Dr.habil. Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf

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1 Dr.habil. Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf Telefon: / ralf.krupp@cretaceous.de Einheitsgemeinde Gerstungen z.hd. Herrn Ulf Frank Wilhelmstraße 53 D Gerstungen Auswertung Daten, Gerstungen 1, Gerstungen 2 und Gerstungen 4 (A) und Daten des Vedichteten Monitorings vom April und Mai 2013 (B) Sehr geehrter Herr Frank, A: Von Herrn Reitinger erhielt ich Datensätze zum Chemismus und den Pegelständen der Bohrungen Gerstungen 1, Gerstungen 2 und Gerstungen 4. Die Prüfung und Übernahme der nur teilweise neuen Daten in den von mir gepflegten Datenbestand hat zu folgenden Ergebnissen geführt: Gerstungen 1/2008 Im Zeitraum vom bis zum wurde von der Fa. K+S ein umfänglicher Pumpversuch durchgeführt, bei dem insgesamt 4371 m³ Salzwasser gefördert worden sind. Die Pumpe saß in einer Tiefe von 150 m, nahe dem Top des Volpriehausen Sandsteins. Durch den Pumptest sollte der Nachweis erbracht werden, dass der Buntsandstein lediglich im näheren Umfeld der Bohrung durch in der Bohrung selbst aufgestiegene Kaliabwässer infiltriert und versalzt worden war. In diesem Falle sollte die Bergerprobung des Pufferspeichers Gerstunger Mulde, insbesondere durch Versenkung von Kaliabwässern über die 600 m östlich gelegene Versenkbohrung Herda 5 in den Zechstein- Plattendolomit, als Ursache der Versalzung im Buntsandstein ausgeschlossen werden können. Aus den Abbildungen 1 bis 7 geht der zeitliche Verlauf der Salzkonzentrationen in verschiedenen Probenahmetiefen hervor, und zwar in den Zeitabschnitten vor, während (rote Kreise) und nach dem Pumpversuch. Vor und nach dem Pumpversuch erfolgte die Probenahme mit einem Tiefenschöpfer, während des Pumpversuchs aus dem Förderstrom. Man erkennt aus den Abbildungen 1 bis 7 im Förderstrom eine allmähliche Abnahme der Salzkomponenten, nach Ende des Pumptests haben sich aber bei Na, Ca, Cl und SO4 wieder die zuvor beobachteten Konzentrationen eingestellt, während bei K, Mg und Br, also den abwassertypischen Ionen, eine (bisher) anhaltende Absenkung zu konstatieren ist. Dieser Befund muss so erklärt werden, dass während des Pumptests eine zeitlich variable Mischung aus Kaliabwasser, Formationswasser (NaCl-Typ) und Süßwasser gefördert worden ist. Die Schöpfproben aus 125 m Tiefe (knapp unterhalb des Rohrschuhs), die nach dem Pumptest kurzzeitig auffällig gering mineralisierte Wässer aufweisen, legen einen Zustrom der Süßwasser-Komponente aus oberflächennahen Schichten nahe.

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3 Abbildung 1 Natrium-Konzentrationen in Schöpfproben und Förderproben (rot) während des Pumpversuchs.

