E4Geo: Störungsgebundene Tiefengeothermie

Projektlaufzeit

2022 - 2026
Teilprojekt 1: 07/2022 - 11/2023
Teilprojekt 2: 07/2023 - 12/2024
Teilprojekt 3: 08/2024 - 10/2026

Projektpartner

• Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ), Sektion Organische Geochemie
• LIAG-Institut für Angewandte Geophysik
• TU Bergakademie Freiberg (TUBAF), Institut für Geophysik und Geoinformatik
• Friedrich-Schiller-Universität Jena, Lehrstuhl Allgemeine Geophysik

Projektziele

Mit dem Forschungsvorhaben E4Geo soll in drei Teilprojekten die Nutzung der Energie-Ressource »Tiefengeothermie« in Sachsen weiter vorangetrieben und das Potenzial fundierter bewertet werden. Der Fokus liegt hierbei auf bisher wenig untersuchten störungsgebundenen hydrothermalen Reservoiren. Es soll der Ursprung für den stark erhöhten geothermischen Gradienten im Bereich der ehemaligen Flussspat-Grube Schönbrunn/Vogtl. und dessen energetische Nutzung ergründet werden. In den drei Arbeitspaketen »Seismik/Seismologie«, »Gravimetrie/Potenzialmethoden« und »Fluidgeochemie/Gesteinsparameter« werden dabei Methoden zur groben Abgrenzung des tiefliegenden Thermalwasser-Reservoirs erarbeitet. Vor dem Hintergrund einer möglichen tiefengeothermischen Nutzung in Tiefen von ca. 2-4 km soll auf Basis aller verfügbarer Altdaten das Geothermie-Reservoir eingehend charakterisiert werden. 

Die Projektergebnisse verbessern das Verständnis geothermischer Systeme im Zusammenhang mit granitischen Intrusionen. Sie unterstützen die Entscheidungsfindung in der geothermischen Exploration und helfen bei der Identifikation potenzieller Zielgebiete. Die kombinierte Anwendung von Gravimetrie, Magnetik, Seismik, hydrogeochemischen Analysen sowie geothermischen Wärmeflussmodellen ermöglicht eine präzisere Untergrundcharakterisierung und kann Explorationsrisiken in vergleichbaren geologischen Settings reduzieren.

Die Haupziele sind:

• Charakterisierung eines störungsgebundenen hydrothermalen Geothermie-Reservoirs
• Ergründung der Ursachen für den erhöhten thermischen Gradienten im Bereich der ehemaligen Flussspat-Grube Schönbrunn
• Schaffung der geowissenschaftlichen Grundlagen für die Erschließung und Nutzung des Thermalwassers in 2-4 km Tiefe 

Ergebnisse im ersten Teilprojekt (Zeitraum 07/2022-11/2023):

• Lokale Modelle der Granitkörper von Eichigt und Schönbrunn zeigen einen Kontakthof um den Granitkomplex und unterschiedliche Dichtewerte der beiden Granittypen.
• Die Inversion der Daten deutet auf geringere Dichten und ein Modell mit wassergesättigten Graniten und kleineren Volumina hin.
• Die regionale Modellierung zeigt, dass der gravimetrisch untersuchte Granitkomplex eine Mächtigkeit von über 12 km und eine laterale Ausdehnung von über 20 km hat, was ihn zu einer bedeutenden geothermischen Struktur macht. Es wird empfohlen, zukünftige seismische Ergebnisse in die Weiterentwicklung der Modelle einzubeziehen, um die Genauigkeit zu verbessern.
• Die Reprozessierung der seismischen Daten ergab eine bessere Auflösung der geologischen Strukturen im Bereich des Granitmassivs Eichigt-Schönbrunn.
• Die Analyse der seismischen Daten ergab Hinweise auf die Existenz eines tiefreichenden Thermalwasser-Reservoirs im Bereich des Granitmassivs.
• Die Planung von neuen seismischen Feldexperimenten soll die Erkenntnisse aus der Reprozessierung der Daten bestätigen und neue Erkenntnisse zur Ausdehnung und Qualität des Thermalwasser-Reservoirs liefern.
• Die Erstellung eines 3D-Modells des Granitmassivs und des Thermalwasser-Reservoirs soll eine detailliertere Analyse der geologischen Strukturen und des Fluidflusses ermöglichen.
• Die Detailauswertung der Seismizität ergab, dass im Untersuchungsgebiet eine Reihe von Erdbeben aufgetreten sind. Diese Erdbeben sind vorwiegend tektonisch bedingt und haben ihre Ursache in der Bruchtektonik des Granitmassivs.
• Das Wasser der Thermalquelle Neumühle ist das wärmste, gefolgt vom Brüder-Einigkeit-Stollen und dem Tiefbrunnen Geilsdorf.
• Das Wasser der Thermalquelle Neumühle hat auch den höchsten Gehalt an Chlor, Natrium, Kalium, Kalzium und Magnesium.
• Die Ergebnisse der hydrochemischen Analyse zeigen, dass das Wasser der Thermalquelle Neumühle und des Brüder-Einigkeit-Stollens aus tiefen Grundwasserleitern stammt.

