Nagra Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle

Cedra Societe cooperative nationale pour I'entreposage de dechets radioactifs

Cisra Societa cooperativa nazionale per I'immagazzinamento di scorie radioattive

TECHNISCHER BERICHT 85-50

SONDIERBOHRUNGEN WEIACH, RINIKEN, SCHAFISHEIM, KAISTEN, LEUGGERN

GEOPHYSIKALISCHE DATEN

TEXTBAND

H.P. WEBER G.SATTEL C. SPRECHER

Parkstrasse 23 5401 Baden / Schweiz

OKTOBER 1986

Telephon 056/205511

Nagra Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle

Cedra Societe cooperative nationale pour I'entreposage de dechets radioactifs

Cisra Societa cooperativa nazionale per I'immagazzinamento di scorie radioattive

TECHNISCHER BERICHT 85-50

SONDIERBOHRUNGEN WEIACH, RINIKEN, SCHAFISHEIM, KAISTEN, LEUGGERN

GEOPHYSIKALISCHE DATEN

TEXTBAND

H.P. WEBER G.SATTEL C. SPRECHER

Parkstrasse 23 5401 Baden / Schweiz

OKTOBER 1986

Telephon 056/205511

NAGRA NTB 85-50 - I -

ZUSAMMENFASSUNG

Im Rahmen der erdwissenschaftlichen Arbeiten der Nagra wurden bis zum 25. Mai 1985 in der Nordschweiz 6 Tiefboh­rungen abgeteuft und mit diversen Methoden evaluiert. Ein Bestandteil der "in situ"-Untersuchungen waren geo­physikalische Messprogramme. Die Zielsetzung umfasste die petrophysikalische und geologische Charakterisierung der durchbohrten Gesteinsformationen, die Lagebestimmung planarer Diskontinuitäten und die Erhebung geophysikalischer und bohrtechnischer Referenzdaten. Es ist beabsichtigt, die Resultate aller dieser Messungen vollumfänglich als Teil von fachübergreifenden Untersuchungsberichten der einzelnen Sondierbohrungen zu veröffentlichen. Ein erster derartiger Untersuchungsbericht über die Bohrung BOETTSTEIN liegt vor (NTB 85-01). Die Daten aus den verbleibenden 5 Bohrungen sind z.Z. in Bearbeitung.

Da es wünschenswert erschien, die geophysikalischen Messer­gebnisse (Rohdaten) ~öglichst frühzeitig allen an der Aus­wertung beteiligten-Arbeits- und Projektgruppen zugänglich zu machen, werden im vorliegenden Bericht die wichtigsten Resultate aus den Sondierbohrungen WEIACH, RINIKEN, SCHAFIS­HEIM, KAISTEN und LEUGGERN in möglichst kompakter und übersichtlicher Form zusammengefasst. Der Bericht enthält ausserdem einige Erläuterungen zur Methodik und Kommentare, die sich auf den operationellen. Ablauf der Messungen und die Datenqualität beziehen. Auf eine Diskussion oder Inter­pretation der Messdaten wird hier bewusst verzichtet.

Mit Ausnahme der einleitenden methodischen Kapitel ist der Bericht nach Bohrungen gegliedert. Textkapitel und Beilagen, die sich auf eine bestimmte Bohrung beziehen, tragen jeweils die gleiche Hauptnummer (z.B. WEIACH: 4.x). Die zweite Ziffer bezeichnet entweder ein standardisiertes Textunter­kapitel oder die Art der Beilage. Als Beilagen sind pro Bohrung die folgenden Rohdaten dargestellt:

Beilage x.l: Uebersicht über die in der Bohrung durch­geführten geophysikalischen Messungen

Beilage x.2: Composite-Log. Zusammenstellung der wich­tigsten Logs im Massstab 1 : 1000 und der geologischen Aufnahme. Mit a, bund ewerden aufeinanderfolgende Tiefenabschnitte bezeich­net (je ca. 1000 m)

Beilage x.3: Elektrische widerstands- oder Ultraschall Reflexionsabbildung der Bohrlochwand. Aus­schnitt im Massstab 1 : 10 als Datenbeispiel (ca. 5 m)

NAGRA NTB 85-50 - 11 -

Beilage x.4: Seismische Laufzeit-Tiefenfunktion (T/Z-Kurve) (vert. Massstab 1 : 5000) auf der Basis der Sonic- und Check-Shot bzw. VSP-Messungen

Beilage x.5: Seismische Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen (vert. Massstab 1 : 5000) auf der Basis der Sonic- und Check-Shot-Messungen

Beilage x.6: Synthetische Seismogramme und seismisches Vertikalprofil (VSP). Vertikalmassstab: 1 cm =0.1 s

Beilage x.7: Räumliche Lage der Bohrspur. Graphische und tabellarische Darstellung (Tiefenumrechnungs­tabelle)

Beilage x.8: Dichte- und Dichtedifferenzprofile auf der Basis von bOhrlochgravimetrischen- und LDT­Daten (vert. Massstab 1 : 5000; nur Bohrung ~JE lACH)

In erster Linie sollen diese Beilagen einen Ueberblick über die verfügbaren Daten und ihren Informationsgehalt vennitteln. Sie sind nicht in allen Fällen direkt als Arbeitsunterlagen für eingehendere Studien und Interpre­tationsarbeiten geeignet.

NAGRA NTB 85-50 - III -

ABSTRACT

Up to the 25th of May 1985, six deep boreholes have been drilled and investigated in Northern Switzerland as part of Nagra's geological exploration program. The "in situ" investigations included comprehensive geophysical logging programs. They were carried out to provide data for the petrophysical and geological characterisation of the drilled rock formations, the location and orientation of planar discontinuities such as fractures or dykes, and finally to acquire geophysical and technical reference data. All rel­evant results will be published in due course as part of multidisciplinary investigation reports on the individual boreholes. The first of these reports on the BOETTSTEIN borehole is now available (NTB 85-01)~ the data from the five remaining boreholes are presently being processed.

It seemed desirable to give all the working teams and project groups involved in the evaluation of the drilling results early access to the geophysical data set. with the present report it is intended to provide a clearly arranged and compact summary of the most important raw data originat­ing from the boreholes WEIACH, RINIKEN, SCHAFISHEIM, KAISTEN and LEUGGERN. In addition to results, the report contains a brief description of the various tools and investigation methods which were used, as well as comments on field oper­ations and data quality. This preliminary report does not however contain any interpretation or discussion of the recorded data set.

Apart from the introductory chapter the report is structured with respect to boreholes. Chapters and enclosures which relate to a specific borehole always carry the same main number (e.g. 4.x for WEIACH). The second digit either refers to a standardized subchapter or the type of enclosure. The following data are presented as enclosures for each bore­hole:

Enclosure x.l: Overview of all geophysical surveys carried out in the borehole.

Enclosure x.2: Composite-Log. Compilation of the most important logs (scale 1:1000) together with the geological record. Consecutive depth sections (each ca. 1000 m) are designated a, band c.

Enclosure x.3: Electrical resistivity or ultrasonic re­flection image of the borehole wall. One or more small sections (scale 1:10) are pre­sented as data samples.

NAGRA NTB 85-50 - IV -

Enclosure x.4: Seismic time/depth function (T/Z curve, vertical scale 1:5000) on the basis of sonic, check-shot and VSP data.

Enclosure x.5: Seismic velocity/depth functions (vertical scale 1 : 5000) on the basis of sonic and

'P" II

check-shot da ta.

Enclosure x.6: Synthetic seismograms and vertical seismic profile (VSp). Vertical scale: 1 em = 0.1 s

Enclosure x.7: Borehole trajectory. Graphic and tabular presentation (depth conversion table).

Enclosure x.8: Density and density difference profiles on the basis of borehole gravity and LDT data (vertical scale 1 : 5000~ WEIACH borehole only) .

These enclosures were designed to give a general overview of the available data and their information content. They are not always suitable as a direct basis for further interpretation or detailed studies.

NAGRA NTB 85-50 - V -

RESUME

Dans le cadre des travaux sur les sciences de la terre, réa­lisés par la Cédra jusqu'au 25 mai 1985, six forages pro­fonds ont été forés dans le nord de la Suisse. Ces forages ont été évalués in situ à l'aide de diverses méthodes, parmi lesquelles des mesures de géophysique. Les objectifs de ces dernières comprenaient la caractérisation pétrophysique et géologique des formations forées, la localisation de discon­tinuités planaires et l'acquisition de données de référence pour la géophysique de surface et les opérations de forage. Il est prévu de publier la totalité des résultats dans des rapports de recherches pluridisciplinaires. Un premier de ces rapports sur le forage de BOETTSTEIN est déjà paru (NTB 85-01). Les données acquises lors des cinq autres forages sont actuellement en cours de traitement.

Il est apparu souhaitable de rédiger un rapport intermé­diaire pour que les données géophysiques brutes soient ac­cessibles le plus tôt possible à tous les groupes intéressés et plus particulièrement à ceux s'occupant de l'évaluation des résultats des forages. Ce rapport à comme but de présen­ter, d'une manière claire et condensée, les données les plus importantes obtenues au cours des sondages de \fflIACH, RINIKEN, SCHAFISHEIM, KAISTEN et LEUGGERN. Il renferme par ailleurs quelques explications sur les méthodes employées et des commentaires sur le déroulement des mesures et leur qualité. Par contre, une discussion ou une interprétation des données n'est pas incluse.

A l'exception du chapitre d'introduction, le rapport est structuré par forages. Textes et annexes relatifs à un forage particulier portent le même premier chiffre (par ex. WEIACH: 4.x). Le second chiffre indique soit un sous-titre standard, soit le type d'annexe. Les annexes présentent les données brutes suivantes pour chacun des forages.

Annexe x.l: Aperçu de toutes les mesures géophysiques réalisées dans le forage.

Annexe x.2: Diagraphie composée. Représentation des dia­graphies les plus importantes à l'échelle 1:1000 et du levé géologique. a, b et c dé­signent des sections de profondeur successives (de chaque fois env. 1000 m).

Annexe x.3: Image de la paroi du puit par résistivité élec­trique ou réflexion ultransonique. Extrait à l'échelle 1:10 comme exemple de données (env. 5 m).

NAGRA NTB 85-50 - VI -

Annexe x.4: Courbe T/Z (temps de propagation sismique en fonction de la profondeur) échelle vert. 1:5000) sur la base des mesures soniques Check-Shot et PSV.

Annexe x.5: Courbe V/Z (vitesse sismique en fonction de la profondeur) échelle vert. 1:5000) sur la base des mesures soniques et Check-Shot.

Annexe x.6: Sismogrammes synthétiques et profil sismique vertical (PSV). Echelle verticale: l cm = 0.1 s

Annexe x.7: Trajectoire du puit. Représentation graphique et tabulaire (tableau de conversion des pro­fondeurs) •

Annexe x.8: Profils des densités et de différences de densités basés sur des données gravimétriques de forage et des données LDT (échelle vert. 1:5000; forage de vmIACH seulement).

Ces annexes' entendent en premier lieu offrir un aperçu des données disponibles et de leur contenu informatif. Elles ne se prêtent pas dans tous les cas à une utilisation directe comme documents de travail pour des études plus approfondies ou des travaux d'interprétation.

NAGRA NTB 85-50 - VII -

INHALTSVERZEICHNIS

ZUSAMMENFASSUNG ABSTRACT RESUME

INHALTSVERZEICHNIS VERZEICHNIS DER FIGUREN IM TEXT VERZEICHNIS DER BEILAGEN

1

2

3

3.1

3.1.1 3.1.1.1

3.1.1.2 3.1.1.3 3.1.1.4 3.1.2

3.1.3

3.2

3.2.1 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3 3.2.2

3.3

4

4.1

4.2

4.3

4.4

EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG

ORGANISATION

MESSMETHODEN

Bohrlochpetrophysik (Logging)

Messverfahren (Tools) Elektrische und elektromagnetische Verfahren Radiometrische Verfahren Seismo-akustische Verfahren Sonstige technische Messverfahren Abkürzungsliste für Messgeräte (Tools und Bohrlochmessungen (Logs) Darstellung der Composite-Logs

Bohrlochseismik

Messverfahren Check-Shot Survey Seismisches Vertikalprofil (VSp) Synthetische Seismogramme Darstellung der bohrlochseismischen Ergebnisse

BOhrlochgravimetrie

SONDIERBOHRUNG WEIACH

Bohrungsdaten und Schichtserienverzeichnis

Ausgeführte Arbeiten

Operationeller Kommentar

Kommentar zur Datenqualität

Seite

I 111

V

VII IX IX

1

5

6

6

6

6 8

10 12

15 17

17

17 18 22 24

25

27

29

29

31

32

37

NAGRA NTB 85-50 - VIII -

Seite

5 SONDIERBOHRUNG RINIKEN 39

5.1 Bohrungsdaten und Schichtserienverzeichnis 39

5.2 Ausgeführte Arbeiten 41

5.3 Operationeller Kommentar 42

5.4 Kommentar zur Datenqualität 44

6 SONDIERBOHRUNG SCHAFISHEIM 47

6.1 Bohrungsdaten und Schichtserienverzeichnis 47

6.2 Ausgeführte Arbeiten 49

6.3 Operationeller Kommentar 50

6.4 Kommentar zur Datenqualität 54

7 SONDIERBOHRUNG KAISTEN 57

7.1 Bohrungsdaten und Schichtserienverzeichnis 57

7.2 Ausgeführte Arbeiten 59

7.3 Operationeller Kommentar 60

7.4 Kommentar zur Datenqualität 64

8 SONDIERBOHRUNG LEUGGERN 65

8.1 Bohrungsdaten und Schichtserienverzeichnis 65

8.2 Ausgeführte Arbeiten 67

8.3 Operationeller Kommentar 68

8.4 Kommentar zur Datenqualität 74

NAGRA NTB 85-50 - IX -

VERZEICHNIS DER FIGUREN IM TEXT

Figur 1: Zuordnung Untersuchungsziele - Messverfahren

Figur 2: Prinzip der direkten seismischen Geschwindigkeits­messung im Bohrloch (Check-Shot Messung)

Figur 3: Prinzip der VSP-Messung (seismisches Vertikal­Profil)

VERZEICHNIS DER BEILAGEN

Beilage 1: Geographische Lage der Sondierbohrungen

Beilage 2: Darstellung der Composite-Logs (Filterwirkung)

Beilage 3: Geologische Legende zu den Composite-Logs und Abkürzungsliste der geophysikalischen Messgeräte

Beilage 4.1: Ausgeführte Bohrlochmessungen Weiach, Uebersicht

Beilage 4.2a: Composite-Log Sedimente Weiach, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 45 - 1100 m

Beilage 4.2b: Composite-Log Sedimente Weiach, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 1050 - 2100 m

Beilage 4.2c: Composite-Log Kristallin Weiach, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 2020 - 2482 m

Beilage 4.3: Elektrische Bohrlochwandabbildung (MEST) Weiach, Massstab 1 : 10, Ausschnitt 2448.0 - 2453.8 m

Beilage 4.4: Laufzeit-Tiefenfunktion Weiach, Massstab 1 : 5'000

Beilage 4.5: Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen Weiach, Massstab 1 : 5'000

Beilage 4.6: Synthetische Seismogramme und seismisches Vertikalprofil (VSP) Weiach, Massstab 1 cm = 0.1 s

NAGRA NTB 85-50 - X -

Beilage 4.7: Bohrlochabweichung (BGL) Weiach

Beilage 4.8: Dichte- und Dichtedifferenzprofile Weiach, Massstab 1 : 5'000

Beilage 5.1: Ausgeführte Bohrlochmessungen Riniken, Uebersicht

Beilage 5.2a: Composite-Log Sedimente Riniken, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 36 - 900 m

Beilage 5.2b: Composite-Log Sedimente Riniken, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 750 - 1800 m

Beilage 5.3: Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS) Riniken, Massstab 1 : 10, Ausschnitt 659.5 - 664.5 m

Beilage 5.4: Laufzeit-Tiefenfunktion Riniken, Massstab 1 : 5'000

Beilage 5.5: Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen Riniken, Massstab 1 : 5'000

Beilage 5.6: Synthetische Seismogramme und seismisches Vertikalprofil (VSP) Riniken, Massstab 1 cm = 0.1 s

Beilage 5.7: Bohrlochabweichung (BGL) Riniken

Beilage 6.1: Ausgeführte Bohrlochmessungen Schafisheim, Uebersicht

Beilage 6.2a: Composite-Log Sedimente Schafisheim, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 152 - 1200 m

Beilage 6.2b: Composite-Log Sedimente Schafisheim, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 1000 - 1560 m

Beilage 6.2c: Composite-Log Kristal1in Schafisheim, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 1490 - 2006 m

Beilage 6.3: Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS) Schafisheim, Massstab 1 : 10, Ausschnitt 1770.6 - 1775.1 m

Beilage 6.4: Laufzeit-Tiefenfunktion Schafisheim, Massstab 1 : 5'000

NAGRA NTB 85-50 - XI -

Beilage 6.5: Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen Schafisheim, Massstab 1 : 5'000

Beilage 6.6: Synthetische Seismogramme Schafisheim, Massstab 1 cm = 0.1 s

Beilage 6.7: Bohrlochabweichung (BGL) Schafisheim

Beilage 7.1: Ausgeführte Bohrlochmessungen Kaisten, Uebersicht

Beilage 7.2a: Composite-Log Sedimente Kaisten, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 66 - 400 m

Beilage 7.2b: Composite-Log Kristallin Kaisten, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 297 - 1306 m

Beilage 7.3: Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS) Kaisten, Massstab 1 : 10, Ausschnitt 458.9 - 463.4 m

Beilage 7.4: Laufzeit-Tiefenfunktion Kaisten, Massstab 1 : 5'000

Beilage 7.5: Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen Kaisten, Massstab 1 : 5'000

Beilage 7.6: Synthetische Seismogramme und seismisches Vertikalprofil (VSP) Kaisten, Massstab 1 cm = 0.1 s

Beilage 7.7: Bohrlochabweichung (BGL) Kaisten

Beilage 8.1: Ausgeführte Bohrlochmessungen Leuggern, Uebersicht

Beilage 8.2a: Composite-Log Sedimente Leuggern, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 58 - 260 m

Beilage 8.2b: Composite-Log Kristallin Leuggern, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 223 - 1200 m

Beilage 8.2c: Composite-Log Krista11in Leuggern, Massstab 1 : 1'000, Abschnitt 1000 - 1689 m

Beilage 8.3a: Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS) Leuggern, Massstab 1 : 10, Ausschnitt 1080.8 - 1085.3 m

NAGRA NTB 85-50 - XII -

,Beilage 8.3b: Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS) Leuggern, Massstab 1 : 10, Ausschnitt 1415.0 - 1419.5 m

Beilage 8.4: Laufzeit-Tiefenfunktion Leuggern, Massstab 1 : 5'000

Beilage 8.5: Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen Leuggern, Massstab 1 : 5'000

Beilage 8.6: Synthetische Seismogramme Leuggern, Massstab 1 cm = 0.1 s

Beilage 8.7a: Bohrlochabweichung (GCT) Leuggern (graphisch)

Beilage 8.7b: Bohrlochabweichung (GCT) Leuggern (tabellarisch)

NAGRA NTB 85-50 - 1 -,

1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG

Gemeinsames Merkmal der Datenerfassungsmethoden, die unter dem Begriff IIBohrlochgeophysik" zusammen­gefasst werden, ist die Anwendung physikalischer Messgeräte (Sonden), die an einem Kabel in die Bohrung abgesenkt werden und die während des Rückholvorganges einen oder mehrere Messwerte, meist kontinuierlich als Funktion der Tiefe regi­strieren (IIWireline-Logging"). Die klassischen Logging-Verfahren werden in erster Linie zur petro­physikalischen und geologischen Charakterisierung der durchbohrten Gesteinsformationen eingesetzt.

Für Methoden, die speziell auf die Vermessung der Spülungs säule im Bohrloch ausgelegt sind, wird hier der Begriff IIFluid Logging ll verwendet. Diese vorwiegend zur Lokalisierung von Wasserzuflussstel­len verwendeten Verfahren werden im vorliegenden Bericht nicht berücksichtigt. Eine eingehende Beschreibung der Methodik und eine Darstellung der Messergebnisse findet sich im NTB 85-10 (11Fluid Logging im Rahmen des Nagra-Tiefbohrprogramms 11) .

