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Geologischer Schnitt im Bereich der Bohrung Düsseldorf-Messe

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  • Fon: +49 2151 897-301
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Kernbohrungen 2021

Aktuelles am laufenden Meter

Bohrkerne für saubere Energie aus der Tiefe. Die Gesteine, die wir in diesem Jahr mit zwei Kernbohrungen ans Tageslicht bringen, liefern uns wichtige Erkenntnisse über die geothermischen Eigenschaften und die Lagerung von Gesteinsfolgen. Wir beginnen in Eschweiler mit der Bohrung Hastenrath 2, um die unterkarbonische bis oberdevonische Schichtenfolge zu untersuchen. In der zweiten Jahreshälfte erkunden wir mit der Bohrung Düsseldorf-Messe die dort anstehende mächtige tertiäre Schichtenfolge und die darunterliegenden Gesteine des Erdaltertums. Die gewonnenen Daten und Informationen beider Bohrungen fließen in unsere Erdwärme-Projekte ein, die wir zur geothermalen Charakterisierung des tiefen und mitteltiefen Untergrundes von Nordrhein-Westfalen durchführen. Des Weiteren bereichern sie den Datenschatz der geologischen Landesaufnahme.

Die Bohrung Raesfeld 2 soll wichtige, noch fehlende Erkenntnisse zum Aufbau des Untergrundes im geologisch nur wenig untersuchten Raum Hünxe – Dorsten – Brünen – Raesfeld liefern. Die gewonnenen Daten benötigen wir für eine neue digitale geologische Darstellung, die zurzeit für diese Region erarbeitet wird.

Bohrkerne ermöglichen die Untersuchung von unzugänglichen Gesteinsschichten. Sie bringen neue Erkenntnisse über den Aufbau, die Mächtigkeiten und die Lagerung der Gesteine im Untergrund sowie über die erdgeschichtliche Entwicklung einer Region. Unsere Geologinnen und Geologen beschreiben die Bohrkerne detailliert und nehmen Proben zur Untersuchung ihres Alters sowie ihrer geochemischen und -physikalischen Eigenschaften: zum Beispiel Mineralzusammensetzung, Korngröße, Porosität, Wärmeleitfähigkeit. Die gewonnenen Daten und die hieraus abgeleiteten geologischen Karten und 3D-Modelle sind wichtige Grundlagen für die ressourcenschonende und nachhaltige Landes- und Regionalplanung. Sie liefern unverzichtbare Informationen beispielsweise für die Erdwärmenutzung, den Grundwasserschutz oder zur Abwehr von Gefahren, die vom Untergrund ausgehen können.

Ballungsraum Düsseldorf/Bergisches Land

Kernbohrung Düsseldorf-Messe

Mit der etwa 300 Meter tiefen Bohrung erkunden wir die Lockergesteinsschichten des Tertiärs und die darunter lagernden Festgesteine der Karbon- und Devon-Zeit. Die 23 bis 34 Millionen Jahre alten, etwa 225 Meter mächtigen tertiären Schichten bestehen aus Sanden, Schluffen und Tonen. Das darunterliegende mehr als 331 Millionen Jahre alte paläozoische Festgestein setzt sich aus Ton-, Schluff-, Sand- und Kalksteinen zusammen. Der genaue Schichtenaufbau ist jedoch unklar. Daher erbohren wir hier ein repräsentatives Profil der Gesteinsabfolge. Aus diesem lassen sich wichtige Erkenntnisse für die hydrothermal interessanten Gesteinsvorkommen in größerer Tiefe im nördlichen Rheinland ableiten.

 

Dezember

01.12.: Bohren rund um die Uhr: Bohrtiefe gestern Abend 116  Meter, heute Morgen 122  Meter. Allmählich nähern wir uns der Basis der Grafenberg-Formation mit zahlreichen Resten von Muschelschalen.

Bohrgerät bei Nacht

Das Bohrgerät bei Nacht mit Blick in die sedimentgefüllte Bohrkrone

Basis der Grafenberg-Formation mit vielen Resten von Muschelschalen

Viele Reste von Muschelschalen deuten darauf hin, dass wir bald die Basis der Grafenberg-Formation erreichen werden.