Die Ergebnisse des ersten Teilprojektes sind ein wichtiger Schritt zur Erkundung des Potenzials des Granitmassivs Eichigt-Schönbrunn für die Nutzung tiefengeothermischer Energie. Die neuen Erkenntnisse aus den seismischen Daten und den Feldexperimenten sollen in einem Folgeprojekt genutzt werden, um die Grundlagen für eine tiefengeothermische Nutzung des Thermalwasser-Reservoirs zu schaffen.

Ergebnisse im zweiten Teilprojekt (Zeitraum 07/2023-12/2024):

• zwei neue Seismikprofile (S1, Q1) wurden aufgenommen, vorverarbeitet und migriert
• Ergebnisse zeigen markante, teils unterbrochene Reflektoren in ca. 1,2 - 1,5 km Tiefe
• Profil S1 mit steiler Störung; Profil Q1 mit zusätzlichem Reflektor in 2,5 - 3 km
• detaillierte strukturelle Interpretation erfordert weitere geophysikalische Analysen
• gravimetrische und magnetische Modellierungen zeigen strukturierten Granitkomplex
• Störungszonen und lithologische Kontakte wurden als potenzielle Fluidzirkulationspfade identifiziert
• Störungen im Randbereich der Granite sind prioritäre Ziele für weiterführende geophysikalische Untersuchungen und mögliche Bohrungen
• die Thermalwässer im SW-Vogtland sind überwiegend meteorischen Ursprungs
• Mischung mit kälteren Grundwässern; hydrothermale Komponente ca. 9 - 24 %
• geschätzte Thermalwassertemperaturen: ca. 62°C (Neumühle) und 74°C (Schönbrunn)
• maximale Reservoirtemperaturen bei etwa 90 - 130°C
• Herkunft aus dem verdeckten Granitmassiv Eichigt-Schönbrunn

 

Untersuchungen im dritten Teilprojekt (Zeitraum 08/2024 – 10/2026)

• »Reflection-Image-Spectroscopy« für die bessere Abgrenzung von Strukturen in den Seismik-Daten
• eines S-Wellengeschwindigkeitsmodells sowie eines Vp/Vs-Modells
• Update seismischer Abbildungsverfahren
• Bestimmung gesteins-physikalischer Parameter (Dichte, magnetische Suszeptibilität)
• Erarbeitung eines FEFLOW-Modells zur thermohydraulischen Modellierung
• Fortsetzung der in Projektteil 1 und 2 begonnenen Zeitreihenuntersuchungen zur Hydrochemie und -isotropie sowie zur Gaszusammensetzung und –isotopie
• Altersuntersuchungen an Wasserproben unter gleichzeitiger Nutzung von vier Alterstracern (H-3, He-4, C-14 und Cl-36)
• Erarbeitung von hydro- und petrochemischen Parametern für die Attribuierung des geologischen Strukturmodells