ALBERT

Description: Die im Norddeutschen Becken vorkommenden hochsalinaren, heißen Tiefenwässer besitzen ein beträchtliches Wärmepotential, das bisher in Neustadt-Glewe, Neubrandenburg und Waren zur Energiegewinnung genutzt wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand zum einen darin, die Herkunft und die Genese dieser Solen und der in ihnen gelösten Stoffe zu rekonstruieren. Ein zweiter Schwerpunkt bestand in der Ermittlung geochemischer Parameter, die für einen problemlosen Langzeitbetrieb geothermischer Anlagen und somit für deren Wirtschaftlichkeit von Bedeutung sind. Die untersuchten Solen stammten aus Aquiferen, die durch fünf Bohrungen (Neubrandenburg, Waren, Rheinsberg, Neustadt-Glewe, Hamburg-Allermöhe) in Tiefen von 1250 bis 3250 m (54 bis l28°C) erschlossen wurden. Alle untersuchten Na-Cl-Solen wurden aus Sandsteinaquiferen des Keuper (Contorta!Postera-Schichten) gefördert, für die mit zunehmender Tiefe steigende TDS-Gehalte (134 bis 224 g/1) charakteristisch sind. Die Zusammensetzung der gelösten Feststoffe blieb über einen Zeitraum von 3 Jahren konstant. Die Br/CJ-Verhältnisse der Solen sind kleiner als in eingedampftem Meerwasser. Dies und 811B-Werte von +23.8 %o bis +36.3 %o indizieren die Herkunft des Salzgehaltes durch Auflösung/Laugung von Salzen. Das Gas-Wasser-Volumenverhältnis in Proben geothermisch genutzter Solen liegt bei max. 1:10. Die Gasphase wird von C02, N2 und CH4 dominiert, wobei der Gehalt an C02 und CH4 mit der Tiefe zunimmt. Als Spurengase treten He, Ar, H2 und weitere Kohlenwasserstoffe auf (jeweils 〈1 Vol.-%). Die Gasphase des Thermalwassers Neustadt-Giewe zeigte über einen Zeitraum von 2 Jahren keine Änderung in ihrer Zusammensetzung. Periodische Schwankungen in sehr kleinen Konzentrationsbereichen während einer mehrtägigen Gasmeßkampagne korrelieren mit den Erdgezeiten. Die N2-Ar-He-Verhältnisse zeigen, daß es sich um tiefzirkulierende Oberflächenwässer handelt. Untermauert wird diese Interpretation durch die sehr niedrigen 3HefHe-Verhältnisse (R!Ra:S;O.Ol), die keine Mantelheliumkomponente anzeigen, sowie die gegenüber Luft (295.5) leicht erhöhten 40 Ar/36 Ar-Verhältnisse von bis zu 367.5. He-Akkumulationsalter als scheinbare Verweildauer der Solen von 20 bis 50 Ma wurden berechnet. Das Tiefenwasser von NeustadtGiewe besaß gegenüber den anderen Lokationen erhöhte Kohlenwasserstoffgehalte. Die 813C1,2,3- Werte weisen auf thermogenetische Kohlenwasserstoffe und auf ein marines Ausgangsmaterial mit einer Reife, die einer Vitrinitreflektion von etwa 1.2 % entspricht, hin. Die Herkunft aus Corgreichen Zechstein-Sedimenten ist wahrscheinlich, organisches Material des wesentlich tiefer liegenden Karbons scheidet als Quelle aus. Die 8180- und öD-Werte der Wässer zeigen an, daß meteorisches Wasser bei der Genese eine bedeutende Rolle gespielt hat. Die ermittelte isatopische Zusammensetzung der meteorischen Komponente weicht von heutigen Niederschlagswässern ab und weist einen letztmaligen Kontakt mit der Atmosphäre zu einer Zeit deutlich wärmeren Klimas als das heutige nach. Die in einem Thermalwasser vorhandenen Gase können die technologische Eignung der Sole und den Betrieb einer geothermischen Anlage maßgeblich beinflussen (Scaling, Auftreten brennbarer Gase, Entlösung von Gasen). Bei Vorhandensein Corg-reicher Sedimente nimmt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens brennbarer Gase in Wässern aus größerer Tiefe, die durch ihre höhere Temperatur wirtschaftlicher sind, zu. Um die Entgasung eines Tiefenwassers innerhalb einer Anlage zu verhindem und somit Scaling und unkontrolliertes Entgasen zu minimieren, wurde anhand Literaturdaten exemplarisch für den Thermalwasserkreislauf der Anlage Neustadt-Giewe (Sole mit den höchsten Gasgehalten) ein Mindestanlagendruck berechnet. Danach sind etwa 2 bar ausreichend, um ein Entgasen der Sole zu verhindern; Strömungseffekte erfordern jedoch eine Erhöhung des Anlagendrucks auf etwa 4 bar. Die zeitliche Konstanz in der Zusammensetzung der gelösten Feststoffe und der Gasphase über einen Zeitraum von 2 bzw. 3 Jahren zeugt von einer relativ großen räumlichen Homogenität der Aquifere, wodurch der Betrieb der Anlagen durch Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der Solen kaum gefährdet zu sein scheint. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit haben gezeigt, daß sowohl bei der hydrodynamischen Vorerkundung als auch während des Betriebes eines geothermischen Heizwerkes die genaue Kenntnis der Gasmengen und der Gaszusammensetzung von entscheidender Bedeutung ist.

