Volpriehausen-Sandsteins zur Veranschaulichung
der Schichtunterscheidung ... 12
Abbildung 10: Tonige Schicht bei 3698,40 3698,47 m ... 12
Abbildung 11: Sandige Schicht bei 3698,80 3698,90 m ... 12
Abbildung 12: Zerfallsschema des Kalium-Isotops ... 16
Abbildung 13: Zerfallsschema des Uran-Isotops ... 17
Abbildung 14: Zerfallsschema des Thorium-Isotops ... 18
Abbildung 15: Messanordnung für eine -Messung mit der Heger-Sonde ... 19
Abbildung 16: Aufbau eines Szintillationszählers ... 20
Abbildung 17: Spektrale Kurven von K, U und Th und integrale Kurve von K + U + Th ... 21
Abbildung 18: Typische Feldausstattung für Bohrloch-Messungen ... 24
Abbildung 19: Aufbau einer -Messanordnung und Prinzip des integralen, selektiven und
spektralen Messverfahrens ... 24
Abbildung 20: Glättung der GR-Kurve mit dem Glättungsoperator über 5, 9, 13 und 29
Messpunkte, bei einer Samplingrate von 5 cm ... 27
Abbildung 21: Vergleich der ungemittelten Kurven von Heger-Sonde (Zählrate) und
Spektrometer (Konzentration). Nebenstehend die Lithologie. Hier abgebildet:
Kernmarsch 2 ... 30
Abbildung 22: Vergleich der spektralen Messkurven mit dem entsprechenden Bohrkern
(3701 3702 m) aus der Volpriehausen-Folge ... 31
Abbildung 23: Gemittelte spektrale Messkurven der Detfurth-Formation (Kernmarsch 3
und 4) und dazugehörige Lithologie ... 34
Abbildung 24: Gemittelte spektrale Kurven der Volpriehausen-Formation (Kernmarsch 5)
und dazugehörige Lithologie ... 36
Abbildung 25: Ein interpretatives Modell zur Tonmineralidentifikation für spektrale
-Messung ... 37
Abbildung 26: Tonmineralidentifikation für das Detfurth- und Volpriehausenkernmaterial ... 38
Abbildung 27: Teufe, lithologische Zusammensetzung, MWD- -Kurve sowie Lithologie und
Akzessorien der Detfurth-Formation ... 39
Abbildung 28: Teufe, lithologische Zusammensetzung, MWD- -Kurve sowie Lithologie und
Akzessorien des Volpriehausen-Sandsteins und -Wechsellagerung ... 40
Abbildung 29: Gamma Ray Bohrlog ausgewählter Detfurth- und Volpriehausen-Teufen und
vorhandene Trends ... 41
Abbildung 30: Gamma Ray Bohrlog, MWD und Bohrkernmessungen der Detfurth-
Kernstrecken 3 und 4; in Rot: Korrelationsgeraden ... 44
Abbildung 31: Gamma Ray Bohrlog, MWD, Bohrkernmessungen und Lithologie der
Detfurth-Kernstrecken 3 und 4 nach der Teufenkorrektur... 45
Abbildung 32: Gamma Ray Bohrlog und Bohrkernmessungen der Volpriehausen-
Kernstrecke 5; in Rot: Korrelationsgeraden ... 46
Abbildung 33: Gamma Ray Bohrlog, Bohrkernmessungen und Lithologie der
Volpriehausen-Kernstrecke 5 nach der Teufenkorrektur ... 47
Abkürzungs- und Symbolverzeichnis
API
American
Petroleum
Institute
BGR
Bundesanstalt
für
Geowissenschaften und Rohstoffe
Bq
Becquerel
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counts
per
second
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Groß-Buchholz
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geothermische
Energiesysteme
GR
Gamma
Ray
GRS-K
Gamma Ray selektiv Kalium
GZH
Geozentrum
Hannover
LBEG
Landesamt
für
Bergbau,
Energie
und
Geologie
LIAG
Leibniz-Institut
für
Angewandte
Geophysik
Ma
Millionen
Jahre
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1.1 Zielsetzung der Arbeit
Radiometrische Messungen sind wichtiger Bestandteil von Bohrkernuntersuchungen. Mit
ihrer Hilfe können tonhaltige und tonfreie Schichten unterschieden werden. Markante
Schichtpakete und Sedimentlagen werden aufgezeigt. Spektrale Messungen geben Auskunft
über die Menge der im Gestein vorkommenden -Strahler wie Kalium, Uran und Thorium.
