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Stochastische Charakterisierung von diskreten Klüften in Festgestein durch hydraulische und Tracer-Tomographie

Das Projekt "Stochastische Charakterisierung von diskreten Klüften in Festgestein durch hydraulische und Tracer-Tomographie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Geowissenschaften und Geographie durchgeführt. Geklüftete Festgesteine haben eine große Bedeutung als Grundwasserleiter und für die petrothermale Geothermie. Eine Herausforderung ist es immer, die strukturellen Merkmale der Festgesteine und jene Kluftsysteme zu erkunden, die für Fließ- und Transportprozesse bedeutend sind. Je genauer die Charakterisierung erfolgt, umso verlässlicher können diese Prozesse mit numerischen Modellen simuliert werden. Zwar gibt es mit numerischen Modellen beeindruckende Möglichkeiten zur effizienten, realistischen, hochauflösenden und gekoppelten Simulation, allerdings lässt sich der Datenbedarf solcher Modelle durch die verfügbaren Erkundungsverfahren kaum decken. Besonders jene standortspezifischen Eigenschaften wie die Kluftgeometrien erfordern angepasste Erkundungsverfahren. Zudem werden nach erfolgreicher Erkundung auch effiziente Methoden benötigt, um die erhobenen Daten in das numerische Modell zu integrieren. Das vorliegende Projekt widmet sich der Anwendung von tomographischen Bohrlochtests mit Wasser (Druck) und Tracer (Salztracer, thermisch) zur Charakterisierung von jenen für Grundwasserfluss und Transport relevanten Klüften. Über die Kombination von Multi-Level-Tests mit mehreren Bohrlöchern wird die räumliche Rekonstruktion von Kluftgeometrien ermöglicht. Eine zentrale Innovation ist die Inversion der aufgezeichneten tomographischen Signale über ein flexibles Bayessches Verfahren, das iterativ Kluftorientierungen, -längen und Kluftdichte anpasst (Inversmodell). Es wird kombiniert mit einer effizienten numerischen Implementierung und Simulation des diskreten Kluftnetzwerks (Vorwärtsmodell). Aufbauend auf den vielversprechenden Ergebnissen aus Vorarbeiten wird das vorgestellte Diskrete-Kluftnetzwerk-Inversionsverfahren hier weiterentwickelt und zur robusten Schätzung von zwei- (2D) und dreidimensionalen (3D) Kluft-Wahrscheinlichkeiten verwendet. Dies wird sowohl über die Anwendung von synthetischen Datensätzen aus virtuellen Bohrlochtests erreicht, als auch mithilfe von Druck- und thermischen Tracerdaten aus in-situ-Experimenten in Kluftgesteinen.

Vorhaben: Bohrungen und geologisches Modell

Das Projekt "Vorhaben: Bohrungen und geologisches Modell" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Piewak & Partner GmbH, Ingenieurbüro für Hydrogeologie und Umweltschutz durchgeführt. Hauptziel ist, Gefährdungen an Wasserreservoiren systematisch zu reduzieren und einen nachhaltigen, effizienten Betrieb langfristig zu ermöglichen. Es soll ein besseres Prozessverständnis entwickelt und Schlüsselparameter identifiziert werden, um heutigen Herausforderungen eines Dammbetriebs zu begegnen. Testgebiet von DAMAST ist der Enguri Staudamm am Südhang des großen Kaukasus in Georgien mit der aktiven Ingirishi Störung, wo seit der Erstbefüllung Seismizität auftritt. Die Änderung des Porendrucks durch den Auf- und Abstau des Reservoirs führet zu Spannungsänderungen. In kritisch gespannten Störungssystemen kann dies zu Seismizität führen. In einer Tiefbohrung sollen deshalb Messungen ausgeführt werden, welche Aussagen zum Spannungsfeld ermöglichen. Die Bohrung soll möglichst die Ingirishi-Störung durchteufen. Hier muss der Bohrplatz nach geologischen Kriterien und nach der Infrastruktur ausgewählt werden. Diese Vorarbeiten sind Gegenstand der Untersuchungen von Piewak & Partner GmbH. Parallel werden die Genehmigungsverfahren für die Bohrungen angestoßen. Danach können der Bohrplatzbau sowie das Abteufen der Bohrung erfolgen. Wir werden auch bei der Erstellung der Bohrung, beim Logging und beim Endausbau mitwirken. Zudem werden 6 Flachbohrungen zur Installation von Seismometern abgeteuft. Nach der Lokalisierung der Erdbebenherde sind diese Befunde mit den geologischen Strukturen im Gelände zu vergleichen. Die Bohrlochmessungen und die Kerne sind auszuwerten. Insbesondere hinsichtlich von Bruchstrukturen die Aussagen zum Spannungszustand erlauben (Bohrlochrandausbrüche, bohrtechnisch induzierte Risse, Core-Disking, Centerline Fractures in Bohrkernen). Aus der Geländekartierung, den Deformationsmessungen und den Ergebnissen der seismischen Überwachung soll der Verlauf aktiver Störungszonen ermittelt und in einem geologischen Modell dargestellt werden. Abschließend wird bei der synoptischen Darstellung der Ergebnisse mitgewirkt.

