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: Ziel dieser Arbeit ist die Quantifizierung von Modalbeständen magmatischer Gesteine anhand ihrer Infrarot-Spektren, basierend auf einer spektralen Einzelmineralanalyse. Dazu wurde eine neue, modellbasierte, spektrale Entmischungsmethode entwickelt. Diese Methode basiert auf reflexionsspektroskopischen Messungen im thermalen Infrarot von 8 - 14 μm, da in diesem Wellenlängenbereich silikatische Minerale und damit auch magmatische Gesteine ihre stärksten Spektralmerkmale (Reststrahlenbanden) aufweisen. Als Grundlage dienten Gesteinsproben des präkambrischen Gesteinskomplex Mt. Timna in Südisrael, der sich aus verschiedenen granitoiden Gesteinen und einer ultrabasischen Gesteinseinheit zusammensetzt. Die hier vorgestellte Arbeit entstand im Zusammenhang mit vorbereitenden Untersuchungen zur Entwicklung neuer Analysemethoden für einen neuen hyperspektralen Thermalsensors (ARES), der ab 2005 vom GFZ und dem DLR operationell betrieben werden soll.

Description: Der glazio-isostatische Ausgleich in Island als Folge des Abschmelzens der größten europäischen Eiskappe, dem Vatnajökull, verursacht zeitliche Änderungen der Schwere und Landhebung. Nach Auswertung der Schweredaten zeigt sich ein charakteristisches Verhalten. Die Schwereänderungsrate beträgt ca. -4 mikroGal/a am Eisrand (50 km Entfernung vom Eiszentrum)und ca. 1 mikroGal/a in Höfn (75 km Entfernung vom Eiszentrum). In größeren Entfernungen vom Eiszentrum (150 bis 250 km) werden die Raten kleiner als 1 mikroGal/a und nähern sich schließlich Null. Vorwärtsmodellierung liefert eine Lithosphärenmächtigkeit von 10 bis 15 km. Die Asthenosphärenviskosität ist 3 x 1017 bis 1 x 1018 Pa s. Diese Werte bestätigen frühere Resultate aus GPS-, seismischen und theoretischen Untersuchungen. Eine deutlich bessere Anpassung an die Meßdaten ergibt sich für erhöhte Asthenosphäremächtigkeit (165 bis 170km). Vermutlich reflektiert dies die spezielle Lage Islands oberhalb eines Plumes.

Description: Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten einer Anwendung der Aerogravimetrie bei der Schwerefeldberechnung. Aus fluggestützten Messungen werden Schwerestörungen berechnet, die der Bestimmung regionaler Geoidlösungen dienen. Zunächst wird das Messgerät und seine Funktionsweise erläutert. Anschließend werden drei Verfahren zur Geoidberechnung verglichen, die sich unterschiedlicher Konzepte bedienen: ein Integralverfahren mit abgewandeltem Stokes-Kern, die schwerpunktmäßig behandelte Methode der Multipole sowie das Kollokationsverfahren. Im Gegensatz zum Intergralverfahren arbeiten die Verfahren der Multipole sowie das der Kollokation ohne eine Feldfortsetzung nach unten. Im praktischen Teil der Arbeit werden die Verfahren auf den CHICAGO-Datensatz angewendet, der im Herbst 2002 in Südchile gemessen wurde. Die Genauigkeit sowohl der Messwerte als auch die der Geoidlösungen wird durch einen Vergleich mit unabhängigen Daten untersucht. Es stellt sich heraus, dass alle Verfahren im Rahmen der Genauigkeit zu akzeptablen Lösungen führen. Außerdem wird festgestellt, dass für niedrige Flughöhen der Einfluss der Feldfortsetzung vernachlässigt werden kann.

