Die Aufsuchung von geothermisch nutzbaren Horizonten ist mit geologischen und technischen Risiken verbunden. Ein umfassendes geologisches Bewertungsverfahren („Risk Assessment“) der geologischen Unsicherheiten sollte daher die Grundlage eines jedes fundierten Entscheidungsprozesses im Rahmen der Aufsuchung und Gewinnung von tiefen Thermalwässern sein.

Dieses umfängliche Bewertungsverfahren ist obligatorisch in der Kohlenwasserstoffindustrie; da die Exploration von Erdöl und Erdgas naturgemäß mit hohen Unsicherheiten behaftet ist. Die Übertragung dieses Ansatzes auf die Erkundung von Erdwärme ist nicht nur naheliegend, sondern auch notwendig, um spezifische geologische Risiken systematisch zu identifizieren, zu bewerten und quantifizierbar zu machen. Eine entsprechende Adaption der geologischen Parameter, d.h. von der Bewertung Öl- und Gasprospekte auf thermalwasserführende Nutzhorizonte ist hierbei unerlässlich und erfordert ein Detailwissen bzw. langjährige Erfahrungswerte bei der Erkundung von Erdwärme. Denn neben den geologischen Parameter sind es auch deren „cut-offs“, d.h. Minimalanforderungen an die Parameter des Trägerhorizontes, die bei Risk Assessment einzustellen gilt.

Das auf die Geothermie zugeschnittene Risk Assessment liefert nicht nur eine belastbare Prognose zur Fündigkeit potenziell wirtschaftlich nutzbarer Ressourcen, sondern zeigt auch technische Maßnahmen zur Risikominderung auf, beispielsweise seismische Untersuchungen bei Teufenunsicherheiten, um die Erfolgswahrscheinlichkeit auf eine Fündigkeit zu erhöhen.

Anhand konkreter Beispiele soll veranschaulicht werden, wie ein tragfähiges Risk Assessment für Geothermieprojekten praktisch umgesetzt werden kann.

Die Charakterisierung des Oberjura-Unterkreide Reservoirs (Malm und Purbeck) ist entscheidend für eine sichere und nachhaltige Nutzung und Entwicklung der tiefengeothermischen Ressource im Nordalpinen Vorlandbecken (Molassebecken). Im Rahmen des Forschungsprojekts Beurteilungsmodell für die tiefengeothermische Nutzung in Bayern (BeM-TG) werden Produktivitätsprognosen für neue Geothermiestandorte und Interferenzabschätzungen zwischen hydrogeothermischen Anlagen im Molassebecken erarbeitet. Ein entscheidender Faktor für diese Prognosen ist dabei die Transmissibilität (Permeabilitäts-Kapazität) des Reservoirs sowie die Verbreitung von hochpermeablen Horizonten bzw. hydraulisch aktiven Zonen.

Zur hydraulischen Charakterisierung des Reservoirs wurden deshalb Transmissibilitäten aus Pumpversuchen von Geothermiebohrungen neu ermittelt und bestehende Datensätze ergänzt. Dies ermöglicht einerseits die flächenhafte Interpolation der Transmissibilität bezogen auf die gesamte Reservoirmächtigkeit mittels probabilistischer Methoden (Indikator-Kriging) und andererseits die Charakterisierung der einzelnen hydraulisch aktiven Zonen pro Bohrung. Die Lokalisierung der hydraulisch aktiven Zonen basiert dabei auf ausgewerteten Flowmetermessungen und z.T. auf analysierten kontinuierliche Temperaturprofilmessungen. Für jede hydraulisch aktive Zone wurde dabei der relative Anteil am Gesamtfluss ermittelt. Mit der Gesamttransmissibilität pro Bohrung können so zonenspezifische Transmissibilitäten und Permeabilitäten bestimmt werden. Zusätzlich werden die Zonen mit sequenzstratigraphischen Auswertungen korreliert und mittels geophysikalischen (Image Log) Bohrlochmessungen hinsichtlich ihres Fließverhaltens (Karst-, Vuggy-, Matrix-, Störungsgebunden) klassifiziert und regional im Molassebecken verortet.

Die Ergebnisse ermöglichen eine überarbeitete umfassende räumliche Darstellung der Transmissibilitäten im Malm-Reservoir sowie erstmalig eine differenzierte Charakterisierung der hydraulisch aktiven Zonen, die es ermöglichen Zuflusszonen-Trends im Reservoir aufzuzeigen.

Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zur Charakterisierung und zur nachhaltigen Nutzung des hydrogeothermischen Reservoirs im bayerischen Molassebecken bei und unterstützen die Vorhersagen in einem Beurteilungsmodell.

Die Sandsteine des Mittleren Jura (Dogger) im Norddeutschen Becken wurden trotz ihrer vielversprechenden Verbreitung, Tiefenlage und potentiellen hydraulischen Eigenschaften bisher kaum als geothermische Reservoire in Betracht gezogen. Im BMWE-geförderten Projekt „WarmUp“ werden diese Sandsteine exemplarisch in zwei Arbeitsgebieten untersucht. Ziel ist es die hydraulische Fündigkeit zu erhöhen.