Die geophysikalischen Messprogramme in den Sondier­bohrungen haben eine breitgefächerte Zielsetzung, die auf die Bedürfnisse unterschiedlicher For­schungsgruppen ausgerichtet ist. Aehnlich viel­fältig wie die Untersuchungsziele sind auch die eingesetzten Sonden und Messmethoden. In vielen Fällen sind Untersuchungsziele und Messverfahren einander nicht auf einfache und direkte Weise zu­geordnet. Bestimmte Formationsparameter, wie z.B. die Porosität, werden aus aer Kombination mehrerer Messkurven ermittelt; umgekehrt können einzelne Sonden zu verschiedenen, nicht unmittelbar zusam­menhängenden Messzielen beitragen. Die Beziehungen zwischen den Untersuchungszielen auf der einen und den Messverfahren auf der anderen Seite sind in Figur 1 als Matrixtabelle dargestellt. Dabei wird zwischen direkten Messungen (Punkten) und indirek­ten Messungen (Kreisen) unterschieden. Im Falle der indirekten Messungen werden alle Sonden aufgeführt, die zu einem Untersuchungsziel beitragen; die Ta­belle sagt aber nichts darüber aus, welche Sonden­kombinationen zum Erreichen des Zieles mindestens erforderlich sind.

Mit dem vorliegenden Bericht wird versucht, die bohrlochgeophysikalischen Rohdaten aus den Sondier­bohrungen WEIACH, RINIKEN, SCHAFlSHElM, KAlSTEN und LEUGGERN in kompakter und übersichtlicher Form darzustellen (die ,Daten aus der Bohrung BOETTSTEIN

NAGRA NTB 85-50 - 2 -

wurden mit dem NTB 85-01 bereits publiziert). Der Bericht soll im Sinne eines "Handbuches" allen an der Auswertung von Bohrresultaten beteiligten Ar­beitsgruppen neben einem kurzen Abriss der Methodik einen Ueberblick über die vorhandenen Daten und ihren Informationsgehalt vermitteln. Als Arbeits­unterlage für eingehendere Studien und Interpreta­tionsarbeiten sind die Berichtsbeilagen im Massstab 1 : 1000 nur mit Einschränkungen verwendbar. Die folgenden Punkte sollten beachtet werden:

- Bei der stark komprimierten Darstellung der gros­sen Datenmengen musste ein gewisser Verlust an Auflösung, Ablesegenauigkeit und VOllständigkeit in Kauf genommen werden. Es wird deshalb empfoh­len, für Detailstudien auf die nicht-tiefpass­gefilterten Originaldaten im Massstab 1 : 200 zurückzugreifen.

Gewisse hochauflösende Datensätze wie etwa die EI. Widerstands- und Ultraschallreflexionsabbil­dungen der Bohrlochwand (Multiple Scanner- und Sonic Televiewer Daten) sind nicht sinnvoll komprimierbar und konnten deshalb nur ausschnitt­weise als Datenbeispiele dargestellt werden.

- Bei einzelnen Messkurven der Composite-Logs ist die Datenaufarbeitung noch nicht abgeschlossen. So fehlen beispielsweise bei den Dichtelogs (RHOB) die Korrekturen des Messumfeldes (Litho­logie und Bohrlochkaliber). Diese Einschränkung ist besonders bei der quantitativen Verwendung der Log-Messwerte zu beachten.

- Interpretationsverfahren, die auf der Kombination mehrerer Logs basieren, wurden nicht angewendet (Porositätsberechnungen, Lithologiebestimmungen, die Berechnung felsmechanischer Parameter usw.).

Inwieweit es im Einzelfall sinnvoll und lohnend ist, von speziellen Processing- und Interpreta­tionsmethoden Gebrauch zu machen, hängt von den Bedürfnissen der Datenendverbraucher ab. Mehrere Möglichkeiten werden im Untersuchungsbericht BOETT­STEIN (NTB 85-01) aufgezeigt und diskutiert. Mit dem vorliegenden Bericht wird nicht zuletzt beab­sichtigt, anderen am Gesamtuntersuchungsprogramm beteiligten Arbeitsgruppen die Möglichkeit zu geben, auf ihre spezifischen Interpretationsbedürfnisse hinzuweisen.

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ZEICHEN ERKLÄRUNG :

ELEKTR. / EL.MAGNET.

VERFAHREN MESSVERFAHREN

( GEEICHT) Vp (Z)

• DIREKTE MESSUNG: VERFAHREN LIEFERT OIE GESUCHTE INFORMATION UNABHÄNGIG VON ANDEREN MESSUNGEN

o INDIREKTE MESSUNG' VERFAHREN LIEFERT DATEN OIE KOMBINIERT MIT ANDEREN MESSERGEBNISSEN ZU DER

GESUCHTEN INFORMATION FÜHREN (ES WERDEN NICHT NOTWENDIGERWEISE ALLE

DURCH 0 GEKENNZEICHNETEN VERFAHREN BENÖTIGT)

SONDE IST ALS "SLIM HOLE· AUSFÜHRUNG (MIN. 13 76 mm) ERHÄLTLICH. OIE LEISTUNG IST A'BER NICHT IN

JEDEM FALLE GLEICHWERTIG.

* NACH EICHUNG ÜBER EINEN GEKERNTEN BOHRLOCHABSCHNITT

NAGRA NTB 85-50

RADIOMETRISCHE SEISM./AKUST. SONSTIGE (TECHN.)

VEHFAHREN VERFAHREN VERFAHREN

- 3 -

DISKONTIN.

MESSUNGEN

FLUID

LOGGING*

Figur 1: Zuordnung Untersuchungszie1e - Messverfahren

NAGRA NTB 85-50 - 5 -

2 ORGANISATION

Geophysikalische Untersu­chungsprogramme (Planung und Durchführung)

Feldkoordination:

Logging Bohrlochseismik BOhrlochgravimetrie

Rohdatenbericht:

Beteiligte Servicefirmen:

- Ausführung der petro­physikalischen Bohrloch­messungen

- Elektronische Datenver­arbeitung der Logs~ Composite-Logs, Dipmeter

- Sonic Televiewer Log (SABIS)

- BOhrlochgravimetrie

- Bohrlochseismik Sondierbohrungen Weiach, Riniken, Schafisheim und Kaisten

- Bohrlochseismik Sondierbohrung Leuggern

- Bohrlochreflexionsradar

- Sprengarbei ten

- Geologische Beratung Sondierbohrungen Weiach und Leuggern

Sondierbohrungen Riniken und Kaisten

Sondierbohrung Scha f i she im

Dr. C. Sprecher

R. Simond Dr. G. Sattel Dr. C. Sprecher

Dr. H.P. Heber

Schlumberber Verfahren, Biberach/Riss, BRD

Schlumberger Log Inter­pretation Center, The Hague, NL

vvestfälische Berg­gewerkschaftskasse, Bochum, BRD

Edcon Inc., Denver, Colorado, USA

Seismograph Service Limited, Holwood, GB

Schlumberger Verfahren, Biberach/Riss, BRD

Prakla-Seismos Hannover, BRD

Gefas AG E ffretikon, Zürich

Geotest AG, Zollikofen

Dres. P. Kellerhals und Ch. Häfeli, Geologen, Bern

Geotechni sches Institut AG, Bern

NAGRA NTB 85-50 - 6 -

3

3.1

3.1.1

ME SSMETHODEN

Bohrlochpetrophysik (Logging)

Messverfahren (Tools)

Bei der folgenden Kurzbeschreibung sind die ein-ge setzten Messonden jeweils mi t ihrem SCHLUMBE RGE R­Markennamen und der entsprechenden Abkürzung bezeichnet. (Hinweis: Viele der von SCHLUMBERGER verwendeten Abkürzungen enden auf L (für "log ") oder T (für "tool"). Obwohl der Ausdruck "log" streng genommen eine Messkurve bezeichnet, sind hier immer die Messgeräte oder "tools" gemeint.

3.1.1.1 Elektrische und elektromagnetische Verfahren

SP: Das Self-(Spontaneous) Potential (Log) misst das elektrische Potential (in Millivolt) zwischen einer Referenzelektrode an der Oberfläche und einer in der Bohrspülung eingetauchten Mess­elektrode. Das Eigenpotential wird weitgehend bestimmt vorn Salinitätskontrast zwischen dem Formationswasser und der Bohrspülung. Das SP wird vor allem in Sedimentgesteinen verwendet, um poröse bzw. permeable von dichten Formationen zu unter­scheiden.

DLL: Das Dua1 Laterolog bestimmt den elektrischen Formationswiderstand. Es kombiniert zwei Widerstandsmessgeräte, eines mit grosser und eines mit mittlerer Eindringtiefe, die nach dem Laterolog-Prinzip arbeiten (fokussierter Stromfluss in die Formation). Die Anwendung erfolgt bevorzugt bei elektrisch leitender Bohrspülung (z.B. Spülung auf Salzwasserbasis) und einem relativ hohen Formationswiderstand.

DIL: Das Dual Induction Laterolog bestimmt den elektrischen Formationswiderstand. Das DIL kombiniert drei Widerstands- bzw. Leit­fähigkeitsmessgeräte mit verschieden tiefen Mess­bereichen (Laterolog-Methode für geringe Eindring­tiefe und Induktions-Methode für mittlere und grosse Eindringtiefen). Die Anwendung erfolgt hauptsächlich bei nicht leitender Bohrspülung (Spülung auf Oel- oder Süsswasserbasis und einem relativ niedrigen Formationswiderstand.

NAGRA NTB 85-50 - 7 -

MSFL: Das Miero Spheriea11y Focused Log bestimmt den elektrischen Formationswiderstand im bohrlochnahen Bereich, der in permeablen Forma­tionen mit Spülungsfiltrat gesättigt ist ("flushed" bzw. "invaded zone"). Dank des hohen Auflösungsver­mögens können mit dem MSFL, wie mit allen Mikrolog­Geräten (z.B. MLL) , auch sehr dünne Schichten (Mächtigkeiten im Dezimeter- bis Zentimeterbereich) identifiziert werden.

HDT: Das High (Reso1ution) Dipmeter Too1. Durch vier an die Bohrlochwand angepresste Mess­schlitten (pads) werden simultan vier hoch auf­lösende Mikro-\viderstandslogs (ähnlich dem MSFL) aufgezeichnet. Zusätzlich wird das Azimut eines der Messarme sowie die räumliche Lage der Bohrspur (Azimut und Driftwinkel) kontinuierlich registriert. Nach den entsprechenden Korrekturen kann durch die Korrelation der vier im Winkelabstand von 90 0 ge­messenen Mikrologs die räumliche Lage von Schicht­flächen, Klüften und Störungszonen bestimmt werden. Die Ergebnisse liegen nach de~ Datenverarbeitung in Form eines sogenannten "Tadpole-plots" vor, aus dem Einfallwinkel und Einfallazimut der durchbohrten Schichtflächen aufgenommen werden können.

SHDT: Das Stratigraphie High Reso1ution Dipmeter Too1. Dieses hochmoderne Gerät ist im Prinzip ähnlich wie das HDT. Es besteht aber aus acht Elektroden, die dreimal mehr digitale Daten durch jeden dieser acht Kanäle senden. Die Bearbeitung der Daten erfolgt aufgrund der 28 möglichen Korrelationen zwischen 8 Punkten. Dadurch kann eine Identifi­zierung und Berechnung der räumlichen Lage von sedimentären Schichtflächen durchgeführt werden. Im kristallinen Gestein sind auch Kluftzonen zu erkennen und die Kluftorientierung ist leichter möglich als im HDT.

MST: Das Mu1tip1e Scanner Too1 bzw. das Miero E1eetriea1 Scanner Tool (NEST) liefert nicht nur vier diskrete Widerstandsmess­kurven wie die Dipmeter-Sonde (HDT), sondern eine hochauflösende Abbildung der elektrischen Wider­standsverteilung auf einem zylindrischen Segment der Bohrlochwand (bei cjJ 6 1/4" 72 0 bzw. 2 x 50 0

).

Das hohe Auflösungsvermögen wird durch eine Viel­zahl millimeterkleiner, fokussierter Elektroden erreicht, die auf einem bzw. beim MEST zwei der Bohrlochkrümmung angepassten Messschlitten montiert

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sind. Während der Messfahrt wird der (die) Schlit­ten durch je einen motorbetriebenen Arm angepresst. Auf der Graustufenabbildung der "elektrischen Transparenz 11 treten nicht nur Kluftausbisslinien, sondern die generelle Durchfeuchtung (Porosität) des kristallinen Gesteins deutlich in Erscheinung. Dies lässt unter anderem Rückschlüsse auf den Grad der tektonischen Beanspruchung und der hydrother­malen Umwandlung (Vertonung) zu.

EP'r: Das Electromagnetic Propagation Tool misst die Ausbreitungsgeschwindigkeit und Absorp­tion einer elektromagnetischen Welle (l.l GHz) in der Formation. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit wird von der Dielektrizitätskonstante des Mediums sowie von Absorptionseffekten kontrolliert. Da die Dielektrizitätskonstante von Wasser um mindestens einen Faktor 10 grösser ist als diejenige der Gesteinsmatrix, kann aufgrund der korrigierten Ausbreitungsgeschwindigkeit das wassergesättigte Porenvolumen der Formation berechnet werden.

3.1.1.2 Radiometrische Verfahren

GR: Das Gamma Ray (Log) misst kontinuierlich die natürlichen Gamma­Strahlungsaktivität entlang der Bohrlochwand. In Sedimentgesteinen ist die Strahlungsaktivität im wesentlichen vom Tongehalt der Formation abgängig~

NGT: Das Natural Gamma Spectrometry Tool misst die natürliche Gamma-Strahlungsaktivität der Zerfallsreihen von Kalium-40, Uran-238 und Thorium-232 innerhalb fünf diskreter Energiefenster. Die Logs dieser Strahlungsintensitäten sind ein direk­tes Mass für die Konzentration der entsprechenden Elemente in der Formation. Der Kalium-Gehalt wird direkt durch die Gamma-Aktivität von K-40, die Uran- und Thorium-Gehalte durch die Aktivität einiger ihrer radioaktiven Tochterisotope (z.B. Bi-214, Tl-208) bestimmt.

Aenderungen im Konzentrationsverhältnis können lithologische Wechsel anzeigen. Die drei Mess­kurven des NGT sind daher wichtige Hilfsmittel bei der geologischen Korrelation und ermöglichen darüber hinaus in Sandsteinen die Bestimmung des Tongehaltes in Anwesenheit von Th- oder U-haltigen Mineralien.

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GST: Das (Induced) Gamma Spectrometry Tool ist ein hochmodernes und sehr komplexes Gerät, welches das Messprinzip der Neutronenaktivierungs­analyse auch im Bohrloch anwendbar macht. Als Quelle dient ein "Minitron"-Beschleuniger, der pulsierend Hochenergie-Neutronen (14 MeV) aus­sendet.

Durch die Wechselwirkung mit Atomen der Gesteins­formation (inelastische und elastische Streuung) entsteht induzierte Gammastrahlung. Das Spektrum dieser Strahlung wird vom GST in zwei Energie­bereichen analysiert: Im "inelastischen Bereich", durch stationäre Messungen im Bohrloch erfasst, ergibt sich eine Anzeige der Anteile an C, Ca, Fe, 0, S und Si; im "elastischen Bereich", durch eine kontinuierliche Messung abgedeckt, ergeben sich Anteile an Ca, Cl, Fe, H und Si.

LDT: Das Litho-Density Tool (Gamma-Gamma Log) arbeitet mit einer Cäsium-137-Quelle, die Gamma­quanten in die Formation abstrahlt. Gemessen wird die sekundäre Gammarückstrahlung (Compton-Streuung) aus der näheren Umgebung der Bohrlochwand. Bei gleichmässiger Bohrlochgeometrie ist die Gammarück­strahlung ein inverses Mass für die Bruttodichte (bulk density) der Formation.

Zusätzlich misst das LDT in einern anderen Energie­fenster den photoelektrischen Absorptionsfaktor (PEF). Bei Abwesenheit seltener Mineralien ist dieser Faktor ein Mass für die mittlere Elektronen­zahl pro Atom und kann zur Lithologie-Bestimmung herangezogen werden.

CßT: Das Compensated Neutron Tool (Neutron-Gamma Log) arbeitet mit einer Quelle schneller Neutronen (Americium-Beryllium). Gemessen wird die durch abgebremste Neutronen erzeugte sekundäre Gamma­strahlung. Sie ist ein direktes Mass für die Kon­zentration von Wasserstoffatomen in der Formation. Da Wasser den bei weitem grössten Beitrag zur Wasserstoffkonzentration liefert, reflektiert das Log in Sedimentgesteinen die Gesamtmenge des anwesenden Wassers.

Bei vollständiger Wassersättigung in nicht-tonhal­tigen Sedimenten kann aus der CNT-Antwortfunktion (neutron porosity index) nach einer Lithologie­Korrektur die Porosität der Formation bestimmt

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werden. Tone enthalten an Tonmineralien IIgebunde­nes" bzw. fest in den Kristallverband integrierte Wassermoleküle ("Kristallwasser"). Dieser Anteil von nicht freiem Wasser kann berücksichtigt werden, wenn der Tongehalt der Sedimente bekannt ist (GR­Log) .

3.1.1.3 Seismo-akustische Verfahren

BHC: Das Borehole Compensated Sonic (Log). Die Sonic-Sonde misst kontinuierlich die Laufzeiten eines Ultraschallsignals über einen in der Länge konstanten Abschnitt der Bohrlochwand. Dieses Signal entspricht einer hochfrequenten seismischen P-Welle (Kompressionswelle), deren Geschwindigkeit aus den registrierten Laufzeiten berechnet wird. Das Akustik-Log gibt damit eine Uebersicht über die seismische Geschwindigkeitsverteilung entlang des Bohrlochs. Sie ist ein empfindlicher Indikator für die Lithologie und - bei gleichbleibender Gesteinsmatrix - für die Porosität der durchbohrten Formation.

Porositäts- und Lithologiebestimmung sind zwar die wichtigsten, aber nicht die einzigen Anwendungs­bereiche des Akustik-Logs. Die seismische Laufzeit­Tiefenfunktion, die durch Integration der Sonic­Daten berechnet werden kann, bildet zusammen mit den Ergebnissen der Geophon-Versenkmessungen die Grundlage für die Zeit-Tiefen-Umrechnung der reflexionsseismischen Daten (Vibroseis-Profile). Zusammen mit den Dichtedaten des LDT-Logs können "synthetische Seismogramme" berechnet werden, die dazu dienen, Ergebnisse der Bohrlochmessungen in die reflexionsseismischen Profile zu integrieren.

Wird ausser dem Ersteinsatz des akustischen (seis­mischen) Signals der gesamte Wellenzug registriert und werden diese Seismogramme kontinuierlich übereinander montiert, so spricht man je nach Darstellungsart von einem

VD: Variable Density (Log)

(Amplitudendarstellung durch unterschiedliche Grauschattierung), oder einem

WF: Wave Form (Log)

vollständige Seismogramme.

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SLS(LSS): Das Sonie Leng Spaeing (Tool) ist eine Akustik-Sonde mit längerer Messbasis (wahlweise 8, 10 oder 12 Fuss anstelle von 2 Fuss bei der BHC-Sonde). Das SLS-Gerät hat dadurch eine grössere Eindringtiefe und liefert genauere Daten bei unregelmässigem Bohrlochdurchmesser (Ausbrü­chen). Ein Nachteil ist das etwas geringere verti­kale Auflösungsvermögen. Das SLS ersetzt das konventionelle BHC-Log vor allem dort, wo die seismische Anwendung im Vordergrund steht. Die analogen oder digitalen Aufzeichnungen der So nic­Wellenzüge im vertikalen Abstand von 0.6 Meter erlauben ausser der Auswertung der P-Welleneinsätze auch eine Analyse der S-Welleneinsätze (Scherwel­len) und der Amplitudendämpfung, was wiederum die Berechnung felsmechanischer Parameter (Poisson­Zahl, Elastizitätsmodul) ermöglicht.

SABIS*: Die Sonie Televiewer (Sonde) liefert eine kontinuierlich orientierte 360 0

-

Abbildung der Bohrlochwand. Ihre Oberfläche wird durch ein rotierendes Ultraschall-Sender/Empfänger­system (Transducer) abgetastet, das pro Umdrehung 256 Impulse mit einer Frequenz von 1.4 MHZ abgibt.

Im Gegensatz zu optischen Verfahren arbeitet der akustische Televiewer unabhängig von Lichtquellen und verlangt keine transparente Bohrloch-Spülflüs­sigkeit. Je nach Ausbildung der Bohrlochwand (Rauhigkeit) wird mehr oder weniger akustische Energie zurückgeworfen und vom Empfänger regi­striert. Die Amplituden der reflektierten akusti­schen Impulse dienen dazu, einen Graustufenschrei­ber zu steuern, der zeilenweise ein abgewickeltes Bild der Bohrlochwand aufbaut. Gleichzeitig werden die Daten digital auf Magnetband gespeichert und stehen so für die weitere Computerbearbeitung zur Verfügung. Aufgrund der hohen Abtastrate (450 Scanner-Umdrehungen pro Meter Messstrecke) ist das Auflösungsvermögen besser als das der meisten übrigen bohrlochgeophysikalischen Geräte. Klüfte und andere planare Diskontinuitäten werden durch ihre Ausbisslinien auf der Amplitudenabbildung erfasst und können mit Hilfe des magnetischen Orientierungssystems der Sonde eingemessen werden.

