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Geowissenschaftliche Methoden zur Exploration geothermischer Ressourcen ein Überblick Vortrag zur Vorlesung Geothermie im SoSe 2009 Von Tobias Klaas.

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Präsentation zum Thema: "Geowissenschaftliche Methoden zur Exploration geothermischer Ressourcen ein Überblick Vortrag zur Vorlesung Geothermie im SoSe 2009 Von Tobias Klaas."—  Präsentation transkript:

1 Geowissenschaftliche Methoden zur Exploration geothermischer Ressourcen ein Überblick Vortrag zur Vorlesung Geothermie im SoSe 2009 Von Tobias Klaas

2 Inhalt der Präsentation Ziele und Aufgaben der Exploration – Kosten der Exploration – Risiko-Management in der Exploration Schritte der Exploration – Explorations-Schritte – Geowissenschaften in der Exploration Geophysikalische Methoden – Nutzbare physikalische Effekte – Verbreitete geophysikalische Methoden Detaillierte Betrachtung der Magnetotellurik Besonderheiten bei der Exploration geothermischer Ressourcen Fazit – Stand der Technik in der geothermischen Exploration Ausblick - Forschungsschwerpunkte

3 Ziele und Aufgaben der Exploration Ziel der Exploration ist die Lokalisation und Erkundung potentiell wirtschaftlich nutzbarer geothermischer Ressourcen Außerdem die Risiko- und somit Kostenminimierung für notwendige Erkundungsbohrungen zur Erschließung der Ressource Sowie die Erforschung ihrer Charakteristika wie der Gesteinsstruktur und der Menge und Qualität der gewinnbaren Energie

4 Kosten der Exploration Exploration ist der risikoreichste Teil der Entwicklung einer geothermischen Ressource Der Kostenanteil der Exploration an der Erschließung einer geothermischen Ressource beträgt bis zu 50% In der Vergangenheit führte nur eine von fünf Tiefenbohrungen zur Exploration einer geothermischen Ressource zu wirtschaftlichem Erfolg

5 Risiko-Management in der Exploration 100% Sicherheit Zeit und Geld für Exploration Sicherheit für Wirtschaftlichkeit Rest-Risiko

6 Risiko-Management in der Exploration Maximaler Wissensgewinn über die geothermische Ressource bei Einhaltung vorgegebener Rahmenbedingungen Zwei mögliche Ansätze: Sammele soviel Wissen wie möglich vor der Bohrung Sammele nur die wertvollsten Informationen Es besteht immer ein Restrisiko! 100% Sicherheit Zeit und Geld für Exploration Sicherheit für Wirtschaftlichekeit

7 Schritte der Exploration Festlegen des zu untersuchenden Lands und sicherstellen der Nutzungsrechte Recherche: Sichten bereits vorhandenen Datenmaterials, sammeln aller relevanten Daten Erste Begehung: Karten und geologische und geochemische Untersuchungen (Boots on the ground) Durchführen geophysikalischer Untersuchungen Bohrphase: Messung von Temperaturgradienten und Erkundungsbohrungen

8 Geowissenschaften in der Exploration Geologie Geothermische Anomalien Detaillierte Kartierung Geochemie Geothermometrie Analyse vorkommender Mineralien Geophysik (Orts-)Spezifische Zusammenstellung geophysikalischer Methoden

9 Geophysikalische Methoden (1/3) SchwerkraftElektrizitätTemperaturSeismikMagnetismus Elektro- Magnetismus

10 Geophysikalische Methoden (2/3) Gravitationsmessungen Messung des Gravitationsfeldes an unterschiedlichen Orten des zu untersuchenden Gebiets Unterschiede in den Messdaten lassen auf unterschiedliche Dichteverteilungen im Untergrund schließen Verschiedene Gesteinstypen können identifiziert werden; Es ist möglich Dichteprofile des Untergrunds zu erstellen Erstellung struktureller Abbildungen des Untergrunds Relativ kostengünstige Methode

