Einfluss von Verwerfungen auf Spannungsfeld, Bohrungen und Klüfte im Malm der bayrischen Molasse
Verwerfung oder Fazies? Das ist die Frage, die vielfach im Rahmen der geothermischen Exploration gestellt wird. Während der Ansatz, die Fazies als Explorationsziel zu wählen, geologisch dominiert ist, ist die Exploration auf Verwerfungen durch ein geomechanisches Kalkül getrieben: da es eine mechanisch angelegte Diskontinuität gibt, könnte diese hydraulisch konduktiv sein und somit ein großes Volumen oder zumindest eine große Fläche drainieren. Diese Überlegung bezieht nur die Störung an sich mit ein, betrachtet aber nicht die mechanischen und somit ggf. auch hydraulisch relevanten Auswirkungen der Störung auf das umgebende Gebirge inklusive dessen Trennflächeninventar. Da Störungen gegenüber dem umliegenden Gebirge veränderte Eigenschaften haben - tendenziell weicher sind - stellen sie Zonen erhöhter Deformation dar, welche zu Spannungsalterationen im umgebenden Gebirge, nebst existenten Trennflächen, führen. Diese Alterationen betreffen sowohl die Magnituden als auch die Orientierung des Spannungstensors. Somit können auf existenten Trennflächen im Gebirge lokal die Spannungen verändert sein. Die Trennflächen im Malm der bayrischen Molasse bilden i.A. ein fundamentales Kluftsystem, d.h. dass es drei orthogonale Trennflächenorientierungen gibt. Dies sind im Malm die Schichtung, welche in erster Näherung söhlig liegt, und zwei saigere Trennflächenscharen, welche NS und EW streichen. Im überregionalen Spannungsfeld des Malms der bayrischen Molasse, in welchem die größte Hauptnormalspannung etwa NS streicht, stehen somit alle drei Trennflächenrichtungen etwa senkrecht zu den Hauptnormalspannungen. Das bedeutet weiterhin, dass die Trennflächen, welche unabhängig von den Verwerfungen vorhanden sind, unter hoher Normal- und geringer Scherbelastung Belastung stehen. Eine erhöhte Normalspannung reduziert wiederum die Transmissivität der Trennfläche, was für die Drainage des Gebirges nachteilig ist. Allerdings führen Spannungsumlagerungen an den Störungszonen zu Spannungsalterationen und -rotationen auf den Trennflächen und erzeugen somit konsequenterweise Regionen, in denen die Trennflächen unter einer zusätzlichen Scher- und reduzierter Normalspannung stehen. An dieser Stelle setzte das im Beitrag umrissene Vorhaben an. Im Rahmen des Projektes MAFA (‚Parametrisierung von Fazies, Diagenese, Struktur- und Spannungsfeld sowie Optimierung der Testabläufe im Malm zur Verringerung des Erfolgsrisikos; Teilprojekt B: Struktur- und Spannungsfeld‘) wurden großmaßstäbliche rissmechanische Simulationen durchgeführt, die durch die Verwerfungen induzierte Spannungsumlagerungen simulieren. Hieraus wurde ein Kartenwerk erarbeitet, welches für die geothermische Anwendung ein erster Anhaltspunkt sein kann, die Machbarkeit und Herausforderungen eines Projektes einzuschätzen.
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Einfluss von Verwerfungen auf Spannungsfeld, Bohrungen und Klüfte im Malm der bayrischen Molasse
Abstract
Verwerfung oder Fazies? Das ist die Frage, die vielfach im Rahmen der geothermischen Exploration gestellt wird. Während der Ansatz, die Fazies als Explorationsziel zu wählen, geologisch dominiert ist, ist die Exploration auf Verwerfungen durch ein geomechanisches Kalkül getrieben: da es eine mechanisch angelegte Diskontinuität gibt, könnte diese hydraulisch konduktiv sein und somit ein großes Volumen oder zumindest eine große Fläche drainieren. Diese Überlegung bezieht nur die Störung an sich mit ein, betrachtet aber nicht die mechanischen und somit ggf. auch hydraulisch relevanten Auswirkungen der Störung auf das umgebende Gebirge inklusive dessen Trennflächeninventar. Da Störungen gegenüber dem umliegenden Gebirge veränderte Eigenschaften haben - tendenziell weicher sind - stellen sie Zonen erhöhter Deformation dar, welche zu Spannungsalterationen im umgebenden Gebirge, nebst existenten Trennflächen, führen. Diese Alterationen betreffen sowohl die Magnituden als auch die Orientierung des Spannungstensors. Somit können auf existenten Trennflächen im Gebirge lokal die Spannungen verändert sein. Die Trennflächen im Malm der bayrischen Molasse bilden i.A. ein fundamentales Kluftsystem, d.h. dass es drei orthogonale Trennflächenorientierungen gibt. Dies sind im Malm die Schichtung, welche in erster Näherung söhlig liegt, und zwei saigere Trennflächenscharen, welche NS und EW streichen. Im überregionalen Spannungsfeld des Malms der bayrischen Molasse, in welchem die größte Hauptnormalspannung etwa NS streicht, stehen somit alle drei Trennflächenrichtungen etwa senkrecht zu den Hauptnormalspannungen. Das bedeutet weiterhin, dass die Trennflächen, welche unabhängig von den Verwerfungen vorhanden sind, unter hoher Normal- und geringer Scherbelastung Belastung stehen. Eine erhöhte Normalspannung reduziert wiederum die Transmissivität der Trennfläche, was für die Drainage des Gebirges nachteilig ist. Allerdings führen Spannungsumlagerungen an den Störungszonen zu Spannungsalterationen und -rotationen auf den Trennflächen und erzeugen somit konsequenterweise Regionen, in denen die Trennflächen unter einer zusätzlichen Scher- und reduzierter Normalspannung stehen. An dieser Stelle setzte das im Beitrag umrissene Vorhaben an. Im Rahmen des Projektes MAFA (‚Parametrisierung von Fazies, Diagenese, Struktur- und Spannungsfeld sowie Optimierung der Testabläufe im Malm zur Verringerung des Erfolgsrisikos; Teilprojekt B: Struktur- und Spannungsfeld‘) wurden großmaßstäbliche rissmechanische Simulationen durchgeführt, die durch die Verwerfungen induzierte Spannungsumlagerungen simulieren. Hieraus wurde ein Kartenwerk erarbeitet, welches für die geothermische Anwendung ein erster Anhaltspunkt sein kann, die Machbarkeit und Herausforderungen eines Projektes einzuschätzen.
