in English
Ziel des Vorhabens ist die Rekonstruktion der
Porenwasserbewegung des süddeutschen
Molassebeckens im Verlauf der Beckenentwicklung mit Hilfe eines
Strömungs- und
Transportmodells. Eine besondere Rolle spielen dabei die zur
Zeit der Oberen Meeresmolasse
abgelagerten salinaren Porenwässer, die sich rezent in den
Sedimenten der Unteren
Süßwassermolasse nachweisen lassen. Anhand der
heutigen Position dieser Wässer soll das Modell
kalibriert werden. Zusätzlich müssen im
Simulationsmodell die heutigen hydraulischen
Eigenschaften (hydraulische Durchlässigkeit, spezifischer
Speicherkoeffizient, Porosität) der
einzelnen Molasseschichten erreicht werden. Zum Vergleich werden
die tatsächlichen Werte dieser
Parameter mit Unterstützung der im Molassebecken
tätigen Erdölfirmen und dem GLA Baden-Württemberg
aus zahlreichen Bohrungen ermittelt. Die Ergebnisse der
Simulationsversuche sollen
Aufschluß über das Ausmaß konsolidations- und
reliefbedingter Porenwasserströmungen im
Molassebecken und über den Zeitpunkt des hydraulischen
Anschlusses der Donau an das
Strömungssystem der Molasse geben.
Seit einigen Jahren wird in zunehmendem
Maße versucht, die Porenwasserbewegungen bzw.
Paläoströmungsregime in größeren
Sedimentbecken über geologisch große Zeiträume
mit Hilfe von
Computerprogrammen zu modellieren. Für die Verlagerung der
Porenwässer sind im wesentlichen
reliefbedingtes und konsolidationsbedingtes Fließen
verantwortlich. Die verwendeten Programme
müssen daher in der Lage sein, diese unterschiedlichen
Prozesse miteinander zu verbinden. Die dabei
verwendeten Simulationsmodelle beruhen auf der numerischen
Lösung der jeweiligen Strömungs-
und Transportgleichungen (Kinzelbach 1986, Bitzer
1994, Bitzer 1996). Der Fluß von Porenwasser
kann dabei durch Fluid-Gesteins-Reaktionen zu einer
Änderung der Sedimentzusammensetzung
führen und zum Beispiel zur Bildung von
Kohlenwasserstoffreservoirs (Sachsenhofer, 1994) oder
Goldvorkommen (Garven & Freeze, 1984) beitragen.
Da für eine sinnvolle Computersimulation solcher
Paläoströmungsregime eine große Anzahl an
Eingabeparametern bzw. eine genaue Kenntnis der rezenten
hydraulischen Verhältnisse und
hydraulischen Kennwerte der einzelnen Sedimentschichten
nötig ist, eignen sich zur Simulation
besonders Sedimentbecken, in die eine große Zahl von
Bohrungen abgeteuft wurde. Beispiele für die
Berechnung der Paläoströmungsregime anhand von
2D-Schnitten durch solche größeren Becken
bilden die Arbeiten von Bachu (1995) im kanadischen Alberta
Basin und von Lee & Bethke (1994)
im Denver Basin in den USA.
In Mitteleuropa eignet sich für eine solche Simulation
besonders gut das süddeutsche
Molassebecken, da hier eine große Anzahl an
Erdölexplorationsbohrungen und
Geothermiebohrungen abgeteuft wurde. Allein für den
baden-württembergischen Teil des
Molassebeckens liegen die Daten aus über 150 Bohrungen vor.
Sie sind von den beteiligten
Erdölfirmen zur Verwendung innerhalb des Projekts
freigegeben worden. Mit Hilfe der aus den
Bohrlochmessungen gewonnenen hydraulischen Parameter -
Porosität, hydraulische Durchlässigkeit,
spezifischer Speicherkoeffizient, Kompressibilität -
läßt sich das Paläoströmungsregime des
süddeutschen Molassebeckens sinnvoll modellieren.