Description: Zwischen August und November 2000 fand in der Region Vogtland/NW-Böhmen der letzte größere Erdbebenschwarm mit Magnituden ML 〈 4 statt. Die stärkeren Beben dieses Schwarmes wurden von der Bevölkerung in NW-Böhmen sowie im Vogtland und der Oberpfalz als Erschütterung des Bodens deutlich gespürt und zusätzlich als Grollen aus dem Untergrund gehört. 547 Einzelbeben wurden allein mit den Stationen des Deutschen Regionalen Seismologischen Netzes (GRSN) ausgewertet und in einem vorläufigen Bulletin auf der Internetseite des Seismologischen Zentralobservatoriums in Erlangen (SZGRF) veröffentlicht (http://www.szgrf.bgr.de). Um den Erdbebenschwarm 2000 und seine Ursachen besser untersuchen zu können, sind zu Beginn des Schwarmes, zusätzlich zu den Stationen des SZGRF und der Universitäten Freiberg, Jena, Leipzig und München, Messstationen von der Universität Potsdam und dem GFZ-Potsdam in Zusammenarbeit mit der Universität Weimar eingerichtet worden. Nach bisherigen Vorstellungen wird angenommen, dass die Schwarmbeben durch aufsteigende Fluide in der Erdkruste ausgelöst werden, ihr Bruchverhalten aber hauptsächlich dem regionalen Spannungsfeld unterliegt. Die Klärung dieser grundlegenden Frage ist Gegenstand des von der DFG geförderten Bündelprojektes "Physikalisch / chemische Zustände und geodynamische Prozesse im Schwarmbebengebiet Vogtland/NW-Böhmen." Dieser Beitrag beschränkt sich auf die seismologischen Aspekte des Erdbebenschwarms.

Description: In Südostalaska wird eine relative Meeresspiegelabsenkung von bis zu 4 cm/ a beobachtet. Da dieses Gebiet während der letzten Kaltperiode durch das Kordillerische Eisschild bedeckt war und noch heute von Vergletscherung geprägt ist, liegt die Vermutung nahe, daß die Meeresspiegeländerungen zumindest teilweise durch isostatische Ausgleichsvorgänge hervorgerufen werden. Um diese Hypothese zu prüfen, werden für dieses Gebiet eislastinduzierte Vertikalbewegungen und Geoidänderungen mit Hilfe viskoelastischer Erdmodelle berechnet. Insbesondere werden sechs siebenschichtige Erdmodelle verwendet, die unterschiedliche Viskostitätsprofile berücksichtigen und die Bandbreite der plausiblen Lithosphärenmächtigkeiten abdecken. Das globale Lastmodell ICE-3G wird erweitert und das regionale Lastmodell AL-1 entwickelt, welches die rezente Vergletscherung Südostalaskas berücksichtigt. Weiterhin werden die Ozeane als Last einbezogen. Ein Vergleich der berechneten mit den beobachteten Meeresspiegeländerungen zeigt, daß die Beobachtungen nur zu einen geringen Anteil von wenigen Millimetern pro Jahr durch Isostasie erklärt werden können.

Description: Das Magnetfeld der Erde ist zeitlich nicht konstant. Magnetfeldvariationen entstehen durch elektrische Ströme in der Ionosphäre und Magnetosphäre, aber auch Blitzentladungen von Gewittern verursachen im Hohlleiter, der durch Erde und Ionosphäre gebildet wird, magnetische Wechselfelder. Diese Wechselfelder induzieren in einem elektrisch leitenden Medium wie der Erde elektrische Ströme. Auf diesem Induktionsvorgang, der durch die Maxwellgleichungen beschrieben wird, beruht die Methode der elektromagnetischen Tiefensondierung (Magnetotellurik). In der Geophysik werden eine Vielzahl verschiedener Sensoren verwendet, um zeitlich variable magnetische Felder zu messen. Bauartbedingt eignen sich Induktionsspulen besonders zur Aufnahme von magnetischen Signalen mit einem Frequenzgehalt von wenigen mHz bis hin zu einigen kHz. Das Problem bei der Messung dieser Signale besteht darin, dass die Signalamplituden generell sehr klein sind, zusätzlich aber auch eine große Variabilität zwischen kleinsten und größten Amplituden auftritt (dynamic range). Moderne Induktionsspulen sind daher optimierte Sensoren, die aus einer Vielzahl genau aufeinander abgestimmter Komponenten bestehen. Bei der täglichen Arbeit im Gelände sind Induktionsspulen extremen mechanischen Belastungen ausgesetzt, die zu äußerlich nicht erkennbaren Veränderungen von Systemparametern oder sogar zu Schäden führen können. Sensoren stehen immer am Anfang eines jeden Meßsystems, und fehlerhafte Sensoren führen unweigerlich zu später nicht korrigierbaren, falschen Messwerten. Die regelmäßige Kalibrierung und Funktionsüberprüfung der Induktionspulen des Geophysikalischen Gerätepools Potsdam (GIPP) ist daher unerlässlich, um den hohen Standard der Magnetotellurikmessungen auch in Zukunft gewährleisten zu können.