Description: Deep seated hydrothermal brines in the North German Basin have a considerable heat potential, which is currently used for geothermal energy recovery in Neustadt-Glewe, Neubrandenburg and Waren. One aim of this study was to reconstruct the origin of these brines and their dissolved substances. Another goalwas to determine geochemical parameters which are critically influence the long-term operation, and hence the econornic viability of geothermal plants. The brines come from aquifers which have been accessed by 5 boreholes (Neubrandenburg, Waren, Rheinsberg, Neustadt-Glewe, Hamburg-Allermöhe) in depths from 1250 to 3250 m (54 to 128 °C). All investigated Na-Cl-brines were produced from sandstone aquifers of the Keuper (Contorta!Postera layers). Typically, TDS-values (134 to 224 g/1) increase with depth. The compositions of the dissolved solids were constant during 3 years. The Br/Cl ratios of the brines are lower than evaporated sea water. This, and 811B-values of +23.8 %o up to +36.3 %o indicate dissolution/leaching of salt as the origin of the salt content. The gas-water volume ratio of samples from brines used for geothermal energy recovery are less than around 1:10. The gas phase is dorninated by C02, N2 and C~ with higher C02- and C~ contents with increasing depths. He, Ar, H2 and other hydrocarbons exist as traces ( 〈1 vol.% each). The gas phase of the thermal water from Neustadt-Giewe showed no changes in its composition during 2 years. Small · periodical variations in the concentrations obtained from gas monitaring over several days correlate with the earth tides. The N2-Ar-He ratios show that the waters are deep-circulating meteoric waters. This interpretation is supported by very low 3HefHe ratios (R!Ra:S;O.Ol), which show no mantle helium, and 40 ArP6 Ar ratios up to 367.5, which are slightly enhanced compared to air (295.5). He accumulation ages, taken as the apparent residence time of the brines, were calculated to be 20 to 50 Ma. Compared to the other locations the formation water from Neustadt-Giewe contained enhanced hydrocarbon contents. The 813C1,2,3 values point to thermogenic hydrocarbons and to a marine source rock with a maturity corresponding to about 1.2 % vitrinite reflectivity. An origin from Corg-rich Zechstein sediments seems probable, organic material from significantly deeper-seated Carboniferous formations can be ruled out. The 8180 and ÖD values of the waters confirm that meteoric water played an important role in the brine genesis. The determined isotopic composition of the meteoric component deviates from recent precipitation and indicates a last contact with the atmosphere at a time when climate conditions were significantly warmer than today. Gases dissolved in thermal waters can significantly affect both the technological suitability of a brine and the operation of a geothermal heat plant (scaling, degassing, occurence of flammable gases). If Corg-rich sedimentary rocks occur, the probability of the occurence of flammable gases increases in waters from larger depths, which are more economic due to their higher temperature. The pressure needed to prevent degassing inside a plant and thus to rninirnize scaling and uncontrolled degassing was calculated for the example of the thermal water cycle at Neustadt-Giewe (brine with the highest gas content). About 2 bars are sufficient to prevent degassing; however, flow effects require increasing the pressure up to about 4 bars. The constant composition of both the dissolved solids and gases over a period of 2 to 3 years is a sign of a relatively large spatial uniformity of the aquifers. Therefore the continuous operation of the plants seems unlikely to be endangered by a change in the chernical composition of the brines. The results of this study have shown that during the hydrodynarnic reconnaissance as weil as during the operation of a geothermal heat plant, precise knowlegde of the gas concentration is of essential importance.