November

26.11.: Heute in der Früh ist die Bohrung bereits bei 83 Meter angekommen. Gestern noch präsentierte Bohrmeister Achim zufrieden den Bohrgewinn aus 73 Metern Tiefe. Am Ende der Schutzhülle ist das kostbare Bohrgut zu sehen – noch immer dunkle schluffige Feinsande der Grafenberg-Formation. So geht es heute Meter für Meter weiter durch diese mehr als 23 Millionen Jahre alten Meeressande.

Bohrmeister zeigt Bohrkern, geschützt von einer Plastikhülse.

Bohrmeister Achim ist zufrieden mit dem Bohrfortschritt.

23.11.: Die Kernbohrung ist angelaufen und ab jetzt wird im 24-Stundenbetrieb gebohrt. So geht es zügig voran und die Bohrung macht gute Kerngewinne. In mehr als 40 Metern Tiefe befinden wir uns nun in der Grafenberg-Formation.

Bohrkopf mit Sediment der Grafenberg-Formation

Bohrkopf gefüllt mit Sediment der Grafenberg-Formation

Plastikhülsen schützen die Bohrkerne.

Plastikhülsen schützen die Bohrkerne.

11.11.: Gute Nachricht: Das Umweltamt und die Stadtwerke Düsseldorf haben den Bohrplatz geprüft und ihr Okay gegeben. Am Montag werden wir mit der Kernbohrung starten. :-)

Bohrplatz Düsseldorf-Messe

Der fertig eingerichtete Bohrplatz Düsseldorf-Messe

Oktober

Los geht's mit wichtigen Vorarbeiten. Die ersten 25 Meter werden trocken gebohrt. Der Greifer holt zunächst eine 5 Meter mächtige künstliche Altablagerung hervor, gefolgt von bis zu 2,6 Millionen Jahre alten Lockersedimenten des Quartärs. In etwa 20 Metern Tiefe beginnen die sandigen Ablagerungen der Grafenberg-Formation. Die tertiärzeitliche Nordsee hat sie vor mehr als 23 Millionen Jahren bei ihren weit nach Süden reichenden Vorstößen hinterlassen.

Bevor es mit dem eigentlichen Kernbohrgerät weitergehen kann, werden das Bohrloch und der Bohrplatz zum Schutz des Bodens und des Grundwassers umfangreich durch bauliche Maßnahmen gesichert.

Ruhrgebiet Nord

Kernbohrung Raesfeld 2

Mehr als 95 Millionen Jahre alte Meeresablagerungen der Kreide-Zeit stehen hier entgegen der bisherigen Annahme oberflächennah an. Die Schichten der tieferen Oberkreide und der Unterkreide bestehen aus unterschiedlich harten Kalk- und Mergelsteinen. Zur Tiefe hin können sie verkieselt und teilweise sandig sein. Überlagert werden sie am Bohrpunkt lediglich von rund 34 Millionen Jahre alten Sanden der Tertiär-Zeit und geringmächtigen eiszeitlichen Lockersedimenten. Wir hoffen mit der voraussichtlich 150 Meter tiefen Kernbohrung und der 1 Kilometer nordöstlichen Bohrung Raesfeld aus dem Jahr 2018 die komplette kreidezeitliche Schichtenfolge zu erfassen. Möglicherweise erreichen wir auch noch darunter liegende Gesteine aus der Jura-Zeit. Idealerweise liefern die Bohrungsdaten auch Hinweise darauf, ob die Schichten im Untergrund entlang einer Störung versetzt oder übereinander geschoben sind.

 

Oktober

12.10.: Abschließend ist heute unser geophysikalischer Messtrupp vor Ort. Die Messkurve der Gamma-Ray-Strahlung bildet mit dem weit nach rechts ausfallenden Peak der stark glaukonitischen Essen-Grünsand-Formation die Basis der Oberkreide eindrucksvoll ab.

Die Bohrung ist damit erfolgreich beendet. Schon jetzt können wir sagen, dass wir neue und wichtige Erkenntnisse über die Schichtenfolge und die Lage der Gesteine im Raum Raesfeld gewonnen haben. Die geowissenschaftliche Untersuchung und Analyse der Bohrkerne sowie die Auswertung der Messergebnisse in den kommenden Wochen und Monaten werden uns weitere wichtige Details liefern.

Geophysikalische Messkurven der Bohrung Raesfeld 2

Aufzeichnung der geophysikalische Messkurve der Bohrung Raesfeld 2

11.10.: Die Endtiefe ist erreicht: 140 Meter! Auch mit den letzten Bohrmetern kamen marine Tonsteine des Lias an Tageslicht. Nun folgen noch die geophysikalischen Bohrlochmessungen im offenen Bohrloch.

