ConvEX I Integrierte Explorationsmethoden zur Abbildung hydrothermaler Konvektion

Projekte zur Nutzung tiefer geothermischer Ressourcen sind auf eine zuverlässige Vorhersage von Temperatur und Flüssigkeitsströmung im Zielreservoir angewiesen. ConvEx entwickelt und erprobt eine integrierte Explorationsstrategie zur Abbildung hydrothermaler Konvektion entlang von Verwerfungszonen im Oberrheingraben und zur Verringerung des Explorationsrisikos vor der Bohrung.

Hydrothermale Konvektion entlang durchlässiger Verwerfungszonen kann die thermischen und hydraulischen Bedingungen tiefer geothermischer Lagerstätten stark beeinflussen. In geothermischen Systemen mit niedriger Enthalpie, wie sie für Deutschland typisch sind, besteht die größte Herausforderung bei der Exploration nicht nur darin, geologische Strukturen in der Tiefe zu identifizieren, sondern auch festzustellen, ob diese Strukturen hydraulisch aktiv sind und mit konvektiven Flüssigkeitsströmungen verbunden sind.

ConvEx begegnet dieser Herausforderung durch die Kombination von Explorationsmethoden mit datengestützten numerischen Prozesssimulationen. Das Projekt integriert elektromagnetische Feldmethoden, insbesondere Controlled Source Electromagnetics und Magnetotellurik, mit 3D-seismischen Informationen, petrophysikalischen und Bohrlochdaten, aus Schwerkraftmessungen abgeleiteten Dichteinformationen, Temperaturgradientenbohrungen sowie thermisch, hydraulisch und mechanisch gekoppelten Reservoirsimulationen.

Im Mittelpunkt der Untersuchung stehen geothermische Explorationsgebiete im Oberrheingraben um Landau und Insheim, wo verwerfungsgebundene hydrothermale Systeme wichtige Ziele für die Tiefengeothermie und die Lithiumgewinnung aus Thermalwasser darstellen. Durch die Verknüpfung geophysikalischer Beobachtungen mit 3D-Strukturmodellen und gekoppelten THM-Simulationen zielt ConvEx darauf ab, die räumliche Charakterisierung hydrothermaler Konvektionszellen zu verbessern und die Rolle von Verwerfungszonen bei der Steuerung von Temperatur, Fluidströmung und Lagerstättenleistung zu quantifizieren.

Im Rahmen von ConvEx leistet das GFZ Beiträge zur Projektkoordination, zur elektromagnetischen Feldforschung, zur regionalen und lokalen 3D-Strukturmodellierung sowie zu Prozesssimulationen auf Reservoir-Ebene. Ein zentrales Ziel ist die Entwicklung datenkonsistenter Modelle, die anhand von Temperaturmessungen und Betriebsüberwachungsdaten validiert werden können, sowie die Quantifizierung von Modellsensitivitäten und verbleibenden Unsicherheiten.

Das Ergebnis wird eine übertragbare Explorationsstrategie und ein praktischer Leitfaden zur Verringerung des Explorationsrisikos in tiefen geothermischen Niedrigenthalpie-Systemen sein. Diese Strategie soll eine zuverlässigere Identifizierung von Bohrzielen unterstützen und zur nachhaltigen Erschließung geothermischer Energieressourcen beitragen.