Description: Zeitbereichs-IP ist eine Standardmethode in der Mineralexploration (Zonge, 1976) und wird vorwiegend angewendet, um die Widerstands - und Aufladbarkeitsverteilung des Untergrundes aufzulösen (z.B. Wynn, 1978). Nach wie vor die am häufigsten angewandte Methode ist die Integration der Fläche unter dem Zerfallssignal. Diese Integration wird in der Regel bereits in der Messapparatur vorgenommen, so daß der Anwender lediglich die Werte für die Aufladbarkeit und den Widerstand erhält. Die Benutzung einer Aufzeichnungsapparatur für die LOTEM Methode (siehe Strack, 1992) erlaubt die Verarbeitung des Zerfallssignales als Zeitreihe. Diese Zeitreihe kann gefiltert, gestapelt und anschließend modelliert/invertiert werden. Die Modellrechnung bzw. Inversion erfolgt mit einem veränderten Zeitbereichs EM Programm, welches auf die komplexe Cole-Cole Leitfähigkeit erweitert wurde (siehe Cole & Cole 1941). Die Inversion wird nach der Marquart Methode durchgeführt (siehe auch Inman, 1975 und Glenn, 1973).

Description: Im Rahmen eines von der BGR bearbeitete ein FuE-Vorhaben „Pilotstudie zu einer aerogeophysikalischen Landesaufnahme" fanden 1999/2000 aerogeophysikalischen Messungen nordwestlich des Harzes im Messgebiet „Rhüden - Lutter a. B." statt. Das Messgebiet umfasst eine Fläche von etwa 200 km2, von denen etwa die Hälfte eine bis zu 50 m mächtige Quartärbedeckung aufweist. Auf Basis der AEM-lnversionsergebnisse lassen sich aufgrund ausreichender Widerstandskontraste verschiedener mesozoischer Schichten im Messgebiet die (Quartär-abgedeckte) Geologie mit den flach bis halbsteil einfallenden Schichten in den Horizontal- und Vertikalschnitten klar erkennen. Dabei treten besonders die harten Kalksteine des Unteren Muschelkalk und der Oberkreide sowie die Sandsteine der Unterkreide (Hilssandstein) durch hohe spezifische Widerstände (p 〉 200 Qm) und die weichen Tonsteine des Oberen Buntsandstein (Röt) und des Unteren Jura sowie die Mergelsteine des Mittleren Keuper und der Oberkreide (Coniac) durch niedrige spezifische Widerstände (p 〈 20 Qm) hervor. Aufgrund der Zuordnung der Gesteinsschichten zu den Modellschichten des spezifischen Widerstandes war es möglich, die durch mächtige Quartärablagerungen verhüllten Störungszonen zu kartieren.

Description: Die Entwicklung der Geoelektrik-Apparatur SIP-256 zur Bestimmung der komplexen elektrischen Leitfähigkeit fand im Rahmen des Graduiertenkollegs „Archäologische Analytik" statt. Ziel ist es, innerhalb dieses DFG-Projekts, die Polarisierbarkeit als einen weiteren bodenspezifischen Parameter in der archäologischen Prospektion zu etablieren, aber auch grundsätzlich die Auflösbarkeit oberflächennaher 3D-Objekte in der Geoelektrik zu untersuchen. Die ersten Messungen beschränkten sich auf das Labor bzw. auf bereits bekannte archäologische Strukturen. Mit der Anwendung verschiedener Elektrodenanordnungen sollte zunächst die Tiefenauflösung der jeweiligen Meßkonfiguration untersucht werden. Ziel war es außerdem, die Reproduzierbarkeit der physikalischen Parameter, sowie die Position der Strukturen in der anschließenden Inversion zu überprüfen. In dem vorliegenden Beitrag sollen die ersten Ergebnisse dieser Untersuchungen vorgestellt werden.

Description: Nach den Ergebnissen einer rund 17 km langen, N-S über die penninischen Fenster von Bernstein und Rechnitz-Köszeg verlaufenden Tiefenreflexionsseismik Iässt sich die Erdkruste am Alpenostrand allgemein in eine seismisch transparente Oberkruste und eine reflektive Unterkruste unterteilen. In der Oberkruste deuten Bänder bzw. Zonen erhöhter Reflexionsdichte auf eine interne Strukturierung des Penninikums hin. Die Tiefe und der Verlauf der Basis des Penninikums konnte aufgrund der geringen Untergrundüberdeckung und aufgrund des fehlenden Anschlusses an eine Tiefbohrung nicht eindeutig festgelegt werden. Nach einer der diskutierten Möglichkeiten würden dem Penninikum zugeordnete Einheiten im Bereich des penninischen Fensters von Bernstein bis in eine Tiefe von rund 7 km reichen und unmittelbar südlich des Fensters von Rechnitz-Köszeg mit rund 20° südlich einfallen. Ab einer Tiefe von etwa 18 km zeichnet sich eine äußerst reflektive, durch „reflexionsärmere" Zonen unterteilte Unterkruste ab. Im nördlichen Teil des Profils legen ausgeprägte Reflexionen großer Amplitude die Erdkrusten-Mantelgrenze eindeutig bei 10,4 s (33 km ±1,5) fest. Im südlichsten Profilabschnitt spricht ein typisches Abklingen der Unterkrustenreflexionen für eine Positionierung der „Moho" bei rund 9,9 s (30,5 km ±1,5). Allgemein weist neben der reflexionsseismisch gut ausgebildeten Mohorovicic-Diskontinuität speziell die Reflexionscharakteristik der Unterkruste auf eine in geologisch junger Zeit gedehnte Erdkruste hin.

