Recover. Refill. Record.
Forschungsmessstellenbau am Lehrstuhl für Hydrogeologie - Teil 2 & LIAG-Sektion Bohrlochgeophysik erneut im Hainich
Montage eines Porendruckwassersensors im Bereich der Vollrohrstrecke
- Life
Meldung vom: | Verfasser/in: Dr. Robert Lehmann
Bohrkampagne 2023 – fortgesetzt.
Prof. Kai Uwe Totsche und Dr. Michaela Aehnelt inspizieren einen Bohrkern im Liner
Foto: Robert LehmannIm zweiten Teil unserer Nachrichten zu aktuellen Explorations- und Bauarbeiten im Hainich Critical Zone ExploratoryExterner Link informieren wir über weitere der vielfältigen Aktivitäten unseres Feldteam um Prof. Kai Uwe Totsche, u.a. zu Bohrkerngewinn und Probenahmen ("Recover(y)"), Ausbauarbeiten der Grundwassermessstellen ("Refill"), und Installation von Sensoren für das Langzeitmonitoring ("Record").
Siehe Teil 1
LIAG-Bohrlochgeophysik-Messteam erneut im Hainich
Sonic-Sonde des LIAG auf dem Weg ins Bohrloch
Foto: Robert LehmannSo machen Forschung und Wissenschaft großen Spaß
Thomas Grelle
Erneut durften wir Thomas Grelle und Carlos Lehne im Hainich willkommen heißen – für bohrlochgeophysikalische Messungen im Rahmen der sehr geschätzten Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Angewandte GeophysikExterner Link (LIAG) aus Hannover.
Das Messteam der Sektion Gesteinsphysik & BohrlochgeophysikExterner Link, erkundete mit bohrlochgeophysikalischen Tools wie z.B. Spectral-Gamma-Ray, Akustischem Imager (Borehole Televiewer), IP-Sonde (induzierte Polarisation) und NMR-Sonde (Nuklear-Magnetische-Resonanz) die Schichtenfolgen der Warburg-, Meißner- und Trochitenkalk-Formation. Im Kernbohrloch der zweiten Messstelle, hangaufwärts, zeigten sich die Gesteine z.T. stark verwittert und über weite Bereiche wassergesättigt.
Gutes Messwetter, exzellente Zusammenarbeit mit dem Bohr-/Brunnenbauunternehmen und v.a. der intensive und fruchtbare Austausch zu Messresultaten und hydrogeologischen Befunden – am Bohrplatz und per Webkonferenz – machten auch unseren Kollegen aus Hannover laut Thomas Grelle: "großen Spaß".
Siehe Galerie
Messstellenbau am Lehrstuhl für Hydrogeologie - Teil 2
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Teil 1
Klüftiger und poröser Kalkstein der Trochitenkalk-Fm. im Oberen Muschelkalk ist ein guter Grundwasserleiter
Foto: Robert LehmannGrundwasser-)Messstellenbau am Lehrstuhl für Hydrogeologie zeichnet sich durch folgende Kriterien aus:
Repräsentative Lage und Kompartimente:
Messstellen erstrecken sich über das Grundwasserneubildungs- und Entlastungsgebiet und umfassen sowohl die phreatische Zone (permanent gesättigter Grundwasserraum), als auch die Aerationszone. Forschungsmessstellen(-bündel) weisen separate Filterstrecken (Multilevel-Beobachter) auf, zum Monitoring der Grundwasserqualität in verschiedenen Ökosystemkompartimenten und von multidirektionalen FließbewegungenExterner Link.Exploration und Gesteinsprobenahme:
Der Errichtung einer Forschungsmessstelle geht zumeist eine durchgehende Gewinnung von Bohrkernproben voraus. Diese dienen uns für die Untersuchung der unterirdischen Ökosystemkompartimente bezüglich u. a. Hohlraum-/Porenraumarchitektur, reaktiver mineralischer Oberflächen und endolithischer mikrobieller GemeinschaftenExterner Link.
Filterrohr
Foto: Robert LehmannFilterstrecken, die nicht filtern
Prof. Kai Uwe Totsche
Unsere Forschungsmessstellen(bauwerke) zeichnen sich aus durch:
Minimierung von Artefakten für Langzeitmonitoring:
An Bohrungen und Messstellenbau stellen wir hohe Qualitätsanforderungen. So müssen Bohrwerkzeuge und Ausbaumaterialien fremdstoffrei, d.h. gründlich gereinigt (u.a. rostfrei) sein. Als Bohrspülung kommt zumeist Grundwasser aus unseren Messstellen vor Ort zum Einsatz. Die sogenannte Filterstrecke, der perforierte Teil des Brunnenrohres im Bereich des Zielgrundwasserleiters soll im Gegensatz zu herkömmlichen Brunnen oder Messstellen nicht filtern. Hierfür nutzen wir als sogenanntes Filtermaterial grobkörnige Glaskugeln, die geringe Oberflächen und als Ringraumhinterfüllung hohe Durchlässigkeiten bieten – d.h. explizit nicht filtern –, damit das gesamte mobile Inventar (siehe auch Lehmann et al. 2021Externer Link) im Grundwasser, einschließlich Grundwasserfauna beobachtet werden kann.
