Alternative Erkundungsmethoden zur Detektion aktiver Störungszonen (Air-detect)
- Ansprechperson:
Dr. Hagen Steger
Dr. Roman Zorn - Förderung:
EnBW Energie Baden-Württemberg AG,
Hol FE, Karlsruhe
- Starttermin:
2009
- Endtermin:
2010
Der Fokus des geplanten Projektes liegt auf einer Methodenentwicklung zur Detektion aktiver Störungszonen durch Bodengasmessungen und Messung der natürlichen elektromagnetischen Radiation (NEMR). Diese Methoden können wichtige Informationen über geothermische Lagerstätten liefern und stellen somit eine sinnvolle Ergänzung zu konventionellen geologischen Erkundungsmethoden dar.
Grundlage
Der Fokus des geplanten Projektes liegt auf einer Methodenentwicklung zur Detektion aktiver Störungszonen durch Bodengasmessungen und Messung der natürlichen elektromagnetischen Radiation (NEMR). Diese Methoden können wichtige Informationen über geothermische Lagerstätten liefern und stellen somit eine sinnvolle Ergänzung zu konventionellen geologischen Erkundungsmethoden dar.
Generell ist bei der Erschließung hydrogeothermaler Lagerstätten immer ein Fündigkeitsrisiko vorhanden, das durch die Auswahl von Erschließungszielen in aktiven tektonischen Zerrüttungszonen entlang tektonischer Störungen verringert werden soll. Zur Detektion und Erkundung solcher Zonen ist es daher prinzipiell sinnvoll, ein möglichst breites Spektrum unterschiedlicher Erkundungsmethoden unter Wahrung des Kosten-Nutzen- Prinzips anzuwenden. Voraussetzung bei der angestrebten Methodenentwicklung im geplanten Vorhaben ist daher, den zusätzlichen Erkenntnisgewinn mit einem adäquaten finanziellen Aufwand erreichen zu können. Im Zentrum des Vorhabens steht die Methodenentwicklung zur geothermischen Exploration anhand räumlich verteilter Gaszusammensetzungen in der Bodenluft, im Boden bzw. Gestein und Grundwasser in Zusammenhang mit Spröddeformationen, die sich über die natürliche elektromagnetische Radiation (NEMR) nachweisen lassen (Abb. 1)
Abb. 1: Bodenuntersuchungen und -bewertungen in Kombination mit der NEMR-Methode und konventionellen geothermischen Explorationstechniken.
Mit Hilfe konventioneller geologischer und seismischer Untersuchungs- bzw. Erkundungsverfahren sowie daraus abgeleiteter strukturgeologischer Modelle ergeben sich in der Regel Zielgebiete, die im Bereich der Reservoire günstige Voraussetzungen für die
Umsetzung hydrogeothermischer Projekte anzeigen. Günstig sind vor allem Zerrüttungszonen entlang aktiver Störungen, da in diesen Zonen infolge der andauernden tektonischen Deformationen fortlaufend neue Risse und Klüfte entstehen, bzw. bereits durch chemische Ausfällungen verheilte Klüfte wieder aufgebrochen werden. Dadurch wird permanent neues Speichervolumen in der Störungszone gebildet. Hohe Wasserspeicherkapazitäten in Verbindung mit hohen Durchlässigkeiten sind eine wesentliche Voraussetzung für ein erfolgreiches Hydrogeothermieprojekt. Diese werden vorzugsweise in aktiven Störungszonen erzielt.
Aktive Störungszonen können durch Oberflächenmessungen auf vielfältige Weise ermittelt werden, so beispielsweise aus der Analyse der Oberflächenformen (Geomorphologie), Luft und Satellitenbildauswertungen und geodätische Messungen. Zur Erkennung rezent aktiver Störungssysteme bietet sich zusätzliche die NEMR-Methode an. Diese Methode beruht auf der Messung der niederfrequenten natürlichen elektromagnetischen Radiation, die mit der andauernden Bildung von Mikrorissen im Gesteine zusammenhängt. Ein wesentlicher Vorteil der NEMR-Methode ist, das sie einfach durchzuführen und kostengünstig ist. Ergänzend werden in den zu untersuchenden Gebieten hoch auflösende Laserscan-Daten auf ihren Inhalt an Oberflächenformen und tektonischen Strukturen analysiert. Ziel ist es, aktive Strukturen mit kleinen Deformationsraten auch noch in Gebieten mit hoher natürlicher und anthropogener Oberflächendynamik (Flusslaufverlagerungen, Hangbewegungen, Landwirtschaft etc.) an der Erdoberfläche zu erkennen.
Die Gaszusammensetzung in Böden, Grundwässern und Gesteinen kann weitere Hinweise zur Interpretation der geologischen Gesamtsituation an einem gegebenen Standort liefern, u.a. auch zu der Frage der Aktivität tektonischer Störungen. Die Gaszusammensetzung ist im Allgemeinen immer eine Folge der Wechselwirkungen zwischen der Lithosphäre, Atmosphäre und Biosphäre. In den obersten Bodenschichten und Aquiferen sind vor allem die Lithologie und das Alter der Gesteine, ihre Tiefenlage, organische Substanzen im Untergrund sowie die klimatischen Verhältnisse von Bedeutung.
Bei den messbaren Gasanteilen in Böden und Grundwässern kann zwischen schnell und einfach vor Ort bestimmbaren Messgrößen, die mit mobilen Messgeräten bestimmt werden können, und aufwändigen, komplexeren Gasbestimmungsmethoden unterschieden werden, die meist nur im Labor eingesetzt werden können.