abschätzung der auswirkungen von fracking-maßnahmen auf quartäre grundwasserleiter
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‹Nr.› | Geologisches System – NDB, Modellparametrisierung
M. Sauter, R. Helmig, IHS, T. Lange, K. Brosig, A. Kissinger
Abschätzung der Auswirkungen von Fracking-Maßnahmen auf quartäre Grundwasserleiter
- Konzept, Szenarien, Herangehensweise, erste Ergebnisse –
Münster, 24. Februar 2012
‹Nr.› | Geologisches System – NDB, Modellparametrisierung
M. Sauter, R. Helmig, IHS, T. Lange, K. Brosig, A. Kissinger
Quellelement
Senkenelement
Senkenelement
Bohrung
Störungszone
Grundwasserleiter
Grundwasserleiter
Systemkomponenten (schematische Darstellung)
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M. Sauter, R. Helmig, IHS, T. Lange, K. Brosig, A. Kissinger
Ziele der AG Geologische Risiken
• Abschätzung der Kontaminationsrisiken durch Fracking-Fluide im Grundwasser
- Kurzfristig durch Fracking-Operationen (wenige Stunden, hohe Potentialgradienten)
- Langfristig durch Grundwassergrundströmung (Jahre, Jahrzehnte; geringe Potentialgradienten)
• Abschätzung der Massenflüsse der Fracking-Fluide im Grundwasser
• à Fracht
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Hauptfragestellungen
• Effektivität des Deckgebirges als Barriere für Transport (Mächtigkeit, Permeabilität)
• Rolle von Salzformationen als Barriere für Fracking-Ausbreitung und Transport
• Effektive hydraulische Leitfähigkeiten der Transportwege (Störungszonen, Deckgebirgseinheiten)
• Ausdehnung der Fracs (Rolle als Transportpfad)?
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Modellparametrisierung • Allgemein
- Hydraulischer Leitfähigkeitstensor (isotrop/anisotrop) -> Analoga/Literatur
- Berücksichtigung der Anisotropie der hydraulischen Parameter im Deckgebirge (Khorizontal > Kvertikal),
à lateraler Druckabbau (Leakoff) und horizontaler Transport
- Hydraulische Gradienten -> Grundwassergleichenpläne, HK 50, aktuelle Quellaustritte, Lage historischer Quellen (Literatur/historische Karten)
- Effektive Porositäten -> Analoga/Literatur - Konservativer Transport -> vorerst ohne Sorption/Reaktion/Abbau/
Matrixdiffusion
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Wahl der Settings (Faktoren) • Typisch für ein bestimmtes Gebiet ('Verortung') • Typische Bandbreite der stratigraphisch-lithologischen Abfolge und
Mächtigkeitsverteilung • Notwendige Variantenreduktion für Simulationen • Ableitung allgemeiner bzw. genereller Aussagengrößen
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• Lokale Settings – Prognose des Stofftransports während der Fracking-Phase (wenige Stunden, Puls) – Norddeutsches Becken (Wealden, Posidonienschiefer;
Schiefergas) • Hohe Deckgebirgsmächtigkeit, Salz-Formation (Quakenbrück-
Ortland) • Geringere Deckgebirgsmächtigkeit, Salz-Formation (Lünne) • Geringere Deckgebirgsmächtigkeit, kein Salz (Damme)
– Norddeutsches Becken (Oberkarbon Sandstein-Tonstein-Abfolgen; Tight Gas) • Sehr hohe Deckgebirgsmächtigkeit, Salz-Formationen (Vechta)
• Abschätzung hydraulischer Leitfähigkeiten des Deckgebirges / der Störungszonen,
• Abschätzung der hydraulischen Potentialdifferenzen, Fracking-Dimension
Settings Norddeutsches Becken
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M. Sauter, R. Helmig, IHS, T. Lange, K. Brosig, A. Kissinger
Settings Norddeutsches Becken
Erstellt durch: IHS
Erstellt durch: IHS
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Settings Norddeutsches Becken
Erstellt durch: IHS
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Settings Norddeutsches Becken • Hydraulische Eigenschaften Grundwasserleiter/-geringleiter
BB-beeinflusst = Bergbau-beeinflusst
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Settings Norddeutsches Becken • Hydraulische Eigenschaften Grundwasserleiter/-geringleiter
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Settings Norddeutsches Becken
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Settings Norddeutsches Becken
Quakenbrück-Ortland: Hohe Deckgebirgs-mächtigkeit, Salz-Formation
Damme: Geringere Deckgebirgs-mächtigkeit, keine Salzformation
Vechta: Sehr hohe Deckgebirgs-mächtigkeit, Salz-Formation
Lünne: Geringe Deckgebirgs-mächtigkeit, Salz-Formation
• Hydrogeologische Profile
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Modellparametrisierung • Potentielle Störungen
- Datenverfügbarkeit Münsterländer/Norddeutsches Becken gering: § aufwendig zu erheben § bisher von untergeordnetem Interesse § exakte Lokalisierung oberflächennaher Störungen schwierig
- Unbekannte hydraulische Störungsparameter: § Breite und hydraulische Leitfähigkeit § mittlere, effektive Porosität § Dispersivitäten
- Hydraulische Parametrisierung indirekt möglich durch: § Upscaling (Fels-Labormaßstab) -> sehr aufwendig, unsicher § Tracertests -> hohe Permeabilitäten erforderlich § Wasser- und Stoffbilanzen -> ergeben integrale
Transmissivitäten
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Geologisch-hydrogeologisches Profil (Zentrales Münsterland)
Modellhafte Störungen mit versch. Deckgebirgsmächtigkeiten
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Parametrisierung hydraulisch wirksamer Störungszonen
QStörung = TStörung * grad_hStörung
QStörung
grad_hStörung • Konservativer
Ansatz • Praktische
Erfahrung: Bereits erhöhte Hintergrundwerte für Salinitäten im Emscher Mergel
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Parametrisierung hydraulisch wirksamer Störungszonen
Abb: Lotze & Kötter, 1958
• Schneider (1962): räumliche Korrelation Salinität – Störungen
• Korrelation in der Praxis nicht immer eindeutig
• Unterschiedliche Bezugsniveaus (Teufenabhängigkeit)
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Untere Randbedingung, Frac-Geometrie
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Zusammenfassung
• Die geologische Situation in den Aufsuchungsgebieten ist unterschiedlich
• Angesichts der Vielfalt an geologischen Situationen und Lagerstättentypen beschreibt der Expertenkreis sieben in den Aufsuchungsregionen vorkommende typische geologische Situationen („Settings“)
• Diese bilden jeweils unterschiedliche Standortverhältnisse ab. • Für diese werden jeweils Angaben zur Schichtmächtigkeit,
Gebirgsdurchlässigkeit (einschließlich deren Richtungsabhängigkeit) und effektiven Porosität gemacht, die in die Modellierung einfließen.
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