11 Geophysikalische Methoden (3/3) 3D-Seismik Einbringen künstlicher seismischer Wellen über Vibratoren oder Sprengsätze Erstellung eines dreidimensionalen Bildes des Untergrunds anhand der reflektierten Wellen mittels Messung an mehreren Orten Sehr erfolgreich in der Öl- und Gasexploration, häufig verwendet in der Geothermie Sehr kostenintensiv

12 Magnetotellurik – Grundlagen (1/2) Das magnetische Feld der Erde unterliegt natürlichen Schwankungen, durch – Stromsysteme in Ionosphäre und Magnetosphäre – Weltweite Gewitteraktivität Ursache für Schwankungen sind zumeist – Wellen- und Partikelstrahlung durch Sonnenaktivität – Grad der Ionisation der Ionosphäre

13 Variationen des Erdmagnetfeldes Amplitude der Schwankungen im Erdmagnetfeld über Frequenz bzw. Periode Die Pulsationen im Erdmagnetfeld reichen von Bruchteilen von Sekunden bis zu Minuten

14 Magnetotellurik Grundlagen (2/3) Messung von elektrischen und magnetischen Feldern an der Erdoberfläche Berechnung der Impedanz (Verhältnis von elektrischer Feldstärke zu magnetischer Feldstärke) Berechnung der elektrischen Leitfähigkeit im Untergrund

15 Magnetotellurik – Grundlagen (3/3) Bestimmung der der Gesteinsart über Widerstand Bestimmung der Messtiefe über Skin- Effekt bzw. Skin-Tiefe (Frequenz) Messungen bis zu 100km Tiefe bei niedrigen Frequenzen (mit entsprechendem Zeitaufwand!)

16 Besonderheiten bei der Exploration geothermischer Ressourcen Bisher Beschränkung auf Orte an denen geothermische Anomalien offensichtlich zutage treten Komplexer geologischer Aufbau geothermischer Reservoirs erschwert ihre Charakterisierung Geothermische Anomalie allein garantiert keinen wirtschaftlichen Betrieb (Temperatur und Massenstrom müssen stimmen) Große Zeit- und Geldinvestitionen notwendig zur Nutzbarmachung einer geothermischen Ressource im Anschluss an die Exploration Geophysikalische Techniken für die Geothermie noch nicht ausreichend entwickelt

17 Fazit – Stand der Technik Exploration ist sehr teuer und äußerst risikoreich Es gibt keine geophysikalische Methode die allein dazu in der Lage ist eine geothermische Ressource ausreichend genau zu charakterisieren Es ist immer die Zusammenarbeit einer Vielzahl unterschiedliche Experte notwendig Nur die Erkundungsbohrung bringt abschließende Sicherheit über geothermische Ressource!

18 Ausblick Forschungsschwerpunkte Weiterentwicklung der geophysikalischen Methoden – Auflösung, Verlässlichkeit – Reduzierung von Störungen (Rauschen) Entwicklung neuer Technologien – Identifizierung von Permeabilität – Identifizierung von Fluid-Strömungen Entwicklung eines umfassenden Daten- Managements / einer Datenbank

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Literatur: Taylor, Mark A: The state of Geothermal Technology, Part I: Subsurface Technology; Geothermal Energy Association, 2007 Manzella, Adele: Geophysical Methods in Geothermal Exploration; Italian National Researh Council, International Insitute for Geothermal Research, 2006 Börner, Ralph-Uwe: Magnetotellurik – Elektromagnetik; Vorlesungsskript WS 2007/08 Forseo GmbH, Geothermie – Wertschöpfung und Wirtschaftlichkeit von Geothermieprojekten in Deutschland, 2008 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia: Magnetic Pulsations FU Berlin: Magnetotellurik Grundlagen Unsworth, Martin: How magnetotellurics works

20 Scheinbarer Widerstand (1/2)

21 Scheinbarer Widerstand (2/2)

22 Änderung des Erdmagnetfeldes

23 Scheinbarer Widerstand (2/3)

24 Kostenstruktur

25 Scheinbare Impedanz


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