Grundwasserdatensammler, Datensicherung
Foto: Heiko MinkmarIn situ-Monitoring:
Zum Monitoring der Druckverhältnisse, Untergrundtemperaturen und der physikochemischen Beschaffenheit kommen Pegeldatenlogger und z.T. Multiparametersonden in der Filterstrecke zum Einsatz. Untergrundtemperatur sowie Sauerstoffgehalt, der mittels optischer Sensoren gemessen wird, sind wichtige UmweltracerExterner Link, u. a. zur Untersuchung der hydrogeologischen Konnektivität der Untergrundkompartimente. Im Vollrohrbereich der Messstellen kommen mehrere Porenwasserdrucksensoren zur Beobachtung multidirektionaler FließbewegungenExterner Link zum Einsatz. Siehe Galerie.
Kernbohrung & Probenahme
Der letzte Liner bei Endteufe 59 Meter
Foto: Robert LehmannVorprofil passt auf ~1 Meter!
Dr. Michaela Aehnelt
Ende August wurde die Endteufe unserer zweiten Kernbohrung, am Südrand von Kammerforst, mit 59 Metern erreicht. Entsprechend unserer Bohrkernansprache durch Dr. Michaela Aehnelt vor Ort, wurde die zunächst aus Nachbarbohrungen projizierte Basis der Trochitenkalkformation mit nur ca. 1 m Abweichung vom Vorprofil angetroffen. Hier, am Mittelhang des Hainichrückens bzw. im Grundwasserneubildungsgebiet, erlaubt die neue Messstelle Beoachtungen im Hauptgrundwasserleiter (Trochitenkalkformation) mittels späterer Probenahmen sowie der Druckverhältnisse in den Kalkstein-Mergel-Wechselfolgen des Oberen Muschelkalks mittels Porenwasserdrucksensoren und Pegeldatenloggern.
Die Kernbohrungen beim Messstellenbau dienen der Ermittlung der Schichtenfolge, samt Verwitterungserscheinungen sowie der Probenahme von Gesteinsmaterial für u. a. mineralogische und molekularbiologische Untersuchungen der unteridischen Lebensräume.
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Drehbohrmotor am Seilkernbohrgerät bei bestem Bohrwetter
Foto: Robert Lehmann -
Stratacut-Bohrkrone für Kernbohrung in den Wechsellagerungen des Oberen Muschelkalks
Foto: Robert Lehmann -
Im Scheinwerferlicht des Bohrturms wittert jemand fette Beute
Foto: Robert Lehmann -
Entnahme einer Bohrspülungsprobe
Foto: Heiko Minkmar -
Innenkernrohr zurück übertage
Foto: Robert Lehmann -
Verschließen der Bohrkernprobe im Liner
Foto: Robert Lehmann -
Schicht im Schacht: Prof. Totsche verkündet Endteufe nach Kerninspektion
Foto: Robert Lehmann -
Abtransport der kostbaren Fracht
Foto: Robert Lehmann -
Toni Hofmann öffnet Linerprobe in unserer Feldbasis in Kammerforst
Foto: Robert Lehmann -
Dr. Michaela Aehnelt bei der Kernaufnahme am zeitweilig errichteten Arbeitsplatz
Foto: Robert Lehmann -
Stark alterierte Kalksteinbank der Meißner-Fm.
Foto: Robert Lehmann -
Die hydrogeologische Kernaufnahme umfasst vielfältige Parameter, u.a. Gesteinstyp, Porenklasse, Klufteigenschaften, sedimentäre Strukturen, Verwitterungsphänomene, Munsell-Farben, etc.
Foto: Robert Lehmann -
Mergelige Basis der Trochitenkalkformation
Foto: Robert Lehmann -
Jede Probe erhält ein Schildchen mit Nummer, Tiefe und Kurzbeschreibung
Foto: Robert Lehmann -
Toni Hofmann konserviert Proben umgehend auf Trockeneis
Foto: Robert Lehmann -
Transport und Lagerung bei -80°C konserviert sowohl mikrobiologisches Erbgut für molekularbiologische Analysen als auch den Mineralbestand
Foto: Robert Lehmann
LIAG-Bohrlochgeophysikmessteam im Einsatz
Die Bohrlochmessungen der LIAG-Sektion Gesteinsphysik & BohrlochgeophysikExterner Linkergänzen erneut wertvolle Daten zur Aufklärung der hydrogeologischen Funktionen der Gesteine, insbesondere aufgrund der quasi-kontinuierlichen Aufzeichnung für Tiefenkorrektur von Bohrkerndaten sowie aufgrund verschiedener Eindringtiefen im Vergleich zu Befunden aus der Bohrkernansprache.
