On the significance and predictability of geological parameters in the exploration for geothermal energy

Um vorhandene geothermische Ressourcen profitabel nutzen zu konnen, sind ausreichende Reservoirpermeabilitaten unerlasslich. Die Abschatzung von Permeabilitaten, und folglich moglichen Fliesraten, in tiefengeothermischen Reservoiren ist aber durch eine geringe Informationsdichte im Untergrund generell schwierig. Storungsgebundene Reservoire versprechen ein erhohtes Potenzial, da sie oft eine erhohte Bruchdichte und damit eine erhohte strukturelle Permeabilitat aufweisen. Problematisch ist allerdings, dass die Permeabilitaten von Storungen auf kleinstem Raum stark variieren konnen. Meine kumulative Dissertation, als Teil des Projektes AuGE (Aufschlussanalogstudien und ihre Anwendbarkeit in der Geothermischen Exploration), hatte zum Ziel, Aufschlussanalogstudien besser in das geothermische Explorationskonzept zu integrieren. Dazu haben wir die Vorhersagbarkeit von Gesteins- und Bruchsystemparametern um Storungszonen im Oberrheingraben (URG), einem potenziellen Gebiet fur die hydrogeothermische Stromerzeugung in Deutschland, untersucht. Zusatzlich habe ich den Einfluss und die Wechselwirkung relevanter geologischer Parameter auf die Reservoirqualitat in einer numerischen Sensitivitatsstudie untersucht. Die Gelandearbeiten haben wir an gestorten und ungestorten Aufschlussen im Muschelkalk und Buntsandstein durchgefuhrt. Die Ergebnisse unserer Aufschlussstudien stutzen das Potenzial von Storungszonen, die Permeabilitat um mehrere Grosenordnungen zu erhohen. Weiterhin fanden wir einen Zusammenhang zwischen der Permeabilitatsstruktur von Storungszonen und lithologischen Parametern. Es wurde jedoch auch deutlich, dass storungsgebundene Permeabilitaten innerhalb vergleichbarer Lithologien stark schwanken. Eine Quantifizierung dieser Beobachtung war aber nicht moglich. Um die Ubertragbarkeit der an der Oberflache gewonnenen Daten in den Untergrund zu uberprufen, haben wir diese mit Messungen aus einer im Arbeitsgebiet befindlichen Tiefbohrung verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass im Aufschluss bestimmte petrologische Eigenschaften mit ausreichender Genauigkeit auf das Reservoir ubertragen werden konnten, die im Aufschluss beobachteten petrophysikalischen Eigenschaften wie Porositat und Permeabilitat jedoch nicht. Auch die Bruchsystemparameter, welche hauptverantwortlich fur die Fliesraten sind, unterscheiden sich signifikant. Eine simple Extrapolation der Aufschlussdaten hatte somit zu einer Fehleinschatzung der Reservoirqualitat gefuhrt. Die anschliesende numerische Sensitivitatsstudie habe ich am Beispiel einer geothermischen Dublette durchgefuhrt. Die Ergebnisse zeigen ab welchen Werten Permeabilitatskontraste und -anisotropien, hervorgerufen durch Schichtung und Bruche, das nutzbare Reservoirvolumen negativ beeinflussen. Meine Studie beschreibt auch den zunehmenden Einfluss des hydraulischen Gradienten auf die Reservoirqualitat bei steigenden Permeabilitaten. Hochpermeable Storungszonen sind meinen Modellierungen zu Folge aufgrund verringerter Reservoirvolumen als geothermisches Reservoir oftmals wenig geeignet. Meine Dissertation hilft, die Qualitat von geothermischen Reservoiren besser einzuschatzen und verdeutlicht, dass heterogene Reservoire nicht nur schwieriger zu explorieren, sondern potentiell auch weniger ergiebig sind als homogene Reservoire. Zunehmende Heterogenitat erschwert es auch, geeignete Aufschlusse vor dem Abteufen einer Bohrung als geeignetes Analog zu identifizieren. Meine Sensitivatsstudie ist ein Schritt, um Reservoirgute bestimmende Parameter in ihrer Bedeutung besser einzuordnen. Die gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass nur die Kombination von Aufschlussdaten mit vorhandenen und zukunftigen Observationsbohrungen, geophysikalischen Daten und Tracerversuchen sowie dem Wissen uber den genauen Einfluss der verschiedenen Parameter eine sinnvolle Abschatzung der Eignung und Nutzungsdauer eines Reservoirs fur die geothermische Nutzung ermoglicht.