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Verfahren und Vorrichtung zum Aufsuchen von Lagerstätten Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufsuchen nutzbarer Lagerstätten und eine Vorrichtung
zur Ausführung des Verfahrens.
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Das Verfahren nach der Erfindung unterscheidet sich wesentlich von
den bisher bekannten geophysikalischen Methoden. Während im allgemeinen die bekannten
Verfahren,. z. B. das seismische, geoelektrische, magnetische, gravimetrische, nur
aus den Unterschieden der physikalischen Konstanten des Störungskörpers oder verschiedener
geologischer Schichten ein Bild von den Verhältnissen des Untergrundes zu machen
zulassen, wobei natürlich für die Ermittlung des Endergebnisses die geologischen
Möglichkeiten eine große Rolle spielen, erfaßt diese. neue Methode die Lagerstätten
unmittelbar. Daher ist das neue Verfahren viel weniger von Störungsmöglichkeiten
abhängig, die unter Umständen zu ganz falschen Ergebnissen führen könnten.
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Nach der Erfindung besteht das Verfahren darin, daß Bodenluft in einer
besonderen Vorrichtung aufgefangen und auf das Vorhandensein bestimmter leicht diffundierender
gasförmiger Bestandteile, insbesondere Kohlenwasserstoffe, quantitativ untersucht
wird, die mit der aufzusuchenden Lagerstätte in unmittelbarer Beziehung stehen.
Es kommen nur Gase zur Messung, die leicht durch dicke Gebirgsdecken diffundieren,
d. h. also Gase, die aus großen Tiefen stammen. Die Diffusion dieser Gase ist von
der Bodenatmung, die durch wechselnde Barometerdrucke hervorgerufen wird, nahezu
völlig unabhängig, ganz im Gegensatz zu der Radioaktivitätsmethode, die mit ihrer
Aufsaugvorrichtung ausschließlich die gasförmige Radiumemanation erfaßt. Da die
meßbare Erfassung der hochmolekularen Radiumemanation, die praktisch nicht diffundiert
und nur durch die Bodenatmung an die Erdoberfläche gebracht wird, das Wesentliche
der Radioaktivitätsmethode ausmacht, ist diese Methode ganz im Gegensatz zu dem
neu geschilderten Verfahren nur geeignet, gewisse Aufschlüsse der Struktur in Tiefen
bis ungefähr ro bis 12 m zu geben.
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Die zur Ausführung des Verfahrens dienende Vorrichtung wird so durchgebildet,
daß die Bodenluft, nachdem sie von gewissen Teilen der Vorrichtung aufgefangen ist,
keine Möglichkeit zum Austausch mit der Außenluft hat. Vorzugsweise wird die Vorrichtung
als Verschluß für Bohrlöcher ausgebildet, der außer einem Abzapfrohr mindestens
einen dieses umgebenden glockenartigen Zylinder o. dgl. aufweist, dessen Durchmesser
größer als der des Bohrloches ist. Eine besonders bevorzugte und bewährte Bauart
enthält zwei konzentrisch zueinander angeordnete Zylinder, die mit einem Abzapfrohr
verbunden sind und das Bohrloch luftdicht abschließen.
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In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung nach der Erfindung in einer
Ausführungsform beispielsweise dargestellt.
Abb. i ist eine schematische
Darstellung der Art und Weise, wie mit der Vorrichtung gearbeitet und wie die Ergebnisse
verwertet werden.
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Abb. 2 zeigt einen Teil der Vorrichtung im Schnitt.
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Abb.3 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung.
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Abb.4 zeigt die Vorrichtung fertig zur Verwendung in Ansicht.
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Abb. 5 zeigt eine im Erdboden steckende Vorrichtung im Schnitt.
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In Abb. i ist mit A eine Lagerstätte bezeichnet. Es sei angenommen,
daß es sich um eine Gaslagerstätte handelt. An der Erdoberfläche B werden z. B.
an den Punkten i bis 12 Bohrlöcher hergestellt, in die Vorrichtungen der später
näher beschriebenen Art zum Auffangen von Bodenluft so eingesetzt werden, daß die
von ihnen eingeschlossene Boden, luft und die in ihr enthaltenen, von der Lagerstätte
direkt durch das Deckgebirge langsam nach oben diffundierenden gasförmigen Bestandteile
keinen Weg zur Außenluft finden. Die Auffangvorrichtungen - die wegen ihrer zum
Auffangen der Bodenluft dienenden glockenartigen Zvlinderform als Gasometer bezeichnet
werden können -werden nach dem Setzen etwa 24 bis 48 Stunden an Ort und Stelle gelassen.
Nach Ablauf der erforderlichen Zeit entnimmt man dann Luftproben aus diesen Vorrichtungen
und untersucht diese Luftproben auf ihren durch die nahe Gaslagerstätte erzeugten
Gehalt an beispielsweise Methan. Die festgestellten Verhältniswerte werden dann
in ein Schaubild nach Art der Abb. i eingetragen. Hierbei ergibt sich beispielsweise
eine Kurve nach Art der Kurve C. Oberhalb der Lagerstätte - gegebenenfalls durch
tektonische Verhältnisse mehr oder weniger verschoben - ergibt sich dann ein Maximum
der Konzentration des betreffenden für die Lagerstätte charakteristischen Bestandteils
an Gasen. Aus dieser Konzentrationskurve oder aus mehreren solcher Kurven, die gegebenenfalls
durch Aufnahmen in verschiedenen sich kreuzenden Richtungen entstanden sind, kann
man dann einen Schluß auf die Lage, Ausdehnung und annähernde Tiefe der Lagerstätte
im Untergrund machen.
