Radiometrische Messungen der Detfurth- und Volpriehausen-Formation der Bohrung Groß-Buchholz GT1 im Projekt GeneSys

Vergleich von Bohrkern- und Bohrlochmessungen zur Teufenkorrelation


Bachelorarbeit, 2010

59 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe


Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungs- und Symbolverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Zielsetzung der Arbeit
1.2 Das GeneSys-Projekt

2 Probenmaterial
2.1 GeologischeEntwicklung
2.2 Detfurth- und Volpriehausen-Formation
2.2.1 Detfurth
2.2.2 Volpriehausen

3 Die natürliche Radioaktivität der Gesteine
3.1 Grundlagen
3.2 Strahlungseigenschaften
3.3 Wechselwirkung der Gammastrahlung mit Materie
3.4 Eigenschaften und Zerfallsreihen der wichtigsten Isotope
3.4.1 Kalium
3.4.2 Uran
3.4.3 Thorium

4 Messtechnik und angewandte Messverfahren
4.1 Bohrkernmessung
4.1.1 Das Messverfahren
4.1.2 Anwendung
4.1.3 Grenzen und Korrekturen
4.2 Bohrlochmessung
4.2.1 Das Messverfahren
4.2.2 Anwendung
4.2.3 Grenzen und Korrekturen

5 Messergebnisse
5.1 Ergebnisse derBohrkernmessung
5.2 Ergebnisse der Bohrlochmessung

6 Auswertung

7 Zusammenfassung

8 Ausblick

Literatur

Abbildungsverzeichnis

1 Luftbildaufnahme des Geozentrums und des Bohrplatzes

2 Bohranlage Innova Rig TI 350

3 Skizzen der beiden Nutzungskonzepte für die Bohrung Groß-Buchholz GT1

4 Geologische Übersicht des Niedersächsischen Berglandes

5 Vorhandene Stratigraphie, Saigerteufe (Tiefe) und Erdzeitalter am Standpunkt der Bohrung Groß-Buchholz GT1

6 Schema der Korrelation der Kleinzyklen der Detfurth- und Volpriehausen-Formation nach Rohling, Roman und Radzinski

7 Bohrkern (3560,83 -3561,83 m) der Detfurth-Unterbank

8 Bohrkern (3685 - 3686 m) aus der tiefsten Volpriehausen-Wechselfolge

9 Bohrkern (3698 - 3699 m) des Volpriehausen-Sandsteins zur Veranschaulichung der Schichtunterscheidung

10 Tonige Schicht bei 3698,40 - 3698,47 m

11 Sandige Schicht bei 3698,80 - 3698,90 m

12 Zerfallsschema des Kalium-Isotops

13 Zerfallsschema des Uran-Isotops

14 Zerfallsschema des Thorium-Isotops

15 Messanordnung für eine y-Messung mit der Heger-Sonde

16 Aufbau eines Szintillationszählers

17 Spektrale Kurven von K, U und Th und integrale Kurve von K + U + Th

18 Typische Feldausstattung für Bohrlochmessungen

19 Aufbau einer y-Messanordnung und Prinzip des integralen, selektiven und spektralen Messverfahrens

20 Glättung der GR-Kurve mit dem Glättungsoperator über 5,9, 13 und 29 Messpunkte, bei einer Samplingrate von 5 cm

21 Vergleich der ungemittelten Kurven von Heger-Sonde (Zählrate) und Spektrometer (Konzentration). Nebenstehend die Lithologie. Hier abgebildet: Kernmarsch 2

22 Vergleich der spektralen Messkurven mit dem entsprechenden Bohrkern (3701 - 3702 m) aus der Volpriehausen-Folge

23 Gemittelte spektrale Messkurven der Detfurth-Formation (Kernmarsch 3 und 4) und dazugehörige Lithologie

24 Gemittelte spektrale Kurven der Volpriehausen-Formation (Kemmarsch 5) und dazugehörige Lithologie

25 Ein interpretatives Modell zur Tonmineralidentifikation für spektrale y-Messung

26 Tonmineralidentifikation für das Detfurth- und Volpriehausenkernmaterial

27 Teufe, lithologische Zusammensetzung, MWD-y-Kurve sowie Lithologie und Akzessorien der Detfurth-Formation

28 Teufe, lithologische Zusammensetzung, MWD-y-Kurve sowie Lithologie und Akzessorien des Volpriehausen-Sandsteins und -Wechsellagerung