*) Markenname der WBK (Westfälische Berggewerkschaftskasse, Bochum, BRD)

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3.1.1.4 Sonstige technische Messverfahren

HRT: Das High Resolution Thermometer registriert ein kontinuierliches Temperaturprofil im Bohrloch. Infolge verschiedener Störfaktoren (Störung der natürlichen Verhältnisse durch den Bohrbetrieb, vertikale Flüssigkeitsbewegungen im Bohrloch) ist es schwierig, die natürliche Gebirgstemperatur genau zu bestimmen. Unstetig­keiten im Temperaturprofil weisen aber oft auf Wasserzuflüsse hin. In vielen Fällen gelingt es, diese Zuflüsse nicht zur zu lokalisieren, sondern aufgrund der Temperaturanomalie auch die Zufluss­rate abzuschätzen.

CAL: Das Caliper Log. Das Kaliber oder der Bohrlochdurchmesser wird durch Abtasten der Wand mit zwei, drei oder vier Messarmen bestimmt. Unregelmässigkeiten ergeben sich in nicht standfesten Formationen vor allem durch Ausbrüche. Kaliber-Logs werden von mehreren Standard-Sonden mitregistriert. Sie sind zur Kor­rektur gewisser Messungen, bzw. zur Beurteilung ihres Aussagewertes, unbedingt erforderlich.

BGT: Das Borehole Geometry Tool ist eine Kaliber-Sonde mit vier, paarweise gekop­pelten, senkrecht zueinander stehenden Messarmen. Durch zwei unabhängige Messkurven (Cl-3, C2-4) können Abweichungen vom kreisrunden Bohrlochquer­schnitt festgestellt werden. Wichtig ist dies vor allem im Zusammenhang mit Volumenberechnungen vor dem Zementieren einer Rohrtour. Die Orientierungs­einheit der Sonde liefert ausser den Kaliberkurven auch alle Daten, die für die räumliche Vermessung der Bohrspur gebraucht werden.

CBT: Das Cement Bond Tool zeichnet ein Akustik-Log auf, das durch die Bohr­lochverrohrung gemessen die Qualität der Zemen­tation überprüft. Es misst die Amplitude des von der Verrohrung geführten akustischen Signals. Die Amplitude erreicht dort ein Maximum, wo die Ver­rohrung freisteht und wird minimal, wo durch die Zementation eine gute Verbindung mit der Gesteins­formation erreicht wurde.

Die Beurteilung der Zementation ist zuverlässiger, wenn zusätzlich ein VD-Log aufgezeichnet wird, das einen präzisen Amplitudenvergleich zwischen der Rohr- und der Formationswelle ermöglicht.

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CCL: Der Casing Collar Locator wird im verrohrten Bohrloch eingesetzt um Rohr­muffen zu lokalisieren. Ein magnetischer Detektor registriert die Permeabilitätsänderung beim Ueber­fahren der Verschraubstellen. Gleichzeitig wird ein GR-Log aufgezeichnet, das mit der im unverrohrten Bohrloch gemessenen GR-Messkurve korreliert werden kann. Wichtig ist die Ortung von Rohrmuffen im Zusammenhang mit Verrohrungsperforationen.

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3.1.2 Abkürzungsliste für Messgeräte (Tools) und Bohrlochmessungen (Logs)

SP:

DIL:

DLL:

Self (Spontaneous)-Potential Log SP: Eigenpotential (mV)

Dual Induction Laterolog DIL: Duales Induktions-Laterolog (Qm)

Dual Laterolog RLLD: Laterolog mit grosser Eindringtiefe

( Qm) RLLS: Laterolog mit mittlerer Eindringtiefe

( Qm)

MLL: Micro Laterolog MLL: Mikro-Laterolog (Qm) ML: Mikrolog (Qm)

MSFL: Micro Spherically Focused Log RMSFL: Hemisphärisch fokussiertes Mikro­

La terolog (Qm)

EPT: Electromagnetic Propagation Tool TPL: Laufzeit der elektromagnetischen

Wellen (ns/m) EATT: Dämpfung der elektromagnetischen

Wellen (db/m)

LDT: Litho-Density Tool RHOB: Bruttodichte (g/cm3 ) PEF: Photoelektrischer Absorptionsfaktor

(barns/e)

CNT: Compensated Neutron Tool

GR:

NGS:

CNL: Kompensiertes Neutronlog NPHI: Scheinbare Neutronporosität (%)

Natural Gamma Ray Tool GR: Natürliche Gammastrahlung (API)

Natural Gamma Ray Spectrometry Tool SGR: Natürliche Gammastrahlung (API), CGR: SGR minus Uranspektralanteil (API) POTA: Kaliumgehalt (%) THOR: Thoriumgehalt (ppm) URAN: Urangehalt (ppm)

SABIS: Scanning Acoustic Borehole Imaging System

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BHC: Borehole Compensated Sonic Log

SLS:

BHC: Bohrlochkompensiertes Sonic-Log DT: Sonic Laufzeit (~s/m)

Sonic SLS:

DT: WF:

VD:

Long Spacing Tool Sonic-Log mit grösserem Sender­Empfängerabstand Sonic Laufzeit (~s/m) Sonic-Wellenzüge in Linienschrift (Wave Form) Sonic-Wellenzüge in Dichteschrift (Variable Density)

CBT: Cement Bond Tool CBL: Zementationslog

CCL: Casing Collar Locator CCL: Rohrmuffenlog

HDT: High Resolution Dipmeter Tool

SHDT: Stratigraphie High Resolution Dipmeter Tool

MST: Multiple Scanner Tool

MEST: Micro \V'F:

VD:

Electrical Scanner Tool Mikrowiderstandsprofile in Linien­schrift (Wave Form) Mikrowiderstandsprofile in Dichte­schrift (Variable Density)

BGT: Borehole Geometry Tool BGL: Bohrlochgeometrielog Cl-3: Kaliber 1 (inch) C2-4: Kaliber 2 (inch)

GCT: Guidance Continuous Tool GCT: Bohrlochabweichungslog

HRT: High Resolution Thermometer (OC)

AMS*: Auxiliary Measurement Sonde MTEM: Spülungstemperatur (OC) MRE S: Spülungswiderstand (Qm)

PLT*: Production Logging Tool Fullbore Spinner Flowmeter (D/s)

*) Erklärung des Messprinzips und Daten siehe NTB 85-10 (Fluid Logging)

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3.1.3

3.2

3.2.1

Darstellung der Composite-Logs

Die Bohrlochmessungen der fünf Sondierbohrungen sind in diesem Bericht als Composite-Logs darge­stellt. Zur besseren Uebersicht und aus praktischen Gründen wurde ein Tiefenmassstab von 1 : 1000 gewählt. Für eine detaillierte Interpretation sollten aber die Original-Logs im Massstab 1 : 200 verwendet werden.

Die Reduktion auf einen Tiefenmassstab von 1 : 1000 ist nicht möglich, ohne dass die Variation der Messkurven zu hochfrequent wird ("nervöses" E r­scheinungsbild). Mit Ausnahme der Mikrowiderstands­profile (HDT/SHDT) wurden deshalb vor der Repro­duktion alle Messkurven tiefpassgefiltert. Der verwendete (gleitende) 7-Punkt-Mittelwertfilter ohne Gewichtung veränderte den generellen Kurven­verlauf nicht, reduzierte aber vorteilhaft den hochfrequenten Anteil und führte zu einem geglät­teten Kurvenverlauf. Bei den RHOB-und NPHI-Kurven wurde eine ausreichende Glättung erst nach zwei­maliger Filterung erreicht. Um die Filterwirkung zu demonstrieren, werden in Beilage 2 über einen Abschnitt von 100 m gefilterte und ungefilterte Messkurven einander gegenübergestellt.

Alle Composite-Log Beilagen tragen - auf die Bohrungskennzahl folgend - die Ziffer 2. Für die Bezeichnung aufeinanderfolgender Tiefenabschnitte werden Buchstaben (a, b, c) verwendet.

Beispiel: 1. Tiefenabschnitt Bohrung Weiach: Beilage 4.2a

Bohrungskennzahl 11

Composite-Log --------------~ 1. Tiefenabschnitt

Bohrlochseismik

Messverfahren (siehe auch NTB 84-15)

Bei der Verwendung von Tiefbohrungen als Kalibrie­rungs- und Kontrollpunkte in reflexionsseismischen Linien stellt sich das Problem, die Beschreibung der Lithologie auf einer vertikalen Tiefenskala mit seismischen Reflexionseinsätzen auf einer vertika­len Zeitskala in Beziehung zu bringen. Eine direkte Korrelation Geologie/Seismik ist nicht nur aufgrund der unterschiedlichen Bezugsgrössen unmöglich, sie würde auch deshalb scheitern, weil die geologische Beschreibung der durchbohrten Formationen in Form

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von lithostratigraphischen oder chronostratigraphi­schen Logs die seismisch wirksamen physikalischen Kenngrössen der Gesteine im allgemeinen nicht berücksichtigt. Das notwendige Zwischenglied ist die Bohrlochgeophysik. Geophysikalische Logs können einerseits mit der geologischen Aufnahme korreliert werden und sind andererseits Grundlage für direkt mit der Oberflächenseismik vergleichbare synthe­tische Seismogramme. Da zur Umrechnung der Log­Tiefenskala in eine Zeitskala die seismischen Geschwindigkeiten als Funktion der Tiefe bekannt sein müssen, nehmen unter allen anderen Methoden der Bohrlochgeophysik die Geschwindigkeitsmessungen eine Schlüsselrolle ein.

3.2.1.1 Check-Shot Survey

Der Check-Shot Survey, auch Geophonversenkmessung genannt, ist das einfachste Verfahren der Bohrloch­seismik und dient vor allem zur Ermittlung der Laufzeit- und Geschwindigkeitstiefenfunktion.

Das Prinzip der Check-Shot Messung besteht darin, wie in Figur 2 verdeutlicht, die Laufzeit einer seismischen Welle von der Erdoberfläche bis zu den in verschiedenen Tiefen angekoppelten Bohrlochgeo­phonen zu ermitteln.

Als Energiequelle verwendet man Sprengstoff, Luft­pulser, Vibratoren oder Fallgewichte.

Vorzugsweise betreibt man einen Luftpulser (Airgun) in einem Wasserbassin, das sich in einiger Entfer­nung (50 - 100 m) von der Bohrung befindet.

Der Luftpulser erzeugt durch die explosionsartige Freigabe hochkomprimierter Luft einen energierei­chen Druckimpuls. In der Bohrung wird das seis­mische Signal von einem hydraulisch angepressten Bohrlochgeophon registriert, über ein Kabel in den Messwagen überspielt und dort zusammen mit dem Triggerimpuls der Airgun, dem Signal des Abriss­hydrophons und einer Zeitzeichenspur digital auf Magnetband registriert. Im allgemeinen werden meh­rere Schussaufzeichnungen (Spuren) pro Messniveau gestapelt. Um gut dokumentierte und repräsentative Schichtgeschwindigkeiten zu erhalten, wählt man die Messtiefen bevorzugt so, dass sie entweder mit geo­logischen Formationsgrenzen oder mit signifikanten Aenderungen der Sonic-Geschwindigkeit zusammenfal­len. Ein Messniveau pro 100 - 200 m ist typisch und für die Kalibrierung des Sonic-Logs ausreichend.

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Jede Messung liefert zunächst die Zeitdifferenz zwischen dem Ansprechen des Abrisshydrophons und dem Bohrlochgeophon. Dieses Zeitintervall wird in eine vertikale Laufzeit umgerechnet und dann, in Analogie zu den reflexionsseismischen Daten, durch eine statische Korrektur auf das seismische Refe­renzniveau bezogen (siehe NTB 84-15).

Aus der Darstellung einzelner Laufzeiten als Funktion der Tiefe erhält man dann die Check-Shot Laufzeitkurve. Die zugehörigen Check-Shot Inter­vallgeschwindigkeiten errechnen sich dann aus dem Quotienten eines bestimmten Check-Shot Tiefenin­tervalls (meist etwa 100 m) und der zugehörigen Laufzeitdifferenz.

Die Check-Shot Intervallgeschwindigkeit ist eine Stufenfunktion und liefert uns einen ersten Ueber­blick zur Geschwindigkeitsverteilung in der Bohr­lochumgebung. Sie wird durch die kontinuierlich registrierte Sonic-Log Geschwindigkeit ergänzt, die durch ihre sehr dichte "Abtastung ll (ca. 0.15 m) eine detaillierte Geschwindigkeitstiefenfunktion wiedergibt.

Allerdings geht die Sonic-Registrierung nicht von der Erdoberfläche aus (meist nur von Standrohr­tiefe), zudem ist ihre Absolutgenauigkeit bedingt durch lokale Bohrlocheffekte und Drifterscheinungen der Sondenelektronik relativ gering.

Mit Hilfe der Bohrlochseismik kann jedoch eine Ab­solutwerteichung der Sonic-Geschwindigkeiten wie unten beschrieben erfolgen und man verfügt damit über eine kalibrierte Geschwindigkeitstiefenfunk­tion mit sehr hoher Auflösung, der kalibrierten Sonic-Geschwindigkeit.

Die Kalibration der Sonic-Geschwindigkeit erfolgt in mehreren Schritten.

Zunächst werden die Feldlogs editiert, überprüft und offensichtliche Fehler (Cycle-Skips) ausge­schaltet. Dann findet eine Integration (Summation) der elementaren Sonic-Intervallaufzeiten zur Sonic­Laufzeitkurve statt. Die nicht unbeschränkte Genau­igkeit der Sonic-Einzelmessungen führt aber in jedem Fall zu einem kumulativen Fehler dieser Laufzeitkurve, der nicht vernachlässigbar ist. Das integrierte Sonic-Log muss deshalb, vor seiner seismischen Verwendung, durch Check-Shot Laufzeit­messungen absolut geeicht und auf die Oberfläche bzw. auf das gewählte Referenzniveau bezogen werden.

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GELÄNDE OBERFLÄCHE (GU

..... -+--.;:::r-\rROHROBERKANTE (KB) ---- -- KB

/ / / / / / // /

/ / / / / // / / / / / / / /

/ / / / / / / / /

/ / / eASIS / / / VERWITTERUNGS- / SCHICHT (BW) /

/ /

+ + +

GEOPHONSONDE

+ t +

HYDRAULISCHER ANDRUCKARM ~~~/

+ + +

+ + + + +

+

-LAUFWEG DER SEISMISCHEN WELLE

+ + + +

+ + + +

BOHRLOCH- __ --:±==-+-l ______ R~G~TI!I~Rlil'@~_ GEOPHONE

+ + + + + + + +

GL

BW

Figur 2: Prinzip der direkten seismischen Geschwindigkeits­messung im Bohrloch (Check-Shot Messung)

Das Einpassen der Sonic-Laufzeitkurve zwischen den Check-Shot Fixpunkten erfolgt entweder durch lineare oder differentielle Zeitkorrekturen. Die differenzielle, geschwindigkeitsabhängige Korrek­tur, die als Prozentsatz auf die Sonic-Laufzeiten angewandt wird, verwendet man dann, wenn die Sonic­Geschwindigkeiten zu klein sind. In diesem Fall muss davon ausgegangen werden, dass weichere Schichten mit niedrigen Geschwindigkeiten aufgrund von Auskesselungen, Spülungsinvasion usw. mehr zum totalen Log-Fehler beigetragen haben als die schnelleren Schichten im gleichen Check-Shot Tiefenintervall.

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Das Ergebnis der Synthese von Check-Shot und Log­Daten ist wie bereits erwähnt ein kalibriertes Sonic-Log und eine kalibrierte Laufzeit-Tiefen­funktion mit festem Bezug zur Oberfläche und zum seismischen Referenzniveau (SRD). Auf der Grundlage dieser Laufzeitkurve (T-Z plot) bzw. dem entspre­chenden Datenlisting können nun Intervallgeschwin­digkeiten für beliebig gewählte Abschnitte und kontinuierliche Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen abgeleitet werden.

Eine dieser Geschwindigkeitsfunktionen ist die gemittelte bzw. -geologische- Intervallgeschwindig­keit, die für grössere Intervalle oder stratigra­phische Einheiten ermittelt wird.

Weitere wichtige Geschwindigkeitstiefenfunktionen sind die Durchschnittsgeschwindigkeit und die RMS­Geschwindigkeit.

Die Durchschnittsgeschwindigkeit (Ilaverage vel­ocity") Vav (z) ist der Quotient der Tiefe z und der dazugehörigen vertikalen Laufzeit t(z). Für eine Serie horizontaler Schichten der Dicke zi und der Geschwindigkeit Vi gilt:

Vav = I zi

Durchschnittsgeschwindigkeiten werden für die Tiefenumrechnung von Reflexionshorizonten oder reflexionsseismischen Profilen verwendet.

Die RMS-Geschwindigkeit VRMS entspricht im Fall eines horizontal geschichteten Untergrundmodells der Stapelgeschwindigkeit Vs (vgl. NTB 84-15, Kap. 3.3) und ist für Schichten der Dicke zi und Geschwindigkeit Vi wie folgt definiert:

_ [ I (viZi) ] 1/2 VRMS -

I (zi/Vi)

RMS-Geschwindigkeiten sind stets etwas grösser als die entsprechenden Durchschnittsgeschwindigkeiten.

Weiterhin dienen das kalibrierte Sonic-Log und die kalibrierte Laufzeittiefenfunktion für die Berechnung synthetischer Seismogramme (siehe unten) unter Hinzunahme einer weiteren Bohrlochmessung, dem DiChte-Log.

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3.2.1.2 Seismisches Vertikalprofil (VSp)

Die VSP-Messung (Vertical Seismic Profile) ist wie die Check-Shot Messung ein Verfahren der Bohr­lochseismik. Die Methode dient dazu, die seismische Wellenausbreitung durch die erbohrten Schichten im Detail zu analysieren. Sie liefert eine hochauflö­sende, multiplenfreie und exakt tiefengeeichte Re­flexionsabbildung der Schichtstruktur im Nahbereich der Bohrung und eine Prognose der Reflektivität unter der Bohrlochsohle.

Messtechnisch handelt es sich beim VSP um nichts anderes als um eine erweiterte Check-Shot Messung; die einzigen Unterschiede sind dichter gestaffelte Messstationen (vert. Abstand ca. 20 m) und längere Registrierzeiten (ca. 3 s). Während man sich aber bei der Check-Shot Messung mi t den E rsteinsatz­zeiten der P-Welle begnügt, verwendet man für das VSP die vOllstängigen Seismogramme, die vorn Bohrlochgeophon in den verschiedenen, regelmässig abgestuften Tiefen aufgezeichnet und durch Mehr­fachstapelung verstärkt werden. Man kann daher von einer eigentlichen reflexionsseismischen Messreihe mit vertikaler Anordnung der Detektor­auslage sprechen. Wie Figur 3 zeigt, registriert das Bohrlochgeophon nicht nur die direkte Welle von der Oberfläche mit den zwischen Reflektoren entstehenden Multiplen (abtauchendes Wellenfeld), sondern auch Reflexionen von Grenzflächen, die unter dem jeweiligen Messniveau liegen (auftau­chendes Wellenfeld).

Die Datenverarbeitung ist beim VSP vor allem darauf ausgerichtet, das auftauchende (reflektierte) Wel­lenfeld vom abtauchenden (direkten) Wellenfeld zu trennen und in einer, direkt mit der Oberflächen­seismik korrelierbaren Fonn, als "VSP-Sektion ll

darzustellen. Die relativ aufwendige Verarbeitung ist mit derjenigen von Oberflächenreflexionsdaten vergleichbar. Zum Teil wird auch die gleiche Soft­ware verwendet. Im allgemeinen umfasst die Pro­cessingsequenz mindestens die folgenden Schritte:

- Datenaufbereitung (Editing, Reduktion der Spuren auf Nullzeit, Umrechnung auf vertikalen Strahlen­verlauf, statische Korrektur und Bezug auf SRD).

- Amplitudennonnalisierung (Skalierung auf gleiches Energieniveau der Ersteinsätze, laufzeitabhängige Korrektur der sphärischen Hellenausbreitung und der Absorptionsverluste ) •

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TIEFE

REFLEKTOR 5 4 3 2

\4---\----f+-- DIREKTE WELLE

\+---H-- ABTAUCHENDE MEHRFACHREFLEXION

GEOPHON POSITION I

2 ---------------------3 --------------------4 --------------------

-----------------~ 1----REFLEKTIERTE WELLE

REFLEKTOR

Figur 3: Prinzip der VSP-Messung (seismisches Vertikal­Profil)

- Wellenfeldtrennung durch Geschwindigkeitsfilter (FK-Filter) oder Energiemittelwertfilter (Median­Based Filter).

