Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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Abb. 4.26: Beprobung von Fluiden zur Edelgasanalytik in
einer 3,6 km tiefen Goldmine in Südafrika (Foto: J. Lippmann-Pipke).
Noble gas sampling at 3,6 km depth in a South African
gold mine.
immobilen Porenlösungen in nicht wasserleitenden
Gesteinsformationen. Damit können der Wasser- und
Stofftransport bilanziert, Neubildungsraten sowie laterale
Wasserflüsse quantifiziert und die Intensität von Kluftwasserzirkulationen
abgeschätzt werden.
Erste Anwendungen am GFZ umfassten die Untersuchung
ultratiefer Kluftwasserzutritte in südafrikanischen Goldminen
(Abb. 4.26), der Wässer aus dem einjährigen Pumptest
an der KTB-Vorbohrung sowie von Mineral- und Geothermalwässern
aus Bursa (Türkei), nahe der nordanatolischen
Störungszone.
Ein übergeordnetes Ziel dieses Forschungsfeldes ist es,
mit Hilfe von Laborexperimenten, Nahfelduntersuchungen
sowie regionalen Informationen die Prozesse der Entgasung
von Gesteinen auf unterschiedlichen zeitlichen
und räumlichen Skalen zu studieren. In Laborexperimenten
werden Gesteinsproben im Grammbereich im Vakuum
zermahlen bzw. bei Temperaturen bis zu 1.750 °C aufgeschmolzen
und die freigesetzten Edelgase massenspektrometrisch
bestimmt. Die regionalen Informationen
stammen aus der Analyse von Kluftwasserzutritten bzw.
krustalen Wässern, die im Verlauf von Tausenden bzw.
Millionen von Jahren die aus Gesteinen freigesetzten
Edelgase akkumuliert haben. Nahfelduntersuchungen zur
Freisetzung von Gasen aufgrund seismischer Ereignisse
sollen im Rahmen des ICDP-DAFSAM-Projektes (Drilling
Active Faults in South African Mines) durchgeführt
werden (Abb. 4.27).
In 3,6 km Tiefe wird zurzeit in einem südafrikanischen
Goldbergwerk eigens ein ca. 40 m langes, quasi horizontales
Bohrloch quer durch eine tektonische Störungszone
gebohrt. An deren Verlauf werden in den nächsten ein bis
drei Jahren durch Bergbautätigkeiten ausgelöste seismische
Ereignisse bis zu einer Stärke von Magnitude 3 erwartet.
Das Bohrloch wird mit einem System von Kapillaren
ausgestattet, durch die kontinuierlich Bohrlochgas abgesaugt
und in Echtzeit mit einem Quadrupol-Massenspektrometer
analysiert wird. Während eines seismischen
Ereignisses erwarten wir Konzentrationsänderungen aufgrund
spontaner Freisetzung von Gasen u. a. aus Flüssigkeitseinschlüssen
oder Gesteinsklüften, die sonst nur während
sehr langer Zeiträume durch Alteration oder Diffusion
entweichen würden. Von Gaskonzentrationsänderungen
gesteuert, sollen zudem automatisch Glasampullen
mit Bohrlochgas für spätere Laboruntersuchungen befüllt
werden.
Die Verknüpfung von Gasanalyse- und Datierungsergebnissen
ultratiefer südafrikanischer Minenwässer mit der
tiefen kontinentalen Biosphäre ist ein wissenschaftlich
sehr spannendes Thema, ähneln die dortigen Umweltbedingungen
vermutlich doch denen der ersten belebten Biosphäre
unseres Planeten.
Abb. 4.27: Untertage in der Tau Tona Goldmine bei Johannesburg
zur Vorbereitung des ICDP-DAFSAM-Bohrprojekts
(Foto: J. Lippmann-Pipke).
Underground in the Tau Tona gold mine near Johannesburg
to prepare the ICDP-DAFSAM drilling project.
Das KTB-Tiefenlabor in Windischeschenbach –
neue geohydraulische Experimente erfolgreich
abgeschlossen
Eine Serie neuartiger hydraulischer Langzeittests in
Deutschlands übertiefen Forschungsbohrungen (KTB) in
Windischeschenbach (Oberpfalz) hatten das Ziel, Energie-
und Fluidtransportprozesse in der oberen kristallinen
Kruste zu untersuchen. Die zwei benachbarten KTB-Tiefbohrungen
(Vorbohrung KTB-VB, 4.000,1 m und Hauptbohrung
KTB-HB, 9.101 m) erlaubten die In-Situ-
Bestimmung hydraulischer Parameter eines ausgedehnten
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