Teilvorhaben 'Modellierung geothermischer Horizonte und hydraulischer Untersuchungsergebnisse mesozoischer Sandsteinreservoire in Mecklenburg-Vorpommern'

Das Projekt "Teilvorhaben 'Modellierung geothermischer Horizonte und hydraulischer Untersuchungsergebnisse mesozoischer Sandsteinreservoire in Mecklenburg-Vorpommern'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie Mecklenburg-Vorpommern durchgeführt. Das LUNG wird im Rahmen dieses Projekts mithilfe verfügbarer Bohrlochmessungen (Logs) aus Mecklenburg-Vorpommern und angrenzenden nordostdeutschen Bundesländern ausgewählte Horizonte lithologisch klassifizieren und ihre hydraulischen Eigenschaften evaluieren. Ziel ist es, unter Berücksichtigung der Erkenntnisse früherer Untersuchungen in diesem Gebiet (Lithologie, Fazies, hydraulische Testauswertung etc.) insgesamt zu einer besseren Charakterisierung geothermischer Nutzhorizonte zu gelangen. Um die Vergleichbarkeit zwischen den gewonnenen Daten aus Nordost- und Nordwest-Deutschland zu gewährleisten, wird hierbei in enger fachlicher Abstimmung mit dem LIAG vorgegangen. Neben der Charakterisierung und Visualisierung der hydraulischen Parameter von bereits im GeotIS erfassten Nutzhorizonten sollen weitere mögliche Zielformationen für die geothermische Exploration erkundet werden. Dies beginnt mit der Erfassung und GIS-Darstellung der Verbreitung, Tiefenlage und Mächtigkeit von bislang kaum untersuchten geothermischen Reservoiren. Anschließend wird das in GeotIS vorhandene 3D-Modell von Nordostdeutschland durch diese Horizonte ergänzt. Im Rahmen dieses Projekts werden der Untere Buntsandstein und das Toarc bearbeitet, die lokal sandige Abfolgen aufweisen, welche für eine geothermische Nutzung in Frage kommen könnten. Die neuen 3D-Strukturmodelle werden neben Tiefenlage und Verbreitung auch Informationen über Fazies und Lithologie enthalten. Die Erstellung dieser Modelle wird in enger Abstimmung mit dem LIAG und unter Verwendung der Software GOCAD/SKUA von Paradigm erfolgen. Alle neuen Daten zur Struktur und zum Nutzungspotential des tiefen Untergrundes werden in geeigneter Weise im Geothermischen Informationssystem GeotIS dargestellt. Entwicklung von 3D-Strukturmodellen für Nordostdeutschland (M-V) für den Unteren Buntsandstein und das Toarc Untersuchung der hydraulischen Eigenschaften von geothermischen Nutzhorizonten in Nordostdeutschland (M-V).

