Gashydratlagerstätten sind in Permafrostgebieten und unter dem Meeresboden zu finden. Das energetische Potential der weltweiten Gashydratvorkommen, vor allem im submarinen Bereich, ist enorm. Derzeit existiert aber noch keine Technologie mit der sie kommerziell erschlossen werden können. Die größten Herausforderungen bei der bohrtechnischen Erschließung submariner Gashydratlagerstätten werden in der Richtbohrtechnik in geringverfestigten Sedimenten, der Bohrlochstabilität, der Einhaltung eines sehr engen Druckfensters sowie in der Vermeidung ungewollter Dissoziationsvorgänge während des Bohrprozesses gesehen. In der Arbeit werden mögliche Ansätze für die bohrtechnische Erschließung von submarinen Gashydratlagerstätten, speziell für das gerichtete Bohren in unkonsolidierten Formationen, zusammengetragen. Es werden verschiedene Erschließungskonzepte diskutiert und schließlich wird die Machbarkeit von zwei Bohrkonzepten untersucht. Das erste Konzept zielt in erster Linie auf die Herstellung vertikaler Bohrungen zu Produktionstestzwecken in Gashydratlagerstätten ab. Auf Grundlage eines vorhandenen Meeresbodenbohrgerätes wird eine neuartige Technologie entwickelt, mit der eine Tiefsee-Gashydratbohrung abgeteuft, verrohrt und komplettiert werden kann, ohne dass eine Bohrplattform oder ein Bohrschiff eingesetzt werden muss. Das zweite Konzept beinhaltet die Herstellung von horizontalen Produktionsbohrungen für eine kommerzielle Gashydratnutzung. Es wird untersucht, ob und unter welchen Bedingungen solche Bohrungen mit konventionellem Equipment machbar sind. Es wird aufgezeigt, dass die Herausforderungen gemeistert werden können und die bohrtechnische Erschließung submariner Gashydratlagestätten mit beiden Konzepten grundsätzlich machbar erscheint.

Gashydratlagerstätten sind in Permafrostgebieten und unter dem Meeresboden zu finden. Das energetische Potential der weltweiten Gashydratvorkommen, vor allem im submarinen Bereich, ist enorm. Derzeit existiert aber noch keine Technologie mit der sie kommerziell erschlossen werden können. Die größten Herausforderungen bei der bohrtechnischen Erschließung submariner Gashydratlagerstätten werden in der Richtbohrtechnik in geringverfestigten Sedimenten, der Bohrlochstabilität, der Einhaltung eines sehr engen Druckfensters sowie in der Vermeidung ungewollter Dissoziationsvorgänge während des Bohrprozesses gesehen. In der Arbeit werden mögliche Ansätze für die bohrtechnische Erschließung von submarinen Gashydratlagerstätten, speziell für das gerichtete Bohren in unkonsolidierten Formationen, zusammengetragen. Es werden verschiedene Erschließungskonzepte diskutiert und schließlich wird die Machbarkeit von zwei Bohrkonzepten untersucht. Das erste Konzept zielt in erster Linie auf die Herstellung vertikaler Bohrungen zu Produktionstestzwecken in Gashydratlagerstätten ab. Auf Grundlage eines vorhandenen Meeresbodenbohrgerätes wird eine neuartige Technologie entwickelt, mit der eine Tiefsee-Gashydratbohrung abgeteuft, verrohrt und komplettiert werden kann, ohne dass eine Bohrplattform oder ein Bohrschiff eingesetzt werden muss. Das zweite Konzept beinhaltet die Herstellung von horizontalen Produktionsbohrungen für eine kommerzielle Gashydratnutzung. Es wird untersucht, ob und unter welchen Bedingungen solche Bohrungen mit konventionellem Equipment machbar sind. Es wird aufgezeigt, dass die Herausforderungen gemeistert werden können und die bohrtechnische Erschließung submariner Gashydratlagestätten mit beiden Konzepten grundsätzlich machbar erscheint.

The thesis presents research on recent hydrothermal discharge features in a shallow marine hydrothermal system. It aims to clarify their occurrence, genesis, and preservation potential. A facies model is developed, being based on the processes involved in the formation and the prevailing lithofacies. It describes six major groups: channels, fractures, tubes, cones, bowls, and lineaments. Each of these groups subdivides into numerous facies types according to the cements or mineral precipitates prevailing. To clarify the rather complex formation processes of hydrothermal discharge features, genetic models for each facies are proposed. An integrated evolutionary model is developed considering the temporal evolution of the major types of hydrothermal discharge features in the Panarea system and their preservation potential. Confirming presumptions of former, preliminary data, the first documentation of secure paleo-evidences of such hydrothermal discharge features is presented.:1. Introduction ....11 1.1. Preamble .....11 1.2. Research questions, objectives, and hypotheses ......................................... 12 2. State of research - seafloor hydrothermal systems ................................ 15 2.1. Hydrothermal deposits in general ................................................................. 15 2.2. Deep-sea environments ............................................................................... 16 2.3. Shallow-water systems and their preservation potential ............................... 17 3. Panarea Island - the area of investigation ................................................ 20 3.1. The hydrothermal system of Panarea Island ................................................ 20 3.2. Fluid discharge features in Panarea ............................................................. 30 3.3. Study sites .................................................................................................... 34 4. Materials and methods ............................................................................... 40 4.1. Underwater research .................................................................................... 40 4.2. Field methods ............................................................................................... 41 4.3. Laboratory methods ..................................................................................... 44 5. Results ........................................................................................................ 47 5.1. Prevailing lithologies ..................................................................................... 47 5.1.1. Hardrocks ..................................................................................................... 47 5.1.2. Sedimentary rocks ........................................................................................ 51 5.1.3. Sediments .................................................................................................... 54 5.1.4. Cements ....................................................................................................... 58 5.2. Underwater investigation sites and findings ................................................. 66 HYDROTHERMAL FLUID DISCHARGE FEATURES IN PANAREA, ITALY PAGE 10 | 174 5.2.1. Area 26 ......................................................................................................... 66 5.2.2. Basiluzzo ...................................................................................................... 75 5.2.3. Black Point ................................................................................................... 77 5.2.4. Bottaro North ................................................................................................ 79 5.2.5. Bottaro West ................................................................................................. 81 5.2.6. Cave ............................................................................................................. 84 5.2.7. Fumarolic Field ............................................................................................. 87 5.2.8. Hot Lake ....................................................................................................... 89 5.2.9. La Calcara .................................................................................................... 92 5.2.10. Point 21 ........................................................................................................ 98 5.2.11. Subaerial locations ..................................................................................... 100 5.3. Summarizing tables .................................................................................... 104 6. Interpretation ............................................................................................ 106 6.1. Discharge features and secondary processes ............................................ 106 6.1.1. Complex genesis and development of discharge features and their occurrence throughout the system ............................................................. 119 6.1.1.1. Cones, bowls, and lineament structures ..................................................... 119 6.1.1.2. Tubes ......................................................................................................... 128 6.2. Preservation potential and paleo-record ..................................................... 138 7. Conclusion and Discussion .................................................................... 141 7.1. General context of the formation of hydrothermal discharge features in Panarea ...................................................................................................... 141 7.2. Evolution of hydrothermal discharge features in Panarea .......................... 142 7.3. Comprehensive summary ........................................................................... 145