4 Abbildung 2 Kalium-Konzentrationen in Schöpfproben und Förderproben (rot) während des Pumpversuchs.

5 Abbildung 3 Calcium-Konzentrationen in Schöpfproben und Förderproben (rot) während des Pumpversuchs.

6 Abbildung 4 Magnesium-Konzentrationen in Schöpfproben und Förderproben (rot) während des Pumpversuchs.

7 Abbildung 5 Chlorid-Konzentrationen in Schöpfproben und Förderproben (rot) während des Pumpversuchs.

8 Abbildung 6 Sulfat-Konzentrationen in Schöpfproben und Förderproben (rot) während des Pumpversuchs.

9 Abbildung 7 Bromid-Konzentrationen in Schöpfproben und Förderproben (rot) während des Pumpversuchs.

10 Eine Betrachtung der geochemischen Entwicklungstrends wurde anhand der Abbildungen 8 bis 12 vorgenommen. Diese Diagramme zeigen für den Förderstrom (rote Punkte) chemische Trends an, wie sie auch bereits bei den Packer-Tests (grüne Symbole) ermittelt worden sind. Es handelt sich um Mischwässer mit unterschiedlich hohen Kaliabwasseranteilen, die chemisch zwischen den an Kaliabwasser reichen Schöpfproben (violette Quadrate) früherer Probenahmen und Formationswässern vom NaCl-Typ vermitteln. Aus dem Schnittpunkt des (extrapolierten) Förderstrom-Trends mit verschiedenen Modellkurven kann abgeschätzt werden, dass das Formationswasser-Endglied eine Mineralisation von mindestens mg/l Cl aufweist (Abbildungen 8, 9 und 10). Gerstungen 2/2009 Während des o.g. Pumpversuchs im Zeitraum vom bis zum wurden auch Proben aus der 200 m südlich gelegenen Messstelle Gerstungen 2/2009 entnommen. Diese neuen Schöpfproben aus 190 m Tiefe (dunkelblaue Rauten) sowie einige ältere Packertest-Proben (hellblaue Quadrate) sind zur besseren Vergleichbarkeit ebenfalls in den Abbildungen 8 bis 12 eingetragen. Eine signifikante Veränderung des Chemismus der Messstelle Gerstungen 2/2009 ist während des Pumptests in Gerstungen 1/2008 nicht erkennbar. Eine leichte Zunahme der Ca-Konzentrationen und Abnahme der Mg-Konzentrationen gegenüber früheren Messungen (Abbildungen 11 und 12) ist vermutlich nicht auf den Pumptest zurück zu führen, sondern auf die Bildung von Dolomit auf Kosten von Calcit (Calcit/Dolomit-Puffer).

