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380 Deiches und größeren Stauhöhen verringerten sich die Anzahl der Quellpunkte und die Messdauer. Die Auswertungen der Messungen zeigten eine gute Qualität der seismischen Daten. Die Messungen im trockenen Zustand zeigten ein komplexes Wellenfeld, das von direkten Kompressionswellen, Oberflächenwellen sowie reflektierten und refraktierten Wellen der Deichmodellbegrenzungen dominiert wird. Im Nahbereich der Quelle wird das gesamte angeregte Frequenzspektrum in den Boden eingetragen. Im Verlauf einer Hochwasserperiode kann man darin eine Zunahme der Dämpfung und Abnahme der seismischen Wellengeschwindigkeiten mit zunehmender Durchfeuchtung des Deiches erkennen. Die Förderung dieses Projektes durch das BMBF lief planmäßig zum 31. 12. 2005 aus. Am GFZ Potsdam wird es im Rahmen einer Dissertation bearbeitet, die in den kommenden Monaten fertiggestellt werden soll. Geothermie Explorationsgeologie im Geoengineering Die Anwendung und Weiterentwicklung von Methoden zur Auffindung, Charakterisierung und Nutzbarmachung unterirdischer Ressourcen ist ein wesentlicher Schwerpunkt geowissenschaftlicher Forschung in der Sektion Geothermie. Re- Abb. 5.14: Messanordnungen der Quell- und 3-Komponenten-Geophonpunkgionalspezifischeexplorationsgeologite für die Modelldeichversuche am IWG der Universität Karlsruhe. sche Arbeiten erfolgen sowohl im For- Seismic survey consisting of source points and 3-component-geophoschungsthema „Geoengineering“, das nes for the model dikes at the test facility at the IWG, Universtität Karls- sich u. a. mit der geologischen Speicheruhe.rung von CO2 befasst, als auch im Forschungsthema „Geothermische Technologieentwicklung“, das den Ausbau des In-Situ-Geothermielabors Groß Schönebeck zu einer geothermischen Anlage für die Stromgewinnung vorsieht. Abb.5.15: Der automatische Messwagen mit Sweep-Quelle im Einsatz auf dem IWG-Deichmodell der Universität Karlsruhe (Foto: K. Jaksch, GFZ). The monitoring car with the seismic source in use at the test facility at the Theodor-Rehbock-Laboratory (IWG, Universtität Karlsruhe). In Abb. 5.16 sind explorationsgeologische Themenfelder, die in der Sektion Geothermie bearbeitet wurden, dargestellt. Die Erfassung und Interpretation geologischer Strukturen, die Charakterisierung von Reservoiren und Caprocks standen neben der Erarbeitung von regionalen und lokalen thermischen Beckenmodellen sowie von hydrogeologischen Modellen des flachen Untergrundes im Zentrum der Forschung. Die wissenschaftliche Bearbeitung dieser Themen erfordert die Interpretation von Bohrlochmessungen und den Aufbau und die Nutzung von Datenbanken und Geoinformationssystemen. Geographisch war ein Großteil der Arbeiten im Gebiet des Nordostdeutschen Beckens nördlich von Berlin angesiedelt und vor allem auf Bohraufschlüsse konzentriert. So wurde z. B. der terrestrische Wärmestrom, der einen wichtigen Parameter für die Charakterisierung des geothermischen Potentials eines Gebietes darstellt und ein wesentlicher Bestandteil der geothermischen Exploration ist, an zwölf Bohrlokationen neu bestimmt (Abb. 5.17). Die Forschung zum Wärmestrom im Norddeutschen Becken umfasste Labormessungen der Wärmeleitfähigkeit Abb. 5.16: Schwerpunkte der Explorationsgeologie. Main issues of exploration geology. Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