Teilprojekt 2: Georg-August-Universität Göttingen

Das Projekt "Teilprojekt 2: Georg-August-Universität Göttingen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Georg-August-Universität Göttingen, Geowissenschaftliches Zentrum, Abteilung Angewandte Geologie durchgeführt. Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Minimierung des Erkundungsrisikos bei der Exploration geothermischer Reservoire zur Wärme- und Stromerzeugung in Norddeutschland. Im Rahmen des vorangegangenen Verbundvorhabens (FKZ 0325285) erfolgte die Bearbeitung der geothermischen Hauptreservoire, deren hohes Potenzial an einzelnen Standorten bereits nachgewiesen wurde bzw. genutzt wird (Rhät, Dogger). Das entstandene Kartenwerk stellt Geothermiehorizonte hochauflösend dar und weist auf Potenzialkarten Gebiete mit hohem bzw. niedrigem geothermischen Potenzial aus. Ziel dieses Vorhabens ist die Bearbeitung der geothermischen Hauptreservoire die ein hohes Potenzial besitzen, deren Erkundung jedoch bislang mit einem hohen Risiko verbunden war (Buntsandstein, Lias, Unterkreide). Durch die räumlich hochauflösende Darstellung dieser Geothermiehorizonte auf Potenzialkarten und die Fortschreibung bzw. Erweiterung der bestehenden hydraulischen Datenbank entsteht ein 'Kartenwerk mesozoischer geothermischer Reservoire Norddeutschland'. Dieses Kartenwerk wird das Explorationsrisiko tiefengeothermischer Reservoire in Norddeutschland umfassend und erheblich minimieren und Geothermieprojekte ermöglichen. Durch die Integration in das Geothermische Informationssystem (GeotIS) werden Fündigkeitsprognosen für konkrete Standorte verbessert. An 60 Tiefbohrungen sowie Übertageaufschlüssen des Norddeutschen Beckens wird ein interdisziplinärer Arbeitsansatz aus sedimentologisch-faziellen und petrologisch-hydraulischen Untersuchungen durchgeführt. Dazu zählen verschiedene mikroskopische Verfahren, geochemische Analysen, Sieb- und Schlämmuntersuchungen ebenso wie die Auswertung von geophysikalischen Bohrlochmessungen. Im Ergebnis der Bohrkern- bzw. Aufschlussuntersuchungen und deren Korrelation mit Bohrlochmessungen sowie der Berücksichtigung von Fazies und Diagenese wird es möglich sein, flächenhafte Daten der Reservoirarchitekturen und -hydraulik in Karten darzustellen.

AdaptInfra: Anpassung kritischer Infrastrukturen an die Folgeerscheinungen des Klimawandels im Hochgebirge

Das Projekt "AdaptInfra: Anpassung kritischer Infrastrukturen an die Folgeerscheinungen des Klimawandels im Hochgebirge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Österreichische Akademie der Wissenschaften, Institut für Interdisziplinäre Gebirgsforschung IGF durchgeführt. Im Hochgebirge ist in den letzten Jahren eine Zunahme an morphodynamischen Ereignissen (z.B. Destabilisierung von Hängen, Hangrutschungen, Erosionsprozesse, Bodensenkungen) aufgrund der klimatisch bedingten Degradation von Permafrost, dem Zurückweichen von Gletschern und veränderten Niederschlag/Abflussbeziehungen zu beobachten. Dieser Systemwechsel kann sich nachteilig auf die Unversehrtheit von Infrastrukturen wie Verkehrswegen, Baukonstruktionen, Wartungsanlagen und bestehenden Bauwerken auswirken. Ein Hauptziel dieses Projektes ist die Anwendung von Fernerkundungsmethoden (z.B. multi-temporale Luftbilder, Satellitenbilder, Photogrammetrie und v.a. Laserscanning ) zur Bewertung des Risikos für Infrastrukturen durch Naturgefahren im Kontext des Klimawandels. Hierzu werden Softwarewerkzeuge und Arbeitsabläufe entwickelt und optimiert, die die Ableitung hochaufgelöster digitaler Geländemodelle ermöglichen und die Analyse von Volumen- und Massenbilanzen, Oberflächendeformationen (3D Bewegungsvektoren) und Gebirgseigenschaften (Trennflächengefüge, Blockgrößenverteilungen). Die derart abgeleiteten Parameter werden mit Daten von strukturgeologischen Gelände- und geophysikalischen Bohrlochmessungen validiert und statistisch ausgewertet. Die entwickelten Methoden und Werkzeuge können u.a. systematisch eingesetzt werden bei der Bauwerksplanung, dem kostensparenden und effektiven Einsatz von Monitoring-Systemen an potentiellen Gefahrenstellen und der Planung technischer Schutzmaßnahmen.

