Mikrotrennflächen spielen eine zentrale Rolle in der Ingenieurgeologie, Gesteinsphysik und Felsmechanik. Um die Entwicklung von Mikrorissen und Risssystemen in Gesteinen besser vorhersagen zu können, soll in Fortsetzung der bisherigen Arbeiten am GeoForschungsZentrum Potsdam das Mikrorisswachstum unter Modus I und II Belastung untersucht werden. Hierzu sollen fortgeschrittene Verfahren zur Analyse der bei der Rissbildung abgestrahlten akustischen Emissionen (AE) eingesetzt werden, um den Anteil unterschiedlicher Mikrorisstypen bei Rissbildung unter Modus I und II Belastung zu bestimmen. Diese Untersuchungen sollen dazu beitragen, den Zusammenhang zwischen Mikrorissverteilung in der Prozesszone und Bruchzähigkeit für unterschiedliche Belastungsarten zu erfassen. Im ersten Teil der Studie wurde ein Verfahren zur Bestimmung der Modus II Bruchzähigkeit (PTS-Test) entwickelt. Dies soll nun weiterentwickelt werden, um es in der Anwendung als Standardverfahren (International Society of Rock Mechanics (ISRM) Suggested Method) einsetzen zu können. Hierzu sollen der Einfluss der Probengröße und der Belastungsgeschwindigkeit auf die Bruchzähigkeit untersucht werden.
Löß ist ein einzigartiges Archiv pleistozäner Umweltbedingungen. Seine weite Verbreitung und seine oft quasi-kontinuierliche Sedimentation ermöglichen zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Rekonstruktionen der Paläoumwelt. Darüber hinaus sind besonders die mittel- und jungwürmzeitlichen Löße hervorragende archäologische Archive. In Zentral- und in SE-Europa findet sich eine große Zahl bedeutender jungpaläolithischer Fundplätze eingebettet in mächtige Lößabfolgen. Löß kann, wie auch andere Sedimente, die zeitlichen Variationen des Erdmagnetfeldes auf Skalen von Jahrhunderten bis Jahrhunderttausenden aufzeichnen. Untersucht der Umweltmagnetismus die magnetischen Eigenschaften des 'Tonbandes' (hier Löß), so ist die möglichst genaue Rekonstruktion der darauf gespeicherte 'Musik' der Erdmagnetfeldvariationen Gegenstand des Paläomagnetismus. Ist die zeitliche Variabilität des Erdmagnetfeldes bekannt, so kann das in einem konkreten Profil erkannte Variationsmuster zur indirekten Datierung des Profils herangezogen werden. Seit September 2005 werden Grabungsprofile in der Wachau und in den rumänischen Ostkarpaten paläo- und umweltmagnetisch bearbeitet. Ziel der Untersuchungen ist -neben einer unabhängigen zeitlichen Einstufung- die Rekonstruktion des Paläoklimas zur Zeit der paläolithischen 'Besiedlung'.
Im Rahmen des Verbundprojekts PERMEA sollen Modelle entwickelt werden, die eine verbesserte Vorhersage der Kluftverteilung im Bereich von Störungszonen ermöglichen. Eine genaue Kenntnis der Kluftverteilung ermöglicht Rückschlüsse auf die Permeabilitätseigenschaften von Bruchzonen und somit auf deren Durchlässigkeit z. B. für aufsteigende Tiefenfluide, was wiederum Aussagen zu den Reservoir- und Barriereeigenschaften von Gesteinsformationen erlaubt. Die geplanten Untersuchungen sollen die gesamte räumliche Skalenbreite von Bruchzonen erfassen. Im ersten Teilprojekt ist geplant, auf der Mikroskala die Bruch- und Porengeometrie sowie die diagenetische Alteration zu betrachten. Auf der Mesoskala sollen im zweiten Teilprojekt einzelne Brüche unter Berücksichtigung der Oberflächenstruktur und Geometrie