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: The Eifel is the youngest volcanic area of Central Europe. The last eruption occurred approximately 11000 years ago. Little is known about the deep origin and the mechanism responsible for the Eifel volcanic activity. Earthquake activity indicates that the Eifel is one of the most geodynamically active areas of Central Europe. In this work the receiver function method is used to investigate the upper mantle structure beneath the Eifel. Data from 96 teleseismic events (mb 〉 5.2) that were recorded by both permanent stations and a temporary network of 33 broadband and 129 short period stations had been analyzed. The temporary network was operating from November 1997 till June 1998 and covered an area of approximately 400x250 km^2 centered on the Eifel volcanic fields. The receiver function analysis reveals a clear image of the Moho and the mantle discontinuities at 410 km and 660 km depth. Average Moho depth is approximately 30 km and it shows little variation over the extent of the network. The observed variations of converted waveforms are possibly caused by lateral variations in crustal structure, which could not resolved by it receiver functions}. Inversions of data and migrated it receiver functions} from stations of the central Eifel array suggest that a low velocity zone is present at about 60 to 90 km depth in the western Eifel region. There are also indications for a high velocity zone around 200 km depth, perhaps caused by dehydration of the rising plume material. The results suggest that P-to-S conversions from the 410-km discontinuity arrive later than in the IASP91 reference model. The migrated data show a depression of the 410 km discontinuity of about 20 km, which correspond to an increase of temperature of about 140° Celsius. The 660 km discontinuity seems to be unaffected. This indicates that no mantel material rises up from directly below the 660 km discontinuity in the Eifel region or the Eifel-Plume has its origin within the transition zone.

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: Der Scientific Technical Report (STR) 03/08 ist die teilweise überarbeitete Diplomarbeit des Autors, welche im November 2002 am Lehrstuhl für Astronomie des Instituts für Planetare Geodäsie der Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften an der Technischen Universität Dresden eingereicht wurde.

Description: In the present thesis, interactions of kimberlites and lamproites as well as their constituent minerals with fluids are discussed based on noble gas compositions. The samples originate from the eastern Baltic Shield, more specifically from the Kola craton (Poria Guba and Kandalaksha) and the Karelia craton (Kostamuksha). Gas was extracted by stepwise heating and crushing from 23 whole rock samples and 15 mineral separates. These two techniques allow differential extraction of gas from fluid inclusions (crushing technique) and from the bulk sample (stepwise heating).

Description: Die südlichen Anden sind Teil des aktiven Kontinentalrandes von Südamerika, der durch eine Kombination subduktionsgebundener Prozesse gebildet wurde. Die andine Gebirgskette erstreckt sich über den gesamten südamerikanischen Kontinent, variiert jedoch merklich in Höhe und Krustenmächtigkeit. Während die Zentralen Anden, vor allem auch die tieferen Strukturen bis in den oberen Mantel, vergleichsweise gut erforscht sind , ist über den geophysikalischen Aufbau der südlichen Anden bisher relativ wenig bekannt. Aus diesem Grund wurde das seismische Experiment ISSA2000 in den südlichen Anden durchgeführt. In dieser Arbeit wurde mithilfe der Methode der lokalen Erdbebentomographie ein 3-D Modell der seismischen Geschwindigkeitstruktur erstellt. Die gleichzeitig durchgeführte Lokalisierung der registrierten Erdbeben, ergibt darüberhinaus ein detailliertes Bild der Verteilung der Seismizität im Untersuchungsgebiet. Im Rahmen des ISSA2000-Experimentes wurde ein seismologisches Netzwerk mit 62 Seismographen betrieben, das die Subduktionszone von der Küste bis in den backarc zwischen 36° und 40°S überdeckt. Die Hypozentren der 440 lokalen Erdbeben zeigen eine ~30° geneigte Wadati-Benioff-Zone mit kontinuierlicher Seismizität bis in 120km Tiefe, die vereinzelt bis in 200km Tiefe zu beobachten ist. Sowohl die generell geringe Seismizität im Untersuchungsgebiet als auch die geringe Tiefenerstreckung der Wadati-Benioff-Zone u.a. im Vergleich zu den Zentralen Anden sowie die Konzentration der mitteltiefen Erdbeben in 60km Tiefe, spiegeln wahrscheinlich den Einfluß des jungen Alters und des damit verbundenen hohen thermischen Zustandes der Nazca-Platte auf das Subduktionsregime wider. Das tomographische Vp Modell zeigt zum ersten Mal die Geschwindigkeitsstruktur der südlichen Anden bis in eine Tiefe von 100km. Die Nazca-Platte ist durch die Lage der Erdbeben definiert und durch hohe Vp Geschwindigkeiten gekennzeichnet . Die durchschnittlichen Geschwindigkeiten in der kontinentalen Kruste sind im gesamten Vp Modell relativ hoch . Die tieferliegende Struktur kann in drei Gebiete unterteilt werden. Erniedrigte Vp Geschwindigkeiten in 30-50km Tiefe unterhalb der Küstenkordillere und oberhalb der abtauchenden Platte deuten eine mögliche Hydratisierung und Serpentinisierung des kontinentalen Mantelkeils an. Die Konzentration der Erdbeben in 60km Tiefe, die auf Dehydratisierungsprozesse innerhalb der subduzierten ozeanischen Lithosphäre zurückzuführen ist, könnte mit der beobachteten Geschwindigkeitsanomalie verbunden sein. Der Bereich unterhalb des Längstals ist von einer markanten Anomalie erhöhter Vp Geschwindigkeiten geprägt, die das gesamte Untersuchungsgebiet von N nach S durchzieht. Mantelgeschwindigkeiten werden hier ab 40km Tiefe erreicht. Weiter nach Osten nimmt die Krustenmächtigkeit zu und erreicht 50-55km unterhalb der Hauptkordillere und des aktiven vulkanischen Bogens. Geringe Geschwindigkeiten, ein erhöhtes Vp/Vs Verhältnis und die sich durch die Spektralanalyse andeutende Zone erhöhter seismischer Dämpfung könnte auf das Vorhandensein partieller Schmelzen und deren mögliche Anlagerung unterhalb der Kruste hindeuten.