08.10.: Update zum Wochenende: 135 Meter sind geschafft. Die mächtigen Lias-Ablagerungen bestehen aus kalkhaltigem Ton und Tonstein mit 15 bis 20 Zentimeter dicken Lagen aus hellgrauem Mergelstein. Anfang der nächsten Woche ist der Endspurt der Bohrung angesagt.

 Bohrung Raesfeld 2: Bohrkern aus dem Unterjura

Bohrkern aus liaszeitlichen Meeresablagerungen, zur Hälfte aus der blauen Schutzhülle ragend

04.10.: Interessante Neuigkeiten zum Wochenstart: Bei 72,7 Meter erfolgt ein prägnanter Schichtwechsel, verbunden mit einer Schichtlücke von rund 80 Millionen Jahren. Die stark glaukonitische Sandstein-Abfolge der unterkretazischen Olfen-Formation endet hier. Darunter folgt ein grauer, kalkhaltiger Ton – für einen Tonstein ist er nicht fest genug – stellenweise mit millimeterdünnen Mergelsteinlagen. Ein erster Blick auf die Nannofossilien verrät: Wir sind in Ablagerungen des Unterjura-Meeres angekommen. Sie wurden während des Mittleren Lias vor rund 185 Millionen Jahren abgelagert.

Bis in 90 Meter Tiefe ist die Bohrung bereits in den Ton des Unterjuras vorgedrungen. Allerdings musste dann die Schutzverrohrung von 22 Meter bis auf 90 Meter Tiefe verlängert werden, um Wasserverluste beim Bohren zu unterbinden.

 Bohrung Raesfeld 2: toniger Meeresboden aus dem Unterjura

Etwa 185 Millionen Jahre alt: toniger Meeresboden aus der Zeit des Unterjuras

September

28.09.: Für die Bohrmannschaft gibt es heute einen freudigen Moment: Der Meeresboden der ausgehenden Unterkreide-Zeit ist beim 63sten Bohrmeter mal komplett ohne Schutzhülle zu sehen. Der Sandstein ist fest mit dunklen tonigen und grünen glaukonitischen Lagen. Zurück in der Schutzhülse kommt er zu den anderen Bohrkernen. Über 15 Meter sind es heute, sodass die Bohrung bei etwas mehr als 71 Metern angekommen ist.

 Meeresboden der ausgehenden Unterkreide-Zeit

Meeresboden der ausgehenden Unterkreide-Zeit aus 63 Meter Tiefe

Bohrkerne geschützt in Plastikhülsen

Bohrkerne gut geschützt in Plastikhülsen, den sogenannten Linern

27.09.: Mittlerweile hat unser „Nanno“-Experte Gesteinsproben unter dem Mikroskop auf fossile Überreste von mikroskopisch kleinen Algen untersucht. Die kalkigen Nannofossilien eignen sich besonders gut, das Alter von Meeresablagerungen zu bestimmen. Weil blaue Plastikhülsen die Bohrkerne vor dem Auseinanderfallen schützen, können zunächst nur die Gesteine untersucht werden, die an den Enden der Bohrkerne zugänglich sind. Diese Gesteinsproben lassen vermuten, dass Schichten aus dem Zeitabschnitt des frühen Cenomaniums möglicherweise fehlen oder nur geringmächtig vorhanden sind. Dies werden wir genau untersuchen, wenn die Bohrkerne im GD NRW sind. Dann werden die blauen Plastikhülsen aufgeschnitten und das Gestein wird detailliert beschrieben und analysiert.

Meter für Meter dreht sich das Bohrgerät tiefer in das Gestein der oberen Unterkreide, das mit mehr als 100,5 Millionen Jahren zur Olfen-Formation gehört. Die Bohrmannschaft hat es allerdings mit einer Wechselfolge von unterschiedlich harten Sedimenten zu tun. In 51 Meter Tiefe ist ein Schichtwechsel von dunklem Schluffstein zu einem sehr harten Feinsandstein zu sehen. Zur Tiefe hin wird der Sandstein immer härter und ist zunehmend verkieselt. Der Bereich des stark verkieselten Feinsandsteins reicht von 52 bis 53,5 Metern. Darunter ist der Feinsandstein dunkelgrüngrau und glaukonitisch.