29 Gamma Ray Bohrlog ausgewählter Detfurth- und Volpriehausen-Teufen und vorhandene Trends

30 Gamma Ray Bohrlog, MWD und Bohrkernmessungen der Detfurth­Kernstrecken 3 und 4; in Rot: Korrelationsgeraden

31 Gamma Ray Bohrlog, MWD, Bohrkernmessungen und Lithologie der Detfurth­Kernstrecken 3 und 4 nach der Teufenkorrektur

32 Gamma Ray Bohrlog und Bohrkernmessungen der Volpriehausen-Kernstrecke 5; in Rot: Korrelationsgeraden

33 Gamma Ray Bohrlog, Bohrkernmessungen und Lithologie der Volpriehausen­Kernstrecke 5 nach der Teufenkorrektur

Abkürzungs- und Symbolverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Zielsetzung der Arbeit

Radiometrische Messungen sind wichtiger Bestandteil von Bohrkemuntersuchungen. 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 y-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 y-Messungen durchgeführt. Sandstein-, Tonstein- und Wechsellagerungsschichten werden identifiziert, um ein lithologisches Profil der Kernstrecke zu erstellen.

Anhand der aufgenommenen y-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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Luftbildaufnahme des Geozentrums und des Bohrplatzes (Quelle: BGR)

Der Aufbau der Bohranlage und das Einrichten des Bohrplatzes in Groß-Buchholz begann Anfang Juni 2009. Eine neu entwickelte, geräuscharme Bohranlage (Innova Rig TI 350) für innerstädtische Bereiche wurde verwendet, da sich angrenzend an den Bohrplatz ein Wohngebiet befindet. Bereits Ende Juni begannen die Bohrarbeiten. Zielhorizont war der Mittlere Buntsandstein, welcher am Standort der Bohrung einen Tiefenbereich (Saigerteufe) zwischen 3420 m und 3670 m bzw. einen Teufenbereich (Bohrteufe) zwischen 3440 m und 3710 m sowie Temperaturen zwischen 130 °C und 160 °C einnimmt. Die Endteufe von 3901 m wurde im November 2009 erreicht.

Insgesamt wurden fünf Bohrkerne aus Formationen entnommen, die mögliche Ziel- und Re- Injektionshorizonte darstellen könnten. Sie stammen aus der Detfurth- und der Volpriehausen­Abfolge (Mittlerer Buntsandstein) sowie aus der Wealden-Formation (Unterkreide).

Im laufenden Jahr werden Tests für die geothermische Reservoir-Erschließung stattfinden. In den Sandsteinen des Mittleren Buntsandsteins soll mittels Wasserfrac-Technik ein künstliches Riss-System als Wärmetauscherfläche geschaffen werden. Die Ergebnisse umfassender Förder- und Injektionstests sollen die hydraulischen Eigenschaften des induzierten Systems charakterisieren. Danach erfolgt die Erprobung eines der zwei vorgeschlagenen Nutzungskonzepte (Hesshaus et al., 2010).

Die daraus gewonnenen Ergebnisse bestimmen die Planung der geothermischen Heizzentrale, deren Errichtung bis 2013 abgeschlossen sein soll.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Bohranlage Innova Rig TI 350 (Hesshaus et al., 2010)

Im Unterschied zu den üblichen Mehrbohrlochkonzepten wird das Einbohrlochverfahren eingesetzt. In derselben Bohrung soll das abgekühlte Wasser injiziert und das heiße Wasser gefördert werden. Dies verringert die Kosten der Bohrarbeiten erheblich.

Das Einbohrlochverfahren wurde bereits an der Forschungsbohrung Horstberg Z1 bei Celle erprobt. Die Anwendung der Wasserfrac-Technik (Hydraulic-Fracturing) schuf ein großflächiges Kluftsystem, das hydraulisch an die Bohrung angeschlossen ist. Die erzeugte Rissausbreitung entstand durch ein großes Wasservolumen (ca. 28000 m3), welches in Serien unter hohem Druck (ca. 350 bar) und hohen Fließraten (bis zu 50 l/s) eingepresst wurde (Jung et al., 2006). Die Rissebene breitet sich im Normalfall vertikal aus, senkrecht zur minimalen Gebirgsspannung (Economides & Nolte, 2000). Die Bohrung GB GT1 wurde ab einer Teufe von 3100 m mit einer Neigung von 30° in Richtung der minimalen horizontalen Hauptspannung abgelenkt. Dadurch soll erreicht werden, dass die künstlich erzeugten Risse einen größtmöglichen Abstand zur Bohrung einnehmen und nicht an der Bohrlochwand entlanglaufen.