11 Abbildung 8 Na-Cl-Plot, Gerstungen 1/2008 und Gerstungen 2/2009.

12 Abbildung 9 Na-K-Plot, Gerstungen 1/2008 und Gerstungen 2/2009.

13 Abbildung 10 Br-Cl-Plot, Gerstungen 1/2008 und Gerstungen 2/2009.

14 Abbildung 11 Ca-Mg-Plot, Gerstungen 1/2008 und Gerstungen 2/2009.

15 Abbildung 12 Ca-SO4-Plot, Gerstungen 1/2008 und Gerstungen 2/2009.

16 Gerstungen 4/2010 Von der Messstelle Gerstungen 4/2010 liegen mittlerweile ausreichend Messwerte vor um den Chemismus des aufgeschlossenen Grundwassers beurteilen zu können (Abbildung 13). Ab Frühjahr 2012 sind demnach Beeinflussungen durch den Messstellenausbau nicht mehr erkennbar. Es handelt sich um ein stark mineralisiertes Formationswasser vom NaCl-Typ (verdünnte Subrosionslösung), die hier in den Unteren Buntsandstein eingewandert ist. Einige Bromidwerte liegen bereits leicht oberhalb der Spannweite natürlicher Br-Konzentrationen. Problematisch an dieser Messstelle ist der Ausbau mit einer Filterstrecke in 320 bis 360 m Tiefe, bzw. die durchgehende Vollverrohrung oberhalb davon. Dadurch kann nur der tiefe untere Buntsandstein beprobt werden, während Versalzungsfahnen in höheren Stockwerken ggf. unsichtbar bleiben. Pegelstände In Abbildung 14 sind die bereit gestellten Pegelstände der Messstellen Gerstungen 1, Gerstungen 2 und Gerstungen 4 zusammen gestellt. Eine gegenseitige hydraulische Beeinflussung ist nicht erkennbar. Deutlich zeichnen sich aber die Pegelabsenkungen während den Probenahmen ab. Diese sind bei Gerstungen 2 und 4 besonders akzentuiert, wegen der weitgehenden Vollverrohrung der Bohrungen, während Gerstungen 1 unterhalb des Standrohrs zurzeit völlig unverrohrt ist. Schlussfolgerungen Für die Messstelle Gerstungen 1/2008 ist nach dem Pumpversuch vom bis zum eine Abnahme der Kaliabwasser-Komponenten (K, Mg, Br) zu verzeichnen, während die Formationswasser-Komponenten (Na, Ca, Cl, SO4) im Wesentlichen gleich geblieben sind. Dieser Befund kann jedoch in verschiedener Weise interpretiert werden: 1. im Sinne von K+S, nämlich dass der Buntsandstein lediglich im näheren Umfeld der Bohrung durch in der Bohrung selbst aufgestiegene Kaliabwässer infiltriert und versalzt worden war. Dann hätte der Pumptest bewirkt, dass ein Teil der infiltrierten Kaliabwässer wieder entfernt worden wären, mit der Konsequenz, dass die Formationswasser-Anteile charakteristisch für die angezapften Grundwasserleiter (hauptsächlich Volpriehausen-Sandstein) wären. 2. Alternativ könnte die Versalzung ihre Ursache in der Bergerprobung des Pufferspeichers Gerstunger Mulde haben, insbesondere durch die Versenkung von Kaliabwässern über die 600 m östlich gelegene Versenkbohrung Herda 5 in den Zechstein-Plattendolomit. Die Versalzung des Unteren und Mittleren Buntsandsteins wäre dann als unplanmäßige Verpressung von Kaliabwässern (auch) in den Buntsandstein anzusehen. Dann hätte der Pumptest bewirkt, dass aus der Salzwasser-Aureole um die Bohrung Herda 5 Mischwässer aus Kaliabwasser und Formationswasser gefördert worden wären, wobei mit dem Pumpfortschritt zunehmend mehr randliche Mischwässer in den Förderstrom gelangt wären. In diesem Fall wären Bereiche des ursprünglich Süßwasser führenden Mittleren Buntsandsteins durch die Abwasserversenkung mit Mischwässern aus verdrängten Formationswässern und Kaliabwässern versalzen worden. Eine Unterscheidung der beiden Fälle ist auf Grundlage der chemischen Daten nicht möglich.

17 Abbildung 13 Entwicklung des Chemismus in der Messstelle Gerstungen 4/2010.

18 Abbildung 14 Pegelstände der Bohrungen Gerstungen 1, Gerstungen 2 und Gerstungen 4

19 B: Vedichtetes Monitoring vom April und Mai 2013 In Abbildung 15 ist der aktuelle Stand der Chlorid-Zeitreihen für die Messstellen Kohlbach I, Kohlbach II, Quelle Salzrasen und Gerstungen 3 dargestellt. Man erkennt bei allen Messstellen parallel verlaufende, generell steigende Chloridkonzentrationen, denen zusätzlich Sägezahn-Muster aufgeprägt ist, das besonders bei Kohlbach I sehr deutlich entwickelt ist. Insoweit setzt sich das bekannte Muster weiter fort. Bezüglich möglicher Ursachen für die beobachteten Entwicklungen verweise ich auf meine früheren ausführlichen Stellungnahmen. Bei der Messstelle Hy Unterellen 1/1992 (Dünkelrothe) fällt für die Probe vom ein deutlich höherer Kalium-Wert (25 mg/l) auf, der etwa das zehnfache der früher gemessenen Konzentrationen ausmacht. Alle anderen Werte liegen im bisher üblichen Bereich. Daher wird als Ursache für den hohen Kalium-Wert ein Übertragungsfehler (Dezimalstelle) im Labor vermutet.

20 Abbildung 15 Chlorid-Zeitreihen einiger Messstellen und Brunnen bei Gerstungen