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: 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: 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: 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: 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: 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.

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.

Description: Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Mechanik im Bereich des forearcs der Makran Subduktionszone zu untersuchen. Zu diesem Zweck kommen drei verschiedene Simulationstechniken zum Einsatz. Dies sind die Finite und die Diskrete Elemente Methode als zwei numerische Verfahren, sowie analoge Sandexperimente. Durch die Kombination dieser drei Methoden, die sich ergänzende und vergleichende Ergebnisse liefern, wird ein umfassendes Bild der Deformations- und Massentransferprozesse des forearcs in Makran gewonnen. Zudem ermöglichen alle drei Verfahren die Untersuchung des Deformationsverhaltens in einem Material, welches einer Mohr-Coulomb Rheologie mit strain hardening/strain softening bzw. einem work hardening gehorcht.

Description: Deformation processes in the early deformation stages of thrusting in growing fold-and-thrust belts and the role of factors controlling and localizing the deformation are still not well understood. There are only few natural examples or experimental studies to allow the identification of factors controlling initial states of deformation. In particular, the spatial interactions in curved fold-and-thrust belts or in segments striking obliquely to the convergence direction are rarely systematically examined. The Boomerang Hills Region (BHR), located at the eastern flank of the Central Andes close to the axis of the Bolivian Orocline, is an appropriate area to study such problems. There, oblique contraction is caused by a south-dipping basement interacting with a WSW-ENE to SW-NE convergence direction. In order to infer the controlling factors of deformation, the structural pattern associated with the active development of a new thrust sheet and the structural history of the adjacent foreland was examined. The detailed spatial-temporal relationships of Andean and pre-Andean structures within the BHR were investigated using a dense network of 100 reflection-seismic profiles for subsurface interpretation and structural modeling. In addition, satellite images and drainage pattern were interpreted to infer neotectonic activity. Modeling techniques included cross section balancing for validation and quantification of geological processes, horizon unfolding for kinematical interpretation, and critical taper estimates to derive the possible dynamic status. Results show that the main factor controlling the evolution of the Boomerang Hills Thrust Unit and the eastern flank of the Bolivian Orocline are paleogeographic features. The crystalline basement of the BHR comprises an inherited structure of several syn- and antiforms. Some of these structures were partly reactivated as minor reverse faults with associated small folds in the sedimentary cover at an early stage of the Tertiary foreland basin evolution. Basement faulting is probably a result of spatial problems linked to the initiation of a foreland basin in a heterogeneous crust. WNW-ESE striking normal faults were active in the foreland of the BHR in the Late Tertiary and show maximum activity during the intermediate state of foreland basin sedimentation. Further to the north, closer to the Brazilian Craton, normal faults are presently active. Foreland extension sums to 1.1%-1.5% and results from minor flexural extension due to bending of the Brazilian Shield lithosphere through Andean orogenic loading. The southern part of the BHR is represented by a young, evolving thrust sheet. Two zones can be differentiated along the Andean deformation front: (1) a W-E to NW-SE-striking frontal segment of predominantly orthogonal shortening, comprising a thrust / anticline system and accommodating at least 1400- 2000 m horizontal shortening on the basal decollement ; (2) A WSW-ENE-striking lateral zone of oblique shortening comprised by a complex system of thin-skinned strike-slip faults and minor folds. The deformation front always follows a pronounced edge in the topography of the top basement surface close to the boundary of the Paleozoic basin. Usually, faults are located close to asperities in the top basement surface; fold axes trend parallel to the contours of basement depth. The orientation of the deformation front as well as the laterally varying structural style is the result of deformation localization and strain partitioning. Because of the impossibility to accommodate non-orthogonal contraction by oblique faulting close to the surface, strain partitioning must occur along the deformation front. Consequently, a N 35°E thrusting direction is divided into orthogonal and tangential components, both with respect to the orientation of the deformation front and to depth contours of the basement. The two components are accommodated by convergent and strike-slip structures, respectively, which join via a common detachment horizon. The Boomerang Hills Thrust Unit is affected by left-lateral shear as interpreted from the particle displacement field of an unfolded horizon. This shear is invoked by the spatially distributed accommodation of thrust movement along the obliquely striking deformation front. The N 35° thrusting direction of the Boomerang Hills Thrust Unit represents the orthogonal component of strain partitioning caused by the WNW-ESE orientation of the Subandean Zone with respect to a WSW-ENE convergence between the Andes and the Brazilian shield. The tangential component is compensated at the back of the Boomerang Hills Thrust Unit where a positive flower structure is present and strain partitioning is made possible via the detachment horizon. Critical taper analysis shows that thrusting on the south-dipping basement is possible without any substantial internal deformation due to the wedge shape of the sedimentary prism. Therefore, the most important factor controlling the localization of the deformation front is the loss of critical taper at a pronounced edge along the Paleozoic basin boundary. Secondary reasons for deformation localization are small asperities in/close to the top of the basement, e.g. small folds of the early foredeep evolution. Strain partitioning may also play a major role for the evolution of the eastern border of the Bolivian Orocline and in other curved fold-and-thrust belts as discussed for natural and experimental examples. Generally, orthogonal accreting segments evolve faster than obliquely orientated segments due to strain partitioning at the deformation front, hence leading to an increase in the curvature of the belt. Strain partitioning itself is caused by the orientation of the deformation front with respect to the shortening direction. Thus, factors controlling the localization of the deformation front, i.e. paleogeographic features, dominantly control the evolution of curved fold-and-thrust belts. For the eastern flank of the Bolivian Orocline it is postulated that an early Paleozoic rift basin exerts paleogeographic control on Andean deformation, leading to the WNW-ESE orientation of the Subandean Zone between the Chapare and Santa Cruz. Based on map interpretation it is suggested that (a) the previously assumed style of deformation using main thrusts is questionable for this segment of the Andes and (b) deformation involving basally accreting foredeep sediments has to be taken into account. Previously assumed estimates of shortening for the Chapare area in the northern limb of the Bolivian Orocline may therefore be significantly low.