Nannofossilien aus der oberen Unterkreide in der Bohrung Raesfeld

Mehr als 100 Millionen Jahre alt: kalkige Überreste kleiner Algen, sogenannte Nannofossilien, aus 54 Meter Tiefe (obere Unterkreide)

Olfen-Formation in 53 Meter Tiefe, gesägter Bohrkern

In 53 Metern Tiefe ist der Feinsandsein der Olfen-Formation so stark verkieselt, dass der Teil des Bohrkerns, der in der Bohrkrone steckt, nur mit dem Winkelschleifer abgesägt werden konnte. Das Weiße ist das gesägte Gestein. In der Mitte konnte das Gestein gebrochen werden und erscheint in seiner natürlichen Farbe.

Olfen-Formation in 51 Meter Tiefe

Schichtwechsel bei 51 Meter von dunklem Schluffstein zu hellerem, sehr hartem Feinsandstein der Olfen-Formation

22.09.: Unser Geologe Tobias ist an der Bohrstelle, um vor Ort das Bohrgut in Augenschein zu nehmen und zu dokumentieren. Es gibt spannende und überraschende Neuigkeiten: Bei 29 Metern wurde mit der rund 100 Millionen Jahre alten Essen-Grünsand-Formation bereits die Basis der Oberkreide erreicht. Die grüne Färbung des Gesteins kommt durch das Mineral Glaukonit. Darunter befinden wir uns dann schon im Albium, das zur oberen Unterkreide gehört. Sehr harter, verkieselter und daher schwierig zu bohrender Mergelstein ist der Beleg dafür. Nach bisheriger Datenlage wurde die Oberkreide-/Unterkreide-Grenze in 40 bis 50 Metern Tiefe erwartet. Befindet sich also zwischen der Basis der Essen-Grünsand-Formation und der Oberkante des Albiums eine Schichtlücke? Die Untersuchung der Nannofossilien wird diese Frage beantworten.

Geologe an der Bohrstelle

Unser Geologe Tobias an der Bohrstelle.

Essen-Grünsand-Formation

Durch das Mineral Glaukonit grün gefärbtes Gestein der Essen-Grünsand-Formation

Belemnit in unterkretazischem Mergelstein

Der Überrest eines fossilen Kopffüßers, ein sogenannter Belemnit, kam mit unterkretazischem, verkieseltem Mergelstein nach Jahrmillionen ans Tageslicht.

21.09.: Im Seilkernverfahren kommen nun die ersten Bohrkerne ans Tageslicht: rund 95 Millionen Jahre alte, helle Mergelsteine des Kreide-Meeres. Bis 21 Meter Tiefe sind wir heute vorgedrungen.

Heller Mergelstein der Oberkreide

Im Bohrkernfänger ist heller Mergelstein der Oberkreide zu sehen.

20.09.: Die ersten 13,5 Meter sind geschafft. Nach 11 Metern erreichte die Bohrung im Rammkernverfahren das kreidezeitliche Festgestein. Nach dem Umbau des Bohrgeräts für das Seilkernverfahren geht es weiter.

Bohrplatz der Kernbohrung Raesfeld 2

Der Bohrplatz der Kernbohrung Raesfeld 2

Nordeifelrand

Kernbohrung Hastenrath 2

Eine Gesteinsabfolge mit großem Potenzial für hydrothermale Geothermie hat der GD NRW im Juni in Hastenrath erfolgreich erbohrt. Die mehr als 349 Millionen Jahre alten Gesteine der Unterkarbon- und Oberdevon-Zeit treten hier oberflächennah auf. Die Erkenntnisse, die die Bohrkerne über die wechselhafte Schichtenfolge der marinen Dolomit-, Kalk-, Mergel-, Sand-, Schluff- und Tonsteine liefern, lassen sich im Wesentlichen auf die etwas weiter nördlich, in wenigen Kilometern Tiefe zu erwartenden, geothermisch relevanten Gesteinsvorkommen übertragen. Dort, so der Plan, soll in Zukunft umwelt- und klimafreundliche Energie aus heißem Tiefenwasser gewonnen und in das Wärmenetz eingespeist werden, welches bislang durch Braunkohleverbrennung im Kraftwerk Weisweiler versorgt wird.