Fundamental Processes of Radionuclide Migration (FUNMIG)

Das Projekt "Fundamental Processes of Radionuclide Migration (FUNMIG)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Interdisziplinäre Isotopenforschung e.V. durchgeführt. Aim: Further development and application of the new experimental method Positron Emission Tomography (PET) for spatial resolved studies of advective flow and matrix diffusion in crystalline rock drilled cores. Spatial resolved studies of fluid flow and colloid transport in fractures. Type of work: RTD. Participant: Institut für Interdisziplinäre Isotopenforschung IIF. State of the art before FUNMIG: Non-destructive spatially resolved studies of fluid flow and colloid transport in fractures of crystalline rock drilled cores were not yet executed. Main results (abstract): First time the applicability of PET measurements for non-destructive investigations of the spatial distribution of transport processes of dissolved components and colloids in granitic cores (HRL Äspö, URL Grimsel) is demonstrated. The transport of colloids plays an important role for the radionuclide migration in the potential host rock formations and the long time safety analysis. PET investigations can be used for the validation of the model conceptions. PET data are also the basis for the direct development, validation and parameter estimation of mesoscalic transport models which consider the influence of the real pore and fracture structures. The spatial velocity distribution (channeling) of dissolved components and colloids was measured for the first time in a real fracture using the PET technique. At low flow rates an influence of heterogeneous matrix diffusion processes was detected. Theoretical studies have shown the great influence of the heterogeneous transport distribution in the single fracture on the transport properties of the fracture network. Achievement for PA: A new experimental approach for non-destructive spatially resolved studies of fluid flow and colloid transport in fractured drilled rock cores with PET was developed, new data sets for evaluation of transport models for heterogeneous transport processes in crystalline rocks were aquired.

Projekt UR V: COBRA: CO2-Speicherung-Bohrlochsimulator - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN

Das Projekt "Projekt UR V: COBRA: CO2-Speicherung-Bohrlochsimulator - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Forschungszentrum Umwelt durchgeführt. Gesamtziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, eine Bohrlochsimulatoranlage im Technikums-Maßstab 1:1 zu entwickeln, aufzubauen und zu testen um verschiedene Versiegelungskonzepte eines Bohrlochs zu erproben. Es soll die Prozesskette von der Verfüllung bis zur Langzeitüberwachung abgebildet werden, um Zementations-, Transport-, Degradations- und Selbstheilungsprozesse maßstabsgetreu zu untersuchen und ggf. unterschiedliche Monitoringverfahren realitätsnah zu kalibrieren. Weiterhin soll eine neue Messsensorik (TDR) entwickelt und appliziert werden. Insgesamt sollen hierzu drei Simulatoranlagen (Simulatoren 1,2 und 3) mit einem simulierbaren Bohrlochdurchmesser zwischen 100 und 500 mm und einer Höhe von bis zu 10 m aufgebaut werden. Der maximale Druck in den Anlagen soll 80 bar bei einer Temperatur von 60 C betragen. Das Projekt ist in 3 Arbeitspakete gegliedert.TP1: Entwicklung, Aufbau und Test der Simulatoren. Die Simulatoren werden derart gestaltet, dass eine möglichst große Flexibilität bei der Durchführung der Experimente gewährleistet ist (insb. Druck- und Temperaturbedingungen). TP 2: Entwicklung TDR-Sensorik: Eine neuartige Monitoringmethode für den Einsatz in geologischen CO2-Speichern wird entwickelt und in ein halbautomatisches Auswertesystem integriert. TP3: Langzeitexperimente: Verschiedene Abandonmentstrategien werden überprüft. Zur Untersuchung der Korrosion werden mineralogisch/geochemische Methoden eingesetzt.

Vorhaben: Logistisch-technische Anpassung, Feldtests und Applikation - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN

Das Projekt "Vorhaben: Logistisch-technische Anpassung, Feldtests und Applikation - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bohrlochmessung - Storkow GmbH durchgeführt. In einem Verbundvorhaben der Firma Blm und dem LIAG soll eine für das Monitoring von Salzwasseraufstiegen neuartige Verfahrenskombination entwickelt werden, die Methoden der geophysikalischen Bohrlochmessung mit einem speziellen geoelektrischen Verfahren kombiniert. Bei der Geoelektrik sollen vorhandene Grundwassermessstellen mit Stahlausbau als Elektroden verwendet werden. Bekanntermaßen verändert sich der elektrische Widerstand des Gebirges durch das Eindringen von Salzwasser. Über die Messung des scheinbaren elektrischen Gebirgswiderstandes zwischen mindestens zwei Grundwassermessstellen bzw. die Erfassung von Veränderungen des Widerstandes über die Zeit, erscheint es möglich, große Flächen in kurzer Zeit, mit vertretbarem Aufwand, bezüglich möglicher Salzwasserintrusionen zu untersuchen. Nachfolgende bohrlochgeophysikalische Messungen (Induktions-Log) in mit Kunststoff ausgebauten Grundwassermessstellen ermöglichen dann eine genaue Fixierung der Süß-Salzwassergrenze. In dem vorgesehenen Untersuchungsgebiet Birkholz (ehemaliges Erkundungsgebiet der Vattenfall AG für CO2-Speicherung) ist eine große Anzahl alter Stahlmessstellen vorhanden. Die Arbeiten der LIAG konzentrieren sich auf die Schwerpunkte geophysikalische Grundlagen sowie Modellierung und Inversion. Die Arbeiten der Blm konzentrieren sich auf die logistisch-technische Anpassung der Ausrüstung an die Erfordernisse dieser Messmethode sowie Applikation, Labor- und Feldtests.