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Das Messteam der LIAG-Sektion Bohrlochgeophysik am Bohrplatz in Kammerforst
Foto: Robert Lehmann -
Carlos Lehne beim Anbringen der großen Umlenkrolle
Foto: Robert Lehmann -
Mit der Spectral-Gamma-Ray-Sonde geht es los ...
Foto: Robert Lehmann -
... gefolgt vom akustischen Borehole-Televiewer
Foto: Robert Lehmann -
Thomas Grelle beim "Fernsehen" mit dem akustischen BHTV
Foto: Robert Lehmann -
Sonde für induzierte Polarisation
Foto: Robert Lehmann -
Alles hat seinen sicheren Platz im Messfahrzeug der LIAG-Sektion für Bohrlochgeophysik
Foto: Robert Lehmann -
Heiko Minkmar unterstützt beim Einbau der langen Sonic-Sonde
Foto: Robert Lehmann -
Austausch zu Messungen in Bohrlöchern und Grundwassermessstellen
Foto: Robert Lehmann -
Nuklear-Magnetische-Resonanz (NMR)-Sonde bereit zur Messung
Foto: Robert Lehmann -
Im Messwagen der LIAG-Sektion Gesteinsphysik & Bohrlochgeophysik erfolgt Messung, Online-Darstellung und Speicherung der geophysikalischen Bohrloch-"Logs"
Foto: Robert Lehmann -
Geschafft! Herzlichen Dank an Thomas Grelle und Carlos Lehne und das Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik aus Hannover
Foto: Robert Lehmann
Messstellenbau
Ende August wurde die erste Messtelle fertiggestellt. Der Bau beider Forschungsmessstellen komplettiert das Messnetz, dass wir im Rahmen unseres von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFGExterner Link) geförderten Sonderforschungsbereichs AquaDiva betreiben.
Nach der Kernbohrung erfolgte zunächst die Aufweitung des Bohrlochs mittels Rollmeißel zwecks sicherer Unterbringung und teufengerechten Hinterfüllung des Messrohrs und der Sensoren mit Glaskugelfiltermaterial im Bereich der Filterstrecke und Ton-Zement-Suspension im Bereich des Vollrohres.
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Filterrohr "am Haken"
Foto: Robert Lehmann -
Filterrohr aus PVC-U mit Zentriervorrichtung und Endkappe
Foto: Robert Lehmann -
Zusammenschrauben der 4 m-Stücke mit druckwasserfester Verbindung
Foto: Robert Lehmann -
Anbringen des Schüttrohres zur Ringraumverfüllung
Foto: Robert Lehmann -
Porenwasserdrucksensor (Schwingsaitendruckaufnehmer)
Foto: Robert Lehmann -
Handhabung von fünf Kabeln der Porenwasserdrucksensoren – mehrere Hände sind klar von Vorteil (der Photograph hat auch geholfen ;-)
Foto: Robert Lehmann -
Porendruckwassersensor auf dem Weg zum Einsatzort
Foto: Robert Lehmann -
Als Ringraumhinterfüllung im Bereich der besonders durchlässig dimensionierten Filterstrecke kommen grobe Glaskugeln für Brunnebau zum Einsatz
Foto: Katharina Lehmann -
Die Glaskugeln bieten u. a. nur geringe Oberflächen und einheitliche stoffliche Zusammensetzung
Foto: Robert Lehmann -
Glaskugeln mit kleineren Durchmessern separieren die Filterstrecke von der mit Zementsuspension hinterfüllten Vollrohrstrecke
Foto: Robert Lehmann -
Einspülen der Glaskugeln über das Schüttrohr in den Ringraum
Foto: Robert Lehmann -
Dr. Katharina Lehmann sichert eine Archivprobe der Ausbaumaterialien
Foto: Robert Lehmann -
Funktionskontrolle der Porenwasserdrucksensoren vor Verpressen der Vollrohrstrecke
Foto: Heiko Minkmar -
Errichten des Abschlussbauwerks
Foto: Robert Lehmann -
Fertige Messstelle mit Datenlogger und Brunnenhaube
Foto: Robert Lehmann -
Fertiggestellte Forschungsmessstelle zwischen Kammerforst und Flarchheim
Foto: Robert Lehmann
Robert Lehmann, Dr.
Wiss. Mitarbeiter
Professur Hydrogeologie
Kontakt:
Kai Uwe Totsche, Prof. Dr.
Professur Hydrogeologie
