Kernbohrungen 2020

Ruhrgebiet Nord

Kernbohrung Dorsten-Rhade

Ein flaches Meer erstreckt sich von Norden bis an den nördlichen Rand des Bergischen Landes und Sauerlandes. In Küstennähe liegt eine ausgedehnte Sandbank.

Das ist 85 Millionen Jahre her. Der Sandkörper, den das kreidezeitliche Meer hinterließ, zählt heute zu den ergiebigsten Grundwasserleitern in Nordrhein-Westfalen. Gleichzeitig ist dieser Sand der Haltern-Formation ein begehrter Rohstoff für die Bauwirtschaft, Glas- und Feuerfestindustrie. Sein Vorkommen umfasst ein 850 km2 großes Areal zwischen Dorsten – Haltern – Coesfeld – Borken, lokal mit Mächtigkeiten bis zu 300 m. Meist liegen diese Sande an oder nahe der Oberfläche. Am Bohrplatz erwarten wir sie jedoch erst in 40 bis 50 m Tiefe unter jüngeren kreidezeitlichen Meeresablagerungen.

Denn vor etwa 80 Millionen Jahren folgte eine Phase, in der das flache Kreide-Meer flächendeckend sandig-tonige Kalkschlämme ablagerte und den Sand bedeckte. Diese Sandmergelsteine der Bottrop-Formation sind erosionsbedingt nur noch in geologischen Mulden des Münsterlandes erhalten, wie hier in der Wulfener Kreide-Mulde. Die gering durchlässigen Mergelsteine haben eine wichtige Schutzfunktion für das Grundwasser in den Sanden der Haltern-Formation. Am Bohrplatz rechnen wir mit einer Mächtigkeit von 40 bis 45 m. Über ihnen liegen die jüngsten Sedimente: gering mächtige quartärzeitliche Gletscher- und Windablagerungen.

Die Bohrkerne werden uns weitere wichtige Erkenntnisse über diese wertvollen Gesteinsschichten liefern, beispielsweise über Schichtung, Korngröße, Eisengehalt, Wasserdurchlässigkeit.

An der Oberfläche anstehende Sande der Haltern-Formation

November 2020

4. November: Die Arbeiten an der voraussichtlich 80 m tiefen Rammkernbohrung haben begonnen. Bis 10 m wird trocken gerammt, das heißt ohne Spülflüssigkeit. Mit der Schnecke, im Bild auf dem Boden liegend zu sehen, wird das Bohrloch vom nachfallenden Sediment gereinigt. Dann erst wird der nächste Meter gekernt.

 

Ein Blick in das Kernrohr mit feinsandigem Mergel der Bottrop-Formation.

 

5. November und einige Bohrmeter weiter: Überraschung, denn das Bruchstück einer fossilen Jakobsmuschel der Gattung Pecten deutet daraufhin, dass wir vermutlich bereits die Haltern-Formation erreicht haben.

 

Auch die braungelbe Farbe des Bohrgutes aus 24 m Tiefe spricht dafür, dass wir uns früher als erwartet in den Sanden der Haltern-Formation befinden. Wo genau die Grenze zwischen der Bottrop- und der Haltern-Formation liegt, werden die geophysikalischen Messungen, die Bestimmung von Fossilien und die detaillierte Beschreibung der Bohrkerne zeigen. Vor Ort jedenfalls spricht für das Erreichen der Haltern-Formation ferner, dass die Sande teils locker gelagert sind, teils stark von Eisen verkittet sind. Auch Lagen aus eisenhaltigem Sandstein sind enthalten. Sie machen das Bohren extrem schwierig.

 

6. November: Rammen ist kaum noch möglich. Das Kernrohr lässt sich nur sehr schwer in die kreidezeitliche Ablagerung schlagen. Wie geht es mit der Bohrung weiter? Wir sind gespannt.

 

Spannende Neuigkeiten am 9. November: Ein fossiler Überrest einer mikroskopisch kleinen Alge, ein sogenanntes kalkiges Nannofossil, bekräftigt die Alterseinstufung des Gesteins aus 9 m Tiefe. Unser „Nanno“-Experte hat es unter dem Mikroskop entdeckt. Diese Leitform namens Arkhangelskiella cymbiformis ist selten, aber typisch für den Basis-Bereich der Bottrop-Formation. Nach 83 Millionen Jahren hilft uns dieser Zwerg ungemein!