untersucht werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden im dritten Teilprojekt auf die Makroskala übertragen, um den Fluidfluss innerhalb komplexer Bruchnetzwerke bestimmen zu können. Im Fokus der geplanten Untersuchungen stehen ein besseres Systemverständnis der Bruchbildung sowie deren räumliche Verteilung in Störungszonen. Dazu soll die Entwicklung von Zerrüttungszonen mit Hilfe von numerischen Simulationen sowie Labor- und Geländeexperimenten nachvollzogen werden. Durch den Einsatz numerischer Methoden werden die Fluidströmung in definierten Bruchstrukturen simuliert und daraus Erkenntnisse über deren hydraulische Durchlässigkeit abgeleitet. Basierend auf den Geometrien der numerischen Untersuchungen ist die Anfertigung von Labormodellen mittels 3D-Drucker sowie von Sandboxmodellen beabsichtigt. An diesen Labormodellen werden Durchflussmessungen vorgenommen die wiederum zur Kalibrierung der numerischen Modelle dienen. Die im Rahmen der Untersuchungen entwickelte Verfahren und Methoden sollen abschließend in einem Geländeexperiment mit Hilfe hydraulischer Tests erprobt werden. Mit erfolgreichem Abschluss Verbundprojekts PERMEA sollen Werkzeuge zur Verfügung stehen, welche zur Prognose von Bruchnetzwerken in Störungszonen und zur Berechnung von Gebirgsdurchlässigkeiten in geklüfteten Gesteinen eingesetzt werden können. Diese Informationen sind insbesondere für geologische Speicher von Bedeutung, aber auch für den Tunnelbau oder die Wasserwirtschaft.
Die Abschätzung hydraulischer Durchlässigkeiten im Untergrund unter besonderer Berücksichtigung von Störungszonen ist unerlässlich für die Bewertung geologischer Strukturen hinsichtlich ihrer Reservoir- oder Barriereeigenschaften. Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung von Modellen zur verbesserten Vorhersage der Kluftverteilung entsprechender Permeabilitätseigenschaften im Bereich von Störungszonen. Auf Mikroskala betrachten wir insbesondere Deformationstrukturen und Bruchmuster auf dem cm-nm Maßstab, sowie Zementation und andere diagenetischen Veränderungen. Die Mesoskala umfasst die Betrachtung einzelner Brüche unter Berücksichtigung ihrer Oberflächenstruktur und Geometrie. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden auf die Makroskala übertragen, um dort den Fluidfluss innerhalb komplexer Bruchnetzwerke zu bestimmen. Die neuen Verfahren und Methoden erlauben eine umfassende Interpretation und Analyse von Permeabilitäten in Bruchnetzwerken und daraus resultierend eine Prognose für Gebirgsdurchlässigkeiten in geklüfteten Gesteinen. Genaue Kenntnisse der Verteilung von Durchlässigkeiten und Barrieren sind wichtige Informationen im Bereich der Wasserwirtschaft und Speichertechnologie, im Tunnelbau und bei der Festlegung von Bohrzielen in der geothermischen und Kohlenwasserstoffexploration. Die Teilprojekte die an der RWTH durchgeführt werden umfassen Arbeiten zur strukturgeologischen Erfassung von Geländedaten sowie der mikrostrukturellen Analyse der im Gelände gewonnen Proben. Zudem werden Analogmodelle durchgeführt, die die Durchflusseigenschaften von Störungszonen auf der Makroskala simulieren. Die Analyse der Bruchgeometrien und mikrostrukturellen Eigenschaften in beiden Teilprojekten dient u.a. als Basis zur numerischen Simulation in den anderen Verbundprojekten.
Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Laborprogramms zur Untersuchung von thermisch induzierter und gasdruckgetriebener Rissbildung bei Wasserstoff gefüllten Speicherkavernen im Steinsalz. Da es aktuell keine Labor- oder in situ Versuche gibt, welche die Kombination von thermisch induzierter und druckgetriebener Rissbildung untersuchen, sind diese Laborversuche notwendig, um die Mechanismen dieser Art der Rissbildung und Fortschreitung besser zu verstehen und die Forschungsergebnisse des Projektes 'RiSa' eindeutig validieren zu können. Zunächst wird in enger Zusammenarbeit mit GL Test Systems ein neuartiger Prüfstand zum punktuellen Kälteeintrag in einen unter Innendruck stehenden Salzgesteinshohlprüfkörper realisiert. Nach einer Phase von Vorversuchen werden anschließend Versuchsreihen mit verschiedenen Salztypen sowie Belastungs- und Temperaturbedingungen durchgeführt. Abschließend werden numerische Nachrechnungen mit den in 'RiSa' entwickelten Modellen vorgenommen. Somit können die numerischen Modelle zur thermisch induzierter und gasdruckgetriebener Rissbildung und Rissfortschreitung überprüft werden. Das Projekt 'La-thi-ga' unterteilt sich in drei Teilbereiche, welche von zwei Mitarbeitern/-innen bearbeitet werden: 1 Entwicklung der Versuchsanlage, 2 Durchführung der Laborversuche, 3 Durchführung numerischer Nachrechnungen der Laborversuche mit zwei verschiedenen numerischen Programmsystemen. Zunächst wird die Firma GL Test Systems die notwendige Versuchsanlage in enger Zusammenarbeit mit dem IGtH / IUB entwickeln (s. AAK Antrag - GL Test Systems). In verschiedenen Versuchsreihen mit unterschiedlichem Steinsalz und unterschiedlichen Belastungsbedingungen werden die Laborversuche von den zwei Mitarbeitern/ -innen durchgeführt. Parallel zu den Laborversuchen werden die numerischen Nachrechnungen durchgeführt, wobei die zwei Mitarbeiter/ -innen die Versuche mit jeweils unterschiedlichen numerischen Programmsystemen bearbeiten und simulieren.
Das Verbundprojekt H2-ReacT untersucht grundlegende petrophysikalische, geochemische und biogeochemische Fragen der untertägigen Wasserstoffspeicherung. Prognosen zum Langzeitverhalten geologischer Wasserstoffspeicher sind bisher nur eingeschränkt möglich da verlässliche Daten zur Geschwindigkeit relevanter Redoxreaktionen und zur Wasserstoffdurchlässigkeit von Deckschichten fehlen. Ziel des H2-ReacT Projekts ist die Gewinnung experimenteller Daten zur Kinetik chemischer Reaktionen und mikrobieller Umsetzungen sowie zu Transportmechanismen des molekularen Wasserstoffs in tiefen geologischen Systemen. Die Untersuchungen werden exemplarisch für drei geologische Wasserstoff-Speicheroptionen durchgeführt: - Porenspeicher mit toniger Abdeckung - Porenspeicher mit evaporitischer Abdeckung - Salzkavernen. Chemische und mikrobielle Reaktionen, die Wasserstoff (H2) verbrauchen, stellen bisher noch einen großen Unsicherheitsfaktor bei der quantitativen Beschreibung reaktiver Transportprozesse des molekularen Wasserstoffs in geologischen Systemen dar. Um diese Unsicherheit zu reduzieren und Wissenslücken zu schließen, befasst sich das H2-ReacT Projekt mit grundlegenden Fragen zum Prozessverständnis. Dabei werden vier Teilprojekte bearbeitet. Teilprojekt 1: Bestimmung der reaktionskinetischen Parameter ausgewählter abiotischer und biotischer Redoxreaktionen, die zu einer Wasserstoffoxidation (z. B. Methanogenese und Sulfatreduktion) führen. Verschiebungen von Lösungs-Fällungsgleichgewichten können zu Veränderungen der Speichereigenschaften und der Durchlässigkeit von Gesteinen führen. Teilprojekt 2: Bestimmung der Adsorption von Wasserstoff (Sorptionsisothermen) an ausgewählten Gesteinstypen. Aus der spezifischen Adsorption gasförmigen oder gelösten Wasserstoffs an Mineraloberflächen sollen Aussagen zur Reaktivität der Oberflächen und Auswirkungen auf die Reaktionsgeschwindigkeit abgeleitet werden. Teilprojekt 3: Quantifizierung und Parametrisierung des Gastransports in Sedimentgesteinen. Es werde Durchströmungs- und Diffusionsexperimente mit Wasserstoff und anderen Gasen durchgeführt. Zusätzlich wird der Einfluss mikrobieller Redoxreaktionen auf den Ein- und Mehrphasenfluss in Speichergesteinen untersucht. Teilprojekt 4: Bestimmung der Wasserstoff-Löslichkeit in verschiedenen Formationswässern als Funktion von Druck, Temperatur und Zusammensetzung. Durch das H2-ReacT Projekt soll die vorhandene Datenbasis erweitert und konsolidiert werden. Die im Rahmen des Verbundprojekts erzielten Ergebnisse werden dazu beitragen, die Eignung geologischer Speicherstrukturen in Zukunft sicherer bewerten zu können. Außerdem tragen sie zur Verbesserung der Modellierung geotechnischer Prozesse bei der Nutzung solcher Strukturen bei.
