Frank Lorenz Das kontinentale Tiefbohrprogramm Das kontinentale Tiefbohrprogramm (KTB) Präsentation...

Frank LorenzDas kontinentale Tiefbohrprogramm

Das kontinentale Tiefbohrprogramm (KTB)Das kontinentale Tiefbohrprogramm (KTB)

Präsentation in den Fächern Geothermie und Geophysik

von Frank Lorenz (RE²)

16.09.2010

Frank LorenzDas kontinentale Tiefbohrprogramm

AgendaAgenda

• Einführung

• Zeitlicher Ablauf und Randbedingungen des KTB

• Durchführung der Bohrung

• Ergebnisse der Hauptforschungsthemen

Frank LorenzDas kontinentale Tiefbohrprogramm

EinführungEinführung

ca. 10 kmca. 10 km

Frank LorenzDas kontinentale Tiefbohrprogramm

Das KTBDas KTB

• Das kontinentale Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutschland (KTB)

• Von 1987 bis 1995 durchgeführtes geowissenschaftliches Großforschungsprojekt

• Standort: Windischeschenbach (nahe Weiden i. d. Opf.)• Finanzierung: BMFT finanziert mit

528 Mio. DM (270 Mio. €)• Projektträger: Niedersächsische Landesamt

für Bodenforschung• Bohrloch der Hauptbohrung

Tiefe: 9101 m; Temperatur: 275°C

• Nachfolgeprogramm: International Continental Scientific Drilling Program (ICDP)

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Zeitlicher Ablauf und Rand- Zeitlicher Ablauf und Rand- bedingungen des KTB bedingungen des KTB

• 1977 Idee die kontinentale Erdkruste durch eine übertiefe Bohrung zu erforschen

• 1981 Beginn der konzeptionellen Phase und Aufbau einer Organisationsstruktur

• 1983 Erarbeitung eines konkreten Forschungsantrags beim BMFT

Bezeichnung des Gesamtprojekts:

„Grundlagenforschung über die physikalischen und chemischen Grundlagenforschung über die physikalischen und chemischen Zustandsbedingungen und Prozesse der tiefen Erdkruste zum Zustandsbedingungen und Prozesse der tiefen Erdkruste zum

Verständnis von Dynamik und Evolution intrakontinentaler Verständnis von Dynamik und Evolution intrakontinentaler KrustenbereicheKrustenbereiche.“

• 1986 Festlegung des Standorts

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StandortauswahlStandortauswahl

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Zeitlicher Ablauf und Rand- Zeitlicher Ablauf und Rand- bedingungen des KTB bedingungen des KTB

• 1987 Definition der fünf Hauptziele des Forschungsvorhabens sowie der wissenschaftlichen Gesamtzielsetzung des KTB Die Natur geophysikalischer Strukturen: seismische Reflexionen,

elektrische, magnetische und gravimetrische Anomalien Die thermische Struktur der Erdkruste: Temperaturverteilung,

Wärmestrom und Wärmeproduktion etc.

• Ziele: Temperaturen von mind. 250°C erreichen Mindestbohrtiefe 8.000 m

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Zeitlicher Ablauf und Rand- Zeitlicher Ablauf und Rand- bedingungen des KTB bedingungen des KTB

• 1987 bis 1989 Vorbohrung bis auf 4000 m • 8. Sep. 1990 Beginn der Hauptbohrung.

Nach 1468 Tagen am 12. Okt. 1994 wurde die Bohrung in einer Nach 1468 Tagen am 12. Okt. 1994 wurde die Bohrung in einer Tiefe von 9101 m bei 275°C beendet. Tiefe von 9101 m bei 275°C beendet.

• 31. Dez. 1994 Beendigung der Hauptversuche• 31. Dez. 1995 Beendigung der Nachversuche• 1996 bis 2001 Geo-Forschungs-Zentrum Potsdam (GFZ) betrieb ein

Tiefenobservatorium, sowie wissenschaftliche Nutzung durch ICDP

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Zeitlicher Ablauf und Rand- Zeitlicher Ablauf und Rand- bedingungen des KTB bedingungen des KTB

• 1987 bis 1989 Vorbohrung bis auf 4000 m • 8. Sep. 1990 Beginn der Hauptbohrung.

Nach 1468 Tagen am 12. Okt. 1994 wurde die Bohrung in einer Tiefe von 9101 m bei 275°C beendet.

• 31. Dez. 1994 Beendigung der Hauptversuche• 31. Dez. 1995 Beendigung der Nachversuche• 1996 bis 2001 Geo-Forschungs-Zentrum Potsdam (GFZ) betrieb ein

Tiefenobservatorium, sowie wissenschaftliche Nutzung durch ICDP• Ab 2001 Stiftung Geozentrum an der KTB

öffentliche Informations- und Bildungsstätte.