Description: Diese Arbeit beschäftigt sich vor allem mit einem neuen Verfahren zur Abbildung von Leitfähigkeitsstrukturen. Mit der Propagation Number Analysis (PNA), die auf einen mathematischen Formalismus von Reilly [1979] zurück geht und die im Rahmen dieser Arbeit in einen physikalischen Kontext dargestellt wird, ist es möglich, die gesamte Tensor- Information in eine Widerstandsellipse zu transformieren. Sie gibt im übertragenen Sinn die Vorzugsrichtung der Ströme an und liefert somit ein Abbild der Leitfähigkeitsverteilung. Die graphische Präsentation fand bislang für transiente elektromagnetische Messungen Verwendung [Caldwell & Bibby, 1998], um einen wahren Widerstandstensor darzustellen. Die Widerstandsellipsen ergeben aufgrund von Geometrie und Farbkodierung flächenhaft ein Bild, in dem leitfähige Strukturen auch ohne Kenntnisse der MTTheorie erkennbar sind. Die dadurch gewonnenen Informationen lassen sich direkt mit der Geologie vergleichen oder für eine Modellierung nutzen.

Description: Der vorliegende Report fasst die wissenschaftlichen und technischen Arbeiten zur Steigerung der Produktivität von Thermalwasser in der Geothermie-Forschungsbohrung Groß Schönebeck 3/90 zusammen, die von 2002 bis 2004 durchgeführt wurden. Das Ziel des Projektes ist die Erschließung von heißen Wässern in tiefen Speichergesteinen, die sich zur Erzeugung von elektrischem Strom eignen. Dies erfordert die Bereitstellung einer kontinuierlichen Förderung heißer Tiefenwässer mit Temperaturen 〉 150 °C und Fließraten 〉 50 m³/h. In Tiefen mit Mindesttemperaturen um 150 °C ist die natürliche Permeabilität (Durchlässigkeit) der Gesteine jedoch nicht ausreichend. Die Gesteine müssen stimuliert werden, d. h. zu vorhandenen Rissen werden zusätzliche künstlich erzeugt, damit das Wasser ungehindert zirkulieren kann. Bereits vorliegende Erkenntnisse zur Erschließung und Charakterisierung der in weiten Regionen des Norddeutschen Sedimentbeckens in Tiefen von etwa 4000 bis 5000 Metern verbreiteten Speichertypen basieren größtenteils auf Erfahrungen der Erdöl- und Erdgasindustrie. Für die geothermische Nutzung sind diese jedoch nur eingeschränkt anwendbar, da bei der Erschließung von Kohlenwasserstoffen schon kleine Fließraten genügen. Daher liegt der Schlüssel zum Durchbruch der Geothermie in der Entwicklung effektiver Stimulationstechniken zur gezielten Produktivitätssteigerung geothermischer Reservoire. Die Geothermiebohrung Groß Schönebeck schließt geothermisch relevante Horizonte des Norddeutschen Beckens zwischen 3900 m und 4300 m in einem Temperaturniveau von etwa 150 °C auf. Diese Bohrung bietet derzeit die einzigartige Möglichkeit, die geothermische Nutzbarkeit unterschiedlicher Gesteinsformationen des Rotliegenden vertiefend zu untersuchen: die Vulkanite an der Basis und den darüber liegenden Sandstein. Experimente zur Erhöhung der Zuflussrate von heißen Wässern aus Sandsteinformationen durch hydraulische Stimulation konnten bereits erfolgreich durchgeführt werden (siehe Berichte zu den Projekten BEO 0327063 und ZIP 0327063C). Die erzielten Fließraten reichten jedoch für eine wirtschaftliche Elektrizitätserzeugung noch nicht aus. Daher wurden die Sandsteinformationen gemeinsam mit darunter liegenden Vulkaniten durch neu konzipierte Stimulationsverfahren erschlossen. Die angewendeten Methoden gleichen den vorhergehenden Projekten, wo durch hydraulisches Pumpen zusätzliche Risse im Gestein geschaffen werden. Bei entsprechender Produktionssteigerung von heißen Wässern aus dem Untergrund ist als anschließender Schritt eine zweite Bohrung geplant, mit der ein Förder- und Versenkkreislauf hergestellt werden kann. Ein geothermisches Kraftwerk vervollständigt die Installation. Da im Sedimentbecken von den Niederlanden über Norddeutschland bis nach Polen ähnliche geologische Verhältnisse vorliegen, haben die Ergebnisse aus der Bohrung Groß Schönebeck Pioniercharakter. Der Lern- und Anwendungseffekt aus den Experimenten kann unter diesem Aspekt als besonders beachtenswert eingestuft werden.