Identifikation, Charakterisierung und Darstellung hydraulisch geeigneter Bereiche innerhalb der mesozoischen Sandsteinaquifere in Norddeutschland mittels modernster Forschungsmethoden

Das Projekt "Identifikation, Charakterisierung und Darstellung hydraulisch geeigneter Bereiche innerhalb der mesozoischen Sandsteinaquifere in Norddeutschland mittels modernster Forschungsmethoden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Geologie durchgeführt. Ziel ist des Vorhabens ist die Identifikation, Charakterisierung und Darstellung hydraulisch geeigneter Bereiche innerhalb der mesozoischen Sandsteinaquifere in Norddeutschland mittels modernster Methoden. Erstmals sollen Kartenwerke der geothermischen Hauptaquifere des Norddeutschen Beckens (NDB) erstellt werden, welche die Fazies und Diagenese der Sandsteine berücksichtigen. Somit wird eine Differenzierung in 'geeignete' und 'nicht geeignete' Sandsteine möglich, was eine Minimierung des Erkundungsrisikos bei der Exploration mesozoischer Aquifere zur geothermischen Wärme- und Stromerzeugung bedeutet. An Kernproben von ca. 30 Tiefbohrungen sowie Gesteinsproben von ca. 10 obertägigen Aufschlüssen (ca. 1000 Proben) des Norddeutschen Beckens sollen sedimentologisch-fazielle und petrologisch-hydraulische Untersuchungen durchgeführt werden. Dazu zählen verschiedene mikroskopische Verfahren, geochemisch mineralogische Analysen, Sieb- und Schlämmuntersuchungen ebenso wie die Auswertung von geophysikalischen Bohrlochmessungen. Mit Hilfe der Korrelation von Bohrlochmessungen und Laboruntersuchungen sowie der Berücksichtigung von Fazies und Diagenese wird es möglich, statt der bis dato punktuell dargestellten hydraulischen Daten diese flächenhaft darzustellen. Das resultierende Kartenwerk sorgt für die Minimierung von Fehleinschätzungen bei der Exploration.

Identifikation hydraulisch geeigneter Bereiche innerhalb der mesozoischen Sandsteinaquifere in Norddeutschland

Das Projekt "Identifikation hydraulisch geeigneter Bereiche innerhalb der mesozoischen Sandsteinaquifere in Norddeutschland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GTN Geothermie Neubrandenburg GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Identifikation, Charakterisierung und Darstellung hydraulisch geeigneter Bereiche innerhalb der mesozoischen Sandsteinaquifere in Norddeutschland mittels modernster Methoden. Erstmals sollen Kartenwerke der geothermischen Hauptaquifere des Norddeutschen Beckens (NDB) erstellt werden, die die Fazies und Diagenese der Sandsteine berücksichtigen. Somit wird eine Differenzierung in 'geeignete' und 'nicht geeignete' Sandsteine möglich, was eine Minimierung des Erkundungsrisikos bei der Exploration mesozoischer Aquifere zur geothermischen Wärme- und Stromerzeugung bedeutet. An Kernproben von ca. 30 Tiefbohrungen und Gesteinsproben von ca. 10 obertägigen Ausschlüssen (ca. 1.000 Proben) des NDB sollen sedimentologisch-fazielle und petrologisch-hydraulische Untersuchungen durchgeführt werden. Dazu zählen verschiedene mikroskopische Verfahren, geochemisch-mineralogische Analysen, Sieb- und Schlämmuntersuchungen ebenso wie die Auswertung von geophysikalischen Bohrlochmessungen. Mit Hilfe der Korrelation von Bohrlochmessungen und Laboruntersuchungen sowie der Berücksichtigung von Fazies und Diagenese wird es möglich, die bis dato punktuell dargestellten hydraulischen Daten flächenhaft darzustellen. Das resultierende Kartenwerk sorgt für die Minimierung von Fehleinschätzungen bei der Exploration.

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