Rammkernbohrungen im Projekt „Krefelder Scholle“

Die mächtigen Quartär- und Tertiär-Schichten am linken Niederrhein

Vier Bohrungen sind zur Untersuchung des Schichtaufbaus der „Krefelder Scholle“ am linken Niederrhein geplant. Diese geologische Einheit ist in weiten Teilen in ihrem Aufbau noch nicht zusammenhängend erforscht. Im Fokus unserer Untersuchungen in Viersen, Kempen, Krefeld-Verberg und am Kaarster See stehen die Erfassung verschiedener Schichtgrenzen im Untergrund und die genaue Zusammensetzung der Gesteinspakete. Hiervon erwarten wir auch eine bessere Abgrenzung der eiszeitlichen Sedimentationsphasen. Die Bohrungen erweitern unser Wissen über die Entstehung, Verbreitung und Eigenschaften der Sedimentpakete, die sowohl in der Tiefe als auch in ihrer räumlichen Verteilung sehr heterogen sind.

 

November 2024

28.11.: Die Bohrkerne aus Kempen liegen bereits in unserem Probenbearbeitungsraum und Geologe Stefan hat sie schon fleißig unter die Lupe genommen. Einige der Schichten hat er zur genaueren Untersuchung ins Labor gebracht. Ein Bereich interessiert ihn besonders: der Übergang von der Quartär- zur Tertiär-Zeit. Hier hat sich eine Wechsellagerung aus hellen Sanden und dunklen, braunkohlehaltigen Schichten gebildet, die – im Gegensatz zu den darunterliegenden, eindeutigen Meeressanden der Tertiär-Zeit – keinerlei Anzeichen von Bioturbation zeigen. Das bedeutet, keine Lebewesen haben sich in dieses Material eingegraben – ein Indiz für einen sehr turbulenten Ablagerungsraum. Ob die Schichten in Flüssen oder durch Gletscher gebildet wurden oder doch tertiärzeitliche Meeresablagerungen sind, werden uns die Laboranalysen verraten, mit denen das Alter der Lockergesteine bestimmt werden kann. Bohrkerne sind immer sehr spannend und manchmal etwas rätselhaft!

Links: Unsere Geo-Profis begutachten die Bohrkerne aus Kempen. Rechts: Rätselhafter Bereich zwischen 41 und 45 Metern Tiefe – helle Sande wechseln sich hier mit dunklen, braunkohlehaltigen Schichten ab. Darunter schließen die tertiären Meeressande an (türkis markiert). Zwischen den Meeressanden folgt noch mal ein Abschnitt aus dem oberen Teil. Dies könnte eine Umlagerung sein. Der rote Pfeil zeigt in Richtung der tieferen Schichten.

22.11.: Alle vier Rammkernbohrungen sind abgeschlossen. Heute wurden die letzten Meter in Krefeld gebohrt und das Bohrloch direkt im Anschluss von unserem Team geophysikalisch vermessen. Die Endtiefe liegt bei 32 Metern und wir haben die Gesteine der Tertiär-Zeit bei 24,5 Metern angetroffen – früher als erwartet. Diese Erkenntnisse helfen, unsere 3D-Untergrundmodelle zu verfeinern. In den nächsten Tagen werden unsere Fachleute die Bohrkerne eingehend unter die Lupe nehmen. Wir sind gespannt, welche Geo-Rätsel sie enthüllen werden.

Links: Bohrplatz bei Schnee, rechts: Bohrkerne in Kunststoffrohren

21.11.: Wir sind bei 24 Metern angekommen und es geht nur noch mühsam voran. Typisch Tertiär. Die härteren Sandlagen erschweren das Bohren mit dem Rammkernverfahren und es werden viel mehr Schläge benötigt. Die Bohrkerne sind nun sandig und weisen Muschelschalenreste auf.

Arbeiten am Bohrplatz

20.11.: Die Bohrung schreitet gut voran. Derzeit befinden wir uns in einer Tiefe von 17 Metern und durchdringen die Holsteinschichten. Das sind Feinsande aus der Quartär-Zeit, genauer gesagt aus dem Mittelpleistozän. Diese Sande trennen die Lockergesteine der jüngeren Mittelterrasse von der älteren Mittelterrasse. Bald erreichen wir das Tertiär.

