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TU Berlin

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Bestimmung von in-situ-Wärmeleitfähigkeiten

Projektleitung: Prof. Dr. H. Burkhardt
Mitarbeiter: B. Troschke
Projektdauer: 1.8.1995 - 31.12.1997

Projektziel:

Die Kenntnis des regionalen Wärmestromdichtefelds ist eine wichtige Voraussetzung für alle geothermischen Problemstellungen. Dies gilt in besonderem Maße für die Planung von Anlagen zur Nutzung der geothermischen Energie.

Zur Bestimmung der Wärmestromdichte aus Temperaturgradientenmessungen in Bohrlöchern wird die Wärmeleitfähigkeit der Gesteinsformation benötigt. Liegen diese Daten mit ausreichender Genauigkeit und vertikaler Auflösung vor, so läßt sich die vertikale Änderung der Wärmestromdichte ermitteln, aus deren regionaler Verteilung eine Abschätzung der Anteile von konduktivem und advektivem Wärmetransport möglich ist.

Die Ermittlung der Gesteins-Wärmeleitfähigkeit gehört zu den klassischen Aufgaben der Geothermie. Obwohl daher zahlreiche Arbeiten zu diesem Thema existieren, ist immer noch eine Reihe von Fragen offen. Zu diesen offenen Fragen zählen das Problem der Anisotropie (z.B. die Schichtungsanisotropie für Sedimentgestein), die Verknüpfung mit anderen Gesteinsparametern sowie die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Labormessungen auf die realen in-situ Bedingungen (Einflüsse von Skalierung, p-T-Umgebungsbedingungen, Porenfluide, irreversiblen Effekten bei Probenentnahme, Probenrepräsentanz). Erste systematische Untersuchungen dieser Fragestellungen wurden u.a. auch an unserem Institut durchgeführt. Es fehlen jedoch weitgehend entsprechende Untersuchungen im regionalen Maßstab unter Ausschöpfung aller zur Verfügung stehenden Daten und unter Einsatz eines breiten Methodenspektrums.

Die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit soll mit verschieden Methoden erfolgen. Dazu gehören Labormessungen an Gesteinsproben, Bohrkernen und Bohrklein sowie Abschätzungen aus anderen physikalischen Gesteinseigenschaften (z.B. aus Bohrlogdaten) und aus dem Mineralbestand mittels physikalischer Gesteinsmodelle. Weiterhin ist geplant, diese Daten durch in-situ-Messungen der Wärmeleitfähigkeit in Bohrlöchern zu ergänzen. Ziel dieses mehrgleisigen Vorgehens ist die Verbesserung der Qualität der Wärmeleitfähigkeitsdaten und die Entwicklung eines Konzepts zur optimalen Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit unter realen in-situ-Bedingungen.

Wissenschaftliches Arbeitsziel ist die Ermittlung zuverlässiger Wärmeleitfähigkeitswerte als Grundlage für die Bestimmung regionaler Wärmestromdichtefelder. Durch den kombinierten Einsatz verschiedener Meß- und Interpretationsmethoden soll eine Verbesserung der Datenqualität erreicht werden. Dies schließt auch experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Relevanz der Wärmeleitfähigkeitsdaten im Hinblick auf reale in-situ-Bedingungen sowie die Erarbeitung eines Konzeptes zur optimalen Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit ein.

Als technisches Ziel steht die Weiterentwicklung einer problemangepassten Bohrlochsonde zur in-situ-Messung der Wärmeleitfähigkeit im Vordergrund. Hier soll zunächst auf der Grundlage erfolgreich erprobter Konzept eine Machbarkeitsstudie für eine vielfältig einsetzbare und kostengerechte Sonde erstellt werden.

Die vorgesehene enge Zusammenarbeit mit dem GFZ (Dr. Huengens, Dipl.-Geophys. Erbas), vor allem in den Bereichen Datenbeschaffung und Sondenbau, stellt eine notwendige Voraussetzung für einen erfolgreichen Projektablauf dar. Eine Zusammenarbeit in den Bereichen geothermische Modellierung sowie Temperatur- und Wärmestromdichtfeld mit den Referat Geothermie (Dr. Clauser) des NLfB-Hannover ist ebenfalls vorgesehen.

 

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