Prozesse der Wasserstoffgenese während seismischer Zyklen in aktiven Störungszonen (ProHydroGen)

• Antragsteller: Dr. Martin Zimmer
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398470584

Wir planen die Nutzung eines U-Tube-KASMA Systems, welches von Prof. Tullis Onstott (Princeton University) in einem 600 m tiefen Bohrloch installiert wird, das eine aktive Störungszone im Roodepoort Quarzit in 3400 m Tiefe in der „Moab Khotsong gold mine“ antrifft. Das Bohrloch ist Teil des ICDP-finanzierten Projektes DSeis und dient der Beobachtung von seismisch ausgelösten in situ geochemischen und isotopischen Änderungen tiefer Fluide sowie mikrobiellen Aktivitäten. Die Kombination unsers Gas-Monitoring-Systems mit der U-Tube-KASMA Installation ergibt die einmalige Möglichkeit, minimal veränderte Geofluide aus einer tiefen aktiven Störungszone zu beproben.Während seismischer Ereignisse entlang der Verwerfungszone erwarten wir die Freisetzung von Geogasen, insbesondere H2, der als Energiequelle für tiefes mikrobielles Leben dienen kann. Das Geogas (inkl. H2 und O3) sollen kontinuierlich mit spezifischen Sensoren eines portablen gasanalytischen Systems detektiert werden, welches direkt an den Gasseparator des automatischen U-Tube-KASMA angeschlossen ist. Durch die chemische und isotopische Charakterisierung der Fluide vor und nach seismischer Aktivität hoffen wir die Herkunft und Genese von H2 aufklären zu können; letztere beruht auf Spaltung der O-H Bindungen von Wasser. In Kombination mit Daten zur Permeabilität und Porosität der Störungszone werden diese Ergebnisse helfen, verschiedene Migrationsmechanismen des Fluids, vom Entstehungsort bis zum Zielhorizont, zu verstehen. Dabei stellt sich die Frage, ob schwache seismische Ereignisse die Konnektivität isoliert bestehender Fluide durch Bildung neuer Wegsamkeiten erhöhen, oder ob frische Mineraloberflächen für Wasser-Gesteinsreaktionen erzeugt werden, die mechano-chemisch neu synthetisierten H2 freisetzen. Die Echtzeit-Analyse der U-Tube Proben vor Ort kann zeigen, wie schnell Änderungen in der Untergrund Gaschemie aufgrund seismischer Aktivität stattfinden. Ein weiteres Ziel ist die Identifizierung der seismischen Momente und der Abstand und die Orientierung des Erdbebenherdes zur Störungszone und dem Bohrloch. Die Probenahme und Analyse in Isotopen-Laboratorien ermöglicht die Abschätzung, in welchem Ausmaß sich die H/D-Isotopie von H2 und CH4, sowie 13CCO2 und 13CCH4 ändert. Es soll geprüft werden, ob sie aus der gleichen Quelle stammen und ob der Isotopenaustausch zwischen diesen Spezies im thermodynamischen Gleichgewicht ist.Edelgasisotopenmessungen erlauben es, die Residenzzeiten der Kluftfluide zu berechnen und könnten die Frage lösen, ob gemessene H2/He-Verhältnisse mit der berechneten radiolytisch/radiogenen Produktionsrate übereinstimmen. Die Daten der gaschemischen Messungen sind wichtige Eingangsparameter für physikalisch-chemische Modelle zur Beschreibung des geochemischen Verhaltens der Fluide. In Kombination mit seismischen Karten tragen sie zur genaueren Bestimmung des globalen Vorkommens von gas-chemischen Produktionsprozessen in Störungszonen bei.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP)
• Mitverantwortlich: Dr. Thomas Wiersberg