Die Abschätzung hydraulischer Durchlässigkeiten im Untergrund unter besonderer Berücksichtigung von Störungszonen ist unerlässlich für die Bewertung geologischer Strukturen hinsichtlich ihrer Reservoir- oder Barriereeigenschaften. Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung von Modellen zur verbesserten Vorhersage der Kluftverteilung und entsprechender Permeabilitätseigenschaften im Bereich von Störungszonen. Auf der Mikroskala betrachten wir Deformationstrukturen und Bruchmuster auf einem cm-nm-Maßstab sowie Zementation und andere diagenetische Veränderungen. Die Mesoskala umfasst die Betrachtung einzelner Brüche unter Berücksichtigung ihrer Oberflächenstruktur und Geometrie. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden auf die Makroskala übertragen, um dort den Fluidfluss innerhalb komplexer Bruchnetzwerke zu bestimmen. Für Prognosen von Permeabilitäten in Störungszonen wird deren Entwicklung in Labor- und numerischen Modellen simuliert. Zudem werden Permeabilitäten von Einzelklüften und Kluftnetzwerken aus Daten synthetischer und realer Bruchnetzwerke bestimmt. In Modellen werden Rauigkeiten der Kluftflächen sowie der Einfluss des lokalen Spannungsfelds auf Klüfte und deren Öffnungsweite berücksichtigt. Die Variation der Spannungen in den Modellen ermöglicht die Abschätzung tiefenabhängiger Permeabilitätsänderungen. Das Verfahren wird durch die Untersuchung von physischen Labormodellen getestet und validiert; die skalenübergreifende Interpretation wird an einem Realdatenbeispiel erprobt. Das igem führt numerische Simulationen mit einem DEM-Ansatz zur Mechanik der Bruch- und Bruchnetzwerkentwicklung, photogrammetrische Messungen und Analysen von Bruchstrukturen im Aufschluss sowie Durchflussmessungen an analogen Kluftmodellen durch. Die in den DEM-Simulationen erzeugten Bruchgeometrien werden statistisch ausgewertet, mit den Messungen im Aufschluss verglichen und in den Arbeitspaketen zur Simulation des Fluidflusses weiterverwendet.
Das Verbundprojekt SIMULTAN hat zum Ziel, ein Früherkennungssystem für Erdfälle hinsichtlich deren Instabilität, Unruhe und Kollaps zu entwickeln und anzuwenden. Der neuartige Forschungsansatz vereint strukturelle, geophysikalische, petrophysikalische und hydrologische Methoden, die von Sensorentwicklung und mulit-skaliger Überwachung flankiert werden. Diese sind insbesondere in urbanen Bereichen von Bedeutung. Entscheidungsprozesse werden durch Simulationen und Modellierungen unterstützt und schließlich auf einer integrierten Plattform bei Geologischen Diensten verankert. Die Kombination von verschiedenen Methoden sowie die Integration der Ergebnisse zu einem Früherkennungssystem werden im Verbund in sechs vernetzten Arbeitspaketen (WPs) erarbeitet. Diese untersuchen klein- bis groß-skalige Phänomene, berücksichtigen zeitabhängige Daten und kombinieren mit Simulationen und Modellierungen Felddaten unterschiedlichen Typs für das Prozessverständnis. WP3 (LIAG, LUH,GGL) entwickelt hierzuein geodätisches Monitoring-Konzept zur Überwachung von durch Erdfälle induzierten Oberflächendeformationen und Massenverlagerungen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 90 |
| Kommune | 6 |
| Land | 7 |
| Wissenschaft | 71 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 90 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 90 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 87 |
| Englisch | 8 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 18 |
| Webseite | 72 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 90 |
| Lebewesen und Lebensräume | 78 |
| Luft | 37 |
| Mensch und Umwelt | 90 |
| Wasser | 42 |
| Weitere | 90 |