19.11.: Heute in Krefeld-Verberg angekommen und direkt losgelegt! Das Bohrteam hat bereits die ersten 6 Meter gebohrt.

Bohrstelle in Krefeld-Verberg am späten Nachmittag

 

18.11.: Heute hat unser Geophysik-Team das Bohrloch vermessen und anschließend wurde es fachgerecht mit Quellton verfüllt. Nun geht es für das Bohrgerät weiter nach Krefeld-Verberg zum letzten Standort.

16.11.: Die Lockergesteine der Tertiär-Zeit sind erreicht und der Übergang befindet sich bei 34,5 Meter Tiefe. Wir haben die Bohrung erfolgreich bei 42 Metern beendet und am Montag geht es weiter mit der geophysikalischen Bohrlochvermessung.

Muschel aus der Tertiär-Zeit

 

15.11.: Die Bohrung kommt gut voran. Wir sind bereits bei 33 Meter und finden in dieser Tiefe kiesige Ablagerungen vor. Wir haben noch nicht die Lockergesteine der Tertiär-Zeit erreicht, sondern befinden uns weiterhin im Quartär. Unsere Geo-Fachleute erwarten den Übergang in den kommenden Metern. In den nächsten Tagen werden wir mehr wissen – es bleibt spannend.

Links: Der Bohrmeister und unser Geologe Stefan beschriften einen Bohrkern aus 31 bis 32 Meter Tiefe, rechts: Kiese aus 33 Meter Tiefe

 

11.11.: Nach einer kurzen Pause ist die dritte Rammkernbohrung in Kaarst heute Mittag gestartet. In nur wenigen Stunden hat das Bohrteam bereits 6 Meter erreicht. Geplant sind erneut rund 50 Meter, abhängig von der Festigkeit der Gesteine im Untergrund. Die abgeschlossenen Bohrungen in Viersen und Kempen wurden vorzeitig beendet, weil die 23 bis 28 Mio. Jahre alten Meeresablagerungen der Tertiär-Zeit stellenweise sehr harte Sandbänke enthalten, die schwer zu durchbohren sind. Das merken wir daran, dass mehr Schläge nötig sind, um das Kernrohr weiter in den Boden zu treiben.

Bohrgerät in Kaarst.

 

Oktober 2024

29.10.: Heute zieht das Bohrgerät um nach Kaarst, unserem nächsten Bohrplatz. Nachdem gestern eine Bohrtiefe von 49 Metern erreicht wurde, konnte das Bohrloch erfolgreich geophysikalisch vermessen werden. Die Messung der natürlichen Radioaktivität, Gamma-Ray-Log genannt, erfolgte dabei im Bohrgestänge. Anschließend wurde das Gestänge gezogen und das Bohrloch fachgerecht mit Quellton verfüllt.

Links: Die ersten Bohrkerne wurden bereits geöffnet und liegen in unserem Probenbearbeitungsraum aus, rechts: zahlreiche Lagen mit Pflanzenresten ab 39 Meter Tiefe.

 

28.10.: Aktuell ist das Bohrteam bei 46 Metern angekommen und langsam ist das Ende der Bohrung in Sicht. Die kalkigen Lockergesteine der Tertiär-Zeit wurden bei etwa 44 Metern erreicht und nun dringen wir nur noch mühsam tiefer in den Untergrund vor. Noch wird gebohrt, bis am späten Nachmittag eine geophysikalische Bohrlochmessung erfolgt. Danach geht es für die Bohrkerne zur näheren Untersuchung in unseren Klopfraum.

 

25.10.: Schlag für Schlag dringt der Bohrer tiefer in den Untergrund vor. Heute sind wir bereits bei 39 Metern. Die kiesigen Sande des eiszeitlichen Rheins endeten bei 33 Metern. Darunter feine Sande mit Holzresten: Sie wurden vor 150.000 Jahren über Gletscher an den Niederrhein transportiert und hier durch Schmelzwässer um- und abgelagert. Ein Ende der quartärzeitlichen Ablagerungen ist in Sicht – wobei nicht wirklich, denn „vor der Hacke ist’s dunkel“, wie eine alte Bergmannsweisheit sagt. Wir sind daher gespannt, in welcher Tiefe die Bohrung die darunter lagernden 23 – 28 Mio. Jahre alten Meeresablagerungen der Tertiär-Zeit erreichen wird. Nächste Woche erfahren wir mehr.

