Martin Potten1, Daniel Bohnsack2, Michael Drews3, Heiko Käsling1, Kurosch Thuro1
1Technische Universität München, Lehrstuhl für Ingenieurgeologie, Deutschland; 2Technische Universität München, Lehrstuhl für Hydrogeologie, Deutschland; 3Technische Universität München, Professur für Geothermal Technologies, Deutschland
Um die deutschen Klimaziele zu realisieren, kann die bayerische Tiefengeothermie eine signifikante Rolle spielen. Damit diese Art der erneuerbaren Energieerzeugung weiter gefördert wird, müssen die Prognosen für die tiefe hydrothermale Exploration und die Erfolgsaussichten in Karbonatreservoiren im Bayerischen Molassebecken weiter verbessert werden. In NE Bayern sind erhöhte petrothermale Potentiale vorhanden, welche umfassend erkundet werden sollen, damit die petrothermale Geothermie als zukunftsträchtige Technologie in Bayern entwickelt und erschlossen werden kann. Aus diesem Grund wurde der Forschungsverbund „Geothermie-Allianz Bayern“ (GAB) gegründet. Das übergeordnete Ziel der GAB ist es, die erneuerbare Energieressource Geothermie für den hiesigen Energiemarkt zu installieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden der Oberjura („Malm“)-Aquifer im Bayerischen Molassebecken sowie die potentiellen granitischen Reservoire in Nordbayern geomechanisch untersucht.
Für den Malm-Aquifer wurde erstmals eine Parameterstudie an wenig verfügbaren Bohrkernen aus verschiedenen Tiefen durchgeführt. An den Bohrkernen konnten die Gesteine des sehr heterogen ausgebildeten Malm-Aquifers komplett beprobt werden. Bei den bearbeiteten tiefen Kernbohrungen handelt es sich zum einen um zwei Forschungsbohrungen, zum anderen um neun Bohrungen die während der Kohlenwasserstoffexploration abgeteuft wurden. Für NE Bayern existieren keine ausreichend tiefen Bohrungen, die die möglichen Granitreservoire erbohrt haben und folglich nicht beprobt werden konnten. Aus diesem Grund wurden aus zwölf naheliegenden Granitsteinbrüchen im Fichtelgebirge Analogproben für eine Parameterstudie entnommen. Die Steinbrüche bieten den Vorteil, dass Proben einfach und in großer Zahl zugänglich sind. Sollten im Untergrund Nordbayerns granitische Reservoire vorhanden sein, wäre eine Zusammensetzung und Genese ähnlich der Fichtelgebirgsgranite wahrscheinlich.
Um die geotechnischen Parameter für die beiden Reservoirtypen zu ermitteln wurde ein umfangreiches felsmechanisches Laborprogramm an den wenig verfügbaren Bohrkernen sowie Analogproben aus Steinbrüchen durchgeführt. Die Parametrisierung erfolgte durch zerstörungsfreie und zerstörende Prüfverfahren.
Mit dem vorliegenden Kernmaterial aus dem Malm-Aquifer lassen sich die ermittelten geomechanischen Eigenschaften anhand der Stratigraphie, Lithologie und Fazies klassifizieren. Dabei wurde festgestellt, dass geomechanische Trends für die ermittelten Kennwerte bei den Karbonaten erst in der Fazies zu erkennen sind. Erstmals wurden auch die Granitkörper in NE Bayern hinsichtlich ihrer geomechanischen Eigenschaften umfassend untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich die geomechanischen Eigenschaften der Analogproben nicht stark voneinander unterscheiden.
Die ermittelten Kennwerte dienten als Eingangsparameter für eine numerische Simulation von Bohrlochstabilitäten. Für beide Standorte wurde eine Spannungsverteilung im Nahfeld des Bohrlochs durchgeführt und die Auflockerungszone um das Bohrloch berechnet. In Zukunft können die ermittelten Parameterbereiche dazu verwendet werden bestehende geotechnische Modelle zu überprüfen und neue geotechnische Modelle zu erstellen.
Diese Arbeit wird im Rahmen der Geothermie-Allianz Bayern vom Bayerischen Staatsministerium für Bildung und Kultur, Wissenschaft und Kunst gefördert.