- Dekonvolution. Da der abtauchende Wellenzug auf jeder Tiefenstufe genau bekannt ist, können sehr leistungsfähige Dekonvolutionsoperatoren berechnet und dann auf das auftauchende Wellen­feld angewandt werden ("predictive deconvolution" zur Eliminierung von multiplen Reflexionen und "waveshaping deconvolution" zur Anpassung der Signalform an die Oberflächenseismik) •

- Darstellung des auftauchenden Wellenfeldes (VSP­sections, transposed VSP-sections, corridor stacks usw.).

Der entscheidende Schritt beim VSP-Processing ist die Wellenfeldtrennung. In der VSP-Rohdatenabspie­lung einzelner Seismogramme verschiebt man durch Subtraktion der E rsteinsatzzei ten die Spuren so in negativer Richtung der Zeitachse, dass sich das abtauchende Wellenfeld entlang einer horizontalen Linie aufreiht.

..... jjj N

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Durch Addition der Ersteinsatzzeiten andererseits wird das auftauchende Wellenfeld horizontal ausge­richtet. Die eigentliche Trennung der Wellenfelder erfolgt durch Geschwindigkeitsfilter, entweder im Frequenz-Wellenzahlraum (FK-Filter) oder durch sogenannte E nergiemi ttelwe rtfil ter. Letztere berechnen ein auf- und ein abtauchendes Wellenfeld unter Verwendung der bekannten Laufzeittiefenfunk­tion und der als "least square"-Ansatz formulierten Bedingung, dass die Differenzenergie zwischen der Summe der zwei Wellenfelder und dem beobachteten Gesamtsignal minimal werden soll. Das als VSP­Sektion dargestellte reflektierte Wellenfeld kann nun direkt mit der Oberflächenseismik verglichen werden.

Neben den unterschiedlichen Darstellungsformen des reflektierten Wellenfeldes müssen aber für eine detaillierte und vollständige Interpretation auch die nach den einzelnen Processingschritten anfal­lenden Zwischenergebnisse berücksichtigt werden.

In diesem Bericht wird das seismische Vertikalpro­fil als Transposed-VSP in der Montage mit den synthetischen Seismogrammen wiedergegeben (siehe unten) •

3.2.1.3 Synthetische Seismogramme

Synthetische Seismogramme sind wichtige Hilfsmittel zur Identifizierung und Zuordnung der auf seismi­schen Sektionen beobachteten Reflexionen. Sie setzen keine zusätzlichen Messungen voraus, sondern werden aus dem kalibrierten Dichte- und Sonic-Log berechnet.

Die Grundlage für die Berechnung synthetischer Seismogramme ist das Konvolutionsmodell. Es besagt, dass ein idealisiertes Reflexionsseismogramm durch die Faltung (Konvolution) der Reflektivitätsfunk­tion R(t) mit einem Quellensignal q(t) dargestellt werden kann. Um die Reflektivitätsfunktion bzw. das aus den Reflexionskoeffizienten aufgebaute "Impuls­seismogramm ll zu berechnen, wird das editierte und geglättete Sonic- und Dichtelog unter Verwendung der bekannten Laufzeittiefenfunktion auf eine lineare zeitskala umgerechnet.

Durch Multiplikation beider Logs erhält man das seismische Impedanzlog, aus dem, durch sukzessive Differenzenbildung, die Reflexionskoeffizienten

NAGRA NTB 85-50 - 25 -

3.2.2

abgeleitet werden. Schliesslich wird das Impuls­seismogramm mit einem, den reflexionsseismischen Daten entsprechenden, Quellensignal gefaltet. In den vorliegenden Fällen wurde ein symmetrisches Zerophase- ("Ricker") Wavelet verwendet.

Mit entsprechenden Algorithmen können ausser dem Seismogramm der Primärreflexion eine ganze Reihe von weiteren Spuren berechnet werden, die in beliebigen Kombinationen die Wirkung von multiplen Reflexionen, Transmissionsverlusten und Filterope­ratoren (Wavelets) unterschiedlicher Bandbreite aufzeigen.

Beim Vergleich mit realen reflexionsseismischen Daten muss berücksichtigt werden, dass diese speziellen Spuren, wie alle synthetischen Seismo­gramme, eine Einzelregistrierung simulieren und den multiplen unterdrückenden und Primärreflexionen verstärkenden Effekt der Mehrfachüberdeckung und der Stapelung ebenso ausser Acht lassen wie die, auf die Sektion angewandte, gleitende Amplituden­normierung. Transmissionsverluste und die Wirkung von Mehrfachreflexionen werden daher oft in syn­thetischen Seismogrammen überschätzt.

Trotzdem sind spezielle synthetische Spuren wie beispielswoeise reine Multiplenseismogramme wert­volle Ergänzungen, die es erlauben, die relative Bedeutung der Einzelfaktoren abzuschätzen, die für die seismische Signalform mitbestimmend sind.

Darstellung der bohrlochseisrnischen Ergebnisse

Die bohrlochseisrnischen Daten in diesem Bericht sind pro Bohrung in jeweils 3 Beilagen zu finden:

Die erste Beilage, welche nach der Bohrungskennzahl mit der Ziffer 4 gekennzeichnet ist, enthält die Laufzeit-Tiefenfunktion (T-Z plot) im Tiefenmass­stab 1 : 5000. Die Einweglaufzeiten für die regi­strierten Tiefen sind durch Kreuze gekennzeichnet, die entsprechenden numerischen Werte sind am linken Rand der Darstellung zu finden.

Die zweite Beilage (Ziffer 5) enthält folgende Ge­schwindigkeits-Tiefenfunktionen, ebenfalls im Tiefenmassstab 1 : 5000.

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- Check-shot Intervallgeschwindigkeit (inkl. Ge­schwindigkeitsmodell für statische Korrektur)

- Gemittelte- bzw. geologische Intervallgeschwin­digkeit

- Durchschnitts- und RMS-Geschwindigkeit

- Kalibriertes Sonic-Log.

Die dritte Beilage (Ziffer 6) enthält u.a. synthe­tische Seismogramme und das seismische Vertikal­profil. Von links nach rechts sind dargestellt

- Geologische Intervalle

- Zeitmassstab (Reflexionslaufzeit) bezogen auf seismisches Referenzniveau (SRD)

- Tiefenmassstab bezogen auf SRD

- Tiefenmassstab bezogen auf Geländehöhe (GL)

- Kalibriertes Sonic-Log

- Editiertes Dichte-Log

- Impedanzlog

- Reflektivitätskoeffizient

- Synthetisches Seismogramm der Primärreflexionen, Transmissionsverluste an Schichtgrenzen nicht berücksichtigt

- Synthetisches Seismogramm der primären und mul­tiplen Reflexionen, Transmissionsverluste an Schichtgrenzen berücksichtigt (stärkere Abschwä­chung von Multiplen gegenüber Primärreflexionen)

- Seismisches Vertikalprofil als Transposed-VSP

- Tiefen- und Zeitmassstab wie oben.

Bei allen Beilagen wird die Tiefen- bzw. die Zeit­skala jeweils auf Geländehöhe und seismisches Referenzniveau bezogen angegeben, ausserdem sind grössere stratigraphische Einheiten (geologische Intervalle) als Profil dargestellt.

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3.3 Bohrlochgravimetrie

Gravimetrische Messungen an der Erdoberfläche dienen dazu, relative Aenderungen im Schwerefeld der Erde zu ermitteln. Diese Aenderungen stehen meist mit lokalen oberflächennahen Dichteinhomo­genitäten in Verbindung, deren Ausdehnung bzw. Dichtedifferenz mit Hilfe von Modellrechnungen aus den gravimetrischen Messdaten bestimmt werden kann. Diese Modellrechnungen führen jedoch nur dann zu schlüssigen Aussagen, wenn zusätzliche Referenz­daten wie z.B. Dichtewerte oder Dichtekontraste der umgebenden Gesteine in diese Berechnungen einfliessen können. Einen sehr wichtigen Teil dieser Referenzdaten, ein sehr genaues Profil der absoluten Dichte, liefern bohrlochgravime­trische Messungen in Tiefbohrungen. Die bohrloch­gravimetrischen Messungen in Tiefbohrungen dienen jedoch nicht nur zur Interpretation der Oberflä­chengravimetrie, sie helfen auch das hochauflösende Dichtelog (Gamma-Gamma Log, LDT) zu kalibrieren. Weiterhin ist es möglich, aus lokal auftretenden Differenzen zwischen Gamma-Gammadichte und gravi­metrisch bestimmter Dichte auf nicht erbohrte Gesteinsinhomogenitäten im Umfeld der Bohrung zu schliessen.

Das BOhrlochgravimeter besteht im wesentlichen aus einer hochsensiblen Federwaage mit einer Empfind­lichkeit von etwa + 5 Millionstel Promille der Erdbeschleunigung.

Dieser Gravimeter ist in einen Thermostaten ein­gebaut, der sich zusammen mit elektronischen Komponenten und weiteren Hilfsmesseinrichtungen (Gamma-Ray (GR) und Casing Collar Locator (CCL) zur Referenztiefenbestimmung) in einer Bohrlochsonde befindet.

Die Messdaten werden digital von der Sonde über das Bohrlochmesskabel zum Registrierfahrzeug über­tragen.

Zur Messung wird die Gravimetersonde zum Bohrloch­tiefsten abgesenkt und ähnlich wie bei der Bohr­lochseismik in diskreten Schritten heraufgeholt. Die eigentlichen Messungen erfolgen dann auf Stationen in diskreten Tiefen, wobei die Stations­abstände im allgemeinen etwa 20 m betragen.

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Da bei dem empfindlichen Bohrlochgravimeter gewisse Drifterscheinungen nicht vOllständig eliminiert werden können, müssen von Zeit zu Zeit Wiederho­lungsmessungen an bestimmten Stationen zur späteren Driftkorrektur ausgeführt werden.

Auch das Normalschwerefeld der Erde am Bohrstandort und seine Aenderungen durch die Gezeiten muss vor einer Interpretation der bohrlochgravimeterischen Daten in Abzug gebracht werden.

Uebrig bleibt nach der Drift-, Normalschwere- und Gezeitenreduktion die sogenannte Bouguerschwere, eine Massenanziehung, die im wesentlichen durch das spezifische Gewicht des Gebirges im näheren Umfeld der Station (ca. 100 - 200 m) gegeben ist.

Durch sukzessive Differenzierung der Bouguerschwere 9B(z) für die einzelnen Stationen erhält man unter gewissen jedoch wenig einschränkenden Annahmen das Dichteprofil p(z) auch Bohrlochgravimeterdichte (BHGM-Dichte) genannt:

p (z) = 1 JgB + p(zo)

J Zs 4 rrG

Gravitationskonstante

Bouguerschweredifferenz zwischen zwei Stationen im Abstand Jz s

p(zo): Start bzw. Referenzdichtewert

Nicht erbohrte Inhomogenitäten ergeben bei der Aus­wertung scheinbare Dich ten p * (z). Mi tabnehmendem Abstand zur Bohrung nähern sich diese scheinbaren Dichten immer mehr den wahren Dichten.

Nicht erbohrte Inhomogenitäten zeigen natürlicher­weise im Gamma-Gammalog (LDT), welches nur über eine relativ geringe Eindringtiefe verfügt (0.5 - 1 m), kein Antwortsignal.

In unmittelbarer Nähe solcher Inhomogenitäten ist deshalb der Unterschied zwischen Gamma-Gammadichte und BHGM-Dichte besonders gross. Aus dem Unter­schied können unter Annahme einer gewissen Form der Inhomogenität und ihrer Dichtedifferenz Rück­schlüsse auf ihren Abstand zur Bohrung gewonnen werden.

Die Dichte- und Dichtedifferenzprofile sind in Beilage 4.8 zu finden.

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4 SONDIERBOHRUNG WEIACH

4.1 Bohrungsdaten und Schichtserienverzeichnis

Bohrungsdaten :

Geographische Lage: Koordinaten: Kote: Endtiefe (entlang Bohrloch): Vertikale Endtiefe: Beginn der Bohrarbeiten: Ende der Bohrarbeiten:

Schichtserienverzeichnis

Quartär

Tertiär

Malm

Dogger Jura

Lias

Keuper

Ob.

Trias Muschelkalk Mit.

Unt.

Buntsandstein

Perm

Karbon

Gemeinde Weiach, ZH 676'743.77/268'617.61 368.66 m ü.M. 2482.2 m u.T. 2476.9 m u.T. 10.01.1983 12.11.1983

m u.T.

Muschelkalk

Muschelkalk

Muschelkalk

o

37.0

186.0

478.2

666.0

704.3

819.1

887.9

944.6

981.8

991.5

1447.9

2020.4 Krista1lines Grund ge bi r ge (Gneis)

2482.2

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4.2 Ausgeführte Arbeiten

In der Sondierbohrung Weiach wurden unter Aufsicht von Nagra-Personal zwischen dem 26.2.1983 und dem 6.3.1985 die im Arbeitsprogramm (NTB 82-10) vorge­sehenen Messungen durchgeführt.

Die wichtigsten Ergebnisse sind auf den folgenden Beilagen in komprimierter Form, z.T. auszugsweise, dargestellt.

4.1 Ausgeführte Bohrlochmessungen, Uebersicht

4.2a Composite-Log Sedimente 45 - 1100 m

4.2b Composite-Log Sedimente 1050 - 2100 m

4.2c Composite-Log Kristallin 2020 - 2482 m

4.3 Elektrische Bohrlochwandabbildung (MEST), Ausschnitt 2448.0 - 2453.8 m

4.4 Laufzeit-Tiefenfunktion

4.5 Geschwindigkeits-Tiefenfunktion

4.6 Synthetische Seismogramme und seismisches Vertikalprofil (VSp)

4.7 Bohrlochabweichung (BGL)

4.8 Dichte- und Dichtedifferenzprofile

Beilage 4.1 gibt eine zusammenfassende Darstellung des ausgeführten Messprogramms. Abweichungen vom geplanten und publizierten Arbeitsprogramm werden nachstehend aufgeführt und begründet.

Entsprechend der reflexionsseismischen Prognose vom Dezember 1982 (NTB 82-10) wurden für das Logging-Programm zwei Fälle in Betracht gezogen:

- Fall A: ohne Permokarbon

- Fall B: mit 750 m Permokarbon

In der Bohrung wurden dann unter dem Mesozoikum mehr als 1000 m Permokarbon-Sedimente angetroffen. Demzufolge wurde, abgesehen von den folgenden Abweichungen, das für den Fall B vorgesehene Logging-Programm abgewickelt.

- Auf die Berechnung des Fracture Identification­Log (FIL) wurde verzichtet. Dieser Verzicht war eine Konsequenz der Erfahrungen in der Sondier­bohrung Böttstein, wo das FIL nicht die erwar­teten Resultate geliefert hatte.

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- Die im Kristallin vorgesehene Sonic Televiewer­Messung wurde nicht durchgeführt. Eine anfangs 1983 in Auftrag gegebene SABIS-Einheit für grössere Messtiefen (max. 2500 m) und höhere Temperaturen sollte gemäss Vertrag mit WBK ab 1. Juli 1983 einsatzbereit sein. Schwierigkeiten bei der Beschaffung temperaturstabiler Halbleiter führten aber dazu, dass die modifizierte Sonde für die Bohrung Weiach noch nicht zur Verfügung stand.

- Ersatzweise wurde im Kristallin das Micro Elec­trical Scanner Tool (MEST) eingesetzt. Diese Sonde liefert aber keine 360 0 -Abbildung der Bohrlochwand wie der Sonic Televiewer, sondern tastet in einem 6 1/4"-Bohrloch nur 2 Sektoren von je 50 0 ab.

- Es wurde ein zusätzlicher (Vorhersage-) VSP durchgeführt. Im Arbeitsprogramm war nur ein VSP auf Endteufe vorgesehen. Um die reflexions­seismisch prognostizierte Mächtigkeit der Permo­karbonabfolge unter dem Mesozoikum nach Mög­lichkeit zu bestätigen, wurde beschlossen, auf 13 3/8" Verrohrungsteufe (Top Muschelkalk) einen zusätzlichen Vorhersage-VSP durchzuführen.

4.3 Operationeller Kommentar

Entsprechend dem Arbeitsprogramm war vorgesehen, die petrophysika1ischen Messungen in insgesamt 4 Abschnitten durchzuführen (3 Messerien in den Sedimenten und eine Messerie im Kristallin). Wegen der unerwartet grossen Mächtigkeit der Permokarbon­abfolge wurde dieser Abschnitt in zwei Teilen gemessen (erster und zweiter Teil der dritten Messerie) .

- Die erste Messerie wurde vom 26.-27.2.1983 auf der 13 3/8"-Verrohrungsteufe (Top Trigonodus­Dolomit) im Intervall von 822 bis 44.5 m (Basis Standrohr) durchgeführt.

Die zweite Messerie vom 12. - 13.4.1983 bei einer Bohrteufe von 923.3 m (Mittlerer Muschelkalk) wurde notwendig, da der verkarstete Obere Mu­schelkalk aus bohrtechnischen Gründen (Spülungs­verluste) zementiert und wiederaufgebohrt werden musste. Geloggt wurde vor der Zementation das Intervall von 922 bis 813 m (13 3/8"-Rohrschuh). Da die 13 3/8"-Verrohrung einige Meter über der aktuellen Bohrteufe gesetzt wurde, ergab sich

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ein kontinuierlicher (überlappender) Uebergang von der ersten zur zweiten Messerie.

Zur besseren Beurteilung der Zementation (Aus­schluss eines möglichen Mikroannulus-Effektes) wurde das Cement Bond Log (CBL) im Abschnitt von 790 bis 32 m dreimal nacheinander gefahren. Zuerst unter hydrostatischem Druck, dann unter 35 bar Ueberdruck und schliesslich unter 50 Bar Ueberdruck.

- Der erste Teil der dritten Messerie vom 1. bis 2.7.1983 erfolgte aus bohrtechnischen Gründen (Stabilität des Bohrloches) bei einer Bohrteufe von 1745 m (Karbon). Geloggt wurde das Intervall von 1743 bis 900 m, im oberen Teil mit einer Ueberlappung von ca. 20 m. Wegen grossen Auskes­selungen des Bohrlochs wurde in diesem Abschnitt kein EPT-Log gefahren. Die HDT-Dipmeter-Sonde (1 Messelektrode pro Pad) wurde in dieser Bohrung zum ersten Mal im Nagra-Programm durch die neu entwickelte, besser auflösende SHDT-Sonde (2 Messelektroden pro Pad) ersetzt. Zudem wurde beschlossen, ab sofort mit jeder Messerie ein Temperatur-Log (HRT) zu fahren.

Die zusätzlichen Kaliberlogs am 6.8. und 5.9.1983 wurden nach BOhrlocherweiterungen zur Ueberprü­fung der Bohrlochform durchgeführt.

= Der zweite Teil der dritten Messerie am 16.9.1983 erfolgte bei einer Teufe von 2067 m (Top Kristal­lin bei 2020 m). Die Bohrlochmessungen umfassen das Intervall von 2064 bis 1680 m, im oberen Teil mit einer Ueberlappung von ca. 50 m. Die EPT-Messung wurde bei 1790 m wegen zu grossen Auskesselungen abgebrochen.

Aus ökonomischen Gründen wurden die Bohrloch­gravimetrie~Messungen in den Sondierbohrungen Böttstein und Weiach zeitlich aufeinander abge­stimmt. Die Bohrteufe in der Sondierbohrung Weiach lag bei der Messung vom 31.10.1983 bei 2292 m, ca. 200 m über der nachträglich beschlos­senen Endteufe. Zur Festlegung der Gravimeter­Intervalle und für die Tiefenkorrelation der Messungen wurde vorgängig am 27.10.1983 zusätz­lich ein LDT-Log von 2260 bis 2065 m (9 5/8" Rohrschuh) und am 31.10.1983 ein DLL/SP/GR-Log von 2288 bis 2065 m gefahren.

- Die vierte Messerie am 13.11.1983 wurde nach Erreichen der Endteufe von 2482.2 m im Intervall von 2480 bis 2065 m (9 5/8"-Rohrschuh) durchge­führt. Zwischen der dritten und der vierten

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Messerie besteht zwischen den Messkurven eine Lücke von 10 m Länge (2055 bis 2065 m), da die Verrohrung aus hydrogeologischen Gründen mög­lichst tief gesetzt werden musste. Eine Ueber­lappung konnte daher nicht mehr erreicht werden. Zudem sind die Messwerte unmittelbar unter dem Rohrschuh über eine Länge von ca. 2 m durch die Verrohrung (und deren Zementation) beeinflusst und werden deshalb im Composite-Log nicht dar­gestellt.