Description: For identification of the impact of salt-free and soured fluids injected for hydraulic stimulation on the about 4,000 m deep Rotliegend sandstones, cross-flow tests were carried out in combination with petrographic and fluid-chemical investigations. As a consequence of the swelling and the potential mobilisation of the clay minerals, a reduction of the permeability was expected. However, the test did not produce any significant change of the permeability for the cross-flow of differently conditioned waters under modified p/T conditions. But there could be proven the mobilisation of heavy metals and the solution of carbonate cement. As these cement minerals form a small fraction only in the total rock and due to their uneven distribution, no damage of the aquifer has to be expected. A local transport of finest particles could be observed which is probably connected with the carbonate solution. In case of suddenly increasing pore pressures, there is a risk of particle discharge, so that damaging of the pore reservoir cannot be excluded due to this small-scale transport of particles.

Description: The work contained in this thesis considers deformations of the Earth, which are produced by the loads of the last ice-age glacial sheets. The forces the Earth sets against the surface loads are the buoyancy force of the Earth's mantle and the opposing force by the elastic flexure of the lithosphere. Because the time scale of the ice-age of some 100,000 years is short with respect to geological time scales, the viscoelastic behaviour of the Earth has to be considered. Viscoelasticity results in a retarded response of the Earth, which is observed as postglacial uplift in previously glaciated regions, 8,000 years after deglaciation. To model the buoyancy of the Earth's mantle, often a viscous incompressible fluid of homogeneous density is assumed. More recent studies consider also compressibility of the mantle material, but keep the homogeneous density. This results in an inconsistent reference state, because the self compression due to hydrostatic pressure is neglected. These models are discussed here, and the problems are shown, which arise from the description of the field equations for a viscoelastic compressible gravitating continuum in a half-space geometry. The opposing force by the elastic flexure of the lithosphere is determined by the flexural rigidity of the lithospheric plate. If we consider viscoelastic layers in the lithosphere, the flexural rigidity is reduced. Therefore, the overall thickness of a viscoelastic layered lithosphere is much larger than its effective elastic thickness deduced from assuming one elastic plate. Consequently the effective elastic thickness looses its merit for assessing the lithosphere thickness. We show, how strong effective elastic thickness and lithosphere thickness may differ, in which way the viscoelastic structure of the Earth influences this difference for glacial loads and which consequences arise for the lithospheric stress state.