Bohrplatz Hastenrath mit dem Kraftwerk Weisweiler im Hintergrund

Der Bohrplatz mit dem Kraftwerk Weisweiler im Hintergrund

Juli

Die Kernbohrung liegt nun zusammen mit der Bohrung Hastenrath 1 aus dem Jahr 2018 im GD NRW aus. Meter für Meter untersuchen unsere Geologinnen und Geologen die Bohrkerne und erstellen ein detailliertes Schichtenverzeichnis, das in die Bohrungsdatenbank DABO einfließt. Was mit dem Auge zu erkennen ist, wird mit Angabe der Tiefe dokumentiert: wie Gesteinsart, Lagerung, Klüfte, Fossilien. Untersuchungen in unserem Labor liefern geochemische und -physikalische Kennwerte, beispielsweise zum Karbonatgehalt und zur Wärmeleitfähigkeit. Dabei sind nicht nur die geklüfteten, dolomitisierten Kalksteine von besonderem Interesse, sondern auch der oberdevonische Condroz-Sandstein. Auch er ist möglicherweise für die geothermische Nutzung geeignet.

Bohkerne der Bohrungen Hastenrath 1 und Hastenrath 2

190 m Bohrkerne der Bohrungen Hastenrath 1 und Hastenrath 2

Bohrkern mit oberdevonischem Condrez-Sandstein

Geklüfteter Condroz-Sandstein – ist er für die geothermische Nutzung geeignet?

Mai/Juni

Die Bohrung lief – dank guter Arbeit der Bohrmannschaft – wie am Schnürchen. Nach guten drei Wochen lagen 98 Meter Bohrkerne gut verpackt zum Abtransport nach Krefeld in den Holzkisten.

Das Ziel der Bohrung ist erreicht: Der untere Teil der unterkarbonischen Kohlenkalk-Gruppe und die obersten Schichten des Oberdevons sind erbohrt. Zusammen mit der Bohrung Hastenrath 1, die den oberen Teil des Kohlenkalks erfasste, liegt nun ein vollständig gekerntes Profil der vermutlich geothermisch bedeutsamen Kohlenkalk-Gruppe im Aachener Raum vor.

Bohrkerne: Meter für Meter

Bohrkerne – bereit zum Abtransport

Das jetzt erbohrte Profil hat nach einer ersten Sichtung durch unsere Geologen diese Schichtenfolge:

  • Vesdre-Formation: verkarstete, dolomitisierte Kalksteine der Kohlenkalk-Gruppe
  • Pont d’Arcole-Formation: dunkle, kalkfreie und nicht geschieferte Tonsteine
  • Hastière-Formation: verkarstete, dolomitisierte Kalksteine der Kohlenkalk-Gruppe

– – – Karbon/Devon-Grenze – – –

  • Etrœungt-Formation: Wechsellagerung von Dolomitsteinen und hauptsächlich mergeligen Ton- und Schluffsteinen, teilweise Glimmer führend, mit vielen rugosen Korallen
  • Condroz-Gruppe: gut geschichtete, teils stark glimmerreiche, fossilarme Feinsandsteine mit Lagen aus dunklen, organikreichen Tonsteinen

Bohrkerne aus der Hastière-Formation mit hellen, karbonzeitlichen Kalksteinen

Helle, dolomitisierte Kalksteine der Hastière-Formation (Karbon) mit offenen Klüften.

Die abschließenden geophysikalischen Vermessungen des Bohrlochs mit speziellen Sonden liefern weitere Informationen beispielsweise zu Klüftigkeit des Gesteins, Wassertemperatur und Salinität oder gesteinsspezifischen geophysikalischen Parametern. Die Messdaten werden unmittelbar in den Messwagen übertragen. So können schon vor Ort erste Auswertungen vorgenommen und Entscheidungen über das weitere Messprogramm getroffen werden. Besonders aufschlussreich ist die Aufnahme des Bohrlochs mit einem akustischen Bohrlochscanner. Hierbei wird ein Abbild der Bohrlochwandung erstellt, wodurch beispielsweise Lage und Öffnungsweite von Klüften im Gestein analysiert werden.

Vorbereitung einer geophysikalischen Messung

Vorbereitung einer geophysikalischen Messung

Einsatz des geophysikalischen Messwagens am Bohrplatz

Die aufgezeichneten Messdaten können direkt auf Bildschirmen im Messwagen eingesehen werden.

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