Uni-Bayreuth

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Geologische, hydraulische und geophysikalische Erkundung des tektonisch begrenzten Kohlenkalk-Karstaquifers im Hastenrather Graben

David Burs1, Johanna Bruckmann2, Julian Taschowsky1, Rhea von Bülow2, Dominique Knapp2, Thomas R. Rüde1, Norbert Klitzsch2
1 RWTH Aachen, Lehr- und Forschungsgebiet Hydrogeologie, Lochnerstraße 4-20, 52064 Aachen
2 RWTH Aachen, Institut für Applied Geophysics and Geothermal Energy, E.ON Research Center, Mathieustraße 10, 52074 Aachen

P 2.2 in Hydrogeologie von Hardrock und Kluftgesteinen / Grundwasser und Karst

Der Hastenrather Graben liegt etwa 15 km südöstlich von Aachen und weist komplexe tektonische und geologische Verhältnisse auf. Aus variszischen Faltungsprozessen und späterer Bruchschollentektonik resultieren verfaltete, devonische und karbonische Festgesteine, die im Grabenzentrum von tertiären und quartären Lockergesteinen diskordant überlagert werden. Der Kohlenkalk ist ein Karstgrundwasserleiter, der zur Trinkwassergewinnung genutzt wird.

Die durchgeführten geologischen und geophysikalischen Detailuntersuchungen in Form von Kleinbohrungen, elektrischer Widerstandstomographie, refraktionsseismischer Tomographie und Bohrlochgeophysik zielen auf die Erkundung des Kohlenkalk-Karstaquifers ab. Die Untersuchung vermuteter Decken- und Faltenstrukturen im Grabenzentrum lieferte zusätzliche Eingangsdaten für die geometrische Modellierung des Aquifersystems.

Auf Basis der neuen Erkenntnisse der Kleinbohrungen ergibt sich ein alternatives geologisches Modell für den zentralen Grabenbereich. Durch eine integrierte Interpretation der elektrischen und seismischen Profile und der neuen geologischen Daten wurden drei 2-D Profile im Grabenzentrum erstellt, entlang derer die Locker-Festgesteins Grenze mit relativ hoher Sicherheit bestimmt werden konnte. Die Durchführung eines ersten Kurzpumpversuches ermöglichte die lokale Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes des Kohlenkalk-Aquifers. Weitere Kurzpumpversuche sollen der Ermittlung der räumlichen Varianz der Durchlässigkeitsbeiwerte dienen.

Die Erstellung eines hochauflösenden geometrischen 3D Modells und die Weiterentwicklung des hydrogeologischen Systemverständnisses für den heterogenen Kohlenkalk-Karstaquifer wird angestrebt. Dabei bieten implizite geometrische Modellierungsverfahren die Möglichkeit, komplexe Modelle, auch in Bereichen geringerer Datendichte, erstellen zu können (Calcagno 2008, Lajaunie 1997). Angesiedelt im Kompetenzzentrum HPSC-TerrSys (High-Performance Scientific Computing in Terrestrial Systems) des ABC/J Geoverbundes am Forschungszentrum Jülich, stellen das geometrische- und das hydrogeologische Modell die Grundlage für eine hochleistungsrechnergestützte numerische Strömungsmodellierung mit dem Simulationspaket SHEMAT-Suite (Rath et al. 2006) dar. Dabei soll auch der Einfluss des Hochleistungsrechnens auf den gesamten Modellierungsprozess betrachtet werden.



Calcagno, P. & Chilès, J.-P. & Courrioux, G. & Guillen, A. (2008): Geological modelling from field data and geological knowledge, Part I - Modelling method coupling 3D potentialfield interpolation and geological rules. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 171 (1–4), 147–157.

Lajaunie, C. & Courrioux, G. & Manuel, L. (1997): Foliation fields and 3D cartography in geology: principles of a method based on potential interpolation. Mathematical Geology, 29 (4), 571–584.

Rath, V. & Wolf, A. & Bücker, H. M. (2006): Joint three-dimensional inversion of coupled groundwater flow and heat transfer based on automatic differentiation: sensitivity calculation, verification, and synthetic examples. Geophys. J. Int., 167, 453-466.  

 

Letzte Änderung 31.10.2013