Fracture and fault systems characterising the intersection between the Lower Rhine Embayment and the Ardennes-Rhenish Massif - results from the RWTH-1 well, Aachen, Germany

The 2544 m deep geothermal well “RWTH-1”, drilled in 2004 in the city centre of Aachen, is located geologically in a key position between the Variscan Ardennes-Rhenish Massif and the active rift zone of the Lower Rhine Embayment close to the early Palaeozoic London-Brabant Massif. The borehole was drilled in the footwall of the frontal Variscan Aachen-Midi Thrust and 300 m to the east of a major post-Variscan normal fault. Downhole measurements and samples include wireline logs, image logs, 126 m of cores and continuous cuttings, thus providing a unique dataset from the Variscan Frontal Zone in the German-Belgian borderland. The borehole revealed an unprecedented stratigraphic sequence with a striking absence of Middle Devonian and Lower Carboniferous carbonate rocks, which form prominent outcrops only a few hundred metres SE of the borehole location. Complex open and sealed fault and fracture systems can be discerned, refl ecting the complex tectonic history. Faulting and folding is observed at 240–1520 m depth, whilst rocks are much less deformed and dip gently towards the NE in the lower part of the well down to 2544 m. Low-angle NE–SW-trending faults refl ect Variscan compression. The superfi cially open fault and fracture system including joints and drilling enhanced fractures shows a NW–SE trend parallel to regional normal faults and the recent maximum horizontal stress. A prominent NNE–SSW-trending fracture set is interpreted as palaeojoints to have formed under NNE directed compression, which differs from the present in-situ stress orientation. Varying directions of borehole breakouts and drilling induced tensile fractures are related to a subordinate set of W–E oriented faults, located at depths of 1895 m, 2115 m and 2304 m. This orientation is aligned parallel to the maximum dextral in-situ shear stress, which is in accordance with a strike-slip faulting regime extending from the Variscan Zone in Belgium. Kurzfassung: Im Jahr 2004 wurde im Aachener Stadtgebiet die geothermische Tiefbohrung „RWTH-1“ mit einer Endteufe von 2544 m gebohrt. Sie befi ndet sich in einer geologischen Schlüsselposition zwischen dem variszisch geprägten Rheinischen Schiefergebirge/Ardennen und der derzeit seismisch aktiven Riftzone der Niederrheinischen Bucht. Die Tiefbohrung durchteufte das Liegende der variszischen Überschiebungsfront und liegt nur 300 m östlich einer postvariszischen Abschiebung. Durch ein umfangreiches geophysikalisches Messprogramm, das auch bohrlochabbildende Verfahren umfasst, eine ununterbrochene Beprobung des Bohrkleins und das Ziehen von 126 m Bohrkernen in drei Teufenintervallen bietet die Bohrung RWTH-1 einen einmaligen Datensatz der variszischen Front im belgisch-deutschen Grenzbereich. Stratigrafi sch bemerkenswert ist das Fehlen der unterkarbonischen und mitteldevonischen Karbonate, welche nur wenige 100 m südlich der Bohrlokation in großer Mächtigkeit aufgeschlossen sind. Entsprechend der lang anhaltenden tektonischen Geschichte wurde ein komplexes Bruchund Störungssystem durchteuft. Der variszische Deformationsgrad nimmt mit der Tiefe ab. Vor allem oberhalb 1520 m zeigt sich noch starke Faltungsund Überschiebungsaktivität, wohingegen die Schichten unterhalb nur fl ach nach NE einfallen. Die variszischen Überschiebungen streichen NE–SW und fallen fl ach nach SE ein. Offene Brüche und Störungen streichen vor allem NW–SE parallel zu den Abschiebungen der Niederrheinischen Bucht und der Richtung der maximalen Horizontalspannung. Oberfl ächlich Z. dt. Ges. Geowiss. , 162/3, p. 251–276, 11 figs., 2 tables Article Stuttgart, September 2011 © 2011 E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, Germany DOI: 10.1127/1860-1804/2011/0162-0251 www.schweizerbart. de 1860-1804/0162-0251 $ 11.25 eschweizerbart_ingenta 252 Ute Trautwein-Bruns et al.