NeoNORG – Neotektonik im nördlichen Oberrheingraben

Radonanomalien in der Bodenluft und die Tiefenstruktur von Störungen – eine integrierte Studie in einem Gebiet aktiver Tektonik

Im Rahmen des Projekts werden Radonaufstiegswege entlang von Störungszonen, die Ausbreitung von Radon im flachen Untergrund, sowie die Ursachen für lokale Radonanomalien untersucht.

Geoelektrik

Fakten zum Projekt

Promotionsprojekt: Johannes Mair +++ Laufzeit: 01.06.2021– 31.12.2024 +++ Projektfinanzierung: Bundesamt für Strahlenschutz (BfS), Berlin

Vermessung des Sandsteinreservoirs Flechtingen analog mittels Terrestrischem Laser Scanner (TLS).
Vermessung des Sandsteinreservoirs Flechtingen analog mittels Terrestrischem Laser Scanner (TLS).

Durch den Zerfall von Radon und seinen Folgeprodukten verursacht die daraus resultierende ionisierende Strahlung Schäden an DNA und Zellstruktur und kann somit Krebs verursachen. Im Bereich von Störungen können dabei erhöhte Radongehalte in der Bodenluft auftreten und zu einem erhöhten Gefährdungspotential führen. Um die Bedeutung solch lokaler Anomalien für die Ausweisung von Radonvorsorgegebieten besser beurteilen zu können, wird im Rahmen eines Pilotprojektes ein Gebiet mit aktiver Tektonik näher untersucht. Für das Arbeitsgebiet bei Riedstadt westlich von Darmstadt soll durch die Kombination von verschiedenen geologischen und geophysikalischen Methoden ein dreidimensionales Strukturmodell erstellt werden, das den Untergrundaufbau und insbesondere die Geometrie der Störungen detailliert darstellt. Dadurch sollen neben der Entwicklungsgeschichte der Störungen insbesondere die Migrationspfade von Radon besser verstanden werden.

Kombinierte seismische Interpretation, die bedeutende geologische Verwerfungen in zwei Profilen zeigt. (a) WK Süd (N-S) und (b) WK Nord (W-O). Tiefe von 0 bis -1000 Meter, Profildistanz von 0 bis 1500 Meter (a) und 0 bis 1200 Meter (b). Störungsinterpretation basierend auf 3D-Seismik, 2D-P-Wellen-Seismik, 2D-S-Wellen-Seismik und ERT.
Kombinierte seismische Interpretation, die bedeutende geologische Verwerfungen in zwei Profilen zeigt. (a) WK Süd (N-S) und (b) WK Nord (W-O). Tiefe von 0 bis -1000 Meter, Profildistanz von 0 bis 1500 Meter (a) und 0 bis 1200 Meter (b). Störungsinterpretation basierend auf 3D-Seismik, 2D-P-Wellen-Seismik, 2D-S-Wellen-Seismik und ERT.
  • Geophysikalische Untersuchungen erfolgreich abgeschlossen.
  • 600 aktive Radonbodenluftmessungen und 200 Exposimetermessungen durchgeführt.
  • Durchführung von Labormessungen an Bodenproben und 100 alphaspektrometrischen Auswertungen.

Kartierung aktiver Störungen

Es wurden erfolgreich aktive Störungen aus einer Tiefe von mehreren Kilometern bis wenige Meter unter der Erdoberfläche kartiert. Diese Ergebnisse liefern starke Beweise für neotektonische Aktivitäten in dem untersuchten Gebiet.

Modellierung von Radonaktivitätskonzentrationen

Aktuell werden die gemessenen Radonaktivitätskonzentrationen entlang der Profile, die Störungen kreuzen, mit Hilfe von Machine-Learning-Modellen analysiert. Ziel ist es, die Variabilität der Radonkonzentrationen zu erklären.

Einflussfaktoren auf Radonaktivitätskonzentrationen

Erste Ergebnisse zeigen, dass neben den Störungszonen auch andere Faktoren wie Bodenarten/-korngröße und Witterungsbedingungen die Radonaktivitätskonzentrationen beeinflussen. Es wird deutlich, dass das Signal der Störungszonen von diesen weiteren Einflussfaktoren zunächst isoliert betrachtet werden muss, um klare Zusammenhänge herstellen zu können.

Bildergalerie Messkampagnen

Publikationen

  • Platz, A., Weckmann, U., Pek, J., Kováciková, S., Klanica, R., Mair J.,, Aleid B. (2022): 3D imaging of the subsurface electrical resistivity structure in West Bohemia/Upper Palatinate covering mofettes and Quaternary volcanic structures by using magnetotellurics in Tectonophysics, 833, 229353, DOI: 10.1016/j.tecto.2022.229353.

