Mobiles Mehrkomponenten-Bohrsystem mit Imlochhammer

HiPerCoRig

Mobiles Mehrkomponenten-Bohrsystem mit Imlochhammer zur Gewinnung hochqualitativer Sedimentkerne an Land und auf Seen.

Sedimente geben wichtige Einblicke in die Klimageschichte der Erde. Doch gerade die besonders interessanten, tieferen Sedimente entlegener Gebiete, etwa der Seen in den Bergregionen, bleiben für übliche Bohrgeräte oft unerreichbar. Um auch dort lange, ununterbrochene Bohrkerne aus tiefen Sedimenten zu gewinnen, wurde die Anlage HiPerCoRig entwickelt. Das Bohrsystem ist modular aufgebaut und dadurch sehr leicht zu transportieren sowie auf- und abzubauen – wichtige Kriterien, wenn man weltweit auch entlegenste Regionen erschließen möchte. Herzstück ist ein hydraulischer Bohrhammer, welcher über einem langen Druckschlauch (flexible coiled tubing) im Bohrloch betrieben wird (down-the-hole). Rund 70 Hammerschlägen pro Sekunde erzeugen die Vortriebskraft im Bohrloch dynamisch und nicht wie sonst üblich statisch mit manuellen Gewichten oder schwerem Bohrgestänge. Als Betriebsmittel für den Antrieb des Schlagwerks mit einem Betriebsdruck von 200 bar dient lediglich das umgebende Seewasser, somit ist keine zusätzliche Logistik oder Aufbereitung notwendig und eine Umweltbelastung in den meist empfindlichen Ökosystemen ausgeschlossen.

Um auf Klimabedingungen früherer Zeiten zu schließen, werden unterschiedliche mikropaläontologische, sedimentologische, organische, anorganisch und geochemische Analysen herangezogen. Diese Multiproxystudie genannte Methode erlaubt es, die Änderungen der Umweltbedingungen in Reaktion auf klimatische Einflüsse zu verstehen. Der Bedarf solcher Multiproxystudien an hochqualitativen langen Sedimentarchiven verlangt nach leistungsfähigeren Kernbohrsystemen, die die bisherigen technischen Kapazitäten erheblich erweitern und gleichzeitig eine kostengünstige Beprobung der Lockersedimente erlauben. Dazu initiierte Fraunhofer IEG seinen Partnern (s.u.) als Teil des deutschen Forschungsbohrkonsortiums GESEP die Entwicklung und den Bau der Anlage HiPerCoRig. Darin wurde ein bewährter, bisher überwiegend manuell betriebener Probennehmer mit einem aus dem Bergbau und Tiefbohren bekannten Imlochhammer (DTH), so gekoppelt, dass die Stechkräfte dynamisch und immer direkt oberhalb des Kerns wirken, um so selbst härteste Gesteinslagen durchdringen und größere Tiefen erreichen zu können. Dieses Untertagewerkzeug ist Teil eines Mehrkomponentensystems, deren Basis eine mobile und sehr transportable Aluminium-Plattform nebst Zubehör ist, die eine kontinuierliche Kerngewinnung bis zu 100 Meter Tiefe und mehr auf Land, auf Seen und im flachmarinen Bereich bis derzeit in 300 Meter Wassertiefe ermöglicht. Damit schließt dieses Gerät eine große Lücke in der verfügbaren und wirtschaftlichen Technologie zum Bohren und zur Gewinnung von Bohrkernen aus Locker- und härteren Sedimenten.

Diese methodische Innovation ermöglicht neue Forschungsqualitäten für Bohrkampagnen entlang von Ozean-Kontinent-Messstrecken. Sie ist vor allem auch in schwer zugängigen Bohrlokalitäten kostengünstig einsetzbar und stärkt die Kooperation zwischen marin- und terrestrisch-basierter Forschung. Der Einsatz dieses Geräts erlaubt Bohrungen zu erheblich geringeren Kosten, da auf große kommerzielle Bohrsysteme verzichtet werden kann.

Die Entwicklung und der Bau des Bohrsystems HiPerCoRig wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG und German Scientific Earth Probing (GESEP) gefördert. Partnerinstitutionen des Projektes sind UWITEC GmbH, GFZ Potsdam, TU Braunschweig, Universität Bern, Universität Innsbruck, Fraunhofer IEG, GESEP und LUBW.

Impression von der Bohrkampagne im Hallstätter See.
© HiPerCoRig/Wittig
Impression von der Bohrkampagne im Hallstätter See.
Schemazeichnung des Aufbaus des Bohrsystems HiPerCoRig. Grafik: HiPerCoRig/ Volker Wittig
© HiPerCoRig/Wittig
Schemazeichnung des Aufbaus des Bohrsystems HiPerCoRig. Grafik: HiPerCoRig/ Volker Wittig