Die Wasserfrac-Technik wurde bereits erfolgreich als Mehrbohrlochverfahren in kristallinen Gesteinen eingesetzt (z. B. in dem europäischen Forschungsvorhaben Soultz). Mittels Einbohrlochverfahren fand die Technik erstmals in den Sedimentgesteinen des Mittleren Buntsandsteins im Rahmen des GeneSys-Projekts Horstberg ihre Anwendung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Skizzen der beiden Nutzungskonzepte für die Bohrung Groß-Buchholz GT1 (Hesshaus et al., 2010)

Für die Bohrung GB GT1 wurden zwei mögliche Nutzungskonzepte entwickelt (Abb. 3):

Im Konzept der Einbohrlochzirkulation (Konzept 1, Abb. 3, links) werden zwei Sandsteinschichten über einen künstlichen Riss hydraulisch miteinander verbunden. Kaltes Wasser wird in eine Schicht hineingepumpt, erwärmt sich auf dem Weg durch den Riss und wird durch die nächste Schicht als Heißwasser zurückgefördert. Gute hydraulische Risseigenschaften, eine gewisse hydraulische Durchlässigkeit der Gesteinsmatrix im Förderhorizont und eine gute thermische Isolation zwischen Ringraum und Förderrohr in der Bohrung sind unerlässlich.

Eine weitere Möglichkeit (Konzept 2, Abb. 3, rechts) besteht darin, kaltes Wasser direkt in die Rissfläche hineinzupumpen. Nach einer gewissen Verweilzeit und Aufwärmphase wird das Wasser als Heißwasser zurückgefördert. Dieses sogenannte zyklische Verfahren kann auch in einer völlig dichten Gesteinsformation umgesetzt werden. Geringe Anforderungen an die thermische Isolation in der Bohrung sind von Vorteil. Nachteile des Verfahrens sind die diskontinuierliche Energiebereitstellung und eine notwendige zweite Bohrung (Flachbohrung), um das Heißwasser in einem flacheren Horizont unter Druck zwischenspeichern zu können.

Welches der beiden aufgeführten Nutzungskonzepte letztendlich umgesetzt wird, hängt u. a. von den Ergebnissen der Untersuchung hydraulischer und thermischer Risseigenschaften ab.

Flussablagerungen und Lass

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Geologische Übersicht des Niedersächsischen Berglandes (LBEG, 2007)

Regionalgeologisch befindet sich die Region um Hannover im mittleren und östlichen Teil des Niedersächsischen Beckens. Dieses besteht aus vielen verschiedenen Einzelschollen. Das Subherzyne Becken und das Osnabrücker-, das Leine- und das Weserbergland bilden den Nordwestteil des mitteldeutschen Bruchschollenlandes (LBEG, 2007). Hannover liegt auf der sogenannten Hannover-Scholle. Die Bohrung GB GT1 befindet sich im Norddeutschen Tiefland. Dort sind nahezu keine mesozoischen oder tertiären Gesteine aufgeschlossen. Oberflächennahe Ablagerungen bilden saalezeitliche Geschiebelehme und Schmelzwassersande.

Die geologischen Verhältnisse des Untergrundes und die Morphologie beeinflussen eine Vielzahl von physikalischen Parametern und Eigenschaften (wie z. B. Dichte, Porosität, Permeabilität), welche unentbehrlich für hydrogeologische, geothermische und andere geowissenschaftliche Interpretationen sind.

Nachfolgend wird die geologische Entwicklung der Region um Hannover kurz dargestellt. Im Fokus steht das Zeitintervall des Buntsandsteins, aus dem das Probenmaterial stammt. Dabei wird auf das Zusammenspiel von Klima, Tektonik und Sedimentation während dieses Zeitintervalls eingegangen.

Die voran- und nachschreitenden geologischen Einheiten werden vollständigkeitshalber angesprochen.

