Preparation and realization of three-component borehole magnetic measurements using the Göttinger Borehole Magnetometer

In dieser Arbeit werden die Durchführung und die Auswertung von dreikomponentigen Bohrlochmagnetikmessungen präsentiert. Die Messungen wurden mit dem Göttinger Bohrloch Magnetometer (GBM) in der Outokumpu-Bohrung R2500 in Finnland durchgeführt. Das GBM zeichnet sich gegenüber anderen Bohrlochmagnetiksonden durch die Verwendung von drei faseroptischen Kreiseln (FOG) aus, welche die Rotation der Sonde erfassen. Mit Hilfe dieser Daten können die Magnetfeldmessungen aus dem sondeninternen Koordinatensystem auf das geografische Referenzsystem reorientiert werden. Insgesamt wurden mit dem GBM sieben Messungen in der Outokumpu-Bohrung durchgeführt. Die Genauigkeit der Reorientierung kann durch einen Vergleich dieser Messungen untereinander zu 0.8 ° in der Deklination und 0.08 ° in der Inklination angegeben werden. Mit Hilfe der dreikomponentigen Magnetfeldmessungen wurde unter Verwendung numerischer Modelle der Vektor der natürlichen remanenten Magnetisierung (NRM) der durchbohrten Schichten zwischen 1300 m und 1440 m berechnet. Die Genauigkeit hierbei ist 6 ° in der Inklination und 12 ° in der Deklination. Auch die geometrische Ausdehnung und Orientierung dieser Schichten konnten abgeschätzt werden. In Verbindung mit dem Vektor der remanenten Magnetisierung und dem paläomagnetischen Feldvektor zum Zeitpunkt der Magnetisierung kann somit deren Entwicklung nachvollzogen werden. Die aus den GBM-Daten bestimmte NRM wurde in Bereichen hoher Magnetisierung (> 0,5 A/m), zusammen mit dem ebenfalls bestimmten Bohrlochverlauf, dazu verwendet, Bohrkernproben in das geografische Referenzsystem einzuordnen. In Kombination mit seismischen Messungen konnte außerdem aus den Magnetfeldmessungen ein Modell der magnetischen Eigenschaften der nicht durchbohrten Gesteinseinheiten in der Umgebung (~1 km) der Bohrung entwickelt werden. Dieses erlaubt eine Abschätzung der mineralogischen Zusammensetzung dieser Körper und unterstützt somit die strukturelle Interpretation der Region.This thesis deals with the preparation, realization and evaluation of three-component borehole magnetic measurements. The logging was conducted with the Göttinger Borehole Magnetometer (GBM) in the Outokumpu Deep Drill Hole (R2500) in Finland. The GBM differs from other borehole magnetometers by the use of three fiber optic gyroscopes (FOG) which are sensible to the rotation of the tool. Using their data, the magnetic field measurements can be projected from the tool's internal reference frame to the geographic reference frame. Overall, seven measurements were conducted with the GBM in the Outokumpu well. By a mutual comparison of these measurements, the accuracy of the reorientation procedure is estimated to be 0.8 ° in declination and 0.08 ° in inclination. Numerical models are used to interpret the three-component magnetic field measurements and yield the vector of the natural remanent magnetization (NRM) of the penetrated layers between 1300 m and 1440 m with an accuracy of 6 ° in inclination and 12 ° in declination. Furthermore, the geometrical size and orientation of these layers could be estimated. In conjunction with the vector of the remanent magnetization and the paleomagnetic field vector at the time of magnetization, the geologic evolution of the rock units can be traced. The vectors of the NRM were further used to reorient core samples with magnetizations higher than 0.5 A/m to the geographic reference frame. The magnetic field vectors along the entire borehole were used in combination with seismic measurements to develop a model of the magnetic properties of non-penetrated rock units in the surrounding area (~ 1 km) of the borehole. This allows an estimation of the mineralogical composition of these units, and thus supports the structural interpretation of the region