Een deel van mijn werk bij TNO-Geologische Dienst Nederland bestaat uit het geologisch in kaart brengen van de ondergrond. Daarvoor gebruiken we gegevens uit databases en archieven. Maar dat is soms niet voldoende en dan verzamelen we extra gegevens op plekken waarvan we onvoldoende weten. Bijvoorbeeld door kleinschalig seismisch onderzoek of grondboringen. Dan moeten we het veld in en wordt het pas écht leuk.
In Zuid-Limburg zijn we sinds de sluiting van het Geologisch Bureau in Heerlen, zo’n 20 jaar geleden, weinig actief geweest. De laatste jaren neemt de aandacht voor dit stuk Nederland toe. Zo is er de Nederlandse ambitie om de Einstein Telescoop naar de Euregio Zuid-Limburg te krijgen, en de toenemende interesse in aardwarmte. Ook met het oog op grondwater is er aandacht nodig. Er is onder andere de dreiging van vervuiling met nitraat en bodembeweging door het vollopen van de verlaten steenkoolmijnen. Want sinds 1994 wordt het grondwater niet meer weggepompt.
Dit vraagt om een nieuwe geologische kartering van Zuid-Limburg met nieuwe gegevens van de ondergrond. Door het ontbreken van olie en gas zijn er weinig seismische gegevens. Met seismologie kun je, vergelijk het met een echo in het ziekenhuis, in de aarde kijken en zo de opbouw van de ondergrond in kaart brengen. Er zijn wel redelijk wat grondboringen in Zuid-Limburg geweest, maar de spreiding en kwaliteit daarvan zijn niet optimaal. Gebieden waar in het verleden is gespeurd naar steenkoollagen, zoals de mijnstreek, zijn rijk aan boorgegevens. Maar over het zuidoosten van Zuid-Limburg, waar door de geologische situatie geen steenkool of andere delfstoffen aanwezig zijn, weten we bijna niets.
Grondboring bij Eys (Bron: TNO)
Een nieuwe grondboring
Daarom hebben we een geologische boring uit laten voeren bij Eys, bovenaan de Eyserbosweg. Bekend bij menig fietser vanwege de steile klim. Na een verkennend onderzoek naar de beschikbaarheid van gegevens bleek dat we sommige vragen over de Limburgse mergel niet kunnen beantwoorden met de bestaande gegevens. Zo verandert de geologie tussen boringen soms zo sterk, dat het gissen blijft naar de oorzaak daarvan. De locatie bij Eys stond bovenaan de wensenlijst.
We zijn bij Eys gaan boren om beter te begrijpen hoe de regionale eigenschappen van de kalksteen veranderen. Van Gulpen richting Heerlen zien we een overgang naar meer zandlagen in de mergel. We begrijpen niet of die overgang gradueel is of abrupt, bijvoorbeeld door een breuklijn.
Twee mogelijkheden om de geologische opbouw van de ondergrond te interpreteren op basis van dezelfde gegevens uit twee boringen. Het linker plaatje toont lagen die naar links dunner worden (uitwiggen); het rechter plaatje toont een breuk (rode lijn) waarlangs aan de linkerkant een gesteentepakket omlaag is gezakt. (Bron: TNO)
Limburgse mergel
De meeste mensen kennen de Limburgse mergel van de aardrijkskundeboeken op school. Eigenlijk is het geen mergel, maar kalksteen. Volgens de definities (er zijn er meerdere) is een mergel een kalksteen met een flinke bijmenging van klei. In de Limburgse mergel zit hoofdzakelijk calciumcarbonaat en nauwelijks klei: een kalksteen dus. De kalksteen in Limburg is afgezet in de laatste fase van het tijdvak het Krijt.