Weiterhin können Tonminerale identifiziert werden.
Die vorliegende Arbeit steht im Verbund mit dem Geothermie-Projekt GeneSys und der
Bohrung Groß-Buchholz GT1 (GB GT1) in Hannover. In dem Projekt soll die geothermische
Nutzung von geringporösen Sedimentgesteinen realisiert werden. Bevor jedoch
geothermische Energie genutzt werden kann, müssen der Untergrund erkundet und die
Sandsteinschichten von Formationen, die mögliche Ziel- und Re-Injektionshorizonte
darstellen, identifiziert werden. Diese werden später durch Erzeugung künstlicher Risse
hydraulisch miteinander verbunden, sodass eine geothermische Nutzung möglich ist.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die aus der Bohrung GB GT1 entnommenen
Bohrkerne der Detfurth- und der Volpriehausen-Formation (Mittlerer Buntsandstein) auf ihre
radiometrischen Eigenschaften hin untersucht. Es werden sowohl integrale als auch spektrale
-Messungen durchgeführt. Sandstein-, Tonstein- und Wechsellagerungsschichten werden
identifiziert, um ein lithologisches Profil der Kernstrecke zu erstellen.
Anhand der aufgenommenen -Messkurven und der Lithologie wird eine Korrelation
zwischen Bohrkernteufe und Bohrlochteufe durchgeführt. Die Korrelation bestimmt den
Versatz zwischen den Teufen, welcher die gezielte Umsetzung von z. B. Frac-Arbeiten im
GeneSys-Projekt bzw. in der Bohrung GB GT1 ermöglicht.
1.2 Das GeneSys-Projekt
Die Abkürzung GeneSys steht für Generierte geothermische Energiesysteme. Ziel des
Projektes ist die geothermische Nutzung von geringporösen und wenig durchlässigen
Sedimentgesteinen zu realisieren. Der Wärmebedarf des Geozentrums Hannover (GZH) mit
ca. 35000 m² Büro- und Laborfläche sowie etwa 1000 Mitarbeitern
soll durch die
Geothermie-Bohrung gedeckt werden.
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kontinentalen Bereich Sedimente der Germanischen Trias ab. Diese gliedert sich in
Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper.
Das Zeitintervall des Buntsandsteins (251 243 Ma) lässt sich in den Unteren, den Mittleren
und den Oberen Buntsandstein unterteilen. Im Unteren Buntsandstein (251 249 Ma)
herrschte ein warmes und arides Klima. Unter kontinentalen Bedingungen lagerten sich
fluviatile und lakustrine Sandsteine, Tonsteine und Konglomerate ab (Faupl, 2000). Die
Tonsteine weisen Einschaltungen von karbonatisch-oolithischen Gesteinen (Rogenstein) auf.
Das Sedimentmaterial wurde in periodischen Schichtfluten aus Süden und Südosten
angeliefert.
