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Technischer Bericht NTB 89-25
Nachweis von tektonischen Störungen in 2 Bodengasprofilen in der Nordschweiz
Im Tafeljura östlich von Basel wurde in einer Feldkampagne an zwei Bodengasprofilen von je ca. 1.3 km Länge die Möglichkeit des geochemischen Nachweises von Störungen mittels Bodengasen getestet. Ziel war abzuklären, inwieweit Gas-Mehrkomponentenanalysen entlang von Messprofilen das rasche Auffinden von Störungen im Feld erlauben. Zudem sollten für ähnliche Fragestellungen Erfahrungen gesammelt und das Vorgehen optimiert werden.
Der Bericht gibt einführend Hinweise über Entstehungsort und Herkunft der wichtigsten Bodengase. Anschliessend werden das Prinzip des Feldversuchs, die Messmethodik und die Messgeräte beschrieben. Breiter Raum wird der Resultatdarstellung, der Diskussion und Quervergleichen zu Literaturdaten eingeräumt.
Die Bodengasprofile sind quer zur Rheinfelder Verwerfung (Bodengasprofil Rheinfelden) und zur Zeininger Störungszone (Bodengasprofil Zeiningen) angelegt worden, die beide regionalen Charakter haben und Versetzungsbeträge (dip slip) von einigen hundert Metern zeigen. An der Erdoberfläche sind keine geomorphologischen Hinweise für rezente Bewegungen an den beiden Störungen bekannt, obwohl neotektonische Aktivität im Gebiet Rheinfelden-Zeiningen wahrscheinlich ist.
Die Gasproben wurden durch eine einrammbare Sonde gewonnen. In beiden Profilen wurden vorerst in festem Messpunktabstand von 100 Meter Proben entnommen (= unverdichtete Bodengasprofile). In einem weiteren Schritt konnten die festgestellten Gasanomalien durch Bodengasentnahmen an Zwischenpunkten eingeengt werden, was zu den verdichteten Bodengasprofilen führte.
Die Untersuchungen umfassten die Ermittlung der Konzentrationen folgender Gase: Kohlenwasserstoffe von C1 (Methan) bis C5 (Pentan), CO2, He, H2, N2 und O2. Diese Messungen erfolgten mittels zweier Gaschromatographen in einem einfachen Feldlabor. Zusätzlich wurde der Gehalt an H2S in der Bodenluft in einem Schnellverfahren ermittelt (Drägerröhrchen), ebenso die Aussentemperatur und die Temperatur im Rammloch in ca. 1.2 Meter Tiefe. Der Gehalt an Rn (Radon) wurde entlang beider Profile mittels α-Cups (= Filme, die die auftreffende α-Strahlung über mehrere Wochen aufzeichnen) bestimmt. Um Hinweise über die Herkunft der Kohlenwasserstoffe und des CO2 zu erhalten, wurden an einem Messpunkt im Bereich der Rheinfelder Verwerfung Proben für Isotopenanalysen entnommen.
Die Untersuchungen zeigten, dass sich mit dem gewählten Vorgehen die wichtigsten bekannten Störungen gut lokalisieren liessen. Zudem konnten einige vermutete Störungen bestätigt und weitere erstmals entdeckt werden. Für den Störungsnachweis erwiesen sich vor allem die Gase CH4, C2 bis C5, H2 und die Gasverhältnisse CO2/O2 und N2/O2 als diagnostisch wichtig. Die Konzentrationen der diagnostisch vermutlich ebenfalls wichtigen Gase He und H2S lagen leider durchgehend unterhalb der Nachweisgrenzen (10 resp. 1 ppm).
Sofern das vollständige detaillierte Störungsinventar eines Gebietes erfasst werden soll und auch Erkenntnisse über den lateralen Verlauf der Strukturen gewonnen werden sollen, ist die Vernetzung vieler Bodengasprofile nötig. Für derartige Anwendungen scheint das in diesem Bericht gezeigte Verfahren relativ aufwendig. Es könnte aber während umfangreicherer Erkundungsaufträge laufend an die neugewonnenen Erkenntnisse angepasst werden und damit der Aufwand minimalisiert werden. Obwohl allgemein die besten Resultate bei der Kombination möglichst vieler Gase zu erwarten sind, könnte durch Vorversuche in einem Gebiet unter bestimmten Voraussetzungen (lithologische Homogenität, gleiche Störungstypen etc.) auch die Anzahl der gemessenen Parameter gezielt verkleinert werden.