Die syn- bis post-magmatische Entwicklung des Mauna Kea/Hawaii, USA : Interpretation geophysikalischer Bohrlochdaten und petrophysikalischer Kerndaten aus der Tiefbohrung 'Hawaii Scientific Drilling Project, HSDP-2'

Buysch, Arno; Clauser, Christoph

doi:26822

Die syn- bis post-magmatische Entwicklung des Mauna Kea/Hawaii, USA : Interpretation geophysikalischer Bohrlochdaten und petrophysikalischer Kerndaten aus der Tiefbohrung 'Hawaii Scientific Drilling Project, HSDP-2'

Buysch, Arno (Author)

2005

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Arno Buysch

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

UmfangVII, 151 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Clauser, Christoph (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-03-07

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-12288
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62145/files/Buysch_Arno.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (500000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Geowissenschaften (frei) ; Hawaii (frei) ; Mauna Kea (frei) ; Geologie (frei) ; Petrophysik (frei) ; Well Log Analysis (frei) ; Porosität (frei) ; Permeabilität (frei) ; Elektrofazies (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Im Jahr 1999 wurde vom GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) in der wissenschaftlichen Tiefbohrung 'Hawaii Scientific Drilling Program - HSDP-2’ auf der Insel Hawaii/USA ein intensives Bohrlochmessprogramm durchgeführt. Dieses umfasste u.a. Messungen von elektrischen Widerständen, Gammastrahlen-Aktivität, und Schallwellengeschwindigkeiten in einem offenen Bohrlochabschnitt über einen Teufenbereich von 550 - 2720 mbsl (meter below sea level – Meter unterhalb Meeresspiegel). Die Bohrung durchteufte subaerisch und submarin ausgeflossene bzw. abgelagerte vulkanische Formationen unterschiedlicher Mächtigkeit, Morphologie und physikalischer Eigenschaften. Zusätzlich zu den Bohrlochmessungen wurden eine große Anzahl petrophysikalischer, geochemischer und petrographischer Messungen bzw. Untersuchungen durchgeführt. Die vorliegende Studie stellt die Interpretation der durchgeführten Bohrlochmessungen unter Betrachtung der primären und sekundären Entwicklung des Vulkans Mauna Kea dar. Diese Interpretation wird in den folgenden drei Schritten durchgeführt: (1) Neubewertung des derzeitigen lithologischen Profils auf der Basis der Bohrlochmessungen, (2) Kombination von Bohrloch- und Kernmessdaten und (3) Erstellung eines vulkanischen Modells durch Integration der Daten zu einem Gesamtbild. Trotz einer einheitlichen geochemischen Ausbildung der erbohrten Formationen wurden die Bohrlochmessungen in der Bohrung HSDP-2 durch unerwartete Sekundäreffekte beeinflusst. Fluidfluss, Brekziierung und die Ausbildung von Alterationsmineralen führten zu einer intensiven Beeinflussung von Gamma- und Widerstandsmessungen. Die aus den Bohrlochmessungen gewonnenen Daten wurden hinsichtlich beeinflussender Bohrlochbedingungen korrigiert. Die auf der Basis der Bohrlochmessungen vorgenommene Neuklassifizierung des gegenwärtigen lithologischen Profils führte zur Erstellung einer modifizierten lithostratigraphischen Säule. Diese umfasst eine Unterteilung in neun großräumige Einheiten, benannt als Log Unit LU 1-9, deren eindeutig differenzierbare petrophysikalische Eigenschaften sowohl auf primär-lithologische als auch auf sekundäre Eigenschaften wie Kompaktion und Alteration zurückzuführen sind. Zur Erkennung und Festlegung von möglichen Fluidbahnen wurden Porositäts- und Permeabilitätsprofile erstellt. Diese entstanden durch die Integration von Leitfähigkeits- und Permeabilitätsmessungen an Kernen und den Widerstandsmessungen im Bohrloch. Die Anwendung ergab neben einer graduellen Abnahme von Porosität und Permeabilität mit der Teufe insgesamt sieben verschiedene Porositäts-/Permeabilitätsübergänge innerhalb des erbohrten Abschnitts, die sich sowohl an lithologischen als auch an hydrostratigraphischen Grenzen befinden. Sie korrelieren einerseits mit zwei aus Alterationsmineralanalysen detektierten Illit/Smektit- bzw. Smektit/Smektit-Zeolitgrenzen und andererseits mit einem aus dem spektralen Gamma-Log erstellten Alteraionsindex. Insgesamt deuten die Korrelationen verschiedener Ereignisse auf eine relative Lithologieabhängigkeit von Alteration hin. Die Kombination und Integration der aus den verschiedenen Messungen erfassten Informationen führt zu der Annahme, dass der untersuchte Schildvulkan, Mauna Kea, obwohl nahezu im finalen Entwicklungsstadium befindlich, weiterhin durch sekundäre Veränderungen nachhaltig beeinflusst wird. Diese Veränderungen, zu deren wichtigsten Beispielen das gegenwärtige Fluidflussregime in hochpermeablen Basalt- und Brekkziierungszonen zählt, haben tiefgreifende Auswirkungen auf die gesamte Vulkanentwicklung.

In 1999, an extensive logging program with standard logging tools was run by the GFZ Potsdam in the scientific drillhole ‘Hawaii Scientific Drilling Program - HSDP-2’ on the island of Hawaii/USA. Measurements of electrical resistivity, gamma-ray activity, and Vp-velocity were performed in an open-hole environment from 550 - 2720 mbsl (meter below sea level). The drilled section comprises basaltic formations of subaerial and submarine environment of various amount, morphology, and physical properties. Additionally, a broad range of petrophysical, geochemical, and petrographical core measurements were carried out. The present study deals with the interpretation of the logging data with regard to the primary and secondary evolution of the volcano Mauna Kea. This is achieved in different steps, namely (1) a re-classification of the current lithostratigraphic profile on the basis of the log data, (2) the combination of various core measurements and logging data, and finally (3) by setting up a volcano model, which integrates all information into an overall picture of the volcano evolution. Downhole measurements in HSDP-2 drillhole revealed many unexpected effects within geochemically similar rock types. Data recorded in different lithostratigraphic and/or structural environment of the drilled subaerial and submarine lava flows were influenced by secondary processes. Fluid flow, brecciation, and the evolution of alteration minerals lead to deviating results in gamma-ray and resistivity measurements. Data from downhole measurements were generally corrected for environmental influences. The re-classification of the current lithological profile resulted in a modified lithostratigraphic column. This column represents a differentiation of the drilled section into nine larger units, named log units LU 1 - 9. These log units show clearly distinguishable petrophysical features, which are connected to primary lithology as well as to secondary effects, such as compaction or alteration. For the detection of possible fluid pathway zones porosity and permeability profiles were calculated, applying an integration of conductivity and permeability measurements on cores with downhole resistivity measurements. Beside a gradual decrease of porosity and permeability with depth, the application revealed seven porosity/permeability transitions, which are related to lithological as well as hydrostratigraphical changes. These 'bounds' correlate with an Illite/Smectite as well as with a Smectite/Smectite-Zeolite border based on alteration mineral research results, and with a so-called alteration index performed on the basis of the spectral gamma-ray. Generally, the correlations of various events point to a relatively lithological independence of alteration phases. The overall combination and integration of the information from the various measurements leads to the perception that the shield volcano Mauna Kea, although almost at the end of its life-cycle, is still subject to and highly influenced by ongoing changes. These changes among which the observed fluid flow along permeable basalt and breccia zones is recently the most important one, have a deep impact on the entire volcano evolution.

OpenAccess:
PDF
(additional files)