Am 1.7.1984 wurde im Intervall zwischen 2272 m und 2065 m (Kristallin) als letztes das CNT-Log gefahren. Die Messung konnte erst nach Entnahme aller Wasserproben durchgeführt werden, weil be­fürchtet wurde, dass die Aktivierungsenergie der Arnericium-Berylliumquelle eine bleibende Störung im Grundwasser-Isotopenverhältnis bewirken und damit die radiometrischen Altersbestimmungen an Wasserproben aus Zonen mit geringem Zufluss ver­fälschen könnte. Bei der Messung vorn 1.7.1984 wurde infolge einer Bohrlochverengung nur eine Teufe von 2282 m erreicht (Endteufe 2482 m).

Am 6.3.1985 wurden im gesamten Kristallinab­schnitt Testmessungen mit dem neu entwickelten Micro Electrical Scanner Tool (MEST) durchgeführt. Gemessen wurden die folgenden Intervalle:

a) 2480 - 2350 m b) 2363 - 2226 m c) 2235 - 2065 m

Im Intervall zwischen 2363 mund 2065 m fiel, wie erst nachträglich festgestellt wurde, die Orientierungseinheit der Sonde aus. Diese Mes­sungen können daher nicht zur Orientierung von Bohrkernen verwendet werden. Es besteht aber die Möglichkeit, die Messung später, nach dem Ausbau der Multipacker-Installationen, zu wiederholen. Die Resultate wurden vorerst in einer Dichte­schrift-Darstellung im Massstab 1 : 40 aufge­zeichnet. Später wurden die ersten vier Messungen in Dichteschrift und Linienschrift im Massstab 1 : 10 abgespielt. Ein Ausschnitt dieses MEST-Logs ist in Beilage 4.3 abgebildet.

Die bohrlochseismisches Messungen wurden auf End­teufe, am 27.2.1984 von SSL (Seismograph Service Ltd.) durchgeführt. Die wichtigsten Angaben zur Felddatenakquisition und Datenverarbeitung sind:

Messanordnung: Quellenoffset 63.9 m NE Quelle 1.7 m u.GL (Bezugsniveau) in Bassin 5.5 x 5.5 x 4.0 m

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Messstationen: Intervall 20 - 2480 m, 123 Sta­tionen im Abstand 20 m, zusätzlich 7 Stationen an reflexionsseismisch interpretierten Formationsgrenzen

Quelle: Bolt Airgun, 200 cu. in., 2000 psi

Geophonsonde: GCH 100 HT, kardanisch aufgehängte Geophone 4 x SM4 (10 Hz), Veranke­rung mit elektromechanischem An­pressarm

Messkabel:

Registrier­einheit:

Processing­sequenz:

stat. Korrektur:

Zusätzl. Eingabedaten:

Stahlarmiert, 7 Adern, SCHLUMBERGER Messwagen

SSL Messwagen Recorder: Digital-WeIl-System 11, mit Monitorschrieb und Bandauf­zeichnung (9 Spur, IBM-kompatibles Format

(siehe Kap. 3.2.1)

Modell siehe Beilage 4.5, basierend auf dem geologischen Profil der Bohrung, sowie relevanten Geschwin­digkeitsmodellen für statische Korrekturen entlang der reflexions­seismischen Linie 82-NS-70

Sonic (BHC bzw. SLS)- und Dichtelog (LDT)

Im grossen ganzen verliefen die bohrlochseisrnischen Messungen ohne Probleme. Schwierigkeiten traten einzig durch Vereisung des Luftpulsers (Airgun) wegen der extrem kalten Witterung auf. Diese zu erheblichen Verzögerungen führenden Schwierigkeiten konnten beseitigt werden, indem das Wasser im Air­gun-Bassin mit einem Heissdampf-Umlauferhitzer erwärmt wurde.

Die bohrlochgravimetrischen Messungen wurden bei einer Bohrteufe von 2292 m, am 31.10.1983 von EDCON Inc. (Denver, Colorado, USA) durchgeführt. Die wichtigsten Angaben zur Felddatenaquisition und Datenverarbeitung sind:

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Messstationen: Intervall 37 - 2290 m, 69 Stationen, Wiederholungsmessungen für Drift­korrektur etwa alle 100 m an 22 Stationen

Sonde:

Messkabel:

Registrier­einheit:

Processing­sequenz:

Zusätzl. Eingabedaten:

EDCON/AMOCO-Gravimetersonde 4 1/8 11

mit La Coste/Romberg-Gravimeter, Genauigkeit + 2 Mikrogal; Garnrnastrahlendetektor (GR) und Casing Collar Locator (CCL)

Stahlarrniert, 7 Adern, SCHLUMBERGER Messwagen

Digitale Aufzeichnung der Gravime­terablesungen auf Band, zusätzlich Monitorschrieb. Analogaufzeichnung GR und CCL. Odometer mit optischen Encoder für genaue Tiefenkontrolle (+ 0.1 m)

Reduktion des Gezeiteneffekts, der Topographie und Gerätedrift, Er­mittlung der Bouguerschwere (0 auf TD), Bestimmung der BHGM-Dichte, Integration des Gamma-Garnrnalogs (LDT), Ermittlung der Dichtediffe­renz (BHGM minus LDT)

Dichte- bzw. Garnrna-Garnrnalog (LDT), Garnrnaray-Log (GR)

Die bohrlochgravimetrischen Messungen in Weiach erfolgten direkt im Anschluss an die Messungen in der Bohrung Böttstein, wodurch erhebliche Mobili­sationskosten eingespart werden konnten. Zu diesem Zeitpunkt war die Bohrung Weiach bei der damals als endgültig angesehenen Teufe von 2291 mangelangt (Endteufe 2482 m).

Der Gravimeter-Survey in der Bohrung Weiach verlief im gros sen ganzen problemlos, kleinere Störungen, die jedoch rasch behoben werden konnten, traten an der Sondenelektronik auf.

Der gesamte Survey dauerte etwa 21 Stunden, d.h. pro Station wurden ca. 20 Minuten für eine Schwere­messung benötigt.

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4.4 Kommentar zur Datenqualität

Die Qualität der petrophysikalischen Messresultate (Logs) ist im allgemeinen gut. Auf den Composite­Logs sind die gefilterten, aber noch nicht wei­terverarbeiteten Felddaten dargestellt, so wie sie auf der Bohrung abgeliefert wurden. Vor der quantitativen Verwendung der Messkurven müssen einige Effekte des Messumfeldes (Bohrlochkaliber, Art und Temperatur der Spülung) nachträglich noch im Datenverarbeitungszentrum der Firma SCHLUMBERGER korrigiert werden.

Die wohl wichtigste Ursache für Qualitätseinbussen sind unregelmässige Bohrlochkaliber. Ein ausgekes­seltes Bohrloch mit rauher Bohrlochwand verfälscht v.a. die Messwerte der exzentriert gefahrenen (an die Bohrlochwand gepressten) Sonden, z.B. LDT, CNT und EPT. In denjenigen Abschnitten der Bohrung Weiach, wo die 8 1/2 11 Kernbohrung z.T. bis auf 18" erweitert ist (z.B. 990 - 1340 m), wird eine voll­ständige Korrektur des Kalibereffektes kaum möglich sein. Die radiometrischen LDT-(Gesteinsdichte) und CNT-Logs (scheinbare Neutronporosität), welche für wassergesättigte Kalke geeicht sind, bedürfen in anderen Gesteinstypen noch zusätzlich einer Lithologie-Korrektur.

Auf den Originalschrieben der Sonic-Logs (WF- und VD-Darstellung) fehlen einige nicht mehr eruierbare Angaben über Messbasis und Skalierung, zudem wurde die Verstärkung nicht überall optimal gewählt. Die Abbildungsqualität des Micro Electrical Scanner Tools (MEST) ist gut (siehe Beilage 4.3). Der Ausfall der Orientierungseinheit über den grössten Teil der Messstrecke (2363 - 2065 m) verunmöglicht aber eine nachträgliche Orientierung der Bohrkerne in diesem Abschnitt.

Ueber alle 5 Messabschnitte im Sediment- und Kristallinbereich weisen die petrophysikalischen Messungen wenig Lücken auf. Einzig im oberen Teil des Kristallins besteht unterhalb des 9 5/8" Rohr­schuhs (2065 m) eine Messlücke von ca. 12 m Länge, da die Verrohrung aus hydrogeologischen Gründen möglichst tief gesetzt werden musste. Eine Ueber­lappung der Messerien konnte daher nicht erreicht werden. Je nach Lage der Messensoren auf den bis zu 16 m langen Kombinationssonden reichen einige Messkurven nur bis zu einer maximalen Teufe von 2465 m (Endteufe 2482 m).

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Die Qualität der bohrlochseismischen Messresultate ist als durchwegs gut zu bezeichnen. Lediglich die Spuren der obersten vier Stationen (20, 40, 60 und 80 m) sind mit einem geringen Anteil Stärsignal (50 Hz) überlagert, sie wurden deshalb beim VSP-Processing ausgeschlossen.

Aus dem Datenverarbeitungsprozess wie in Kapitel 3.2.1.2 beschrieben, resultiert ein VSP, das deutliche Reflexionen zeigt, die gut mit den Aenderungen der seismischen Impedanz im Gebirge korreliert werden können. Wie an anderer Stelle gezeigt wird (NTB 84-15), kann aus den VSP-Daten auch Struktur information abgeleitet werden.

Auch die Qualität der bohrlochgravimetrischen Mess­resultate ist generell gut. Aus den Wiederholungs­messungen an den verschiedenen Stationen lässt sich eine durchschnittliche Driftrate von weniger als ± 5 Mikrogal ermitteln, was verdeutlicht, dass das Gravimeter stabil gearbeitet hat.

Betrachtet man die zweifache mittlere Driftrate als Messunsicherheit in der Ablesung zweier Stationen mit einem Abstand von 40 m, so resultiert daraus eine Unsicherheit in der Angabe der Formations­dichte von etwa 0.003 g/cm3 , also etwa einem . Promille der Formationsdichte. Bei einem Stations­abstand von 15 m ist die Unsicherheit 0.008 g/cm3 .

Diese Genauigkeit der bohrlochgravimetrischen Mes­sung (BHGM-Dichte) ist damit um einen Faktor 10 bis 100 höher als die der Gamma-Gamma-Dichtebestimmung.

Wie aus der Beilage 4.8 ersichtlich, weichen BHGM­Dichte und Gamma-Gamma(LDT)-Dichte im Lias, Perm und Karbon erheblich voneinander ab. Die Gamma­Gamma-Dichte ist dabei stets wesentlich geringer (im Mittel etwa 0.3 g/cm3 ). Der Grund liegt darin, dass beim LDT-Log noch keine Lithologie- und Kaliberkorrektur durchgeführt wurde (siehe oben).

In den Malmkalken ist erwartungsgemäss eine sehr gute Uebereinstimmung zwischen beiden Dichtemessun­gen zu finden, da die Gamma-Gamma-Sonde für diese Gesteine kalibriert ist.

Auch im Kristallin sind die Unterschiede zwischen BHGM- und Gamma-Gammadichte relativ gering, sie liegen meist unter 0.2 g/cm3.

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5 SONDIERBOHRUNG RINIKEN

5.1 Bqhrungsdaten und Schichtserienverzeichnis

Bohrungsdaten:

Geographische Lage: Koordinaten: Kote: Endtiefe (entlang Bohrloch): Vertikale Endtiefe: Beginn der Bohrarbeiten: Ende der Bohrarbeiten:

Schichtserienverzeichnis

Quartär

Malm

Jura Dogger

Lias

Keuper

Ob.

Trias Muschelkalk Mit.

Unt.

Buntsandstein

Perm

Gemeinde Riniken, AG 656'603.80/261'799.50 385.07 m ü.M. 1800.5 m u.T. 1800.2 m u.T. 23.6.1983 12.01.1984

Muschelkalk

Muschelkalk

Muschelkalk

m u.T.

0

25.1

209.5

450.9

488.5

616.0

688.5

750.7

793.9

816.4

1800.5

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5.2 Ausgeführte Arbeiten

In der Sondierbohrung Riniken wurden unter Aufsicht von Nagra-Personal zwischen dem 28.7.1983 und dem 1.3.1984 die im Arbeitsprogramm (NTB 83-14) vorge­sehenen Messungen durchgeführt.

Die wichtigsten Ergebnisse sind auf den folgenden Beilagen in komprierter Form, z.T. auszugsweise, dargestellt.

5.1 Ausgeführte Bohrlochmessungen, Uebersicht

5.2a Composite-Log Sedimente 36 - 900 m

5.2b Composite-Log Sedimente 750 - 1800 m

5.3 Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS), Ausschnitt 659.5 - 664.5 m

5.4 Laufzeit-Tiefenfunktion

5.5 Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen

5.6 Synthetische Seismogramme und seismisches Vertikalprofil (VSP)

5.7 Bohrlochabweichung (BGL)

Beilage 5.1 gibt eine zusammenfassende Darstellung des ausgeführten Messprogramms. Abweichungen vom geplanten und pUblizierten Arbeitsprogramm werden nachstehend aufgeführt und begründet.

Das Arbeitsprogramm basiert auf der Annahme, dass das kristalline Grundgebirge in einer Teufe von ca. 870 m angetroffen wird. In der Bohrung lagen Permsedimente in unerwartet grosser Mächtigkeit vor. Bei einer Teufe von 1801 m wurde die Bohrung schliesslich abgebrochen, ohne dass sie das Kri­stallin erreicht hatte.

- In der gesamten Bohrung kam das Sediment-Messpro­gramm zur Anwendung.

Im untersten Teil der Bohrung wurde ein stark re­duziertes Messprogramm durchgeführt. Im offenen Bohrloch unterhalb des 9 5/8"-Rohrschuhs bei 1618 m wurden in Anbetracht der kurzen Mess­strecke und der relativ monotonen Lithologie (Rotliegendes) nur Kaliberlogs und im Hinblick auf die bevorstehenden bohrlochseisrnischen Mes­sungen ein Sonic-Log gefahren.

- Aufgrund von Problemen mit der mechanischen Kern­orientierung im Sedimentbereich wurden Versuche durchgeführt, um abzuklären, ob Sonic Televiewer­Daten auch hier zur Kernorientierung verwendet

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werden können. Dabei wurde insbesondere geprüft, wie unterschiedliche Spülungstypen (Süsswasser, Ton-Süsswasser, Ton-Salzwasser) die Abbildungs­qualität beeinflussen (vgl. Beilage 5.3).

- Es wurde ein zusätzlicher (Vorhersage)-VSP durch­geführt. Im Arbeitsprogramm war nur ein VSP auf Endteufe vorgesehen. Dieser intermediäre VSP im obersten Perm bei ca. 1000 m Bohrteufe hatte zum Ziel, die Tiefe der reflexionsseismisch un­genügend indizierten Kristallinoberfläche zu bestimmen.

5.3 Operationeller Kommentar

Entsprechend dem Arbeitsprogramm war vorgesehen, die petrophysikalischen Messungen in insgesamt drei Abschnitten durchzuführen (zwei Messerien in den Sedimenten und eine Messerie im Kristal­lin). Wegen der unerwartet grossen Mächtigkeit der Perm-Sedimente und dem nicht erreichten Kristallin wurden vier Messerien mit den für Sedimente vor­gesehenen Sondenkombinationen durchgeführt.

- Die erste Messerie erfolgte am 28.7.1983 auf einer Bohrteufe von 624 m (Top Trigonodus-Dolomit bei 616 m) im Intervall von 618 bis 33 m (Basis Standrohr). Die Versuche mit der Sonic Te1e­viewer-Sonde im Sedimentbereich begannen am 20.8.1983 auf einer Teufe von 696 m (oberer Muschelkalk). Die erste Messung erfolgte im Anschluss an ausgedehnte hydrogeologische Tests im Intervall zwischen 687 und 623 m (8 1/2" Bohr­lochdurchmesser) in einer Frischwasserspülung, die zweite als \viederholung einige Stunden später im Intervall von 667 bis 621 m in einer Ton-Süss­wasserspülung mit einer Dichte von ca. 1.1 g/cm3 (vgl. Beilage 5.3).

Am 30.8.1983 wurde bei einer Teufe von 794 m im Intervall von 789 bis 679 m (8 1/2" Bohrloch­durchmesser) eine weitere Versuchsmessung mit dem Sonic Televiewer in einer Ton-Salzwasserspülung mit einer Dichte von ca. 1.25 g/cm3 durchgeführt.

- Die zweite Messerie erfolgte am 8.10.1983 auf einer Bohrteufe von 1007 m (Oberrotliegendes) im Intervall von 1005 bis 617 m (13 3/8"-Rohrschuh). Zwischen der ersten und der zweiten Serie mussten Unterbrechungen von bis zu 15 m Länge in Kauf genommen werden (z.B. SP-Log).

NAGRA NTB 85-50 - 43 -

Am 11.10.1983 wurden die Versuchsmessungen mit der Sonic Televiewer-Sonde im Sedimentbereich fortgesetzt. Im auf 12 1/4" erweiterten Inter­vall von 761 - 719 m wurde geprüft, wie sich grössere Bohrlochdurchmesser auf die Bildqualität auswirken. Weitere Messungen im 8 1/2"-Abschnitt zwischen 1057 und 945 m hatten zum Ziel, den Einfluss unterschiedlicher Spülungszusätze (Quellstoffe, Glimmerpartikel) abzuklären.

- Die dritte Messerie erfolgte am 22.11.1983 auf einer Bohrteufe von 1618 m (Oberrotliegendes), im Intervall von 1615 bis 970 m, einige Meter überlappend mit der zweiten Messerie. Die DLL/ MSFL/SP/GR-Messfahrt wurde bis 617 m (13 3/8"­Rohrschuh) verlängert, da bei der vorherigen Messerie vom 8.10.1983 die MSFL-Sonde aufgrund eines elektronischen Defektes keine brauchbaren Ergebnisse lieferte. Bei der Dipmeter-Messung (SHDT) fiel eines der drei Magnetometer aus. Die Orientierung der Sonde konnte aber nachträglich, in der Datenverarbeitungsphase, rekonstruiert werden.

Aufgrund der maximalen Kabellänge von ca. 1500 m konnte die Sonic Televiewer-Sonde bei der letzten Messung am 24.11.1983 nur bis 1484 m Teufe gefah­ren werden. Zudem musste die Messung bei 1334 m, ca. 400 m tiefer als geplant, wegen schlechter Datenqualität abgebrochen werden. Die Ursache für die unbefriedigende Abbildungsleistung in diesem Intervall waren extreme Auskesselungen von bis zu 12" bei einem Solldurchmesser von 8 1/2".

- Die vierte Messerie wurde am 28.2.1984, nach Erreichen der Endteufe von 1801 m, im Intervall von 1780 bis 1618 m (9 5/8"-Rohrschuh) durchge­führt. In diesem kurzen Abschnitt wurde aus den in Kapitel 5.2 erwähnten Gründen nur ein Kaliber­und ein Sonic-Log (SLS) gefahren.

Die bohrlochseismischen Messungen wurden von SSL (Seismograph-Service Ldt.) am 1.3.1984 auf Endteufe durchgeführt. Die wichtigsten Angaben zur Feldda­tenaquisition und Datenverarbeitung sind:

Messanordnung: Quellenoffset 13.2 m SE Quelle 1.2 m u. GL (Bezugsniveau) in Beton-Spülungstarik 7.8 x 4.0 x 2.0 m

Messstationen: Intervall 20 - 1780 m, 88 Stationen im Abstand 20 m, zusätzlich 3 Stationen an reflexionsseismisch interpretierten Formationsgrenzen

NAGRA NTB 85-50

Quelle:

Geophonsonde :

Messkabel:

Registrier­einheit:

Processing­sequenz:

Stat. Korrektur:

Zusätzl. Eingabedaten:

- 44 -

Bolt Airgun, 200 cu.in., 2200 psi

GCH 100 HT, kardanisch aufgehängte Geophone 4 x SM4 (10 Hz), Ver­ankerung mit elektromechanischem Anpressann

Stahlarmiert, 7 Adern, SCHLUMBERGER Messwagen

SSL Messwagen Recorder: Digital-WeIl-System 11, mit Monitorschrieb und Bandauf­zeichnung (9 Spur, IBM-kompatibles Fonnat)

Siehe Kapitel 3.2.1

Modell siehe Beilage 5.5, basierend auf dem geologischen Profil der Bohrung sowie auf relevanten Ge­schwindigkeitsmodellen für stati­sche Korrekturen entlang der refle­xionsseismischen Linie 82-NF-30

Sonic (BHC bWZe SLS)- und Dichtelog (LDT)

5.4 Kommentar zur Datenqualität

Die Qualität der petrophysikalischen Messresultate (Logs) ist im allgemeinen gut. Was die quantitative Verwendung der Messkurven angeht, gelten die bei der Bohrung Weiach gemachten Bemerkungen (siehe Kapitel 4.4). Korrekturen des Kalibereffektes drängen sich in der Sondierbohrung Riniken v.a. im tektonisierten Opalinus-Ton von 406 - 451 m (Bohrlocherweiterungen bis 11") und im Rotliegenden vo n 1065 - 1091 m (Bohr loch e rwe i t e run ge n bi s 16 11 )

auf. Zum Zeitpunkt der 3. Messerie (970 - 1615 m) war praktisch der gesamte Abschnitt im Rotliegenden um mehrere Zoll erweitert. Wegen der relativ ein­heitlichen Lithologie ergaben sich aber wenig abrupte Kaliberänderungen und die exzentriert gefahrenen Sonden (und die Pad-Sonden) blieben somit meistens im Kontakt mit der Bohrlochwand.

