Bohrlochgeophysik: Geophysikalische Bohrlochmessmethoden in der BGR

Im Arbeitsbereich „Bodengeophysik“ des Fachbereichs „Geophysikalische Erkundung und Technische Mineralogie“ der Abteilung „Grundwasser und Boden“ werden geophysikalische Bohrlochsonden zur Untersuchung der Grundwasserbeschaffenheit eingesetzt.

Die Untersuchungsaufgaben sind primär den Themenfeldern Grundwasser und Boden zugeordnet, dementsprechend sind die verfügbaren Bohrlochsonden auf die dazu vordringlich zu ermittelnden Untersuchungsparameter abgestimmt.

Die zur Verfügung stehenden geophysikalischen Sonden messen

• die natürliche Gammastrahlung (NGR),
• den spezifischen elektrischen Widerstand (FEL),
• das Eigenpotential (SP),
• den Bohrlochdurchmesser (Kaliber) und
• den Durchfluss sowie
• chemische und physikalische Grundwasserparameter (el. Leitfähigkeit, pH, Redox, Temperatur, Sauerstoffgehalt).

Außerdem wird in der Abteilung „Unterirdischer Speicher- und Wirtschaftraum“ im  Fachbereich „Geologisch-geotechnische Erkundung“ eine richtungssensitive Radarsonde zur untertägigen Erkundung eingesetzt.

Natürliche Gamma-Strahlung (NGR)

Die Messung der natürlichen Gammastrahlung dient vor allem der Unterscheidung von sandigen und tonhaltigen Sedimenten, da letztere durch das darin enthaltene Kalium (teilweise auch Uran und Thorium) Strahlung emittieren. Die Messung kann auch im verrohrten Bohrloch durchgeführt werden. In Regionen mit uranhaltigen Sanden zeigen auch sandige Zonen hohe Strahlungswerte, sodass in solchen Fällen zur Unterscheidung eine spektrale Gamma-Sonde, welche die Unterscheidung von Kalium und Uran ermöglicht, nötig ist.

Fokussierte gleichstromelektrische Messung (FEL)

Diese Sonde misst den spezifischen elektrischen Widerstand des Umgebungsmaterials, durch die fokussierende Elektrodenanordnung mit guter Tiefenauflösung (einige cm). Diese Messung zielt auch auf die Unterscheidung von tonigen und sandigen Sedimenten, da tonige Sedimente (oder zum Beispiel Tonstein)  einen geringeren spezifischen Widerstand zeigen als Sande (oder z.B. Basalt). In wassergefüllten Bohrungen mit Plastikverrohrung können die Tiefen der Brunnenfilter und innerhalb der Filter auch die spezifischen Widerstände des Umgebungsmaterials gemessen werden. Im Vollrohrbereich wird keine Information über das Umgebungsmaterial gewonnen, in trockenen oder stahlverrohrten Bohrungen können keine Messungen durchgeführt werden.

Eigenpotentialmessungen (SP)

Die Methode misst die Potentialdifferenz zwischen Oberfläche und Bohrlochsonde und bedarf eines leitenden Mediums im Bohrloch (Wasser). Die Methode erlaubt die Unterscheidung zwischen schlecht permeablen und permeablen (Ton, dichter Kalkstein, Tonschiefer und Sand(stein)) Horizonten, wobei die Spannungsunterschiede quantitativ wesentlich von der Leifähigkeitsdifferenz zwischen Formationswasser und Flüssigkeit im Bohrloch abhängen. Die Messung kann nicht in trockenen oder stahlverrohrten Bohrungen durchgeführt werden.

Kaliber-Messungen

Mit dem Kaliberlog werden der Bohrlochdurchmesser und dessen Änderung (z.B. Bohrlochrandausbrüche) bestimmt. Die Messung ist interessant im offenen Bohrloch oder solchem mit unklaren Ausbaudaten.

Durchflussmessung

Diese Sonde misst den Wasserstrom im Bohrloch während der Wasserförderung. Dadurch werden Wasserzuflüsse entdeckt und quantifiziert.

Richtungssensitive  Bohrlochradarsonde

Diese Sonde dient zur Untersuchung der –geologischen- Strukturen in der Umgebung einer Bohrung in gering elektrisch leitfähigen Medien.

Das Gamma-Log zeigt die Tiefe der Verwitterungsfront bei ca. 10m, die Lage des Filters zeigt sich im FEL Log und der Zufluss erfolgt über die gesamt Filterlänge Quelle: BGR