 

Gute Nachricht am 10. November: Das Umstellen auf Seilkernverfahren hat sich gelohnt. Der Bohrkern wird nicht mehr „ausgestanzt“, sondern drehend „ausgeschnitten“. Das erbohrte Gestein ist seit etwa 31 m Tiefe ein recht fester Sand mit Sandsteineinlagen – kalkhaltig und durch das Mineral Glaukonit grün gefärbt. Vermutlich befinden wir uns in Sedimenten der Haltern-Formation. Die sind hier allerdings nicht wie sonst typisch entkalkt, locker und in gelbbrauner Farbe.

 

Kurzes Update zum Wochenende. Kernbohrungen sind eine diffizile Angelegenheit, besonders in der Haltern-Formation. Die Wechsellagerung von Sanden und harten Sandsteinbänken ist extrem schwierig zu bohren und fordert die Bohrmannschaft aufs Ganze. Der Bohrfortschritt ist entsprechend mühsam. Erreichte Bohrtiefe am 13. November: 43 m.

Der Besuch der Presse ist eine willkommene Abwechslung: Gerne erläutert unser Geowissenschaftler Andreas Lenz einer Redakteurin der Dorstener Zeitung, warum uns der Untergrund gerade hier interessiert und welchen praktischen Nutzen die Bohrkerne bringen.

 

Bohrtiefe am 17. November: 55 m. Langsam aber stetig arbeitet sich die Bohrung in die Tiefe. Das gekernte Material ist unverändert: glaukonitische, kalkhaltige Sande wechsellagernd mit harten Sandsteinbänken.

Eine spannende Woche mit durchweg schwierigen Bohrbedingungen liegt hinter uns. Dennoch haben wir mittlerweile die Haltern-Formation in ihrer typischen Ausprägung erbohrt: locker gelagerte, entkalkte Sande in gelbbrauner Farbe.

Abschließend vermessen unsere Geophysiker am 20. November das 70,5 m tiefe Bohrloch. Spezielle Sonden messen verschiedene Gesteinsparameter. Die Messdaten werden unmittelbar auf dem Bildschirm im Messwagen als Log grafisch sichtbar. Besonders aufschlussreich ist die Messung der natürlichen Gammastrahlung von Gesteinen. Mit ihr lassen sich insbesondere sand- und tonreiche Bereiche gut voneinander unterscheiden. Somit erhalten wir lückenlose Informationen über die Schichtenabfolge der gesamten Bohrstrecke.

Ballungsraum Düsseldorf/Bergisches Land

Kernbohrung Wülfrath-Düssel

Das Besondere an dieser Bohrlokalität: Meeresablagerungen der Unterkarbon- und Oberdevon-Zeit liegen hier oberflächennah. Die 330 bis mehr als 361 Millionen Jahre alten Gesteine sind in der Region sehr wechselhaft ausgebildet: Alaunschiefer, Ton-, Schluff-, Sand-, Kalk- und Dolomitstein.

Von starkem Interesse ist die Gesteinsabfolge des Unterkarbons mit ihrem großen Potenzial für hydrothermale Geothermie. Diese lagert in Nordrhein-Westfalen meist in großer Tiefe und ist daher kaum untersucht. Die geologische Mulde im Bereich des Bohrplatzes bietet die Möglichkeit, die Ablagerungen bis ins Oberdevon zu erkunden. Allerdings liegt die Gesteinsabfolge nicht horizontal übereinander, sondern ist steil aufgestellt. Gebohrt wird in einem Winkel von 60°, um möglichst viele Schichten in möglichst wirklichkeitsgetreuen Mächtigkeiten zu erfassen und um nach Bohrende auch geophysikalische Vermessungen im Bohrloch durchführen zu können. Die voraussichtliche Bohrlänge beträgt etwa 200 m.

Für unsere digitalen geologischen Karten und für das tiefengeothermische EU-Projekt DGE-ROLLOUT erwarten wir Antworten auf wichtige Fragen: Welche Gesteine kommen vor? Gibt es verkarstete, also von Hohlräumen durchsetzte Kalk- und Dolomitsteine? Reicht ihr geothermisches Potenzial, um umweltfreundliche Wärme zu gewinnen, insbesondere wenn sie in großer Tiefe lagern?

Der schräg ausgerichtete Bohrturm steht. Es kann losgehen.