Description: The content of this paper are the results obtained over many years in studies of the thermal transport properties of crystalline rocks. The measuring methods and equipments developed for these investigations are in detail described. The measurements were performed in dependence on temperature respectively pressure to simulate the conditions within the earth´s crust. Pressure up to 1000 Mpa was used under hydrostatic conditions whereas a pressure of 1500 Mpa was reached in a quasihydrostatic device. The maximal temperature was 1000 °C. The results obtained for the thermal conductivity and the thermal diffusivity in dependence on temperature were processed taking into account various mechanisms of heat conduction .This way information concerning the influence of the mechanisms was obtained. Especially the importance of the radiative heat transport is discussed. Mean curves for the temperature dependence of the thermal conductivity are given for the investigated rock types ( granite, gneiss, felsic and mafic granulite, serpentinite and peridotite). For other rocks a smaller number of samples was measured. It was tried to find the characteristic features for the temperatur dependence of the various rocks. The curves for the pressure dependence of the thermal tranport parameters were subdivided in the nonlinear initial range and the range over about 100 Mpa with a nearly linear pressure dependence. For the initial range the statistical distribution is given for the increase of the thermal transport parameters with rising pressure. For the linear range the mean pressure coefficients were calculated for the studied rocks. The obtained results for the pressure and temperature dependence of the thermal conductivity for representative crustal rocks were used to calculate the variation of the thermal conductivity within the crust assuming various geotherms. The influence of various processes (phase transitions, dehydration reactions, partial melting) on the thermal transport properties was tested. A new conduction mechanism was observed in dehydrating rock samples.

Description: In dem vorliegenden Heft sind die Ergebnisse langjähriger Untersuchungen der thermischen Transporteigenschaften von kristallinen Gesteinen zusammenfassend dargestellt. Die für die Messungen entwickelten Messmethoden sind detailliert beschrieben. Zur Simulation der Bedingungen innerhalb der Erdkruste wurden die Untersuchungen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur durchgeführt. Unter hydrostatischen Bedingungen wurden Drücke bis 1000 Mpa erreicht, bei quasihydrostatischem Druck bis 1500 Mpa. Es wurden Temperaturen bis 1000 °C erreicht. Die Ergebnisse zur Temperaturabhängigkeit wurden unter Berücksichtigung verschiedener Leitungsmechanismen ausgewertet. Dadurch werden Aussagen über deren Bedeutung erhalten. Insbesondere wird der Einfluss des radiativen Wärmetransports diskutiert. Für die untersuchten Gesteinstypen ( Granite, Gneise, Amphibolite, felsische und mafische Granulite, Serpentinite, Peridotite ) werden mittlere Kurven der Temperaturabhängigkeit von Wärme- und Temperaturleitfähigkeit angegeben. Von anderen Gesteinen wurden kleinere Probenzahlen untersucht. Es wurde versucht, die charakteristischen Merkmale der Temperaturabhängigkeit verschiedener Gesteine herauszuarbeiten. Die Druckabhängigkeit wird in einen nichtlinearen Anfangsbereich und den Bereich linearer Abhängigkeit etwa oberhalb 100 Mpa gegliedert. Für den Anfangsbereich werden erstmals statistisch abgeleitete quantitative Ergebnisse angegeben. Im linearen Druckbereich wird das Verhalten durch Angabe der mittleren Druckkoeffizienten für die verschiedenen Gesteine beschrieben. Die Messergebnisse der Druck- und Temperaturabhängigkeit werden dazu benutzt, die Variation der Wärmeleitfähigkeit innerhalb der kontinentalen Kruste bei Vorgabe verschiedener Temperatur-Tiefen-Funktionen zu berechnen. Es wurden die Wirkungen von verschiedenen Effekten ( Phasenübergänge, Dehydration, partielles Schmelzen) auf den Wärmetransport untersucht. Ein erstmals beobachteter Leitungsmechanismus beeinflusst erheblich das Verhalten von Gesteinen, in denen bei hoher Temperatur Wasser freigesetzt wird

Description: Der vorliegende Bericht fasst die Ergebnisse der in den Jahren 2000 und 2001 durchgeführten Arbeiten zur Aufwältigung, zum primären Test- und Messprogramm sowie zum Monitoring in der Geothermiebohrung Groß Schönebeck 3/90 zusammen. Mit Mitteln aus der Grundfinanzierung des GeoForschungsZentrums Potsdam wurde die Bohrung aufgewältigt und bis in eine Endteufe von 4294 m vertieft. Sie erschließt geothermisch interessante Horizonte des Norddeutschen Beckens in Tiefen zwischen ca. 3900 m und 4300 m bei einem Temperaturniveau von ca. 150°C. Dabei gewonnene Ergebnisse lassen sich auf ähnliche geologische Randbedingungen im Norddeutschen Becken übertragen. Dieses Sedimentbecken zieht sich von den Niederlanden über Norddeutschland bis nach Polen hin.