Rückschlüsse sind dabei auf die Fragen nach
dem hydraulischen Anschluß der Donau an das
Strömungsregime der Molasse, den Zeitpunkt der
Verkarstung des Malms und das Ausmaß
konsolidationsbedingter und reliefbedingter
Porenwasserbewegungen möglich.
Mit den Daten aus der Auswertung der Bohrungen und mit den Daten aus früheren Arbeiten (Bertleff, 1986; Bertleff et al.,1988; Keller, 1992; Schmassmann, 1990; Stober, 1984, Villinger, 1977) wurde ein repräsentativer Schnitt durch das Molassebecken erstellt, der zunächst als Grundlage für die Simulation dienen soll (Abb. 1).
Eine wichtige Rolle für die Kalibrierung des Modells
spielen die unterschiedlichen Wässer in den
Sedimenten der Molasse. Die bei der Sedimentation der Oberen
Meeresmolasse eingeschlossenen
salinaren Wässer finden sich rezent, aufgrund der
Verlagerung durch die obengenannten Prozesse, in
den Schichten der Unteren Süßwassermolasse (Lemcke
& Tunn, 1956, Udluft, 1975; Lemcke, 1976).
Diese Wässer können damit als Tracer für die
Überprüfung des Modells verwendet werden.
Mit den bisher gewonnen Daten wurden erste Testdatensätze zusammengestellt und Simulationsrechnungen mit dem Fortran77 Simulationsprogramm BASIN von K. Bitzer durchgeführt. Die bisherigen Ergebnisse verlangen eine weitere Verfeinerung der Datensätze.
Abb. 2 und Abb. 3 zeigen die Entwicklung der hydraulischen Durchlässigkeit nach der Berechnung eines Testdatensatzes. Der ca. 91km lange Schnitt Trochtelfingen - Opfenbach wird in 50 Segmente unterteilt, was einer Segmentbreite von 1820m entspricht. Die Ablagerung der Schichten der Molasse wird in insgesamt 16 Zeitschritten (zweiter bis siebzehnter Zeitschritt = Layers) simuliert. Das erste Layer entspricht der Malmunterlage, die letzten drei Layers (achtzehntes bis zwanzigstes) bilden die spättertiäre Hebungs- und Erosionsphase des Molassebeckens. In Abb.2 ist nach jedem vierten Zeitschritt ein Snapshot der Animation mit dem Programm Geo3View (Klein & Ramshorn, 1991; Lindenbeck & Ulmer, 1995) gemacht worden. Den Endzustand (20. Zeitschritt) der hydraulischen Durchlässigkeit zeigt Abb. 3. Am rechten Bildrand sind die unterschiedlichen Formationen der Molasse gekennzeichnet. Die zusätzliche Unterteilung der Stratigraphie innerhalb der Abbildung spiegelt die Anzahl der Eingabelayers wieder. Beim Vergleich mit Abb. 1 fällt die sehr gute Übereinstimmung der Schichtmächtigkeiten und der Teufen der Formationsgrenzen auf. Auch die erhaltenen Werte für die hydraulischen Durchlässigkeiten stimmen gut mit den rezent gemessenen überein. Aussagen können damit bereits über die initialen Sedimentmächtigkeiten und die abschließende Hebung des Beckens gemacht werden.
In gleicher Weise können mit BASIN auch die Parameter
Hydraulic Head, Stoffkonzentration,
Temperatur, TT-Index, Porosität und spezifischer
Speicherkoeffizient während der
Entwicklung des Molassebeckens berechnet werden und die
Ergebnisse dargestellt werden.
Ziel des Vorhabens ist die Rekonstruktion des Verlaufs der Porenwasserbewegung im nordwestlichen Teil des süddeutschen Molassebeckens unter Berücksichtigung konsolidations- und reliefbedingter Strömungskomponenten.
Zur Homepage des Geologischen Instituts