Links: Ein Bohrkern wird „geboren“ – die Kunststoff-Hülse, die den kostbaren Sedimentinhalt ummantelt, kommt zum Vorschein. Mitte: durch Gletscher und Schmelzwasser transportierte Feinsande, rechts: Holzreste in eiszeitlichen Sanden.

 

22.10.: Die Bohrung ist gestartet und bis zum Mittag war sie schon bei 11 Metern. Wie erwartet kommen zunächst Sande und Kiese zutage. Sie gehören zu den sogenannten Jüngeren Mittelterrassen, die der Rhein vor über 126 Tausend Jahren hier aufgeschüttet hat.

Links: Bohranlage in Kempen, rechts: kiesige Sande der Mittelterrassen aus 11 Metern Tiefe.

 

18.10.: Umzug zum Bohrplatz in Kempen. Hier ist erneut eine 40 Meter tiefe Bohrung geplant. Wir sind gespannt, wie tief es tatsächlich gehen wird. Bis etwa 30 Meter erwarten wir gut zu bohrende Terrassenablagerungen aus der Quartär-Zeit. Darunter wie bereits in Viersen Meeresablagerungen der Tertiär-Zeit.

 

18.10.: Die Bohrung ist bei 27 Metern erfolgreich beendet! Zwar wurde nicht die geplante Endtiefe von 40 Metern erreicht, dennoch wurden Schichten erbohrt, die unserem Geo-Fachteam helfen, das Alter der Gesteine einzustufen. Die feinen Meeressande aus der Tertiär-Zeit weisen Schalenreste von Muscheln und Schnecken auf. Aber warum wurde denn die Bohrung vorzeitig beendet? Rammkernbohrungen eignen sich besonders gut für unverfestigte Gesteine. Je härter das Gestein in der Tiefe wird, desto schwieriger ist es, mit diesem Bohrverfahren weiter in den Untergrund einzudringen. Das Bohrteam merkt das daran, dass mehr Schläge gebraucht werden, um weiterzubohren.
Ab nächster Woche wird die zweite Rammkernbohrung in Kempen beginnen.

 

17.10.: Die Bohrung in Viersen kommt gut voran. Geplant sind maximal 40 Meter und das Bohrteam ist gestern Vormittag bereits bei 18 Metern Tiefe angelangt. Das ging bis dahin ruckzuck. Inzwischen sind wir in den dicht gelagerten feinen Meeressanden aus der Tertiär-Zeit, die sich schwerer bohren lassen. Davon brauchen wir noch einige Meter, um Alter und Eigenschaften der Schicht genauer bestimmen zu können. Mal sehen, wie tief wir da kommen. In nur wenigen Tagen werden die Arbeiten hier dann abgeschlossen sein. Anders als bei einer sogenannten Seilkernbohrung, bei der sich eine Bohrkrone drehend durch das Gestein schneidet, wird bei einer Rammkernbohrung das Kernrohr mit einem Fallgewicht in den Boden gerammt. Das geht nur, wenn das Gestein unverfestigt ist, also bei Lockergesteinen. Bald wird das erbohrte Material in den Kunststoffrohren zu uns nach Krefeld geliefert. Unser Geologenteam um Stefanie und Stefan wird dann im Klopfraum seine Untersuchungen starten.

Bohrteam in Viersen. Die Lockergesteine befinden sich in den Kunststoffrohren

 

15.10.: Die erste ca. 60-Meter-Rammkernbohrung ist in Viersen gestartet. Vier weitere werden in den nächsten Wochen folgen. Unsere Geo-Fachleute untersuchen hier die Lockergesteine der Quartär- und Tertiär-Zeit. Die Bohrkerne liefern ihnen wichtige Daten zum Aufbau des Untergrundes im Bereich der sogenannten „Krefelder Scholle“.

Unsere Geo-Fachleute mit dem Bohrplakat: (v. l. n. r.) Andreas, Stefan, Stefanie, Nawras, Bastian

Forschungsbohrung Schwelm

Der Aufbau des Massenkalks – Wir erkunden den „Schwelmer Kalk“.