Tagungsbeiträge

  • Mair, J., Petermann, E., Lehné, R., Henk, A.: Deciphering Radon Variability in the Northern Upper Rhine Graben: An Analysis Using Passive and Active Detection with Random Forest Modelling, EGU General Assembly 2024, Vienna, Austria, 14–19 Apr 2024, EGU24-16925, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu24-16925, 2024.
  • Lehne, R., Daum, J., Mair, J., Heggemann, H., Hoselmann, C., Henk, A.: Observation and geological interpretation of the longest vertical radon profile to date: variability of radon concentrations along a 323 m deep drilling, EGU General Assembly 2024, Vienna, Austria, 14–19 Apr 2024, EGU24-21822, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu24-21822, 2024.
  • Mair, J., Buness, H., Henk, A., Lehné, R., Tanner, D. C.: Imaging neotectonic faults in the Northern Upper Rhine Graben using a multi-method geophysical approach, at 84th DGG Annual Meeting, 10–14 March 2024, Jena.
  • Mair, J., Henk, A., Buness, H., Lehné, R., Tanner, D. C.: Multi-Geophysical Imaging of Neotectonic Faults in the Northern Upper Rhine Graben, at TSK20 in Freiburg, 17.-22.03.2024, 20th Symposium Tectonics, Structural Geology, and Geology of Crystalline Rocks.
  • Mair, J., Henk, A., Lehné, R.: Soil properties and weather conditions mask a potential tectonic contribution to radon concentrations measured in soil air – a case study from the northern Upper Rhine Graben, EGU General Assembly 2023, Vienna, Austria, 24–28 Apr 2023, EGU23-13566, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu23-13566, 2023.
  • Mair, J., Lehné, R., Henk, A.: Radonanomalien in der Bodenluft und die Tiefenstruktur von Störungen, bei der Klausurtagung der Strahlenschutzkommission, Mainz.
  • Mair, J., Buness, H., Henk, A., Lehné, R., Röhlinger, L.: Multi-Method Geophysical Investigation of Fault Structures in the Northern Upper Rhine Graben: Insights from the NeoNORG Project, GeoBerlin 2023, DOI: 10.48380/v4kn-wa41.
  • Mair, J., et al.: Untersuchung des Einflusses von Störungszonen auf Radonaktivitätskonzentrationen in der Bodenluft: Erkenntnisse aus dem NeoNORG-Projekt, at StrahlenschutzGespräch Radon 2023, Berlin, 18. und 19. Oktober 2023.
  • Aleid, B., Weckmann, U., Platz, A., Mair, J.: Magnetotellurics in the Eger Rift: Regional and local three-dimensional subsurface imaging and modelling of fluid pathways from the crust-mantle boundary to the surface, EGU General Assembly 2022, Vienna, Austria, 23–27 May 2022, EGU22-4884, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu22-4884, 2022.
  • Mair, J., Lehné, R., Henk, A., Buness, H., Hoselmann: Radon anomalies in soil gas and faults in quarternary sediments – a case study from the Upper Rhine Graben using near-surface geophysical methods, at TSK19 in Halle, 17.-23.03.2024, 19 Symposium Tectonics, Structural Geology, and Geology of Crystalline Rocks.
  • P-Wellen Seismik:
    • Bereitstellung und Durchführung: Vom Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG) mit Unterstützung der Technischen Universität Darmstadt (TU Darmstadt)
  • Scherwellenseismik:
    • Bereitstellung und Durchführung: Teils durchgeführt vom LIAG mit Unterstützung der TU Darmstadt und teils in Eigenregie von der TU Darmstadt.
  • Radonmessungen:
    • Instrumentierung und Analyseunterstützung:
      • Radonmessgeräte: Finanzierung und Bereitstellung durch das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) und das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS).
      • Laborauswertungen: Von Exposimetern und Alphapektrometrie, unterstützt durch HLNUG und BfS
  • 3D-Seismische Daten: Bereitgestellt durch Rhein Petroleum

Status Quo

Radonmessungen

Sowohl die 600 aktiven Radonbodenluftmessungen als auch die 200 Exposimetermessungen sind abgeschlossen.

Geophysikalische Untersuchungen

Alle geplanten Methoden (P-Wellen-Seismik, S-Wellen-Seismik, Geoelektrik, Georadar) wurden durchgeführt, wodurch aktive Störungen kartiert und neotektonische Aktivitäten nachgewiesen wurden.

Labormessungen

Analyse von Bodenproben und 100 alphaspektrometrische Auswertungen sind erfolgt.

Ausblick

Weiterführung der Analyse mit Machine-Learning-Modellen zur Erklärung der Radonvarianz, unter Berücksichtigung von Störungszonen, Bodenbeschaffenheit und Witterungsbedingungen.

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