 

Oktober 2020

Nach ein paar Metern durch Kies, Sand und Schluff sind die erdgeschichtlich sehr jungen, quartärzeitlichen Gesteine durchbohrt. Dann ein großer zeitlicher Sprung – denn die stark geschieferten Tonsteine, die am 1. Oktober ans Tageslicht kamen, sind rund 325 Millionen Jahre alt. Der Tonschlamm wurde in einem Flachwasserbereich abgelagert. Im Laufe von Jahrmillionen wurde er zu Tonstein verfestigt und durch Druck, Temperatur und gebirgsbildende Kräfte geschiefert. Stratigraphisch gehören die Tonsteine zur Seltersberg-Formation, früher als Hangende Alaunschiefer bezeichnet, die vom höchsten Unterkarbon bis ins basale Oberkarbon reichen.

Das Foto zeigt den Tonstein aus 11- bis 13-m-Bohrkernen. Aufgrund der starken Schieferung zerfällt er in viele kleine Stücke.

 

Echt fleißig! 80 Bohrmeter hat das Bohrteam bereits bis zum 6. Oktober erbohrt. Nach wie vor Tonsteine der Seltersberg-Formation.

 

9. Oktober und schon bei Bohrmeter 127! In organikreichen Tonsteinen sind nun dünne kalkige Horizonte von wenigen Millimetern eingebettet. Wir befinden uns vermutlich bereits in der Dieken-Formation. Diese, früher als Kulm-Tonschiefer bezeichnete Gesteinsformation, ist etwa 330 Millionen Jahre alt.

 

15. Oktober. Die Bohrmannschaft hat diese Woche mächtig Gas gegeben! Aktuell stehen wir bei knapp 201 m. In den letzten Tagen haben wir die schwarzen, mergeligen Tonschiefer verlassen und derzeit werden schwarz-graue, mergelige Schiefer mit Knollenkalklagen und „erhöhtem“ Glimmeranteil erbohrt. Das könnte bedeuten, dass wir nach der Kahlenberg-Formation, ehemals Liegende Alaunschiefer, nun die Hangenberg-Formation durchbohren. Die letzten 50 m folgen bis Montagabend, sodass wir dann hoffentlich die Endteufe von 250 m und damit das Oberdevon erreicht haben. Nach der Klarspülung des Bohrlochs startet dann im Laufe nächster Woche die geophysikalische Vermessung.

 

21. Oktober: Es lief anders als erwartet. Aus technischen Gründen musste die Bohrung bei 201 m beendet werden. Dennoch: Dass die Bohrung so viele Meter durch das stark geschieferte Gestein vorgedrungen ist und bis auf den unteren Bereich der Hangenberg-Formation fast das gesamte Unterkarbon erfasst hat, ist ein Erfolg. Die Bohrkerne werden nun nach Krefeld gebracht. Dort werden sie gereinigt und dann systematisch beschrieben.

 

November 2020

Fein gesäubert liegen die Bohrkerne in unserem „Klopfraum“. Unser Geologe Tobias Fritschle nimmt sie unter die Lupe und beschreibt, was er mit bloßem Auge sehen kann: Farbe und Korngröße des Gesteins, eingelagerte Mineralien und Fossilien sowie Lagerung der Schichten. In unseren Laboren werden Proben der Bohrkerne unter anderem mineralogisch und paläontologisch untersucht. So geben uns die Bohrkerne Auskunft über das Alter und die Eigenschaften des Gesteins.

Ruhrgebiet Nord

Kernbohrung Voerde

Hier am rechten Niederrhein zwischen Dinslaken und Wesel gibt es in 800 m Tiefe lokale Salzvorkommen aus dem Perm. An einigen Stellen wurde das Salzgestein über Jahrmillionen von zufließendem tiefem Grundwasser ausgelaugt. So entstand durch sukzessiv nachsackende Deckschichten an der Oberfläche eine Senkungsstruktur. Während der Saale-Kaltzeit, die vor ca. 250 000 Jahren begann, wurde die Senke mit quartärzeitlichen Lockergesteinen verfüllt und ist daher heute in der Landschaft nicht mehr zu erkennen. Hinweis auf ihre Existenz geben mächtige Schmelzwassersedimente. Im Zentrum der Senke bei Wesel-Obrighoven reichen diese bis in 120 m Tiefe! Sie stammen von dem großen saalezeitlichen Inlandeisgletscher.

Mit der Bohrung in Voerde-Holthausen wollen wir den südlichen Randbereich der Senke erkunden: Aufbau und Mächtigkeit der quartären Ablagerungen sowie der darunterliegenden tertiären Sedimente, die davon zeugen, dass vor rund 30 Millionen Jahren das Niederrheingebiet von Meer bedeckt war.