Die über 385 Millionen Jahre alten Kalksteine aus der Devon-Zeit ähneln denen, die am nordwestlich gelegenen Schwelmer Tunnel an der Erdoberfläche vorkommen. Die Bohrkerne sollen einen ungestörten Einblick in den internen Aufbau der Kalksteine geben. Eine wichtige Frage, die mit der Bohrung beantwortet werden soll: Hat im „Schwelmer Kalk“ entlang von Spalten Kalklösung stattgefunden? Wenn ja, dann bezeichnet man ihn als verkarstet und er könnte große Mengen Wasser führen. Kommt dieselbe Gesteinsschicht andernorts in großen Tiefen vor, wäre darin enthaltenes Wasser warm und könnte zur geothermischen Wärmeversorgung genutzt werden. Das erbohrte Gestein wird im Anschluss im Labor untersucht. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Wärmeleitfähigkeit und der chemischen Zusammensetzung. Diese Daten fließen in das geologische Landesmodell des Untergrundes ein und sollen helfen, die tiefe Geothermie in NRW nutzbar zu machen.

 

Oktober 2024

09.10.: Um eine Erkenntnis reicher: Mit der 100-Meter-Bohrung konnten wir den Übergang vom Kalk- zum Tonstein nicht erreichen. Das bedeutet, die Kalksteinschicht ist hier mächtiger, also dicker als angenommen.

100 Meter tiefe Bohrung Schwelm 1: Schnitt der erbohrten Schichtenfolge

 

September 2024

25.09.: An diesem regnerischen Tag sind unsere Hydrogeologen Hannsjörg, Nick und Ben auf dem Bohrplatz, um einen Pumpversuch zu begleiten. Dieses Feldexperiment dient dazu, die hydraulischen Eigenschaften von Gesteinen direkt vor Ort zu bestimmen. Dafür misst man die Veränderung des Grundwasserstandes im Bohrloch. Mithilfe einer Pumpe wird so lange Wasser entnommen, bis sich ein Gleichgewicht zwischen abgepumptem und nachströmendem Wasser einstellt – der Grundwasserspiegel sinkt dann nicht weiter ab. Anschließend wird die Pumpe ausgeschaltet, um die Zeit für den Wiederanstieg des Grundwassers zu messen. Dieser Versuch liefert wertvolle Erkenntnisse über die Durchlässigkeit von Gesteinen, in unserem Fall von Kalksteinen. Der Test wurde in einer Bohrtiefe zwischen 30 und 100 Metern durchgeführt.

Links: Hydrogeologen Ben und Nick während der Analyse einer Wasserprobe, rechts: Pumpversuch im Bohrloch

 

20.09.: Die Bohrkerne sind in unserem neuen Probenbearbeitungsraum eingetroffen. Geologe Sören ist schon mitten in der Gesteinsaufnahme. Mit fachmännischem Blick untersucht er die Kalksteine und notiert alle relevanten Geo-Daten. Daraus kann er die Entstehungsgeschichte der Gesteine ableiten, weiß, wie sie in der Tiefe aufgebaut sind und welche Strukturen vorkommen. Anschließend werden die Kerne im Labor untersucht, um das Alter, die Wärmeleitfähigkeit und andere Parameter zu bestimmen. Alle Daten fließen schließlich in unsere Bohrungsdatenbank DABO ein.

Geologe Sören untersucht den „Schwelmer Kalk“.

 

18.09.: Die 100 Meter sind erreicht und leider war weit und breit kein Tonstein zu finden. Dieser muss demnach tiefer liegen als bisher angenommen. Die Daten helfen dabei, unsere geologischen Karten und 3D-Untergrundmodelle anzupassen. Nun folgen die geophysikalischen Messungen im Bohrloch. Untersucht wird der elektrische Widerstand, der Bohrlochdurchmesser, die natürliche Radioaktivität des Gesteins und es wird die Bohrlochwand mit einer speziellen 360°-Unterwasserkamera aufgenommen. Im nächsten Schritt wird dann der Pumpversuch vorbereitet.