Abb. 5.17: Verteilung von Salzstrukturen im Nordostdeutschen Becken (nach Lokhorst, 1998) und Bohrungen, von denen neue Werte des terrestrischen Wärmestrom vorliegen (aus Lotz, 2004). Die Lokation Ketzin ist der Standort für die CO 2-Speicherung im CO 2SINK-Projekt. Die Lokation Groß Schönebeck ist der Standort für die GFZ-Geothermiebohrung Gt GrSk 4/05, die 2006 zur Entwicklung eines „Enhanced Geothermal Systems“ abgeteuft wird. Size and distribution of salt structures in the area of the Northeast German Basin (after Lokhorst, 1998). Boreholes, in which heat-flow density was determined (Lotz, 2004) are shown. The Ketzin site (storage site of CO 2SINK) and the Groß Schönebeck site (site of the geothermal borehole Gt GrSk 4/05 for developing an Enhanced Geothermal System) are also shown. von Gesteinen des Prä-Perm und des Perm (Rotliegend- Sedimente und Vulkanite), die durch Bohrungen aufgeschlossen sind, die Bestimmung der Gesteinsporosität sowie die Bestimmung der Gehalte an U, Th und K im Labor und durch Bohrlochmessungen der natürlichen Radioaktivität. Daraus wurde die radiogene Wärmeproduktion von Gesteinen des Devons bis Quartärs abgeleitet. Da in vielen Bohrungen die Messungen der natürlichen Radioaktivität in Gamma-Einheiten vorliegen, war es notwendig, eine empirische Beziehung zur Umrechnung dieser Einheiten in moderne API-Einheiten (Abb. 5.18) zu entwickeln. Mit Hilfe der empirischen Gleichung aus Abb. 5.18 können ältere, in der Erdöl-Erdgas-Exploration gemessene Logs in explorative Arbeiten quantitativ einbezogen werden. Für das Nordostdeutsche Becken wurde basierend auf Gamma-Logs eine Bilanzierung des Anteils der Wärmestromdichte in der sedimentären Beckenfüllung vorgenommen. Diese kann bis zu 7 mW/m 2 betragen. Werte der Wärmeleitfähigkeit von über 300 Proben liefern auf der Basis gut dokumentierter Messungen eine neue Datengrundlage für die Bestimmung der Wärmestromdichte, für thermische Beckenmodellierungen und für Modellierungen von regionalen Wärmetransportprozessen. Dabei zeigt sich vor allem für die intensiv beprobten Rotliegend-Sedimente ein enger Zusammenhang von Wärmeleitfähigkeit und Fazies bzw. Diagenese/Zementation der Gesteine. Die Wärmeleitfähigkeiten derselben stratigraphischen und lithologischen Einheit können dabei um mehr als 2 W/m/K variieren. Im Nordostdeutschen Becken sind die strukturgeologischen Verhältnisse durch Salzdome und Salzkissen modifiziert. Auf Grund von großen Kontrasten in der Wärmeleitfähigkeit zwischen Salz und Umgebungsgestein bilden diese Strukturen thermische Anomalien, die sich auch in der Höhe der Wärmestromdichte widerspiegeln. Die Reichweite dieser Störungen im thermischen Feld wurde erstmalig durch Modellrechnungen umfassend quantifiziert (Abb. 5.19). Auf der Basis dieser Modelle war eine Kor- Abb. 5.18: Beispiel für eine aus der Bohrlochmessung der natürlichen Radioaktivität (in Gamma-Einheiten, blaue Kurve) bestimmte Wärmeproduktion (rote Kurve). Die Berechnung erfolgte nach der empirischen Formel A [µW/m 3 ] = 0,0783 (GR[GEc]-5,66). Punkte zeigen Wärmeproduktionsraten aus Labormessungen (aus Norden & Förster, im Druck). Borehole example of radiogenic heat production (red curve) determined from a gamma-ray log (measured in gamma units, blue curve) using the empirical equation A [µW/m 3 ] = 0.0783 (GR[GEc]-5.66) (from Norden & Förster, in press). Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam 381
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