Eine 23 m tiefe Vorbohrung hat bereits gezeigt: Am Bohrplatz sind nur noch wenige Meter mächtige Schmelzwasserablagerungen eines Gletscher-Stausees im Randbereich der genannten Struktur zu erwarten. Daher werden wir vor allem die tiefer liegenden, zwischen 23 und 28 Millionen Jahre alten, leicht bindigen Feinsande und Schluffe der tertiärzeitlichen Grafenberg-Formation erbohren. Diese grünlich-grauen, an Muschel- und Schneckenschalen reichen Schichten können wir mit der rund 80 m tiefen Bohrung vermutlich komplett durchbohren und dokumentieren. Darunter erwarten wir die mehr als 28 Millionen Jahre alten Schichten der Lintfort-Subformation. Diese mehr schluffig-tonig, also noch bindiger ausgebildeten tertiären Sedimente sind aus früheren Bohrungen weiter östlich bereits bekannt.

 

Juli 2020

Rohre und Schnecke liegen bereit zum Einsatz.

 

Es geht los. Die ersten Bohrmeter sind am Montag, 13. Juli, geschafft.

 

Ganz schön viel los auf dem Bohrplatz.

 

Meter für Meter holt die Bohrmannschaft ans Tageslicht. Fast 30 Bohrkerne sind es bereits nach den ersten Tagen, gut geschützt in den Kunststoffrohren. Nach einigen Metern durch quartäres Lockergestein geht es mittlerweile durch die marinen Grafenberg-Schichten des Tertiärs. Muschel-Schilllagen im Sediment, das an den Enden der Bohrrohre hängt, lässt hierauf schließen. Durch diese Schichten geht es nun erst einmal eine ganze Weile weiter.

 

Zwei Wochen nach Bohrungsstart sind wir bei 70 m Bohrtiefe ....

 

Am nächsten Morgen, 28. Juli, stoppt das Team die Bohrung bei Meter 75. Der Zielhorizont, die Lintfort-Subformation, ist bereits erreicht. Insgesamt verlief die Rammkernbohrung problemlos. Jetzt folgen die geowissenschaftlichen Untersuchungen der Bohrkerne bei uns im Haus.

 

Zum Abschluss und bisher gut verschlossen: Dieser Bohrkern aus 71 m Tiefe besteht aus über 28 Millionen Jahren alten, schluffig-tonigen Meeresablagerungen der Lintfort-Subformation:

Ballungsraum Düsseldorf/Bergisches Land

Kernbohrung Heiligenhaus

Diese Bohrung ist die erste von insgesamt vier, um den Kohlenkalk in Nordrhein-Westfalen in den nächsten Jahren genauer zu untersuchen. Von besonderem Interesse ist das hydrothermale Potenzial dieses Kalkgesteins als Lieferant umweltfreundlicher Wärme.

 

Januar 2020

In nur drei Wochen war die Endtiefe von 200 m erreicht. Bis 57 m Tiefe kam dunkelgrauer bis schwarzer Tonstein ans Tageslicht. Vor etwa 325 Millionen Jahren hat das Meer der Karbon-Zeit hier tonigen Schlamm abgelagert. Dieser verfestigte sich zu Tonstein.

 

Bis zum Bohrende folgt Kalkstein, der nahezu vollständig dolomitisiert und stellenweise intensiv verkarstet ist. Ein Großteil der Heiligenhaus-Formation, die zur Kohlenkalk-Gruppe im Großraum Velbert gehört, wurde somit – wie erhofft – erbohrt.

 

Bevor das Bohrloch verschlossen wurde, erfolgten umfangreiche geophysikalische Messungen. Sie geben weitere Hinweise auf die Eigenschaften der erbohrten Gesteinsschichten. Diese Messungen können mit geophysikalischen Messungen in anderen Bohrlöchern, auch nicht gekernten, korreliert werden.

Im März wurden die Bohrkerne bei uns im GD NRW detailliert beschrieben und beprobt. Weitere Untersuchungen sollen wichtige Fragen klären: Gehören die Gesteinsschichten bei Heiligenhaus noch zu einer Karbonatplattform, die sich von Nordfrankreich über Belgien und die Niederlande bis in den Raum Düsseldorf erstreckt? Oder handelt es sich bereits um Schüttungen am Hang der Plattform, wie sie am Ostrand des Velberter Sattels aufgeschlossen sind?

Die gewonnenen Daten und Erkenntnisse dieser Bohrung fließen nicht nur in die geologische Landesaufnahme ein, sondern auch in das tiefengeothermische EU-Projekt DGE-ROLLOUT.