Wissenschaftliche Nutzung beider Bohrlöcher weiterhin möglich

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Durchführung der BohrungDurchführung der Bohrung

ZEV:ZEV: Zone von Erbendorf- Vohenstauß

1+2:1+2: Münchberger Masiv

5:5: spätorogene Granite

7 + ZTM:7 + ZTM: Zone von Tirschenreuth-Mähring

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Durchführung der BohrungDurchführung der Bohrung

• Vorbohrung: Bohrzeit: 560 d Bohrtiefe: 4000,1 m

3564 m Bohrkerne Temperatur: 118°C

• Ziele: Maximaler geowissenschaftlicher

Datengewinn durch Bohrkern, Bohrklein, und Bohrlochmessungen.

Entlastung der Hauptbohrung oberer Abschnitt. zeit- und risikoreichen Kernarbeiten, Bohrlochmessungen

Verbesserte Planungssicherheit für Hauptbohrung

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Durchführung der BohrungDurchführung der Bohrung

• Hauptbohrung: Bohrzeit: 1468 d Bohrtiefe: 9101 m

35 Bohrkerne Temperatur: 275°C

• Ziele: Maximaler geowissenschaftlicher

Datengewinn Vertikale Bohrung Bohrlochdurchmesser 8,5“ in

Endtiefe Allg. Forschungsziele

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Durchführung der BohrungDurchführung der Bohrung

Vertikalbohrsystem VDS-5 (Vertikal Drilling System)

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Durchführung der BohrungDurchführung der Bohrung

Bohrlochverlauf der KTB Hauptbohrung in Nord- und Ostrichtung

Bohr- und Verrohungsschema der KTB Hauptbohrung

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Ergebnisse der Ergebnisse der HauptforschungsthemenHauptforschungsthemen

• Aufbau des von der Bohrung erschlossenen Krustensegments

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Ergebnisse der Ergebnisse der HauptforschungsthemenHauptforschungsthemen

• Krustenseismik:

Ziel war es die seismische Tiefenerkundung, durch in-situ Beprobung zu Beobachten.

Seismische Reflektoren in einem SW-NO-Krustenschnitt

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Ergebnisse der Ergebnisse der HauptforschungsthemenHauptforschungsthemen

• Geoelektrik:Ziel war es ein detailliertes Widerstandmodell für KTB-Bereich bis 10 km Tiefe zur erstellen

Modell zur Erklärung geoelektrischer Potenzialdifferenzen

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Ergebnisse der Ergebnisse der HauptforschungsthemenHauptforschungsthemen

• Gravimetrie:Schwerefeld der Erdoberfläche mit Schweredaten aus Messungen zu korrelieren

Schwerkraftkarte für das KTB-Umfeld in einer 3D-Darstellung

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Ergebnisse der Ergebnisse der HauptforschungsthemenHauptforschungsthemen

• Magnetik:Ziel war es Aufschluss über die tiefenabhängige Magnetisierung zu erhalten

Pyrrhotin Fe7S8

Magnetische Messdaten der Vorbohrung (links) und der Hauptbohrung (rechts)

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Ergebnisse der Ergebnisse der HauptforschungsthemenHauptforschungsthemen

• Geothermie:

Geothermische Messdaten der KTB-Hauptbohrung

von links: Temperaturverlauf, Temperaturgradienten, Wärmeleitfähigkeit, vertikale Wärmestromdichte, Wärmeproduktionsrate, Dichte

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ZusammenfassungZusammenfassung

• Das kontinentale Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutschland (KTB) hat maßgeblich zum geowissenschaftlichen Kenntnisstand beigetragen

• Neue Bohrverfahren und Methoden getestet und etabliert• Interdisziplinäre Zusammenarbeit: Geologen, Mineralogen,

Geophysikern gewaltiger geologischer Kenntnisstand erarbeitet• Insgesamt 450 Forschungsvorhaben im Bereich des KTB über

2000 Publikationen bis 1994

Frank LorenzDas kontinentale Tiefbohrprogramm

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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Quellen:Quellen:

• Emmermann, R. Abenteuer Tiefenbohrung, Geowissenschaften4 ,1995• Bendzko T., Chur. C., Engeser B., Sperber A., Tran-Viet T., Wohlgemuth L.,

KTB 4 Jahre Erfahrung an den Grenzen der Bohrtechnologie, Geowissenschaften 4, 1995

• Wöhrl, T. GFZ-Potsdam, Ziele und Ergebnisse der KTB-Tiefbohrung in Windischeschenbach, 1996

• Prikel G., Tiefbohrtechnik, Wien 1959 • Lithosphäre in Bewegung• Lückermann, R., Sternberg, G., Naturwissenschaften 72, Springer-Verlag,

1985• Hejl E., Wagner, G., Geothermische und tektonische Interpretation von

Spaltspurdaten am Beispiel der Kontinentalen Tiefbohrung in der Oberpfalz, Naturwissenschaften 77, Springer-Verlag, 1990

• www.geozentrum-ktb.de