Geologie des Niedersächsischen Beckens

Das Niedersächsische Becken ist Teil des Norddeutschen Beckens, welches zum Zentraleuropäischen Beckensystem gehört. Die Entstehung dieses Beckensystems begann im Unteren Perm vor etwa 299 Millionen Jahren (Ma). In Mitteleuropa wurden die Sedimente in einem von kontinentaler Kruste unterlagerten Becken abgelagert. Vulkanite und äolische Ablagerungen füllten das Becken. Im Oberen Perm (257 - 251 Ma) kam es zu einer Meeresingression aus Norden. Durch herrschende aride Bedingungen wurde Salz (das sogenannte Zechsteinsalz) aus dem Meerwasser gefällt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Vorhandene Stratigraphie, Saigerteufe (Tiefe) und Erdzeitalter am Standpunkt der Bohrung Groß-Buchholz GT1 (bearbeitet nach Hesshaus et al., 2010)

Während der Trias (251 - 199 Ma) gab es einen Superkontinent: Pangäa (Stanley, 1994). Im äquatorialen Bereich lag das Ur-Meer Tethys. Mitteleuropa befand sich etwa 25° nördlich des Äquators. Durch die besondere Land-/Meerverteilung herrschte im zentralen Bereich von Pangäa ein Klima mit hohen Verdunstungsraten. In Mitteleuropa lagerten sich im 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 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 Nord­West-Deutschland.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Schema der Korrelation der Kleinzyklen der Detfurth- und Volpriehausen-Formation nach Röhling, Roman und Radzinski (bearbeitet nach Becker, 2005)

2.2.1 Detfurth

Die Detfurth-Formation (smD) lässt sich in Detfurth­Wechselfolge und Detfurth-Sandstein gliedern. Die Detfurth­Wechselfolge besteht überwiegend aus rotbraunen, schwach karbonatischen, teilweise feinsandigen Tonsteinen. In diese sind hell- bis dunkelrotbraune, feinkörnige, quarzitische und auch dichte Feinsandsteine eingeschaltet. Der Detfurth-Sandstein ist in Oberbank, Zwischenmittel und Unterbank unterteilt. Die Oberbank besteht aus feinkörnigen, quarzitischen und dichten Sandsteinen. Im Zwischenmittel findet man dunkelrotbraune Tonsteine. Die Detfurth-Unterbank besteht aus fein- bis grobkörnigen Sandsteinen, die quarzitisch und mäßig porös sind. Die Detfurth-Formation beginnt mit der sogenannten Detfurth­Diskordanz, welche durch Grobkorn- und Geröllführung gekennzeichnet ist.

Die Detfurth-Folge wird in zwei Kleinzyklen unterteilt: die Detfurth-Wechselfolge sowie die Oberbank des Sandsteins (smD, 2) und das tonige Zwischenmittel sowie die Unterbank des Detfurth-Sandsteins (smD, 1). Es gibt keine weitere Feingliederung (Becker, 2005).

Die nebenstehende Abbildung zeigt einen Bohrkern aus einer Teufe von 3560,83 - 3561,83 m. Er stammt aus der Detfurth­Unterbank.

Die drei auf natürliche Strahlung zu untersuchenden Kernstrecken aus dem Detfurth stammen sowohl aus der Detfurth-Wechselfolge als auch aus dem Detfurth-Sandstein. Somit sind beide Kleinzyklen vertreten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Bohrkern (3560,83 - 3561,83 m) der Detfurth­Unterbank (Quelle: LIAG)

Die Volpriehausen-Formation (smV) lässt sich in Volpriehausen-Avicula-Schichten, Volpriehausen-Wechselfolge und Volpriehausen-Sandstein gliedern. Am Übergang zum Detfurth-Sandstein befindet sich die Detfurth-Diskordanz. Lithologisch besteht der obere Teil der Volpriehausen-Formation aus rotbraunen, feinsandigen Tonsteinen. Einschaltungen von rotbraunen, tonigen Feinsandsteinen sowie mögliche Aviculiden treten in diesen Schichten auf (Becker, 2005). Die Volpriehausen-Wechselfolge ist durch Wechsellagerung von Sand- und Tonsteinen charakterisiert. Die Sandsteine sind größtenteils blassrotbraun bis rotbraun und überwiegend feinkörnig, lagenweise auch mittel- bis grobkörnig. Die braunen bis dunkelrotbraunen Tonsteine sind zum Teil stark feinsandig. Die Volpriehausen-Wechselfolge ist im unteren Teil besonders feinkörnig (tonige Wechselfolge). Der Volpriehausen-Sandstein ist fein- bis mittelkörnig, quarzitisch sowie mäßig bis gut porös. Die Basis des Volpriehausen-Sandsteins ist erkennbar durch das Einsetzen von mittel- bis grobkörnigen Sandsteinen.

