Original paper

Ableitung von Korngrößenverteilungen aus textbasierten petrografischen Bohrgutbeschreibungen

[Deduction of grain size distributions based on petrographic borehole descriptions]

Naumann, Michael; Waldeck, Anja; Poßin, Wolfgang; Schwarz, Carsten; Fritz, Joachim

Abstract

During geological surveys, data on sediment grain size and composition of specific lithological layers in boreholes are obtained either by macroscopic description (using the so called "finger-testing" method) or by laboratory analyses. The results are stored either as acronyms using the national geological code (e.g. borehole databases) or as a measured result in laboratory databases. In this paper, a method which allows the systematic transformation of lithological field descriptions of boreholes (i.e. sedimentary-petrographic datasets) into grain size distributions has been developed. A validation of this approach was carried out based on 1300 sediment samples from the German North Sea area. The applicability of this algorithm was expanded to the analysis, in freely selectable depth intervals, of comprehensive borehole data deriving from the borehole database of Lower Saxony (BDN), managed by the State Authority for Mining, Energy and Geology (LBEG). The method was tested on five 1 : 25 000 topographic map sheets in different regions of Lower Saxony (map TK25: Varel, Zetel, Altenmedingen, Dahlenburg, Bleckede) and results were discussed with the regionally responsible mapping experts of the LBEG. In addition, the method was applied, tested and evaluated for its potential to solve questions relating to subsoil properties or the prospecting for raw mineral deposits in the German North Sea sector, based on the analysis of about 10 000 boreholes. Examples for the practical application of the method in the German North Sea sector are given in the second part of this article (e.g. seabed sediments classified after Folk (1954, 1974), DIN 18311 – classification for dredging work (2010), potential for liquefaction or prospection of replenishment sands for coastal protection issues).

Kurzfassung

Bei geologischen Erkundungen werden Angaben zu Korngrößen und Gemengeanteilen von in Bohrungen erkannten Schichteinheiten entweder in laborbasierten Korngrößenanalysen oder aufgrund von makroskopischer Abschätzung (Fingerprobe) während der Geländearbeit ermittelt. Die Ergebnisse werden entweder als Laborbefund oder als in Kürzeln verschlüsselte Beschreibungen in Datenbanken (z. B. Bohrdatenbank) gespeichert. Für eine systematische Zusammenführung und Nutzung der Ergebnisse aus diesen beiden Bestimmungsverfahren zu Korngrößenanteilen und Materialzusammensetzung von Sedimentproben wurde eine Methode zur Ableitung von Korngrößenverteilungen entwickelt. Diese Methode wandelt die in Kürzeln verschlüsselte makroskopische Bohrgutbeschreibung in berechenbare Gemengeanteile um, die anschließend in eine Beziehung zu den laborbasierten Korngrößenanteilen gesetzt werden können. Anhand von 1300 Referenzproben aus dem deutschen Nordseesektor wurde die Methode validiert. Die praktische Anwendbarkeit des Algorithmus wurde zur Auswertung umfangreicher Bohrdatenbestände aus der Bohrdatenbank Niedersachsen (BDN) des Landesamtes für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG, Hannover) nach frei selektierbaren Teufenintervallen erweitert. Die Methodik wurde an Bohrungsdaten auf fünf Blättern der Topographischen Karte 1 : 25 000 verschiedener Regionen Niedersachsens (TK25 Varel, Zetel, Altenmedingen, Dahlenburg, Bleckede) getestet und die Ergebnisse mit Kartierern des LBEG, die über vertiefte regionale Fachkenntnisse verfügen, diskutiert. Parallel wurden diese Auswertungsmethoden an etwa 10 000 Bohrungen in der Deutschen Nordsee für Fragestellungen des Baugrundes sowie zur Ausweisung von mineralischen Rohstoffvorkommen erprobt und bewertet. Im zweiten Teil des Artikels werden Anwendungsbeispiele aus dem deutschen Nordseeraum für die Karte der Sedimentverteilung am Meeresboden nach Folk (1954, 1974), der Klassifizierung nach DIN 18311 – Nassbaggerklassen (2010), Auswertungen zum Thema Bodenverflüssigung sowie zum Nachweis potenzieller Spülsandvorkommen vorgestellt.

Keywords

boreholeborehole data basegeological mappinggrain size distributionmethodsediment