Binot, F., Grinat, M., Noell, U. (GGA-Institut) - LIAG

Binot, F., Grinat, M., Noell, U. (GGA-Institut), Ringelhan, A. (Universität Bremen), Suckow,
A., Wonik, T. (GGA-Institut)
Kartierung von Eem-Tonen mit geophysikalischen Methoden: Ein Beitrag zur regionalen
Hydrogeologie?
Seit
1999
bearbeitet
das
Institut
für
Geowissenschaftliche
Gemeinschaftsaufgaben (GGA-Institut) in
Zusammenarbeit mit dem Niedersächsischen
Landesamt für Bodenforschung (NLfB) das
Projekt Coastal Aquifer Testfield (CAT).
In diesem Projekt werden geophysikalische,
hydrogeologische und geochemische Untersuchungen im Gebiet Bremerhaven/Cuxhaven
zur Erforschung der hydrogeologischen
Prozesse durchgeführt. Die eingesetzten
Methoden umfassen neben traditionellen Verfahren wie Geoelektrik, Bohrlochgeophysik
und Seismik auch Isotopenhydrologie und
hubschraubergestützte
elektromagnetische
Messungen (HEM). Das CAT umfasst eine
Fläche von ca. 800 km2 im nordwestlichen
Niedersachsen.Hier befinden sich mindestens
zwei glaziale Rinnen, die durch subglaziale
Strömungen am Ende der Elster-Eiszeit entstanden sind. Die Bremerhaven-Cuxhavener
Rinne ist an der Rinnenbasis (z. T. tiefer als
300 m unter NN) teilweise mit Grobsanden
und Kiesen gefüllt. Sie wird zur Wasserversorgung genutzt. Im überwiegenden Teil der
Rinne ist in Tiefen zwischen 50 m und 120
m Ton abgelagert, der als Lauenburger Ton
angesprochen wird. In den HEM-Messungen
zeigen sich diese Tone mit spezifischen
Widerständen von 8-30 Ωm. Nahe Cuxhaven
wurden in der Forschungsbohrung CAT_
LUD 1/1a in Tiefen zwischen 13 m und
25 m unter NN grüne und schwarze, z.T.
schillführende Tone und Mergel erbohrt.
Diese wurden in ähnlicher Ausprägung in
über 20 Bohrungen im Umfeld angetroffen.
Durch pollenanalytische Untersuchungen
konnten sie als eemzeitliche Sedimente
identifiziert werden. Ihre Ablagerung erfolgte
unter marinen und limnischen Bedingungen. Bohrlochgeoelektrische Messungen
sowohl in der Forschungsbohrung wie in
PVC-verrohrten Grundwassermessstellen der
Umgebung weisen in diesem Schichtpaket
auffällig niedrige spez. Widerstände auf
(Abb. 1). Die geoelektrischen Oberflächenmessungen
(Schlumberger-Sondierungen,
Dipol-Dipol-Messungen) entlang eines Profils
in diesem Bereich zeigen für diese Tone spez.
Widerstände unter 3 Ωm. Die Auswertung der
HEM-Messungen zeigt eine Zone niedriger
spez. Widerstände (< 8 Ωm) im Tiefenbereich
0 m bis 30 m, die sich 16 km2 sichelförmig
von Lüdingworth bis Cuxhaven erstreckt. An
65 Bohrkernhälften der Forschungsbohrung
CAT LUD 1 wurden im Rahmen eines Praktikums mit dem Messgerät 4-Punkt light C der
Firma LGM Messungen des spezifischen Widerstandes in Wenner-Elektrodenanordnung
mit einem Elektrodenabstand von 2 cm durchgeführt. Der Messpunktabstand betrug 5 cm.
An den Kernen aus dem Tiefenbereich 13 m
bis 25 m unter NN treten i.a. niedrige scheinbare spez. Widerstände von 2 Ωm bis 8 Ωm
auf. Lediglich die Sandschicht zwischen 15
m und 16 m Tiefe tritt mit deutlich erhöhten
scheinbaren spez. Widerständen bis 40 Ωm
in Erscheinung. Eine Kalibrierung der Messapparatur an Wässern mit unterschiedlichen
NaCl-Gehalten zeigt, dass die wahren spez.
Widerstände noch etwa ein Drittel niedriger
sein dürften. Auch in der Oberflächengeoelek1
0
Tiefe in m
-20
-40
-60
-80
1
10
ρa in Ωm
100
Abbildung 1: Scheinbare spez. Widerstände ρa aus Kernmessungen [*] und Dual Laterolog
[deep, shallow)zusammen mit dem Untergrundmodell aus geoelektrischen Messungen
trik und im Dual Laterolog, das aufgrund der
Stahlverrohrung in der Bohrung erst unterhalb
von 18 m Tiefe messen konnte, treten spez.
Widerstände unter 10 Ωm auf. Spezifische
Widerstände von weniger als 8 Ωm sind für
Tone außerordentlich niedrig. Die Auswertung der Daten (Lithologie, spez. Widerstand,
elektrische Leitfähigkeit des Wassers) im
Bereich Bremerhaven/Cuxhaven zeigt, dass
in fast allen Fällen spez. Widerstände unter
8 Ωm nur in Gebieten festgestellt werden,
in denen salz- bzw. brackwasserführende
Sande oder Tone vorkommen. Selbst der
stratigraphisch ältere Lauenburger Ton hat
für Quartärtone bereits einen ungewöhnlich
niedrigen spez. Widerstand, meist aber Werte
größer als 8 Ωm. Wasserproben in zwei
Bohrungen zeigten in Tiefen direkt oberhalb
der Eem-Tone erhöhte Salzgehalte. Die
Genese dieser Salzwässer wird momentan
durch weitere Untersuchungen erforscht.
Isotopenhydrologische
Untersuchungen
ergeben für diese Wässer holozäne Alter
größer als 50 Jahre. Oberflächennahe Brackwasservorkommen sind für die regionale
Hydrogeologie von Bedeutung. Ihr Auftreten
ist im norddeutschen Raum nicht ungewöhnlich. Bisher war im Bereich der Eem-Tone
mit Süßwasser gerechnet worden, denn das
hydrogeologische Konzeptmodell geht von
Grundwasserneubildung in der Geest und
Aufstieg dieses neugebildeten Süßwassers
im Marschbereich aus. Die Auswertung der
HEM-Messungen erlaubt die Kartierung der
Bereiche mit oberflächennahen Brackwasservorkommen mit hoher Genauigkeit und liefert
dadurch Beiträge zur hydrogeologischen
Konzeptbildung.
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Dr. Ursula Noell
Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben
Stilleweg 2 Hannover
(0511) 643 3489
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Kartierung von Eem-Tonen mit geophysikalischen Methoden: Ein Beitrag zur regionalen Hydrogeologie?
Vortrag
EE - Elektromagnetik und Geoelektrik
Alter des Erstautors:
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