Bisher konzentrieren sich die Untersuchungen auf ein Arbeitsgebiet im Raum Hoya/Nienburg, mit zahlreichen KW-Bohrungen und potenziellen Wärmeabnehmern. In diesem Gebiet sind mehrere Zehnermeter mächtige Sandsteine des Callovium, Bathonium („Cornbrash“) und Bajocium in einer Tiefenlage zwischen ca. 500 und 2000 m von Interesse. Folgende Hauptaspekte werden bearbeitet:

• Verbreitung, Lithologie und Mächtigkeit der Sandsteine
• Porositätsermittlung mittels verschiedener Bohrlochmessungen und deren Vergleich mit Kernuntersuchungen
• Ermittlung von Porositäts-Permeabilitäts-Korrelationen und Bestimmung der Transmissibilität basierend auf Kern- und Bohrlochmessungen
• Abgleich der In-Situ-Transmissibilität aus hydraulischen Daten mit vorliegenden Kern- und Bohrlochmessungen

Als Datengrundlage dienen geophysikalische Bohrlochmessungen (SP-Log, Gamma-, Widerstands-, Sonic-Log, sowie vereinzelt Dichte- und Neutronlog). Die Verfahren zur Porositätsbestimmung werden miteinander verglichen. Aufgrund der vertikalen Variabilität ist das ermittelte Bild sehr uneinheitlich und bedarf entsprechender Korrekturen.

Darüber hinaus wird aus verfügbaren hydraulischen Tests auf die In-Situ-Transmissibilität der untersuchten Abschnitte der Reservoire geschlossen. Diese liegt typischerweise im Bereich von wenigen Darcymetern und damit in einem für die tiefe Geothermie interessanten Bereich. Ein Vergleich der aus den Testdaten ermittelten In-Situ-Transmissibilitäten mit denen aus Kern- und Bohrlochmessungen ermittelten zeigt, dass letztere ebenfalls gute Ergebnisse hervorbringen.

Die hier skizzierten Untersuchungen sollen nachfolgend in einem zweiten Arbeitsgebiet nordwestlich von Hannover, im Umfeld von Hankensbüttel, auf den Sandstein des Aalenium angewandt werden.

The study of the long-term evolution of permeability of crystalline rocks under different high-pressure/temperature conditions is important for various geological underground projects, including the safety disposal of nuclear waste. As one of the specific objectives of the AMPEDEK project, this work focuses not only on studying the thermo-hydro-mechanical response of a representative granitic rock sample from the German crystalline basement under different high-pressure/temperature conditions, but also on analyzing the dynamics of permeability through long-term flow-through experiments.

The experiments were conducted using the Thermo-Triaxial device, which was designed to perform triaxial tests under high pressure/temperature. Cylindrical plugs were tested under different combinations of vertical and lateral stresses at three temperatures (30, 60, and 90 °C). Matrix permeability and the resulting deformation of the plugs were continuously monitored throughout the entire experiment (12 days).

At 30 °C and 60 °C, permeability exhibited minor and reversible changes during one or two load–unload cycles, indicating limited alteration of the rock structure under these conditions. In contrast, at 90 °C, a pronounced and irreversible decrease in permeability—by more than two orders of magnitude—was observed during the first load cycle, suggesting permanent structural changes or clogging effects within the pore network. During the second cycle at 90 °C, the permeability behavior resembled the reversible trends observed at the lower temperatures.

Permeability changes can be categorized into two types based on the prevailing stress conditions: (1) instantaneous changes resulting from the modification of the mean stress, and (2) gradual changes attributed to time-dependent deformation (creep-effect).

Das durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) geförderte Forschungsprojekt WarmUp begleitet wissenschaftlich die Explorationsinitiative des Bundes, um den beschleunigten Ausbau der Geothermie zu unterstützen. In seinem Teilvorhaben untersucht das LIAG das geothermische Nutzungspotenzial deutscher Mittel- und Großstädte anhand eines Kriterienkatalogs, der zusammen mit dem Projektpartner der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) erarbeitet wurde. Dieser Potenzialbewertung liegt zugrunde, dass nur qualifizierte Technologien der hydrothermalen Geothermie eingesetzt werden, so dass keine Technologieentwicklung, sondern vielmehr eine breitgestreute Standortentwicklung und die Erhebung notwendiger Explorationsdaten ermöglicht werden soll. Als Datengrundlage für die Potenzialbewertung dienen frei zugängliche Informationen wie aus dem etablierten Geothermischen Informationssystem GeotIS (www.geotis.de), in dem eine Vielzahl komplexer Reservoirkarten, weitere geologische Informationen sowie Wärmebedarfskarten zur Verfügung stehen. Die Kriterienauswahl folgt dem Play Type Konzept, das systematisch übertägige gesellschaftlich-technische und untertägige geologisch-technische Potenzial für eine geothermische Standortbewertung übereinanderlegt. Aus dem vierstufigen Bewertungsverfahren ergibt sich eine Ranking-Liste der Mittel- und Großstädte Deutschlands, in denen die Tiefengeothermie besonders zügig entwickelt werden kann, da ein gewisser Explorationsstand bereits vorhanden ist. Die Bewertungsmethodik kann auf Kleinstädte mit günstigen Übertage-Voraussetzungen wie einem vorhandenen Wärmenetz oder einem industriellen bzw. gewerblichen Ankerkunden ausgeweitet und angewendet werden. Mit der Ranking-Liste sollen insbesondere die Städte und Gemeinden in Regionen unterstützt werden, in denen Tiefengeothermie noch nicht so etabliert ist wie im Münchner Raum. So weisen rund 70% der Mittel- und Großstädte Norddeutschlands ein positives hydrothermales Potenzial auf, was auf ein hohes Entwicklungspotenzial im Sinne des Hochlaufs der Geothermie hinweist.