Physical properties, climate signals, and structural features of Tertiary sediments in the Southern McMurdo Sound (Antarctica) derived from downhole logging in the ANDRILL-SMS project
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des multinationalen Bohrprogramms ANtarctic Geological DRILLing (ANDRILL) wurde in 2007 im südlichen McMurdo Sund (Ross Meer) eine 1138 m tiefe Kernbohrung abgeteuft, die unterhalb von 200 m Tiefe 14 – 20 Ma alte Sedimente erfasste. Vom LIAG wurde eine Vielzahl von Bohrlochsonden zur Bestimmung physikalischer Parameter eingesetzt. Die Daten geben einen Einblick in die in-situ Bedingungen im Bohrloch und stellen daher eine wertvolle Unterstützung bei der Beantwortung vieler Fragestellungen im gesamten Projekt dar. Der hohe Kerngewinn erlaubte außerdem detaillierte petrophysikalische Laboruntersuchungen. Mit Hilfe geostatistischer Untersuchungen wurde aus den kontinuierlich aufgenommenen physikalischen Eigenschaften ein lithologisches Log der durchteuften Schichten rekonstruiert. Ein Vergleich mit der aus der visuellen Bearbeitung der Bohrkerne entstandenen lithologischen Beschreibung zeigt weitgehende Übereinstimmungen. Dies gelang insbesondere für die drei Hauptfazies Diamiktit, Ton-/Siltstein und Sandstein, obwohl sich deren jeweiligen physikalischen Eigenschaften in unterschiedlichen Teufen auf Grund lithologie- und schichtübergreifender Diagenese und Verwitterungsprozessen deutlich unterscheiden. Da die physikalischen Eigenschaften der Sedimente Aufschluss über die paläoklimatischen Bedingungen geben, wurden sie mittels verschiedener Ansätze (Wavelet Analyse, Frequenzanalyse etc.) auf Zyklizität hin untersucht. Die daraus ermittelte mittlere Sedimentationsrate liegt zwischen 225 mbsf und 300 mbsf (= 14 – 15 Ma) bei 15 cm/ka. Zwischen 300 mbsf und 1000 mbsf beträgt sie in den 16 Ma bis 20 Ma alten Sedimenten rund 18 cm/ka. Diese Ergebnisse passen sehr gut in das Altersmodell, das aus Daten der Magnetostratigraphie, Ar-Ar Geochronologie und Sr-Isotopen-Chronologie entwickelt wurde. Zum besseren Verständnis der Bohrlochtemperaturen wurden an Kernproben im Labor Wärmeleitfähigkeiten bestimmt. Ihr Mittelwert liegt bei 1,57 W/mK. Daraus lässt sich eine durchschnittliche Wärmestromdichte von 70 mW/m² ableiten. Hiervon werden 1,1 mW/m² durch radiogene Wärmeproduktion erzeugt. Die Temperatur am Bohrlochtiefsten betrug 59 °C bei einem durchschnittlichen Temperaturgradienten von 45 - 50 K/km zwischen Meeresboden und Bohrlochsohle.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2008): Downhole Logging in the AND-2A Drillhole, ANDRILL Southern McMurdo Sound Project, Antarctica. - In: Harwood, D. & Florindo, F. (Eds.), On-ice Report, chapter 5.1: 6p, Nebraska
Wonik, T. with contributions from Grelle, T., Handwerger, D. & Schmitt, D.
- (2008): Hydraulic fracturing stress determinations in the ANDRILL South McMurdo Sound drill hole. - AGU Fall Meeting, 15.- 19.12.2008; San Francisco, USA
Schmitt, D., Wilson, T., Pierdominici, S., Jarrard, R., Paulsen, T., Wonik, T. & Handwerger, D.
- (2009): Sedimentation rates based on well logging data from borehole AND-2A - ANDRILL Southern McMurdo Sound Project, Antarctica. – Jahrestagung Geologische Vereinigung, 04.-07.10.2009, Göttingen
Schröder, H., Wonik, T. & ANDRILL-SMS Science Team
- In: Harwood, D.M., Florindo, F., Talarico, F. & Levy, R.H. (eds.): Studies from the ANDRILL Southern McMurdo Sound Project, Antarctica. Downhole Measurements in the AND-2A Borehole, ANDRILL Southern McMurdo Sound Project, Antarctica. - Terra Antartica, 15 (1), 41-48
Wonik, T., Grelle, T., Handwerger, D., Jarrard, R.D., McKee, A., Patterson, T., Paulsen, T., Pierdominici, P., Schmitt, D.R., Schröder, H., Speece, M., Wilson, T. & the SMS Science Team
- (2010): Analysis of the AND-2A borehole televiewer log. - ANDRILL - Southern McMurdo Sound (SMS) Science Integration Workshop, 06.-11.04.2010, Erice, Italien
arrard, R.D., Wonik, T., Pierdominici, S., Montone, P., Wilson, T.J., Paulsen, T.S., Schmitt, D.R. & Handwerger, D.A.
- (2010): Physical properties of sedimentary rocks from the AND-2A borehole, ANDRILL Southern McMurdo Sound Project, Antarctica. - 24. Internationale Polartagung der Deutschen Gesellschaft für Polarforschung, 06.-10.09.2010, Obergurgl, Österreich
Schröder, H., Hoffmann, S., Kuhn, G., Niessen, F., Schmitt, D., Wonik, T. & ANDRILL-SMS Science Team
- (2010): Results from the AND-2A borehole logging data, ANDRILL Southern McMurdo Sound Project. - ANDRILL - Southern McMurdo Sound (SMS) Science Integration Workshop, 06.-11.04.2010, Erice, Italien
Schröder, H., Hunze, S., Kuhn, G., Wonik
- (2011): Thermal properties of the AND-2A borehole in the southern Victoria Land Basin, McMurdo Sound, Antarctica. - Geosphere, December 2011, 7(6): 1324-1330
Schröder, H., Paulsen, T. & Wonik, T.