NAGRA NTB 85-50 - 45 -

Wie die Versuche zeigten, ist die Abbildungsqua­lität des Sonic Televiewer bei Verwendung von Formationswasser-, Ton-Süsswasser- und Ton-Salz­wasserspülung akzeptabel bis gut (siehe Beilage 5.3). Eine schlechte Bildqualität, die zu Schwie­rigkeiten bei der Auswertung führt, ergibt sich in ausgekesselten Bohrlochabschnitten wie z.B. im Rotliegenden zwischen 1334 und 1380 m. Die zur Abdichtung verwendeten Spülungszusätze (v.a. Glimmerpartikel) führen über grosse Strecken zu einem vollständigen Informationsverlust. Aus diesen Gründen können in den beiden Abschnitten 945 - 1000 mund 1334 - 1484 m im Sonic Televiewer­Log nur vereinzelte Diskontinuitätsflächen ausge­macht werden.

Dank der Tatsache, dass die Verrohrung jeweils einige Meter über der aktuellen Bohrteufe gesetzt wurde, konnten die ersten drei Messerien überlap­pend gefahren werden, sodass die Logs zwischen Basis Standrohr (33 m) und 1600 m keine Lücken aufweisen. Im vierten Messabschnitt zwischen 1618 mund 1801 m wurden allerdings wie erwähnt nur noch das Kaliber- und das Sonic-Log gefahren (siehe Kapitel 5.2).

Die Qualität der bohrlochseismischen Messresultate ist für die meisten Stationen als noch gut zu be­zeichnen. Qualitätsmindernd wirkten sich vor allem die immer noch erheblichen Störsignalamplituden der Spülungswellen aus, die trotz Anwendung eines Geschwindigkeitsfilters zur Spülungswellensubtrak­tion nicht vOllständig eliminiert werden konnten.

Dass trotz einer beträchtlichen Absenkung des Spü­lungsniveaus im Bohrloch in diesem Umfang Spülungs­wellen angeregt wurden, hängt damit zusammen, dass aus ökonomischen Gründen beschlossen wurde, auf die Anlage eines speziellen Wasserbassins zu verzichten und die Air-Gun statt dessen in einem relativ nahe­gelegenen Spülungstank zu betreiben.

Aus dem Datenverarbeitungsprozess, wie in Kapitel 3.2.1.2 beschrieben, resultiert ein VSP, welches deutliche Reflexionen zeigt, die gut mit den Aenderungen der akustischen Impedanz im Gebirge korrelliert werden können.

NAGRA NTB 85-50 - 47 -

6 SONDIERBOHRUNG SCHAFISHEIM

6.1 Bohrungsdaten und Schichtserienverzeichnis

Bohrungsdaten :

Geographische Lage:

Koordinaten: Kote: Endtiefe (entlang Bohrloch): Vertikale Endtiefe: Beginn der Bohrarbeiten: Ende der Bohrarbeiten:

Schichtserienverzeichnis

Quartär

T~rtiär

Malm

Jura Dogger

Lias

Keuper

Ob.

Mit.

Gemeinde Schafisheim, AG 653'631.50/246'757.30 421.20 m ü.M. 2006.5 m u.T. 2005.7 m u.T. 26.11.1983 30.06.1984

m u.T.

Muschelkalk

Mu s che lka lk

o

244.0

576.0

843.0

1079.8

1105.5

1230.0

1287.7

_e __ e _____ • __ e __ • 1323.9 Trias Muschelkalk Ob. Muschelkalk

1338.0 Mit. Muschelkalk

1441.8 Unt. Muschelkalk

1478.2 Buntsandstein

1489.8 Kristallines Grundgebirge (Granit/Syenit)

2006.5

-._-._-.- Ueberschiebung

NAGRA NTB 85-50 - 49 -

6.2 Ausgeführte Arbeiten

In der Sondierbohrung Schafisheim wurden unter Aufsicht von Nagra-Personal zwischen dem 14.12.1983 und dem 17.8.1984 die im Arbeitsprograrnm (NTB 83-25) vorgesehenen Messungen durchgeführt.

Die wichtigsten Ergebnisse sind auf den folgenden Beilage in komprimierter Form, z.T. auszugsweise, dargestellt.

6.1 Ausgeführte Bohrlochmessungen, Uebersicht

Composite-Log Sedimente 152 - 1200

Composite-Log Sedimente 1000 - 1560

Composite-Log Kristal1in 1490 - 2006

6.2a

6.2b

6.2c

6.3 Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS), Ausschnitt 1770.6 - 1775.1 m

6.4 Laufzeit-Tiefenfunktion

6.5 Geschwindigkeits-Tiefenfunktion

6.6 Synthetische Seismogramme

6.7 Bohrlochabweichung (BGL)

m

m

m

Beilage 6.1 gibt eine zusammenfassende Darstellung des ausgeführten Messprogramms. Abweichungen vorn geplanten und publizierten Arbeitsprogramm werden nachstehend aufgeführt und begründet.

- Das Electromagnetic Propagation Too1 (EPT) konnte im ersten Teil der vierten Messerie (1565 - 1698 m) nicht gefahren werden, weil zum Zeitpunkt der Messungen in Europa keine Sonde verfügbar war.

- Die Dipmeter-Messung (HDT) wurde im Krista11in (1700 - 2006 m) nicht durchgeführt. Zwar wurde mit der Dipmeter-Sonde ein Kaliberlog aufgezeich­net, ein Missverständnis bei der Instruktion des Kontraktors hatte aber zur Folge, dass keine Mikrowiderstandprofile registriert wurden.

- Auf die induzierte Gamma-Spektrometrie (GST) wurde verzichtet. Dieser Verzicht war eine Kon­sequenz der Erfahrungen in der Sondierbohrung Böttstein, wo das GST nicht die erwarteten Resultate geliefert hatte.

NAGRA NTB 85-50 - 50 -

- Da im Rahmen des Fluid-Logging Programms bereits mehrere Messfahrten mit der Haferland Temperatur­sonde durchgeführt wurden (NTB 85-10), verzich­tete man auf vier von fünf im Arbeitsprogramm vorgesehenen Schlumberger HRT-Messungen.

- Nach Arbeitsprogramm waren im Kristallinbereich Sonic-Messungen sowohl mit der BHC- wie auch mit der SLS-Sonde vorgesehen. Aufgrund von starken Bohrlochauskesselungen wurden aber mit der SLS­Sonde zwischen 1698 und 1228 m keine befriedigen­den Resultate erzielt (Cycle Skips). Sie wurde deshalb in diesem Intervall durch die weniger kaliberempfindliche BHC-Sonde ersetzt.

- Abweichend vom Arbeitsprogramm wurde wegen der nicht ausreichenden Datenqualität kein VSP­Processing ausgeführt.

6.3 Operationeller Kommentar

Entsprechend dem Arbeitsprogramm war vorgesehen, die petrophysikalischen Messungen in insgesamt vier Abschnitten durchzuführen (drei Messerien in den Sedimenten und eine Messerie im Kristallin). Die ersten drei Serien konnten programmgemäss durchgeführt werden. Der vierte Abschnitt musste dagegen wegen des Einbaus einer 7"-Verrohrung in zwei Arbeitsschritten vermessen werden (erster und zweiter Teil der vierten Messerie).

Die erste Messerie wurde am 14.12.1983 auf einer Bohrteufe von 578 m (Top Malm bei 576 m) im In­tervall von 576 bis 315 m (16"-Rohrschuh) durch­geführt. Einzig die LDT/CNT/NGS-Sondenkombination wurde durch die Verrohrung bis zur Basis des 18 5/8"-Rohrschuhs bei 152 m weitergeführt.

- Die zweite Messerie erfolgte vom 22.-24.1.1984 bei 1235 m (Top Trigonodus-Dolomit bei 1230 m) im Intervall zwischen 1230 und 525 m. Da nach der ersten Messerie keine Verrohrung gesetzt wurde, konnte eine ca. 50 m-Ueberlappung der beiden Log-Serien erreicht werden.

Vom 24.-26.1.1984 wurden im Intervall von 1232 bis 315 m mehrere Messfahrten mit dem Sonic Tele­viewer durchgeführt. Nach der ersten Messung in einer Ton-Süsswasserspülung mit einer Dichte von 1.12 g/cm3 zeigte sich, dass keine befriedigende Bildqualität erreicht werden konnte. Daraufhin wurde die Spülung mit Frischwasser zuerst auf 1.06 g/cm3 und später auf 1.04 g/cm3 verdünnt.

NAGRA NTB 85-50 - 51 -

Durch diese Massnahmen wurden schliesslich im Intervall zwischen 1232 und 601 m akzeptable Ergebnisse erreicht.

Im weiteren Verlauf der Bohrung erfolgten in den Trias-Sedimenten mehrere Sonic Televiewer Messfahrten: am 18.2.1984 von 1293 bis 1238 m (deionisiertes Wasser), am 3.3.1984 von 1480 bis 1228 m (Ton-Salzwasser) und am 17.4.1984 von 1532 bis 1471 m (Ton-Salzwasser). Die Messung vorn 3.3.1984 musste bei 1383 m wegen einern defekten Transducer abgebrochen werden. Bei der Messung vorn 8.3.1984 konnte die Sonde nicht wie geplant bis 1390 m gefahren werden, sondern nur bis 1383 m, weil das Bohrloch unterhalb dieser Tiefe blockiert war.

- Die dritte Messerie erfolgte vorn 23.-24.4.1984 bei einer Bohrteufe von 1570 m (Top Granit bei 1490 m) im Intervall von 1567 bis 1228 m (11 3/4 11 -Rohrschuh). Da die Verrohrung nur wenige Meter über der aktuellen Bohrlochsohle gesetzt war, treten aufgrund der langen Sondenkombina­tionen bei einigen der Logs (z.B. SP) Messlücken von bis zu 7 m Länge auf. Wegen Auskesselung des Bohrloches (auf mehr als 14") über eine Strecke von ca. 100 m wurde das MSFL-Log durch das we­niger kaliberimpfindliche Mikrolog (ML) ersetzt. Der Versuch einer SLS-Messung im gleichen Inter­vall führte zu häufigen Cycle Skips. Es wurde deshalb beschlossen, auf die BHC-Sonde auszu­weichen.

Am 25.4.1984 wurde auf Ersuchen der Bohrtechnik nach der Zementation der 9 5/8"-Verrohrung ein zusätzliches Schlumberger Temperatur-Log (HRT) zur Lokalisierung der Zementkopflage gefahren.

- Der erste Teil der vierten Messerie wurde vorn 25.-26.5.1984 bei einer Bohrteufe von 1768 m im Intervall von 1698 bis 1564.5 m (9 5/8"­Rohrschuh) durchgeführt. In dieser Serie konnte nur der obere Teil mit einem Bohrlochdurchmesser von 8 1/2" vermessen werden. Der untere Teil, welcher mit 5 3/8" gebohrt wurde, war durch den Ausbau der temporären 7"-Verrohrung teilweise mit Nachfall aufgefüllt und daher nicht zugänglich.

- Der zweite Teil der vierten Messerie begann am 30.6.1984, nach Erreichen der Endteufe, mit der Sonic Televiewer-Messung. Aufgrund der Tempera­turempfindlichkeit der Sonde war die Messung

NAGRA NTB 85-50 - 52 -

im Intervall von 2004 bis 1630 m nur deshalb möglich, weil die Spülungs temperatur während 10 Stunden Zirkulation von 85°C auf ca. 70°C erniedrigt wurde.

Vom 2.-3.7.1984 wurden die Schlumberger-Messungen im Intervall von 2002 bis 1695 m (7"-Rohrschuh) durchgeführt. Die LDT/NGS/EPT/GR-Sondenkombina­tion konnte in diesem Bohrlochabschnitt mit einem Durchmesser von 5 3/8" nur bis auf eine Teufe von 1740 m gefahren werden. Dort verhinderte eine Blockierung des Bohrloches das Erreichen der Endteufe. Wie sich zeigte, konnte die blockierte Stelle auch mit der kürzeren Sondenkombination LDT/NGS nicht überwunden werden. Ein erfolgrei­cher Abschluss der Messungen war erst möglich, nachdem dieser Abschnitt nachgebohrt worden war.

Da sowohl die 9 5/8"- wie auch die 7"-Verrohrung direkt auf der aktuellen Bohrteufe abgesetzt wurden, mussten zwischen den Messerien Lücken von einigen Metern Länge in Kauf genommen werden (u.a. beim SP- und NGS-Log).

Aus Gründen, die schon im Zusammenhang mit der Bohrung Weiach erwähnt wurden (siehe Kapitel 4.3), konnte die letzte CNT-Messfahrt zwischen 1999 und 1695 m erst einige Monate später, am 9.12.1984, durchgeführt werden.

Die bohrlochseismischen Messungen wurden auf End­teufe, am 17.8.1984 von SSL (Seismograph-Service Ltd.) durchgeführt. Die wichtigsten Angaben zur Felddatenaquisition und Datenverarbeitung sind:

Messanordnung: Quellenoffset 40 m S Quelle auf geteertem Teil des Bohrplatzes (Bezugsniveau = GL)

Messstationen: Intervall 43 - 1963 m, 102 Stationen im Abstand 20 m

Quelle: Bolt-LSS 3 (Land Seismic Source), 60 cu. in., 2000 psi Airgun in wassergefülltem Behälter (Gummi mit Stahlgrundplatte) an LKW montiert. Kopplung Behälter-Boden hydraulisch durch Fahrzeuggewicht

Geophonsonde: GCH 100 HT, kardanisch aufgehängte Geophone 4 x SM4 (10 Hz), Verankerung mit elektromechanischem Anpressarm

Messkabel: Stahlarmiert, 7 Adern, SCHLUMBERGER Messwagen

NAGRA NTB 85-50

Registrier­einheit:

Processing­sequenz:

Stat. Korrektur:

Zusätzl. Eingabedaten:

- 53 -

SSL Messwagen Recorder: Digital-WeIl-System 11, mit Monitorschrieb und Bandauf­zeichnung (9 Spur, IBM-kompatibles Forma t)

Siehe Kapitel 3.2.1

Modell siehe Beilage 6.5, basierend auf dem geologischen Profil der Bohrung sowie relevanten Geschwin­digkeitsmodellen für statische Korrekturen entlang der reflexions­seismischen Linien 82-NS-20 bzw. 83-NS-22 und Laufzeiten der ober­sten Stationen bei 42.6 und 62.6 m

Sonic (BHe bzw. SLS)- und Dichtelog (LDT)

Auf besondere Empfehlung der Firma SSL wurde in Schafisheim wie auch in Kaisten die mobile seismi­sche Airgun-Quelle LSS-3 eingesetzt. Vorteile beim Einsatz dieser Quelle sind, dass einerseits die recht hohen Kosten für die Errichtung des Airgun­Bassins eingespart werden können und dass man andererseits durch "Testschüsse" an verschiedenen Quellenpositionen einen optimalen Quellenstandort mit minimaler Spülungswellenanregung ermitteln kann.

Die Messungen in Kaisten und insbesondere in Schafisheim haben jedoch entgegen den Garantien der Firma SSL gezeigt, dass die Nutzsignalabstrahlung der LSS-3 im Vergleich zur Airgun im Wasserbassin sehr viel geringer ist, und zwar wesentlich gerin­ger als man aufgrund der Karnmervolumenverhältnisse beider Quellen erwartet hätte.

Auch die Flexibilität in der Wahl der Quellen­position (Schlusspunkt) erwies sich als wenig entscheidend. Wie Testmessungen an 5 verschiedenen Quellenpositionen im Umfeld (200 m) der Bohrung Schafisheim zeigten, konnte zwar für bestimmte positionen ausserhalb des Bohrplatzes eine deutlich geringere Anregung von Spülungswellen festgestellt werden, gleichzeitig reduzierte sich aber auch der Nutzsignalanteil in erheblichem Masse.

NAGRA NTB 85-50 - 54 -

Letztendlich wurde eine Quellenposition mit maxima­ler Nutzsignalabstrahlung gewählt, wobei allerdings eine recht starke Spülungswellenanregung nicht zu vermeiden war.

Bedingt durch die geringe Stärke der LSS-3 Quelle war auf tieferen Stationen (unterhalb 700 m) beim Einzelschuss kaum ein Signal der P-Welle zu erken­nen. Bei einigen Stationen musste bis zu 20-fach gestapelt werden, um einen einigermassen ablesbaren Einsatz der P-Welle zu erhalten. Im Durchschnitt wurde je Station 8-fach gestapelt.

Die hohen Stapelraten und einige technische Mängel der LSS-3 Quelle wie Oelverlust in der Anpress­hydraulik und mechanische Beschädigungen an der Quellenbehälterabdeckung führten zu einer relativ langen Dauer der Feldmessungen von knapp 20 Stunden.

Da gegen Ende der Messungen häufiger technische Störungen bei der Quelle auftraten, wurde auf die Registrierung zusätzlicher Check-Shot Stationen verzichtet.

Im Gegensatz zur seismischen Quelle arbeitete die Bohrlochgeophonsonde einwandfrei.

Wegen Nachfall bzw. anderen bohrtechnisch bedingten Ursachen konnte mit der Geophonsonde nur eine Tiefe von 1963 m erreicht werden.

Beim Uebergang in die 9 5/8"-Verrohrung oberhalb 1460 m reichte die Länge des Anpressarms nicht mehr aus, um die Geophonsonde zuverlässig zu verankern. Die Sonde wurde daher aufgeholt und ein längerer Anpressarm eingebaut. Sicherheitshalber wurden für die untersten 5 Stationen in der 9 5/8 11 -Verrohrung Wiederholungsmessungen ausgeführt.

6.4 Kommentar zur Datenqualität

Die Qualität der petrophysika1ischen Messresu1tate ist im allgemeinen gut. Was die quantitative Ver­wendung der Messkurven betrifft, so gelten die schon im Zusammenhang mit der Sondierbohrung Weiach gemachten Bemerkungen (siehe Kapitel 4.4). Die wohl wichtigste Ursache für Qualitätseinbussen sind unregelmässige Bohrlochkaliber. Kaliberkorrek­turen müssen, soweit möglich, bei den LDT-, CNT­und EPT-Logs in den folgenden stark ausgekesselten Abschnitten vorgenommen werden: 1001 - 1080 m (Opalinus-Ton), 1390 - 1495 m (Buntsandstein/Mu­schelkalk) und 1565 - 1700 m (Kristallin).

NAGRA NTB 85-50 - 55 -

Ueber alle 5 Messabschnitte im Sediment- und Kri­stallinbereich weisen die petrophysikalischen Logs nur wenige Messlücken von einigen Metern Länge auf; so bei 1228 m (11 3/4"-Rohrschuh), bei 1564.5 m (9 5/8 11 -Rohrschuh) und bei 1695 m (7"-Rohrschuh). Vor dem Einbau der 16"-Verrohrung auf 315 m Teufe (Basis Quartär bei 244 m) wurden keine Bohrloch­messungen durchgeführt. Davon ausgenommen ist eine LDT/NGS-Messung, die im Rahmen der ersten Messerie bis auf eine Teufe von 152 m weitergeführt wurde. Durch den Einfluss der Verrohrung im Intervall 315 - 152 m werden allerdings die Absolutwerte dieser Messungen verfälscht.