Description: Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Rekonstruktion der geodynamischen Entwicklung des aktiven Plattenrandes von Kamchatka vom Paläozän bis heute. Die vorgestellte Kombination von klassischen strukturgeologischen Methoden und Geländebeobachtungen mit thermochronologischen Untersuchungen und Datierungen an Apatiten eignet sich dabei in besonderem Maße.

Description: Während der letzten Jahre sind in Deutschland extreme Naturereignisse aufgetreten, die zu großen, teilweise gar verheerenden Schäden geführt haben. Die Aufarbeitung dieser Katastrophen hat gezeigt, dass Deutschland nicht genügend auf solche Extremsituationen vorbereitet ist. Notwendig ist ein intelligenter Umgang mit Naturgefahren, der sich auf wissenschaftlich fundierte Analysen und Methoden stützt. Dazu gehört, dass Risiken durch Naturgefahren in ihrer raum-zeitlichen Entwicklung und in ihrer Wechselwirkung mit anthropogenen Einflüssen identifiziert und quantifiziert werden, zuverlässige Vorhersage-, Frühwarn- und Informationssysteme zur Verfügung stehen und Vorsorgestrategien eingesetzt werden, die auf einer umfassenden, konsistenten und transparenten Risikobewertung basieren. Die Entwicklung und Bereitstellung solcher Methoden und Werkzeuge erfordern einerseits das Zusammenwirken der verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen und andererseits den engen Austausch zwischen Wissenschaft und operativem Katastrophenmanagement.