Description: Das Gebiet zwischen Rheinischem Schiefergebirge und Fränkischem Schichtst ufenland bis hinauf zur Norddeutschen Tiefebene war in den letzten zwei Jahrzehnten oft Gegenstand elektromagnet ischer Messungen. Durch zahlreiche Diplom- und Doktorarbeiten und nicht zuletzt durch die im Rahmen des Eifel-Projektes (LEIBECKER 2000) durchgeführten Messungen liegen Daten von insgesamt 51 Stationen vor. Im Sommer 1999 und 2000 wurde in Feldexperimenten mit 12 Magnetotellurik(MT )Stationen dieses Meßnetz erweitert (Abb.l) . Durch die gemeinsame Interpretation dieser 63 Stationen kann erstmals eine Aussage über die großräumige Leitfähigkeitsverteilung des oberen Mantels unter dem Meßgebiet getroffen werden.

Description: 3D-Modellrechnungen haben erst in den letzten Jahren eine größere Bedeutung erlangt, da die hierfür benötigten Rechen- und Speicherkapazitäten erst nach den jüngsten Fortschritten in der Computertechnologie zur Verfügung stehen. In den meisten Fällen wurde hier die Integralgleichungsmethode benutzt (z.B. Ting & Rohmann, 1981; Wannamaker et al., 1984; Wannamaker, 1991). Die Erweiterung der Methode der Finiten Differenzen (FDM) auf 3D-Modellrechnung wurde von Mackie et al. (1993) erfolgreich durchgeführt. 3D-Modellierungen bei anisotropen Leitfähigkeitsstrukturen wurden zuerst von Xiong et al. (1986) behandelt . Mittels der Methode der Finiten Differenzen entwickelte Weidelt (1996) einen Algorithmus zur 3D-Modellierung mit beliebiger anisotropen Leitfähigkeitsverteilung . Mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente (FEM) wird in diesem Aufsatz ein Algorithmus zur numerischen Modellierung von elektromagnetischen Feldern in drei Dimensionen vorgestellt. Im folgenden wird zunächst das Modellrechnungsverfahren beschrieben. Anschließend wird die MT-Response für einige Modelle berechnet. Die Resultate werden sowohl mit der Lösung der Integralgleichungsmethode (IGM) als auch mit der Lösung der FDM verglichen.

Description: Numerische Simulationen liefern häufig Lösungen bzw. Lösungshilfen zur Interpretation gemessener Daten. Insbesondere für Bodenradarmessungen , die häufig sehr stark verrauscht sind, bietet sich eine solche Simulation an, da hierbei Auswirkungen verschiedener Bodenparameter direkt untersucht werden können . Ein großes Problem von numerischen Simulationen ist die effektive Umrandung des Simulationsraums. Da nicht beliebig viel Speicherplatz zur Verfügung steht , sollte diese Umrandung möglichst speichersparend sein. Außerdem muß wirkungsvoll verhindert werden, daß in die Ränder einfallende Wellen in den Simulationsraum zurückkehren. Zu diesem Zweck sollen hier kurz einige Möglichkeiten zur Begrenzung dargestellt werden, insbesondere die Vorzüge der "Generalized Perfectly Matched Layers".

Description: Mit diesem Kolloquiumsband fügen wir ein weiteres Exemplar in die schon fast "legendäre" Reihe der sogenannten "Blauen Bände" hinzu. Er enthält die schriftlichen Fassungen von Beiträgen, die auf dem 18. Kolloquium "Elektromagnetische Tiefenforschung vom 20.3.- 24.3.2000 in Altenberg bei Köln (Bergisches Land) gehalten wurden. Diese Reihe hat weniger den Charakter eines Berichtsbandes, sondern wird überwiegend als Nachschlagewerk für die Forschenden auf dem Gebiet der Elektromagnetik genutzt. Man findet z.B. Arbeiten, in denen in komprimierter aber nicht zu stark verkürzter Form die wesentlichen Teile von Diplom- und Doktorarbeiten aufgeschrieben sind. Viele Arbeiten befinden sich zu diesem Zeitpunkt noch in der Entstehungphase und werden erst später in einer referierten Zeitschrift publiziert. Diese Bände bieten daher ein geeignetes Medium, wertvolle Informationen schon zu einem frühen Zeitpunkt zu dokumentieren.