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Bei der Untersuchung von die Lagerstätten kennzeichnenden Gasbestandteilen
handelt es sich vorwiegend um solche, deren Molekulargewicht sich nicht oder nicht
wesentlich von dem der Luft unterscheidet, z. B. u. a. Methan, Äthan, Schwefelwasserstoff
und Kohlensäure.
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Zur Aufsuchung von Gas- und Öllagerstätten ist das Verfahren besonders
geeignet. Da die Breite und Höhe des gemessenen Maximums in der Konzentrationskurve
gewisse Schlüsse über die Tiefe und Mächtigkeit des Vorkommens zuläßt, ist dieses
Verfahren, das den unmittelbaren Beweis für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein
einer gesuchten Lagerstätte ergibt, jedem anderen mittelbaren geophysikalischen
Verfahren überlegen.
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Die in den Abb. 2 bis 5 dargestellte Vorrichtung zum Auffangen der
Bodenluft besteht aus zwei Hauptteilen. Der eine Hauptteil kann als Erdflansch bezeichnet
werden. Er enthält zwei konzentrisch zueinander angeordnete Hohlzylinder i und 2,
die durch einen ringförmigen Flansch 3 zusammengehalten werden. Der zweite Hauptteil
der Vorrichtung besteht aus einem Deckel 4 und einem Gas- oder Abzapfrohr 5, das
oben mit einem Hahn 6 versehen ist. Die beiden Zylinder i und 2 bestehen zweckmäßig
mit dem Ringflansch 3 aus einem Stück. Diese drei Teile können indessen auch fest
miteinander verbunden sein. Ebenso bilden vorzugsweise der Deckel 4 und das Gasrohr
5 ein festes Ganzes. Beim Zusammensetzen der Vorrichtung wird zwischen den Erdflansch
und den Deckel 4 eine Abdichtungsplatte 7, z. B. aus Gummi, gelegt. Die beiden Hauptteile
und die Abdichtungsplatte werden durch Schrauben 8 und Flügelmuttern 9 zusammengehalten.
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Soll die Vorrichtung zur Entnahme von Bodenluft verwendet werden,
so wird mit einem Erdbohrer zunächst nach Abb. 5 ein Bohrloch io von etwa
& cm Durchmesser und i bis 2 m Tiefe gebohrt. Darauf wird der Erdflansch
r, 2, 3 konzentrisch um das Bohrloch in den Boden geschlagen, und zwar so weit,
d.aß - wie Abb. 5 erkennen läßt - der obere Rand des Erdflansches sich noch etwa.
2 bis 3 cm oberhalb des Erdbodens befindet. Darauf wird die Dichtungsplatte 7 aufgelegt
und das Gasrohr in das Bohrloch eingeführt, worauf die beiden Hauptteile der Vorrichtung
durch die Schrauben 8 und die Muttern 9 fest miteinander verschraubt werden. Die
Teile müssen so dicht miteinander verbunden sein, daß die im Bohrloch und im Raum
il eingeschlossene Bodenluft nicht ohne weiteres entweichen kann. Der Raum i i wird
oben durch den Deckel, unten teilweise durch die Erdoberfläche und teilweise durch
das Bohrloch und seitlich durch die Wandung des Zylinders 2 begrenzt.
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Wesentlich ist für die Bauart der Vorrichtung, daß für die im Bohrloch
io und im .Raum i i eingeschlossene Bodenluft ein möglichst langer Kriechweg zur
Außenluft hin vorhanden ist. Dieser Kriechweg ist in Abb. 5 strichpunktiert angedeutet.
Er verläuft zunächst an der Innenseite der Wandung des
Zylinders
2 nach unten, dann an deren Außenseite nach oben durch den zwischen den Zylindern
2 und i eingeschlossenen Raum hindurch, an der Innenwandung des Zylinders i nach
unten und dann an dieser Wandung nach oben zur Außenluft. Dieser Kriechweg ist bei
der dargestellten und beschriebenen Vorrichtung mit den zwei Zylindern i und 2 so
groß, daß praktisch ein Austausch der eingeschlossenen Bodenluft mit der Außenluft
nicht eintritt. Wird daher durch Öffnen des Hahnes 6 nach etwa 24 oder 48 Stunden
eine Probe der Bodenluft entnommen, so enthält diese Probe alle die Bestandteile,
auf die es bei der Untersuchung ankommt.
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Es erscheint möglich, die Vorrichtung nur mit einem Hohlzylinder auszuführen.
Bedingung ist nur, daß dieser Zylinder das Abzapfroh.r 5 glockenartig umgibt und
daß sein Durchmesser größer als der des Bohrloches ist. In diesem Falle kann jedoch
der Kriechweg zu unsicher wirken, selbst wenn man einen ziemlich langen Zylinder
wählt, so daß möglicherweise ein Austausch zwischen der in der Vorrichtung aufgefangenen
Bodenluft und der Außenluft eintreten könnte. Daher ist eine Ausführungsform nach
Art der beschriebenen mit zwei .konzentrisch zueinander angeordneten Hohlzylindern
wegen des längeren Kriechwegs vorzuziehen. Es steht auch nichts im Wege, mehr als
zwei konzentrisch zueinander liegende Hohlzylinder vorzusehen, da hierbei der Kriechweg
noch größer und die Möglichkeit des Austausches zwischen aufgefangener Bodenluft
und Außenluft noch kleiner wird. Jedoch wird eine mehr als zwei Hohlzylinder aufweisende
Vorrichtung zu unhandlich und zu teuer.