De boorlocatie bij Eys ligt op een voor Nederland haast exotische hoogte van 190 meter boven zeeniveau in een prachtig heuvelachtig landschap. De boring is gedaan met een kleine boorinstallatie op een vrachtwagen. Bij dit type grondboring wordt al het gesteente omhooggehaald als een boorkern, vergelijkbaar met een appelboor. Het systeem bestaat uit een holle roterende pijp met onderaan een boorkop. Door de pijp wordt leidingwater het boorgat in gepompt om het gruis uit het gat omhoog te spoelen. Zo voorkom je dat de boor vastloopt.
Alles kan misgaan (en ging ook mis)
Telkens wanneer er een meter geboord is, wordt het aangeboorde gesteente door de holle pijp heen omhooggehaald. Door het grote gewicht van de pijp en de kracht die nodig is om deze rond te draaien, wordt de diameter van de boorpijp en dus ook de gesteentekern verkleind naarmate de boring dieper gaat. De boring heeft bijna tien maanden geduurd, wat ongebruikelijk lang is voor een gekernde boring tot ongeveer 180 meter diepte.
Dit kwam door de vele technisch en geologische uitdagingen en problemen die we tegenkwamen. Waarschijnlijk is alles wat mis kan gaan, hier misgegaan. Zo brak de boorpijp twee keer af op meer dan 150 meter diepte, en viel een meetinstrument met boorbuizen en al terug in het gat.
En de resultaten?
Dankzij de volharding van het boorteam en het vakmanschap van Lou Thijssen, de boormeester die over de hele wereld met zijn boormachine werkt, is het uiteindelijk toch gelukt de benodigde gesteentekernen omhoog te halen. Het omhooggehaalde materiaal is van bijzonder goede kwaliteit. Hoewel de gedetailleerde beschrijving en studies nog moeten beginnen, zijn er wel wat hoogtepunten uit de diepte te noemen.
Zo is het jongste deel van het Krijtgesteente heel licht van kleur en los van structuur. Het valt als poeder uiteen en bestaat uit minuscule kalkskeletjes. Als je dieper komt en de lagen ouder worden, komen er in het Krijtgesteente harde lagen voor van enkele decimeters dik. Het zijn versteende zeebodems, zogenoemde hardgrounds, die verband houden met grootschalige klimatologische veranderingen. Ook vonden we veel prachtige sporenfossielen, kruip- en graafsporen van dieren die in de zeebodem leefden en soms ook kleine echte fossielen.
Links een foto genomen op het laagvlak van de kalksteen, met daarin de sporen van waarschijnlijk een garnaal-achtige in de zeebodem. Rechts een fragment van een fossiel, mogelijk een schelp of ammoniet. (Foto: TNO)
Dieper in de boring komt een dik zandig pakket voor met een groene kleur: Vaalser groenzand. Dit zand is in een ondiepe zee afgezet en dankt zijn groene kleur aan het ijzermineraal glauconiet. Helemaal onderin de boring vonden we een bodem van ruim 80 miljoen jaar oud. Die zogenoemde paleobodem is uit de tijd van de dinosauriërs, waarvan in de omgeving daadwerkelijk enkele resten gevonden zijn. Dikke kans dus dat op die bodem dinosauriërs gewandeld hebben!
Een monster uit de bodem van ruim 80 miljoen jaar oud, met daarin een bewaarde plantenwortel (het zwarte lijntje). (Foto: TNO)
Onderzoek naar de gesteentekernen
Nu de grondboring is afgerond, gaan we stap voor stap de gesteentekernen onderzoeken. We nemen monsters en zagen de kern door. We beschrijven de kern en doen er samen met studenten specifiek onderzoek naar. Grote en kleine fossielen geven ons inzicht in de ouderdom van het gesteente, en de zuurstofisotopen in hun kalkskeletjes vertellen ons meer over het klimaat van die tijd.
Mocht je dit als student lezen en interesse hebben om mee te doen, laat het me weten. In een later blog vertel ik meer over de resultaten van ons werk aan deze boring.
Hoofdfoto: Drone-foto van de boorlocatie in Zuid-Limburg (c) Geert-Jan Vis, TNO.