Wie schon erwähnt hängt die Abbildungsqualität des Sonic Televiewer stark von der Bohrlochforrn (Durch­messer, Auskesselungen, Rauhigkeit) und von der Bohrspülung ab. Die erste Messung im Sedimentbe­reich zwischen 1230 und 315 m ergab, nachdem die Ton-Süsswasserspülung mit Frischwasser verdünnt worden war, eine akzeptable Bildqualität. Die nur vereinzelt auszumachenden Diskontinuitätsflächen werden aber für eine statistische Kluftanalyse oder eine Kernorientierung im gekernten Intervall (961 - 1230 m) kaum ausreichen. Demgegenüber sind im Muschelkalk die Diskontinuitätsflächen zahlrei­cher und eine Kluftanalyse bzw. Kernorientierung sollte in diesem Abschnitt möglich sein. Im Kri­stallin ist die Bildqualität sehr unterschiedlich; am schlechtesten im stark ausgekesselten Abschnitt zwischen 1565 und 1700 m. Im Intervall von 1700 bis 2004 m (Endteufe) beobachtet man horizontale Strei­fen quer über die gesamte Bohrlochwandabwicklung, welche die Auflösung der Abbildung beeinträchtigen. Diese Streifigkeit wird durch ruckartige Bewegungen der Sonde verursacht, die dann auftreten, wenn auf der einen Seite der Reibwiderstand der Zentralisie­rungsbügel an der Bohrlochwand gross wird und sich andererseits in grosser Tiefe die Kabeldehnung auszuwirken beginnt. Trotz der vergleichsweise schlechten Datenqualität sollte aber in diesem Abschnitt die Orientierung grösserer zusammenhän­gender Bohrkerne möglich sein.

Die bohrlochseismischen Messresultate zeigen eine Qualität, die zwar für die Ableitung von Laufzeit­und Geschwindigkeitstiefenfunktionen ausreicht, die aber andererseits nicht genügt, um weitergehende Auswertungen vorzunehmen. Zum einen ist trotz ent­sprechender Stapelrate das Nutzsignal recht schwach, zum anderen sind starke Spülungswelleneinsätze auf allen Stationen zu finden. Dies war letzIich auch

NAGRA NTB 85-50 - 56 -

der Grund, weshalb hier auf die Erstellung eines seismischen Vertikalprofils (siehe Kapitel 3.2.1.2) verzichtet wurde.

Aufgrund der dichten Stationsbelegung im Messinter­vall konnten jedoch aus den Registrierungen sehr zuverlässige Laufzeit- und Geschwindigkeitstiefen­funktionen abgeleitet werden, die unter anderem zur Kalibrierung des Sonic-Logs und zur Berechnung synthetischer Seismogramme (siehe Kapitel 3.2.1.3) verwendet wurden.

NAGRA NTB 85-50 - 57 -

7 SONDlERBOHRUNG KAlSTEN

7.1 Bohrungsdaten und Schichtserienverzeichnis

Bohrungsdaten:

Geographische Lage: Koordinaten: Kote:

Gemeinde Kaisten, AG 644 1 641.00/265 1 623.70 320.38 m ü.M.

Endtiefe (entlang Bohrloch): 1305.8 m u.T. Vertikale Endtiefe: Beginn der Bohrarbeiten: Ende der Bohrarbeiten:

Schichtserienverzeichnis

Quartär

Muschelkalk

Trias

Buntsandstein

Perm

Kristallines Grundgebirge

Unt.

1302.7 m u.T. 13.2.1984 27.6.1984

Muschelkalk

(Gneis)

m u.T.

o

45.2

94.0

125.0

296.5

1305.8

NAGRA NTB 85-50 - 59 -

7.2 Ausgeführte Arbeiten

In der Sondierbohrung Kaisten wurden unter Auf­sicht von Nagra-Personal zwischen dem 2.3.1984 und dem 22.7.1984 die im Arbeitsprogramm (NTB 84-06) vorgesehenen Messungen durchgeführt. Die wichtig­sten Ergebnisse sind auf den folgenden Beilagen in kompakter Form, z.T. auch nur auszugsweise, dargestellt.

7.1 Ausgeführte Bohrlochmessungen, Uebersicht

7.2a Composite-Log Sedimente 66 - 400 m

7.2b

7.3

7.4

7.5

7.6

7.7

Composite-Log Kristallin 297 - 1306 m

Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS), Ausschnitt 458.9 - 463.4 m

Laufzeit-Tiefenfunktion

Geschwindigkeits-Tiefenfunktion

Synthetische Seismogramme und seismisches Vertikalprofil (VSP)

Bohrlochabweichung (BGL)

Beilage 7.1 gibt eine zusammenfassende Darstellung des ausgeführten Messprogramms. Abweichungen vom geplanten und publizierten Arbeitsprogramrn werden nachstehend aufgeführt und begründet.

- Die Dipmeter-Messung (HDT) wurde im Kristallin­bereich nicht durchgeführt, da sehr gute Sonic Televiewer-Daten zur Verfügung standen.

- Aufgrund der Erfahrungen in der Sondierbohrung Böttstein (siehe NTB 85-01) wurde hier auf eine Messung mit der induzierten Gamma-Spektrometrie­Sonde (GST) verzichtet.

- Aus den gleichen Gründen wurden die Spülungswel-1enrnessungen (Tube Wave Survey) nicht durchge­führt.

- Zusätzlich zu den im Arbeitsprogramrn vorgesehenen Messungen wurden im Kristallin Versuche mit der Bohrlochreflexionsradarsonde der Firma Prakla Seismos durchgeführt.

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7.3 Operationeller Kommentar

Entsprechend dem Arbeitsprogramm war vorgesehen, die petrophysikalischen Messungen in insgesamt drei Abschnitten durchzuführen (zwei Messerien in den Sedimenten und eine im Kristallin). Weil die 9 5/8 11 -Verrohrung ca. 100 m tiefer als geplant gesetzt wurde, ist die zweite Messerie sehr kurz ausgefallen (3 m Sediment und 26 m Kristallin).

- Die erste Messerie vom 2. - 3.3.1984 erfolgte bei 297 m (Top Kristallin bei 296.5 m) im Inter­vall von 294 bis 66 m (13 3/8"-Rohrschuh).

Nach der Bohrlocherweiterung von 8 1/2" auf 12 1/4" wurde am 7.3.1984 in den Perm-Sedimenten von 297 bis 172 m die erste Messfahrt mit dem Sonic Televiewer durchgeführt. Bei 172 m wurde die Messung wegen zu grossen Bohrlochauskesse­lungen abgebrochen.

- Die zweite Messerie erfolgte am 16.3.1984 bei einer Bohrteufe von 321.5 m im Intervall von 320 bis 294 m (9 5/8"-Rohrschuh). Zwischen der ersten und zweiten Messerie, beim Sediment/Kri­stallin-Uebergang, mussten aufgrund der tief abgesetzten 9 5/8"-Verrohrung Unterbrechungen von 3 bis 12 m Länge in Kauf genommen werden.

In der Folge wurden im Kristallinbereich mehrere Messfahrten mit dem Sonic Televiewer durchgeführt. Am 16.3.1984 von 320 bis 294 m, am 4.4.1984 von 499 bis 320 m, am 16.4.1984 von 701 bis 490 m und am 8.5.1984 von 903 bis 694 m.

- Die dritte Messerie erfolgte vom 15.-20.7.1984, nach dem Erreichen der Endteufe von 1306 m. Geloggt wurde das Intervall von 1256 bis 321 m (6 5/8"-Rohrschuh). Aufgrund der tief abgesetzten 6 5/8"-Verrohrung kam es auch zwischen der zwei­ten und der dritten Messerie zu einem 2 bis 10 m langen Unterbruch der Log-Sequenz.

Am 19.7.1984 wurden die petrophysikalischen Bohr­lochmessungen mit einer letzten Sonic Televiewer­Messfahrt im Intervall zwischen 1257 und 900 m abgeschlossen.

Mit keiner der Messonden wurde die Endteufe von 1306 m erreicht. Das Bohrloch war bei 1259 m wahrscheinlich durch Nachfall aus einer Störungs­zone blockiert. Auch nach mehrmaligem Nachbohren und Freispülen gelang es nicht, die verengte Stelle zu passieren.

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- In der Zeit vom 20.-21.7.1984 hat die Firma PRAKLA-Seismos (Hannover) mit einer speziell entwickelten Radarsonde Bohrlochreflexionsradar (BRR)-Messungen im Kristallin ausgeführt. Mit diesem Pilotversuch sollte abgeklärt werden, in welchem Umfang sich die für die Salzlager­stättenerkundung entwickelte Radarsonde auch zur Erkennung und Verfolgung von grösseren Kristal­lindiskontinuitäten im Umfeld der Bohrung eignet. Da die Radarsonde normalerweise nur in Bohrungen mit Oelspülung (elektrisch nicht leitend) einge­setzt wird, musste in der Bohrung Kaisten auf­grund der relativ gut leitenden Spülung (10 Qm) von vornherein mit einer gewissen Minderung der Reichweite gerechnet werden. Bei ersten Test­messungen war festzustellen, dass zwar genügend elektromagnetische Signalenergie ins Gebirge abgestrahlt wurde, aber keinerlei Reflexionen zu empfangen waren. Auffallend war dabei die uner­wartet geringe Sensitivität des Empfangssystems. Eine anschliessende Ueberprüfung der Sonde brachte erhebliche technische Mängel (Undich­tigkeiten, kalte Lötstellen) zutage, die als Ursache der geringen Sensitivität betrachtet wurden. Nach z.T. längeren Reparaturarbeiten (ca. 14 Stunden insgesamt) wurden eine ganze Reihe weiterer Testmessungen u.a. mit Antennen­aufsätzen zur Verdrängung der Spülung und mit verschiedenen Signalfrequenzen (20 und 40 MHz) ausgeführt. Gemessen wurde im gesru~ten zugängli­chen Kristallinbereich von 320 - 1258 m. Die Tiefen der Messstationen wurden mit Hilfe des geologischen Profils und den bohrlochgeophysika­lischen Messungen so gewählt, dass selbst unter ungünstigen Bedingungen Reflexionen elektromagne­tischer Wellen hätten registriert werden müssen. Die Resultate der zweiten Reihe von Testmessungen waren jedoch gleichermassen negativ. Es konnten keinerlei Reflexionen beobachtet werden, auch die Sensitivität des Empfangssystems hatte sich nicht verbessert. Als weitere mögliche Ursache hierfür wurde die zu grosse Trägheit des Gain-Ranging Systems im Empfänger erwogen. Insbesondere bei gut leitender Spülung wird der Empfänger durch die sehr grossen Amplituden der direkten Welle stark übersteuert. Die vorhandenen Schaltkreis­kapazitäten verhindern dann ein rechtzeitiges Zuschalten (1/100 ~s-Bereich) der Verstärker­stufen (bzw. Abschalten der Spannungsteiler) und die Empfindlichkeit des Empfängersystems bleibt damit sehr gering. Da vor Ort keine erfolgver­sprechenden Eingriffe in die Empfängerelektronik möglich waren, wurden die Messungen ohne Erfolg nach 29 Stunden Feldarbeitszeit abgebrochen.

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Spätere Analysen der Registrierung bestätigten, dass das Gain-Ranging System des Empfängers unter den Bedingungen in der Bohrung Kaisten nicht funktionierte und deshalb keine Reflexionen registriert werden konnten. Neuerdings stehen Radarsysteme zur Verfügung, die speziell für die Anwendung im Kristallin entwickelt wurden (z.B. System der Firma Swedish-Geological AB, Uppsala, Schweden). Diese Systeme arbeiten aus bekannten Gründen nicht mehr mit Gain-Ranging Verstärker in der Empfängerstufe und können somit auch in Bohrungen mit leitfähigerer Spülung (bis 5 Qm) eingesetzt werden.

Die bohrlochseismischen Messungen wurden am 16.8.1984 von SSL (Seismograph-Service Ltd.) auf Endteufe durchgeführt. Die wichtigsten Angaben zur Felddatenaquisition und Datenverarbeitung sind:

Messanordnung: Quellenoffset 42.5 m WNW Quelle auf Parkareal neben Bohrplatz, Schotterbelag (Bezugsniveau = GL)

Messstationen: Intervall 30 - 1250 m,

Quelle:

Geophonsonde:

Messkabel:

Registrier­einheit:

Processing­sequenz:

62 Stationen im Abstand 20 m. Zusätzlich 3 Testmessungen bei 2 Stationen auf 495 und 995 m Tiefe.

Bolt-LSS 3 (Land Seismic Source), 60 cu. in., 2000 psi Airgun in wassergefülltem Behälter (Gummi mit Stahlgrundplatte) an LKW montiert. Kopplung Behälter-Boden hydraulisch durch Fahrzeuggewicht

GCH 100 HT, kardanisch aufgehängte Geophone 4 x SM4 (10 Hz), Verankerung mit elektromechanischem Anpressarm

Stahlarmiert, 7 Adern, SCHLUMBERGER Messwagen

SSL-Messwagen Recorder: Digital-WeIl-System 11, mit Monitorschrieb und Bandauf­zeichnung (9 Spur, IBM-kompatibles Format)

Siehe Kapitel 3.2.1

NAGRA NTB 85-50

Stat. Korrektur:

Zusätzl. Eingabedaten:

- 63 -

Modell siehe Beilage 7.5, basierend auf dem geologischen Profil der Bohrung sowie auf relevanten Ge­schwindigkeitsmodellen für stati­sche Korrekturen entlang der refle­xionsseismischen Linie 82-NS-90 und Laufzeiten der obersten Stationen bei 30.4 und 50.4 m

Sonic (BHC bzw. SLS)- und Dichtelog (LDT)

Bei den bohrlochseismischen Messungen in Kaisten wurde erstmals die bewegliche seismische Quelle LSS-3 eingesetzt. Bereits hier hat sich gezeigt, dass die abgestrahlte seismische Energie dieser Quelle vergleichsweise gering ist. Durch die Sta­pelung mehrerer Messungen auf gleichen Stationen konnte dieser Nachteil z.T. wieder ausgeglichen werden. Weitere Schwierigkeiten traten dadurch auf, dass auf allen Stationen und besonders für Stationen im Tiefenbereich um 900 m ein beträcht­licher Störsignalanteil registriert wurde. Diese Störsignale sind vermutlich durch elektrische An­lagen der naheliegenden chemischen Industrie verur­sacht worden. Ansonsten verliefen die Messungen in Kaisten problemlos. Beim späteren Processing konnte der grösste Anteil des Störsignals durch Bandpassfilterung (1 - 90 Hz) unterdrückt werden.

Auch bei der Bohrung Kaisten musste das vorgeschla­gene Geschwindigkeitsmodell für die statischen Kor­rekturen modifiziert werden, da die Laufzeiten für die obersten Stationen nicht mit denen des vorge­schlagenen Modells in Einklang zu bringen waren. Daraufhin ergab eine Ueberprüfung des geologischen und geophysikalischen Datensatzes, dass eine als Referenz dienende Aufzeitbohrung (AZ 109) in Wirk­lichkeit etwa 50 m weiter von der Bohrung Kaisten entfernt war als angegeben. Damit konnten die Daten dieser Bohrung aufgrund der sich lokal stark ändernden Beschaffenheit der Quartärsedimente nicht ohne zusätzliche Anpassungen übernommen werden.

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7.4 Kommentar zur Datenqualität

Die Qualität der petrophysika1ischen Messresu1tate ist im allgemeinen gut. Was die quantitative Ver­wendung der Messkurven betrifft, so gelten die schon im Zusammenhang mit der Sondierbohrung vveiach gemachten Bemerkungen (siehe Kapitel 4.4). Qualitätseinbussen bewirkten die abschnittsweise unregelmässigen Bohrlochkaliber im Buntsandstein und im oberen Perm (94 - 150 m). Im Kristallinbe­reich sind dank des kaliberhaItigen Bohrlochs und der glatten Bohrlochwand (Seilkernbohrung) alle gemessenen Logs und auch die Sonic Televiewer-Daten (siehe Beilage 7.3) von ausgezeichneter Qualität. Der kritische oberste (verwitterte) Kristallinab-schnitt wurde wenige Tage nach dem Erbohren ge­loggt, sodass auch hier ein Bohrloch ohne grössere Auskesselungen zur Verfügung stand.

Ueber alle 3 Messabschnitte im Sediment- und Kri­stallinbereich weisen die petrophysikalischen Logs nur wenige kurze Messlücken auf; so bei 294 m (9 5/8 11 -Rohrschuh) und bei 321 m (6 5/8 11 -Rohrschuh). Aus dem untersten Bohrlochabschnitt (1256 m bis Endteufe bei 1306 m) liegen allerdings aus den in Kapitel 7.3 erwähnten Gründen keine Daten vor.

Die Qualität der bohr1ochseismischen Messresu1tate ist trotz der relativ geringen Energie der LSS-3 Quelle noch als gut zu bezeichnen. Abgesehen von den erwähnten Fremdsignalen (siehe Kapitel 7.3) enthalten die Registrierungen kaum Spülungswellen­signale, weshalb hier im Gegensatz zu Schafisheim ein VSP-Processing ausgeführt wurde.

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8 SONDIERBOHRUNG LEUGGERN

8.1 Bohrungsdaten und Schichtserienverzeichnis

Bohrungsdaten:

Geographische Lage: Koordinaten: Kote:

Gemeinde Leuggern, AG 657 1 633.90/271'207.90 358.80 m ü.M.

Endtiefe (entlang Bohrloch): 1688.9 m u.T. Vertikale Endtiefe: Beginn der Bohrarbeiten: Ende der Bohrarbeiten:

Schichtserienverzeichnis

Quartär

Muschelkalk

Trias

Buntsandstein

Krist. Grundgebirge

* Tiefen entlang Bohrloch

Ob.

Mit.

Unt.

1631.6 m u.T. 09.07.1984 19.02.1985

Muschelkalk

Muschelkalk

Muschelkalk

Gneis

Granit

m u.T.*

o

48.0

87.9

159.1

207.2

222.8

1387.3

1688.9

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8.2 Ausgeführte Arbeiten

In der Sondierbohrung Leuggern wurden unter Auf­sicht von Nagra-Personal zwischen dem 25.7.1984 und dem 25.4.1985 die im Arbeitsprogramm (NTB 84-38) vorgesehenen Messungen durchgeführt. Die wichtig­sten Ergebnisse sind auf den folgenden Beilagen in kompakter Form, z.T. auch nur auszugsweise, dargestellt.

8.1 Ausgeführte Bohrlochmessungen, Uebersicht

8.2a Composite-Log

8.2b Composite-Log

Sedimente

Kristallin

58 - 260 m

223 - 1200 m

8.2c

8.3a

8.3b

8.4

8.5

8.6

8.7a

8.7b

Composite-Log Kristallin 1000 - 1689 m

Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS), Ausschnitt 1080.8 - 1085.3 m

Akustische Bohrlochwandabbildung (SABIS), Ausschnitt 1415.0 - 1419.5 m

Laufzeit-Tiefenfunktion

Geschwindigkeits-Tiefenfunktion

Synthetische Seismogramme

Bohrlochabweichung (GCT), graphische Darstellung

Bohrlochabweichung (GCT), tabellarische Darstellung

Beilage 8.1 gibt eine zusammenfassende Darstellung des ausgeführten Messprogramms. Abweichungen vom geplanten und publizierten Arbeitsprogramm werden nachstehend aufgeführt und begründet.

- Das Electromagnetic Propagation Tool (EPT) wurde in der Sondierbohrung Leuggern nicht eingesetzt. Die Erfahrungen in den Kristallinabschnitten früherer Bohrungen hatten gezeigt, dass das EPT nur dann wertvolle zusätzliche Informationen lieferte, wenn das Bohrloch absolut kaliberhaltig war. In allen anderen Fällen waren die Messwerte überhaupt nicht interpretierbar oder lieferten nicht wesentlich mehr Information als das MSFL­Widerstandslog.

- Aufgrund der Erfahrungen in der Sondierbohrung Böttstein (siehe NTB 85-01) wurde auf die Spü­lungswellenrnessungen (Tube Wave Survey) ver­zichtet.

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- Ebenfalls verzichtet wurde auf die Bohrlochrefle­xionsradar-Messungen, welche in der Sondierboh­rung Kaisten keine Resultate geliefert hatten (siehe Kapitel 7.3).

- Nach Erreichen der Endteufe wurde der Bohrloch­verlauf wegen der relativ grossen Abweichung von der Vertikalen (bis 23 Grad) nicht nur mit der SHDT-Sonde, sondern zusätzlich auch mit einer Präzisions-Gyrosonde (Guidance Continuous Tool, GCT) von Schlumberger vermessen.

- Abweichend vom Arbeitsprogramm wurde wegen der geringen Reflektivität des Kristallins nur ein provisorisches VSP-Processing (Test) durchge­führt.

8.3 Operationeller Kommentar

Entsprechend dem Arbeitsprogramm wurden die petro­physika1ischen Messungen in insgesamt 4 Abschnitten durchgeführt (2 Messerien in den Sedimenten und 2 Messerien im Kristallin).