Geophysikalische Bohrlochmessungen: links: Monitore mit Aufnahmen der Bohrlochwand, rechts: Geophysik-Wagen

 

17.09.: Nicht mehr lange und die 100 Meter sind erreicht. Noch immer hält sich der Kalkstein hartnäckig. Es bleibt spannend, ob wir den Übergang zum Tonstein erbohren werden. Währenddessen sind einige der Bohrkerne bereits in unserem Probenbearbeitungsraum angekommen. Die Analysen können damit bald beginnen.

 

16.09.: Ganze 82,5 Meter hat sich das Bohrgerät in die Tiefe gearbeitet. Weiterhin sind wir im Kalkstein. Das ist eine wichtige Erkenntnis, denn laut unseren Untergrundmodellen hätten wir den Übergang zum darunterliegenden Tonstein bereits antreffen müssen. Wir wissen also, dass der Kalkstein in diesem Bereich noch tiefer liegt als bisher angenommen.

 

12.09.: Besuch von der Presse. Geologe Sören erklärt der Journalistin, dass wir durch ein mehr als 385 Millionen Jahre altes, fossiles Riff bohren. Von dieser einst lebendigen Unterwasserwelt zeugen heute noch Korallen, Stromatoporen und andere Fossilien in den ans Tageslicht geförderten Kalksteinen. Sie kommen in der Umgebung von Schwelm an der Erdoberfläche vor, können aber in anderen Regionen um einiges tiefer liegen. In Tiefen von über 1 000 Metern wäre in ihnen enthaltenes Thermalwasser bereits mehr als 40 °C warm und könnte zur geothermischen Wärmeversorgung genutzt werden. Dafür muss der Kalkstein jedoch Hohlräume oder Spalten haben, durch die es hindurchfließen kann. Der hier angetroffene „Schwelmer Kalk“ weist einige solcher Kluftflächen und kleine Hohlräume auf.

Links: Presseinterview mit Geologe Sören, mitte: Kalkstein mit Spalten und Hohlräumen, rechts: Detail-Foto dunkler Kalkstein mit hellen Fossilien

 

11.09.: 66 Meter Bohrtiefe geschafft! Unsere Geo-Experten Sören und Sebastian erwarten bald die Grenze zum darunterliegenden Gestein. In welcher Tiefe dieser Übergang vom Kalkstein zum Tonstein genau angetroffen wird, werden wir in den nächsten Tagen sehen. Der Countdown läuft …

Bohrteam bei der Arbeit

 

10.09.: Mit dem großen Bohrgerät können wir uns schwer verstecken und das wollen wir auch nicht. Heute war Radio Ennepe Ruhr zu Besuch auf dem Bohrplatz. Unser Geologe Sören erklärte, was wir hier im Untergrund erwarten und wozu wir die Bohrung in Schwelm durchführen. Der Kalkstein, der hier vorkommt, ist repräsentativ für die gesamte Region. Mit der Bohrung sammeln unsere Geo-Fachleute Daten zum Untergrund, die später für Orte, an denen diese Kalksteine in größeren Tiefen vorkommen, genutzt werden können.

Links: Geologe Sören im Interview mit Radio Ennepe Ruhr, rechts: Kalkstein

 

06.09.: Bohrkerne des „Schwelmer Kalks“ aus ca. 28 und 32 Metern Tiefe offenbaren einen Blick in eine längst vergangene Zeit, als die Region um Schwelm noch ein tropisches Flachmeer war und südlich des Äquators lag. Es sind fossile Reste von Riffbildnern wie Stromatoporen und Korallen im dunklen Kalkstein enthalten. Außerdem kommen Brachiopoden und stellenweise Schneckenhäuser, also Gastropoden, vor. Das Gestein ist stark zerklüftet und weist Spalten auf.

Schwelmer Kalk (ca. 385 Millionen Jahre alter Massenkalk der Devon-Zeit) aus ca. 28 und 32 Metern Tiefe. Die Bohrkerne haben jeweils einen Durchmesser von 10 Zentimetern.

 

04.09.: Der Bohrplatz ist hergerichtet und Geo-Ingenieur Sebastian präsentiert das Info-Plakat. Nun kann die 100 Meter tief geplante Bohrung in Schwelm beginnen. In den nächsten Tagen wird es die ersten Bohrkerne geben.

Links: Geo-Ingenieur Sebastian an der Bohrstelle mit Info-Plakat, rechts: Bohrgerät in Schwelm