Description: The investigation of heat flow is one of the prerequisites for modeling the thermal structure of sedimentary basins and allows the determination of its geodynamic state as well as the composition and structure of the basement. Although maps of the surface heat flow in the Northeast German Basin are published, our knowledge of this parameter is rather flaw. With this work a well-founded determination and evaluation of heat flow in the NEGB are presented for the first time. Under conductive and stationary conditions heat-flow density is calculated as the product of temperature gradient of a depth interval and its representative thermal conductivity. Therefore, the thermal conductivity of the rocks must be known, and temperature measurements must be available. The surface heat flow then can be calculated adding to this q the amount of heat generated by the radiogenic elements of the overburden. Deep boreholes, drilled in the course of oil and natural gas exploration, particularly in the years 1962-1990, were used in this study for the determination of q. Due to the targets of drilling and coring the depth intervals examined were predominantly in Permian rocks . Laboratory-derived thermal conductivity was determined in 363 core samples in dry and saturated conditions. The variability of TC within the lithotypes is related to facies, cementation, and degree of diagenesis. Based on the TC of lithotypes, the TC value of formations was estimated taking into account the respective facies conditions in the particular borehole. The TC of lithotypes and formations have higher values than previously supposed and used in modelings of the NEGB. Heat production of rocks was determined on the one hand by direct measurement of the content of U, Th, and K in 52 rock samples and on the other hand indirectly by evaluating borehole measurements. In order to do so, total gamma-ray intensity logs recorded in older gamma units were converted to modern API units using an empirical equation: GR[APIc]= 4.95433 × GR[GEc] - 27.24. The A value for the entire sedimentary succession of the NEGB calculated from GR logs amounts to 1-6 µW/m3 . The determination of q is accomplished and described in detail for 13 borehole locations. Possible disturbances were considered, and different correction procedures were applied. The corrections comprise the in-situ temperature correction of TC measured under room conditions, the corrections of temperature disturbances caused by the drilling process, corrections of lateral heat refraction at salt structures, and corrections of palaeoclimatic effects. The determined q values show an uncertainty, which is assumed to be approximately 15% for all locations. The qs values range between 70-90 mW/m2 . It is shown that both, different magmatic successions at the basin basis and the different Mesozoic and Cenozoic deposits affect a differentiation of qs. The qs values of this study do not coincide with the distribution pattern of former qs maps. In order to investigate the thermal consequences of different assumptions of structure and composition of the crust and the lithosphere, 2D sections were modelled under steady-state conditions. Variable compositions of the crust and different thicknesses of the lithosphere could explain the determined qs values. It is assumed that the Pritzwalk gravity anomaly of dense rock with less heat production causes a negative thermal anomaly at the surface. Without a better knowledge of the deeper underground of the NEGB it cannot be estimated as to which parts the determined mean q depends on a high heat production of the crust or a high mantle heat flow. It also cannot be ascertained whether the assumption of a thermal stationary regime, which represents a substantial part of the computations, is justified for the NEGB.

Description: Hawaii gehört zu den bekanntesten Beispielen für Hotspot-Vulkanismus weltweit. Die von weiteren tektonischen Einflüssen isolierte Position inmitten des Pazifischen Ozeans macht Hawaii zu einem interessanten Untersuchungsobjekt auf dem Gebiet der Mantelplumes. Weder die Entstehungstiefe noch die genaue Lage des Plumeschlauches im Erdmantel sind bislang genau bekannt - Fragen, deren Beantwortung auch neue Erkenntnisse bezüglich der dynamischen Prozesse des Mantels, wie etwa der Konvektion, liefern könnte. In dieser Arbeit wurde die Methode der Receiver Functions angewendet, um die Strukturen bis in den obersten Teil des unteren Mantels unter Hawaii zu untersuchen. Zur Auswertung standen Daten von elf temporären Breitbandstationen auf den vier größten Hawaii-Inseln zur Verfügung, welche im Zeitraum von Juni bzw. November 1999 bis Mai 2001 kontinuierlich registrierten, sowie zusätzliche Daten permanenter Breitbandstationen. Die Untersuchung ergab eine Reihe von neuen Ergebnissen der seismischen Struktur in verschiedenen Tiefenbereichen. In Übereinstimmung mit früheren Studien konnte die Moho in Tiefen zwischen 12 - 17 km beobachtet werden. Im jüngeren Teil der Inselkette, von Big Island bis etwa Oahu, tritt zusätzlich eine sehr starke Konvertierte auf, die innerhalb der Kruste erzeugt wird und zum jüngeren Bereich hin systematisch früher auftritt. Deutlich ausgeprägt erscheint im Messgebiet die Lithosphären-Asthenosphären-Grenze. Der langfristige Einfluss des Plumes bewirkte eine Ausdünnung der Lithosphäre im älteren Teil der Inselkette. Innerhalb der Asthenosphäre wurde eine lokale Niedriggeschwindigkeitszone unterhalb von Big Island nachgewiesen, deren Ursprung ebenfalls mit dem Plume in Verbindung gebracht wird. Die Diskontinuitäten der Mantelübergangszone in 410 km und 660 km Tiefe konnten klar identifiziert werden. Stellenweise konnten außerdem konvertierte Phasen aus 520 km sowie aus größeren Tiefen beobachtet werden. Anhand der Ankunftszeiten der P410s und P660s konnte das Messgebiet in drei Regionen unterteilt werden: Der Südosten der Inselkette bis zur Mitte von Big Island zeigt keinerlei Einflüsse des Plumes, während der nordwestliche Teil auf reduzierte S-Wellengeschwindigkeiten im oberen Mantel schließen lässt. Südwestlich von Big Island jedoch weist eine deutliche Ausdünnung der Mantelübergangszone auf die Position des Plumes hin. Für dessen Kernbereich wurde ein Radius von etwa 120 km ermittelt.