- Die erste Messerie erfolgte vom 24.-25.7.1984 bei einer Bohrteufe von 209.4 m (Top Buntsandstein bei 207 m) im Intervall von 208 bis 53.5 m (Basis Standrohr). Da bei der SHDT-Dipmeter- und der MSFL-Sonde technische Defekte auftraten, wurde stattdessen die HDT- resp. MLL-Sonde eingesetzt.

Am 25.7.1984 wurde im Sedimentbereich von 207 m bis 53.3 m die erste Messfahrt mit dem Sonic Televiewer durchgeführt.

- Die zweite Messerie erfolgte am 12.8.1984 bei einer Bohrteufe von 267.5 m (Top Kristallin bei 222.8 m) im Intervall von 266 bis 208.2 m (13 3/8"-Rohrschuh). Aufgrund der tief abge­setzten 13 3/8"-Verrohrung mussten zwischen der ersten und zweiten Messerie Unterbrechungen von bis zu 10 m Länge in Kauf genommen werden. Die NGS-Sonde wurde einzeln und nicht kombiniert mit der LDT-Sonde gefahren, um die Lücke möglichst klein zu halten.

Am 12.8.1984 wurde im untersten Sediment- und obersten Kristallinabschnitt von 265 bis 208.2 m (13 3/8"-Rohrschuh) eine weitere Sonic Tele­viewer-Messung durchgeführt.

Zur Kontrolle der Bohrlochform (Auskesselungen) wurde am 4.9.1984 zwischen 394 und 267.3 m (9 5/S"-Rohrschuh) ein zusätzliches Kaliberlog (BGL) gefahren.

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Die dritte Messerie begann am 23.9.1984 auf einer Bohrteufe von 568.6 m mit einer Sonic Televiewer­Messung im Intervall von 561 bis 267.3 m.

Sie wurde vom 28.-29.9.1984 mit der Durchführung des petrophysikalischen Messprogramms im Inter­vall von 558 bis 267.3 m (9 5/8 "-Rohrschuh) fort­gesetzt. Im Verlauf der Messungen zeigte sich, dass die aktuelle Bohrlochsohle nicht erreicht werden konnte. Der Grund dafür war eine schon 6 Tage zuvor festgestellte Kaliberverengung auf 5 11 (bei einem Solldurchmesser von 5 1/2 11

) im untersten Abschnitt von 558 bis 568 m.

Zwischen der zweiten und dritten Messerie besteht wegen der tief abgesetzten 9 5/8 11 -Verrohrung eine Messlücke von bis zu 12 m Länge.

Die Sonic Televiewer-Messungen im Kristallinbe­reich erfolgten wie vorgesehen in 200 bis 300 m Abschnitten; am 24.10.1984 von 808 bis 557.5 m (6 5/8"-Rohrschuh), am 20.11.1984 von 1074 bis 800 m, am 22.12.1984 von 1300 bis 1065 mund schliesslich am 31.1.1985 von 1540 bis 1265 m.

Zur Kontrolle der Bohrlochform, v.a. im Hinblick auf die Festlegung von Packerpositionen, wurden einige zusätzliche Kaliberlogs gefahren; so am 18.10.1984 von 809 bis 557.5 m, am 29.10.1984 von 859 bis 557.5 m, am 23.11.1984 von 1107 bis 750 m, am 24.12.1984 von 1315 bis 844 mund schliesslich am 24.1.1985 von 1505 bis 1197 m.

- Die vierte Messerie wurde vom 25.-27.2.1985, nach Erreichen der Endteufe von 1689 m, im In­tervall von 1680 bis 557.5 m (6 5/8"-Rohrschuh) abgewickelt.

Zwischen der dritten und vierten Messerie kam es wegen der tief abgesetzten 6 5/8"-Verrohrung zu Messlücken von bis zu 11 m Länge.

Die letzte Sonic Televiewer-Messung wurde am 27.2.1985 von 1684 bis 1510 m durchgeführt.

Aus Gründen, die schon im Zusammenhang mit der Bohrung Weiach erwähnt wurden (siehe Kapitel 4.3), konnte die letzte CNT-Messfahrt zwischen 1688 und 517 m erst nach Entnahme aller Wasserproben, am 18.5.1985, durchgeführt werden.

Die bohrlochseismischen Messungen wurden am 24.-25.4.1985 von SCHLUMBERGER (Biberach, D) auf End­teufe durchgeführt.

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Da die Bohrung eine mit grösserer Tiefe deutlich zunehmende Abweichung bis 366 m nach E aufweist, mussten für die Ermittlung der Laufzeit- und Ge­schwindigkeitstiefenfunktionen besondere Massnahmen getroffen werden, um einen möglichst vertikalen Strahlverlauf zu gewährleisten. So wurden neben der in nächster Nähe zur Bohrung liegenden Schuss­position zwei weitere Schusspunkte, auf einer von der Bohrung nach E verlaufenden Linie, erstellt. Für den Check-Shot Survey wurden zu den 4 an refle­xionsseismisch interpretierbaren Formationsgrenzen positionierten Messstationen weitere 15 Stationen über das Intervall von 55 - 1885 m verteilt.

Aufgrund der petrophysikalischen Daten (Sonic- und Dichtelog) war bekannt, dass die Grenze Gneis­Granit nur geringe Impedanzunterschiede für die Kompressionswelle (P-Welle) aufweist. Damit war zu erwarten, dass diese Grenze mit konventioneller Seismik (P-Welle) kaum erfassbar sein würde. Gneisgesteine weisen im allgemeinen eine deutlich stärkere Anisotropie auf als Granite, sodass sich an der Grenze beider Gesteine für die S-Welle günstigere Impedanzkonstraste ergeben sollten. Um diesen Sachverhalt zu bestätigen und die Erfolgs­aussichten einer möglichen späteren Scherwellenre­flexionsseismik in diesem Gebiet abklären zu können, wurden bei den bohrlochseisrnischen Messungen in Leuggern sowohl Signale der P-Welle wie auch der dazu senkrecht pOlarisierten S-Welle registriert.

Zur Anwendung kam deshalb eine von Schlumberger neu entwickelte Geophonsonde mit einem 3-Komponenten­geophon und digitaler Signalaufbereitung. Wie vor Ort ausgeführte Vergleichsmessungen (s.u.) mit her­kömmlichen Sonden gezeigt haben, verfügte die neue Sonde durch die digitale Signalübertragung über eine wesentlich vergrösserte Signaldynamik und ein günstigeres Signalrauschverhältnis. Letzteres war aufgrund der zu erwartenden geringen seismischen Impedanzunterschiede besonders wichtig, um primär eine bestmögliche Datenqualität zu erzielen.

Die Felddatenakquisition und die Datenbearbeitung für die Bohrlochseismik in Leuggern sind durch folgende Angaben charakterisiert:

Messanordnung Check-Shot: SBO, Offset 24 m SE

Ladung 37 m u.GL. SBl, Offset 170 m E Ladung 22.5 m u.GL. SB2, Offset 310 m E Ladung 17.5 m u.GL.

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Messanordnung VSP:

Messstationen Check-Shot:

Messstationen VSP:

Quelle Check-Shot:

Quelle VSP:

Geophonsonde:

Messkabel:

Registrier­einheit:

Processing­sequenz:

- 71 -

Quellenoffset 78 m E Quelle 3.2 m u.GL. (Bezugsniveau) in Bassin 5.5 x 5.5 x 4.0 m

Intervall 55 - 1585 m, 19 Stationen im Abstand von ca. 80 m

Intervall 65 - 1685 m, 82 Stationen im Abstand von 20 m, zusätzlich eine Station bei 55 m

Sprengstoff (Seismo-Gelit), 240 g-Ladung in der Schussbohrung SBO, 1000 g-Ladungen in den Schuss­bohrungen SB1 und SB2

Bolt Airgun DHS-1900, 120 cu. in., 1500 psi

SAT (Seismic-Acquisition-Tool), 3 kardanisch aufgehängte Geophone (X, Y und Z-Komp.) SM4S (10 Hz), Kalibriersignal-Generator (Sweep 10 - 200 Hz), Gain-Ranging-System (4 bit) plus 12 bit Digitalisie­rung (Dynamik total 156 dB, effek­tiv 90 dB), Verankerung mit hydrau­lischem Anpressarm (Anpressdruck regulierbar)

Stahlarmiert, 7 Adern, SCHLUMBERGER Messwagen

SCHLUMBERGER-Messwagen mit Standard CSU-Logging-Einheit (Cyber-Sampling­Unit, Feldcomputer), Monitorschrieb und Bandaufzeichnung (9 Spur, 1600 BPI, SEG-Y Format), diverse automatische Felddatenkontrollen (Playblack, Frequenzanalyse, Erst­einsatzbestimmung etc.)

Siehe Kapitel 3.2.1

NAGRA NTB 85-50

Stat. Korrektur:

Zusätzl. Eingabedaten:

- 72 -

Modell siehe Beilage 8.5, basierend auf dem geologischen Profil der Bohrung, relevanten Geschwindig­keitsmodellen für statische Korrek­turen entlang der reflexionsseismi­schen Linien 82-NF-50 bzw. 82-NS-90, sowie Laufzeiten der obersten Sta­tionen und Aufzeiten der Schüsse in den Bohrungen SBO, SBI und SB2

Sonic-Log (BHC bzw. SLS), Dichtelog (LDT) und Bohrlochpositionsdaten (GCT)

In der Bohrung Leuggern wurde zunächst die Geophon­sonde SAT auf die tiefste Station (1685 m) versenkt, ein Testschuss mit Sprengstoff in SB2 und mehrere Testschüsse mit der Airgun ausgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass die Entriegelung der kardanischen Geophonaufhängung nicht funktionierte. Die Geophonsonde wurde daraufhin auf etwa 850 m aufgeholt, es wurden wieder mehrere Airgun-Test­schüsse abgegeben und ausgezeichnete Signale erhalten.

Da aber gewisse Zeifel an der Zuverlässigkeit der neuen Geophonsonde SAT nicht ausgeräumt werden konnten, wurde diese Sonde gegen die konventionelle Geophonsonde WST (WeIl Seismic Tool) ausgetauscht. Diese Sonde funktionierte einwandfrei auch auf der untersten Station bei 1685 m, allerdings waren die empfangenen Signale relativ schwach. vveitere Testschüsse zeigten allerdings, dass die Signale der konventionellen Geophonsonde WST sehr viel stärker verrauscht waren, als bei der neuen Sonde, d.h. es bestätigte sich offensichtlich die grosse Sensitivität und das weit günstigere Signal/Rausch­verhältnis der neuen Geophonsonde SAT. Nach einern erneuten Tausch der beiden Sonden und weiteren Testschüssen mit Aufzeichnungen auf verschiedenen Stationen bis zur Tiefe von 1685 m konnte bewiesen werden, dass die neue Geophonsonde SAT zuverlässig funktionierte und bessere Signale lieferte als die konventionelle Sonde. Es wurde daraufhin beschlos­sen, den Check-Shot- und VSP-Survey mit der neuen SAT-Sonde auszuführen, zum anderen auch deshalb, weil ohne Mehraufwand eine 3-Komponentenaufzeich­nung erhalten werden konnte. Beim darauffolgenden Check-Shot-Survey mit Sprengladungen in den Schuss­bohrungen SB2, SBI und SBO zeigte sich, dass die mit Sprengstoff erzeugten Signale zwar stärker

NAGRA NTB 85-50 - 73 -

als die der Airgun-Quelle waren, aber dafür weit weniger gut reproduzierbar und zudem mit wesentlich höheren Spülungswellenanteilen belastet waren. Insbesondere bei Schüssen in der Schussbohrung SBO (Bohrung ursprünglich für Tube-~vave-Survey vorgesehen), die nicht mit Wasser gefüllt werden konnte (totaler Spülungsverlust), traten in den Aufzeichnung sehr starke Spülungswellenamplituden auf, die hauptsächlich durch Eigenresonanzen der Schlussbohrung bzw. ihrer Eisenverrohrung verur­sacht wurden. Da auch die Ersteinsätze in den Aufzeichnungen von SBO nicht sehr deutlich zu erkennen waren, wurden für die Ermittlung der Geschwindigkeitstiefenfunktion (Check-Shot-Lauf­zeitkurve) nur die Schüsse in den Schussbohrungen SB2 und SBI auf entsprechenden Stationen sowie die Airgun-Schüsse aller Stationen verwendet. Kleinere Probleme traten auch bei der SChusstriggerung auf, die Sprengstoffzündung konnte nicht elektronisch durch die CSU-Registriereinheit erfolgen. Dies verzögerte lediglich den Ablauf der Messungen, hatte aber keinen negativen Einfluss auf die Laufzeitbestimmungen.

Es hat sich bei den bohrlochseismischen Messungen in Leuggern eindeutig gezeigt, dass die Airgun­Quelle im entsprechenden Wasserbassin eine gUnsti­gere, präzisere und damit besser reproduzierbare Signalabstrahlung gewährleistet als Sprengstoff­quellen. Der sich dem Check-Shot Survey anschlies­sende VSP-Survey wurde wie in den anderen Bohrungen ausschliesslich mit der Airgun-Quelle ausgefUhrt. Es traten hierbei keine Probleme auf. Da zu erwar­ten war, dass die von den kristallinen Diskonti­nuitäten bzw. der Gneis/Granit-Grenze reflektierten Signale wegen der geringen Impedanzunterschiede relativ schwach sein wUrden, wurden die an jeder Station registrierten Seismogramme 9-fach gestapelt. Das damit erreichte Signal/Rauschverhältnis konnte mit gut bis sehr gut bewertet werden. Beim nach­folgenden Datenprocessing hat sich gezeigt, dass die auf seismisches Referenzniveau (SRD) bezogenen vertikalen Laufzeiten fUr die Stationen, auf welche von mehreren Schusspositionen Signale abgegeben wurden, deutlich differierten. Ursache fUr diese Differenzen sind lokale Uebergänge zwischen weiche­ren Ton/Sandpartien und härteren Nagelfluhbänken. Diese Uebergänge waren wegen der wenigen vorhan­denen AufschUsse im Geschwindigkeitsmodell für die statische Korrektur nicht repräsentiert. Daraufhin wurden am vorgeschlagenen Geschwindigkeitsmodell basierend auf die oben genannten Differenzen sowie den Aufzeitdaten der Schussbohrungen Modifikationen

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durchgeführt, die im wesentlichen eine Geschwindig­keitserhöhung in der ersten Verwitterungsschicht von 400 auf 580 m/s und in der zweiten Verwitte­rungsschicht eine Zunahme von 1400 auf 1520 m/s beinhalten. Zudem war es notwendig, die Basis Verwitterungsschicht vom Bohransatzpunkt der Sondierbohrung in Richtung Schussbohrung SBI mit einem leichten Anstieg von 48 auf 31 m zu versehen.

Es sei noch erwähnt, dass beim Datenprocessing, wie in Kapitel 3.2.1.2 beschrieben, alle auf der Bohrlochlagevermessung basierenden Eingabedaten auf die wahre vertikale Tiefe zurückgerechnet wurden, d.h. auf eine gedachte Bohrung bezogen sind, die vorn Bohransatzpunkt streng vertikal bis zu einer Endteufe von 1631 m (Meisseltiefe 1688.9 m) ver­läuft.

8.4 Kommentar zur Datenqualität

Die Qualität der petrophysikalischen Messresultate ist im allgemeinen gut. Was die quantitative Ver­wendung der Messkurven betrifft, so gelten die schon im Zusammenhang mit der Sondierbohrung Weiach gemachten Bemerkungen (siehe Kapitel 4.4). Quali­tätseinbussen infolge von Auskesselungen mussten v.a. im Buntsandstein/Kristallinabschnitt unterhalb des 13 3/8"-Rohrschuhs von 208 bis 230 m in Kauf genommen werden.

Ueber alle 4 Messabschnitte im Sediment- und Kri­stallinbereich weisen die petrophysikalischen Logs nur auf den Rohrschuhtiefen Messlücken von einigen Metern Länge auf; so bei 208 m (13 3/8"-Rohrschuh), 267 m (9 5/8"-Rohrschuh) und bei 557.5 m (6 5/8"­Rohrschuh ) •

Bis zu einer Teufe von ca. 800 m ist die Bildquali­tät der Sonic Televiewer-Logs gut. Mit zunehmender Teufe und zunehmender Bohrlochabweichung konnte die Sonde oft nicht mehr genau zentriert und ruckfrei gefahren werden. Dies äusserte sich auf den Logs in breiten vertikalen Bändern auf der Laufzeit-und Amplituden-Darstellung, respektive in eng gescharten horizontalen Streifen auf der Ampli­tuden-Darstellung, welche die Bildqualität generell verschlechtern. Aufgrund der gros sen Bohrlochabwei­chung in der Sondierbohrung Leuggern müssen bei der Strukturauswertung der Sonic Televiewer-Daten die folgenden zwei Punkte beachtet werden:

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- Die im geneigten Bohrloch aufgezeichneten Mess­werte des Fluxgate-Magnetometers entsprechen nicht mehr der Horizontalkomponente des Erd­magnetfeldes. Die notwendigen Korrekturen sind Bestandteil der Sonic Televiewer-Datenverarbei­tung, die allerdings noch nicht abgeschlossen ist.

- Die festgestellte Tiefenabweichung zwischen Sonic Televiewer- und Schlumberger-Daten ist v.a. im unteren Teil der Bohrung ungewöhnlich gross (bis zu 5 m). Der genaue Grund dafür ist noch nicht bekannt.

Die Qualität der bohr1ochseismischen Messresu1tate ist, abgesehen von der Registrierung der Schüsse aus der Schussbohrung SBO, gut bis zufriedenstel­Iend.

Die Einpassung der Sonic-Laufzeitkurve war trotz der besonderen Umstände (Bohrlochneigung) soweit problemlos, die primär vorhandenen Unterschiede zwischen Sonic-Laufzeitkurve und Check-Shot-Lauf­zeitkurve (siehe Kapitel 8.3) betrugen meist weni­ger als 3 ms, was als durchaus normal zu betrachten ist.

Beim VSP-Survey wurden auf den oberen Stationen Seismogramme guter bis zufriedensteliender Qualität aufgezeichnet, auf mittleren und tieferen Stationen (ab etwa 525 m) sind die Seismogramme guter bis sehr guter Qualität. Auf den Seismogrammen der Horizontalkomponenten sind deutliche Einsätze von Scherwellen erkennbar, die erforderlichenfalls für die Erstellung einer Scherwellengeschwindigkeits­Tiefenfunktion und möglicherweise auch für ein Scherwellen VSP-Processing verwendet werden können. In den einzelnen Registrierungen sind z.T. be­trächtliche Spülungswellenamplituden zu finden, die Signale dieser Wellen konnten jedoch gut mit einem Geschwindigkeitsfilter eliminiert werden. Für die Stationen im oberen Teil der Bohrung sind bis etwa 550 m Tiefe in allen Seismogrammen stärker störende Resonanzerscheinungen zu finden. Sie sind auf Eigenschwingungen der Verrohrungen zu­rückzuführen. Dies sind Eigenschwingungen, welche durch die Spülungswelle angeregt worden sind. Im Tiefenbereich von 620 - 765 m treten wiederum stärkere Resonanzen ab 700 ms Laufzeit auf. Sie können als Mehrfachreflexionen der Spülungswelle an grösseren Kalibererweiterungen gedeutet werden.

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Während die Spülungswellen beim Processing recht gut herausgefiltert werden konnten, ist es mit den Standardprozeduren nicht gelungen, die Resonanzer­scheinungen genügend gut zu eliminieren. Das zu Testzwecken ausgeführte VSP zeigte dann auch eine entsprechende Qualitätsminderung für den Teil der VSP-Sektion, der Spuren von Stationen aus dem oberen bis mittleren Tiefenbereich enthält. Der untere Teil der vorläufigen VSP-Sektion (hier nicht dargestellt) ist vom Charakter her der VSP-Sektion der Bohrung Kaisten sehr ähnlich. Man erkennt deutlich leicht geneigte Reflexionsbänder, die auf ein reflektiertes Signal von steilstehenden Diskontinuitäten hindeuten.

Wie aus dem synthetischen Seismogramm ersichtlich, sind aufgrund der sehr geringen Impedanzkonstraste kaum Reflexionen vom Gneis/Granitübergang zu erwar­ten. Das vorläufige VSP zeigt daher übereinstimmend mit dem synthetischen Seismogramm auch nur schwache Reflexionen an diesem Uebergang.

Bisher hat man noch nicht entschieden, ob ein weiteres spezielles VSP-Processing angeführt wird. Es bestehen zwar gute Aussichten, die störenden Resonanzen herauszufiltern und damit die Qualität der VSP-Sektion entscheidend zu verbessern. Das allgemeine Problem bleibt jedoch bestehen, dass im Kristallin von Leuggern nur recht geringe Impedanzkontraste auftreten und damit nur wenig Reflektivität vorhanden ist.