Description: Die elektrisch schlecht leitende untere Atmosphäre bildet zwischen der gut leitenden Erdoberfläche und der unteren Ionosphäre einen Hohlleiter für niederfrequente elektromagnetische Wellen. Insbesondere Wellen im ELF (ßxtremely l,ow .Erequency) Bereich von 10Hz-3kHz [1] können sich innerhalb dieses Hohlleiters besonders gut entlang der Erdoberfläche ausbreiten. Blitze strahlen elektromagnetische Wellen (Sferics) mit einem sehr breiten Frequenzspektrum ab, dass u.a. auch den ELF-Bereich überdeckt. Während höherfrequente Anteile, die sich als höhere Hohlleitermoden ausbreiten, stark absorbiert werden, erfahren die Weilen der nullten Mode nur eine schwache Absorption und können sich so rund um den Globus ausbreiten. Doch auch ELF-Wellen erfahren auf Grund ohmscher Verluste Absorption 1, mit einem Absoptionsparameter, der Information über die Leitfähigkeitsstruktur des Hohlleiters enthält. Im folgenden wird eine Methode beschrieben, um diesen Absorptionsparameter aus Aufzeichnungen von Sferics an verschiedenen Messstationen zu bestimmen. Dazu werden Übertragungsfunktionen zwischen den an verschiedenen Messorten aufgezeichneten ELF-Impulsen des gleichen Sferics bestimmt. Kennt man den Quellort des verursachenden Blitzes, so kann man aus einem Modell für die Absorption von ELF-Impulsen diese Übertragungsfunktionen modellieren. Als Modell wird hierbei das Produkt aus einem exponentiellen absoptionsbedingten und einem geometrischen Abfall angenommen. Es interessieren insbesondere zeitliche Veränderungen des Absoptionsparameters (z.B. Tag/NachtUnterschied), die Informationen über den jeweiligen Zustand der Ionosphäre enthalten.

Description: Untersuchungen des Widerstandes in geringen (ca. 1km) Tiefen in geothermalen Gebieten in Island lieferten einen starken Hinweis darauf, daß die geothermalen Hochtemperatursysteme in basaltischen Gesteinen eine ähnliche Struktur aufweisen. Unter kaltem unverändertem Gestein mit hohem Widerstand wurde an den äußeren Rändern der Reservoire eine Kappe mit geringem Widerstand (1-10 Qm) gefunden , wohingegen der innere Kern einen höheren Widerstand aufweist . In den vulkanischen Zonen auf Island finden sich die zentralen Vulkane mit entsprechenden Hochtemperatursystemen in Intervallen von ungefähr 20 km. Für die Nutzung der geothermalen Energie stellte sich die Frage, ob zwischen zwei solchen Systemen in der Tiefe eine geothermale Verbindung besteht. Um verschiedene EM-Techniken zu vergleichen, wurde daher ein gemeinsamer Satz an 3D-Modellen entwickelt , die zeigen sollen , wie effektiv mögliche leitfähige Verbindungen zwischen zwei geothermalen Systemen mit Hilfe der TEM bzw . MT kartiert werden können. Im folgenden sollen die Ergebnisse für die MT-Modellierungen gezeigt werden.

Description: Im Herbst 1998 sind in einer Zusammenarbeit zwischen dem GFZ Potsdam und der Universität Frankfurt a. Main nahe der Ortschaft Rittste ig (Böhmerwald, Bayern) magnetotellurische Messungen und erdmagnetische Tiefensondierungen mit SPAM Mk III-Datenloggern im Frequenzbereich zwischen maximal lk H z und 0.001H z durchgeführt worden. Im Folgenden werden die Ergebnisse von zwölf Stationen vorgestellt . Mit 2D Modellrechnungen soll überprüft werden, inwieweit existierende Eigenpo~entialmodelle durch die Magnetotellurik bestätig t und erweitert werden können.

Description: Dieser Report fasst Ergebnisse aus der Startphase des Projekts Nutzbarmachung klüftigporöser Speichergesteine zur abnehmernahen geothermischen Energiebereitstellung zusammen. Das Projekt wurde mit Förderung durch das BMBF (BEO 0327063B) in einer Vorphase 1998 und durch das BMWi (BEO 0327063) 1999 gestartet.