Charakteristik der hydrogeologisch relevanten Gebirgseigenschaften im Bereich des Nubischen Aquifersystems in Ägypten

Das Kubische Aquifer system der Ostsahara beinhaltet eines der größten fossilen Grundwasservorkommen Nordafrikas. Die Wasserwegsamkeit und das Speichervermögen der überwiegend grobklastischen nubischen Festgesteinsleiter wird sowohl von der Porosität der Gesteine als auch vom Hohlraumvolumen der Trennfugen bestimmt. Zur Beurteilung der relativen Bedeutung der beiden Hohlraumsysterne wurden im südlichen Teil des ägyptischen Dakhla-Beckens in Oberflächenaufschlüssen und mit Hilfe einer Bohrloch-Fernsehsonde getrennte Untersuchungen der hydrogeologisch relevanten Gesteins- und Trennfugeneigenschaften vorgenommen.

Permeameteruntersuchungen zeigten, daß die Anisotropie der Gesteinsdurchlässigkeit der einzelnen Schichten allgemein nur gering ist. Im Schichtverband treten dagegen deutlich größere Unterschiede zwischen den resultierenden horizontalen und vertikalen Gesteinsdurchlässigkeiten auf. Die mittleren horizontalen Durchlässigkeiten der untersuchten Six Hills-, Sabaya-, Maghrabi- und Taref Formation liegen bei k̅rh= 4 to 5 • 10-5 m/s.

Das Trennfugengefüge des Dakhla-Beckens besteht hauptsächlich aus diageneti sehen und tektonischen Klüften, die ein steiles bis saigeres Einfallen haben und ein zweischariges, ungleichwertig ausgebildetes Kluftsystem mit bevorzugt NW-SE- und NE-SW- verlaufenden Streichrichtungen bilden. Geöffnete Klüfte wurden noch in Tiefen von 129 bis 171 m festgestellt. Ihre mittlere Öffnungsweite liegt bei 2̅a = 0.38 mm.

Durch Vergleich der Pumpversuchsergebnisse unterschiedlich tief verfilterter Brunnen und den im Labor bestimmten Gesteinsdurchlässigkeiten konnte nachgewiesen werden, daß die Gebirgsdurchlässigkeit bis in Tiefen von 200 m deutlich durch Trennfugendurchlässigkeit beeinflußt wird. Deterministische und stochastische Berechnungen der Gebirgs- und Trennfugendurchlässigkeitstensoren, die auf der Grundlage der ermittelten Gesteins- und Trennfugencharakteristika durchgeführt wurden, ergaben, daß die meist senkrecht stehenden Klüfte wesentlich zur Erhöhung der vertikalen Wasserwegsamkeit und damit zu einer Verminderung der ursprünglichen, schichtungsbedingten Anisotropie beitragen. Die Hauptachsen der maximalen horizontalen Durchlässigkeit sind trotz geringer Anisotropie bevorzugt NW-SE-wärts gerichtet. Eine überschlägige Berechnung der maximal möglichen Kluftvolumina zeigte, daß der Anteil des Kluftvolumens am Gesamtspeichervermögen des Gebirges gegenüber dem der nutzbaren Gesteinsporosität vernachlässigt werden kann. Ein Vergleich der überwiegend mittel- bis grobklastischen Six Hills-, Sabaya- und Taref Formation ergab nur geringe Unterschiede in der hydrogeologische Gebirgscharakteristik. Die deutlich geringeren Gesteinsdurchlässigkeiten der politischen Gesteinsfolgen können aufgrund geringerer Kluftöffnungsweiten, vor allem aber wegen des hohen Anteils an Gipsverfüllungen nicht wesentlich durch Trennfugendurchlässigkeit erhöht werden. Bei der Gesamtbeurteilung des Gebirges sollte der Einfluß der Trennfugendurchlässigkeit durch eine annähernd oberflächenparallele Zone erhöhter Durchlässigkeit berücksichtigt werden.

The Nubian Aquifer System of the Eastern Sahara contains one of the hugest reserves of fossil ground water in Northern Africa. Within the clastic nubian bed-rock aquifers, migration and accumulation of ground water is controlled by two fundamentally different systems of voids: the interstitial pore space of intact rock as well as the void space of discontinuities. In order to estimate the relative importance of these two void systems, the hydrogeologically relevant characteristics of intact rock and of discontinuities were investigated separately within surface exposures and at greater depth by means of a TV borehole camera. Water permeability tests have shown that within individual layers, the anisotropy of intergranular permeability is considerably low. Within a sequence of different layers, however, much more pronounced differences occur comparing the apparent horizontal and vertical hydraulic conductivities. The mean horizontal permeabilities of the Six Hills-, Sabaya-, Maghrabi- and Taref Formations are in a range of k̅rh= 4 to 5 • 10-5 m/s. Within the southern part of the Dakhla-basin in Egypt, the discontinuity system mainly comprises joints of diagenetic and tectonic origine, forming a system of two sets of preferably NW-SE- and NE- and SW- striking joints. Joint dip is usually sub-vertical to vertical. Open fissures with a mean aperture of 2a = 0.38 mm were still observed at depthes of 129 to 171 m. The pumping test results of shallow wells were compared to the k-values of deep wells as well as to the intergranular permeabilities derived from laboratory tests. Down to 200 m depth, the rock mass permeability is evidently influenced by the fracture permeability. On the basis of the rock and joint characteristics evaluated in the field, deterministic and stochastic calculations of rock mass and fracture permeability tensors were performed showing that the sub-vertical ly oriented joints cause an increase of the vertical hydraulic conductivity resp. a reduction of the high anisotropy of intergranular permeability. Despite the low grade anisotropy, the preferred direction of the principle axes of maximum horizontal permeability coincides more or less to the NW-SE- striking dominant joint set Hkl1 According to a rough estimate, fracture porosity can be neglected compared to the specific yield of the intact rock. Only low differences occur comparing the hydrogeological rock mass characteristics of the psammitic-psephitic Six Hills-, Sabaya- and Taref Formations. Within the pelitic successions of poor intergranular permeability, the rock mass permeability is not significantly improved by fractures due to considerably small apertures and a high degree of gipsiferous joint fillings. As a result of the performed investigations» a general zone of increased permeability sub-parallel to the surface should take account to the influence of fracture permeability.