Die Volpriehausen-Formation wird in vier Kleinzyklen unterteilt: der oberste Teil der Volpriehausen-Folge (smV, 4), der mittlere Teil der Avicula-Schichten (smV, 3), der untere Teil der Avicula-Schichten sowie der obere Teil der Volpriehausen­Wechselfolge (smV, 2) und der untere tonige Teil der Volpriehausen-Wechselfolge sowie der Volpriehausen-Sandstein (smV, 1). Diese vier Kleinzyklen lassen sich nochmals unterteilen (siehe Abb. 6).

Abbildung 8: Bohrkern (3685 - 3686 m) aus der tiefsten Volpriehausen-Wechselfolge (Quelle: LIAG)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8 zeigt einen Bohrkem aus 3685-3686m Teufe. Er stammt aus der tonigen Wechselfolge. Die zu untersuchende Kernstrecke wurde aus dem Kleinzyklus smV, 1 entnommen und stammt aus der tiefsten Volpriehausen-Wechselfolge und dem Volpriehausen-Sandstein (Rohling, 2009).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: Tonige Schicht bei 3698,40 - 3698,47 m

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 11: Sandige Schicht bei 3698,80 - 3698,90 m

Abbildung 9: Bohrkern (3698 - 3699 m) des Volpriehausen­Sandsteins zur Veranschaulichung der Schichtunterscheidung (Quelle: LIAG)

3 Die natürliche Radioaktivität der Gesteine

3.1 Grundlagen

Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, welche in etwa die gleiche Masse, jedoch unterschiedliche Elementarladungen besitzen. Die Massenzahl ist die Summe der im Kern vorhandenen Nukleonen. Isotope zeichnen sich durch unterschiedliche Massenzahlen aus.

Die Kernbausteine werden durch Nahwirkungskräfte zusammengehalten. Bei einem energetisch ungünstigen Neutronen-Protonen-Verhältnis, das in der Natur besonders bei schweren Kernen auftritt, sind die Coulombkräfte nicht mehr im Stande die Stabilität des Kerns zu gewährleisten. Durch Massen- und Energieabgabe in Form von Strahlung geschieht eine spontane Umwandlung in einen anderen Kern mit stabilerer und energetisch günstigerer Konfiguration (Lehnert & Rothe, 1962). Diese spontane Umwandlung instabiler Nuklide bezeichnet man als Radioaktivität.

Die Intensität I der Strahlung von einem radioaktiven Nuklid nimmt exponentiell mit der Zeit t ab:

Io ist die Ausgangsintensität. Z stellt die Zerfallskonstante dar. Sie ist für jedes radioaktive Element charakteristisch. Da die Intensität der Strahlung gleich der Menge N des radioaktiven Elements ist, lässt sich die Gleichung zu N = N o (2) umformen. Der reziproke Wert der Zerfallskonstante ist die mittlere Lebensdauer x. Die Halbwertszeit T ist die Zeitspanne, nach der die Zahl der anfangs vorhandenen Atome des Ausgangsisotops auf die Hälfte abgenommen hat (N/No = U). Somit ergibt sich folgender Zusammenhang:

Die Zerfalls- bzw. Umwandlungskonstante Z und somit auch die Lebensdauer x sind von äußeren Bedingungen unabhängig. Das bedeutet, dass die Umwandlungsgeschwindigkeit der radioaktiven Umwandlungen von äußeren Faktoren wie Druck und Temperatur nicht beeinflusst werden kann (Militzer & Weber, 1985).

[...]

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Details

Titel
Radiometrische Messungen der Detfurth- und Volpriehausen-Formation der Bohrung Groß-Buchholz GT1 im Projekt GeneSys
Untertitel
Vergleich von Bohrkern- und Bohrlochmessungen zur Teufenkorrelation
Hochschule
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover  (LIAG/Universität Hannover)
Note
1,3
Autor
Jahr
2010
Seiten
59
Katalognummer
V206269
ISBN (eBook)
9783656335559
ISBN (Buch)
9783656337867
Dateigröße
9602 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Radioaktivität, Bohrlogs, Geothermie, GeneSys, Buntsandstein
Arbeit zitieren
Jennifer Dreiling (Autor:in), 2010, Radiometrische Messungen der Detfurth- und Volpriehausen-Formation der Bohrung Groß-Buchholz GT1 im Projekt GeneSys, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/206269

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