Im Mittleren Buntsandstein (249 244,5 Ma) traten verstärkt Riftbewegungen auf, die eine
allgemeine Hebung, anschließende Erosion und Ablagerung grober fluviatiler Sedimente zur
Folge hatte. Aus südlicher Richtung wurden riesige Mengen an Sanden und Tonen in die
Region um Hannover transportiert. Sie lagerten sich in einem ausgedehnten, leicht
übersalzenen Binnensee ab. Vier Zyklen kennzeichnen den Mittleren Buntsandstein:
Volpriehausen, Detfurth, Hardegsen und Solling. Die Zyklen beginnen jeweils mit einer
Diskordanz und überliegenden basalen Sandsteinen. Darauf folgen Wechsellagerungen von
Sand- und Tonsteinen und abschließend überwiegend tonige Sedimente
(v. Daniels & Knoll, 1998). Vor der Ablagerung des Solling-Zyklus kam es durch die
Riftbewegungen zur Bildung von Störungszonen. Durch die vielen aktiven Störungen bildete
sich ein Relief aus Horsten und Gräben, welches Mächtigkeitsunterschiede der synsedimentär
entstandenen Ablagerungen verursachte. Es wurden erstmals Zechsteinsalze mobilisiert,
welche entlang von Störungszonen aufstiegen (Walter, 2007).
Im tonig-salinar ausgebildeten Oberen Buntsandstein (244,5 243 Ma) kam es zunächst unter
aridem Einfluss zur Bildung eines Salzsees, in dem Steinsalz und Anhydrit ausgefällt wurden.
Das Klima wurde im höheren Röt zunehmend humider. Tonige Sedimente mit vereinzelten
Einschaltungen von Anhydrit und geringmächtigen Feinsandlagen lagerten sich ab.
Nach dem Buntsandstein folgten Ablagerungen des flachmarin gebildeten Muschelkalks
(243
235 Ma). Erste Salzkissen bildeten sich über den im Buntsandstein aktiven
Störungslinien. Die Fazies des Keupers (235 199 Ma) schließen die Germanische Trias ab.
In Nordwestdeutschland senkte sich der Bereich des späteren Niedersächsischen Beckens und
gliederte sich in Tröge und Schwellen (Walter, 2007).
Im Jura (199 145 Ma) und in der Kreide (145 65 Ma) unterlag das Niedersächsische
Becken fortlaufender Subsidenz, die u. a. die Formationen des Buntsandsteins in große Tiefen
8
absenkte und viel Platz für neue Sedimentfracht schuf. Der Mittlere Buntsandstein ist sehr
dicht und undurchlässig, dies liegt mitunter an der hohen Versenkungsrate. In der Oberkreide
kam es zur Inversion des Beckens entlang von WNW-ESE verlaufenden Störungen. Aufgrund
dieser tektonischen Umgestaltung entstand der sogenannte Hannover-Graben, dessen
Ausläufer den Bereich der GeneSys-Bohrung GB GT1 als kleine Abschiebung in der
Unterkreide durchläuft.
Die Ablagerungen des Tertiärs (65 5 Ma) und des Quartärs (5 0 Ma) folgten. Seit dem
Quartär prägten mehrere Glazial-Interglazial Zyklen die Region um Hannover. Durch
Gletscher wurden tertiäre und oberkretazische Ablagerungen erodiert und als Moränen
abgelagert.
2.2 Detfurth- und Volpriehausen-Formation
Nach Boigk (1959) stellt jede der vier Formationen des Mittleren Buntsandsteins einen
Sohlbankzyklus dar. Das bedeutet, dass auch bei der Detfurth- und Volpriehausen-Folge
relativ grobe Sandsteine den basalen Teil der Formation bilden und die oberen Formationsteile
durch feinkörnige Ablagerungen gekennzeichnet sind. Die Formationen gliedern sich weiter
in Kleinzyklen, die ebenfalls Sohlbankzyklen darstellen. Allerdings gibt es unterschiedliche
Einteilungsansätze der Formationen in Kleinzyklen. Abbildung 6 zeigt das
Schema der
Korrelation der Kleinzyklen der Detfurth- und Volpriehausen-Formation nach Röhling, Roman und
Radzinski
. Im Weiteren erfolgt die Darstellung nach Röhling (1991), repräsentativ für Nord-
West-Deutschland.
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