Original paper
Geothermal potential of the Rüdersdorf Formation (Schaumkalk, Lower Muschelkalk) in the greater Berlin area: opportunity or not?
Käsbohrer, Fabian; Franz, Matthias
Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Band 175 Heft 3 (2024), p. 457 - 491
152 references
published: Nov 27, 2024
published online: Oct 15, 2024
manuscript accepted: Aug 9, 2024
final revised version received: Jul 2, 2024
manuscript revision requested: Jun 17, 2024
manuscript received: Mar 17, 2024
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Abstract
The Mesozoic succession of the North German Basin yields considerable resources of heat in place bound to sandstone reservoirs, which have been exploited for heat production since the 1980s. In comparison to these best-practice examples, Mesozoic carbonate reservoirs are underexplored resulting in substantial subsurface uncertainties. This contribution investigates the Rüdersdorf Formation (Schaumkalk, Lower Muschelkalk) in the Rüdersdorf quarry and neighbouring wells to identify potential targets for reservoir developments in the greater Berlin area. The c. 75 m thick Rüdersdorf Formation represents the fundamental shift from mud-dominated lithofacies of the Jena Formation to oolitic and skeletal lithofacies of the classical Schaumkalk. In the Rüdersdorf type-locality, fabric selective dissolution contributed to an average porosity of 24% resulting in the typical foamy texture of the Schaumkalk. But despite large volumes of secondary porosity, potential reservoir developments in the subsurface are concerned with adverse reservoir properties at pore- to reservoir-scale, including low connectivity of pores, low matrix permeability, flow barrier segmentation and limited reservoir thickness. Considering these obstacles, the opportunities for conventional developments of open doublet systems seem to be limited. Remaining opportunities may be identified in fractured Schaumkalk reservoirs at regional fault zones or at salt pillows, where open faults with fractured damage zones contribute to an increased transmissivity of potential reservoirs. But the development of this reservoir type requires the acquisition of seismic data, in particular 3D seismic data, to identify targets and reduce risks.
Kurzfassung
Die in der mesozoischen Abfolge des Norddeutschen Beckens vorhandenen Sandsteinreservoire bergen ein erhebliches geothermisches Potenzial, das bereits seit den 1980er Jahren an einigen Standorten zur Wärmeerzeugung im Dubletten-Betrieb genutzt wird. Im Gegensatz zu diesen bewährten Erschließungsbeispielen sind potenzielle Karbonatreservoire bislang nicht ausreichend untersucht und deshalb mit erheblichen Fündigkeitsrisiken behaftet. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse reservoirgeologischer Untersuchungen der Rüdersdorf-Formation (Schaumkalk, Unterer Muschelkalk) vorgestellt, die im Tagebau Rüdersdorf und in benachbarten Bohrungen bearbeitet wurde, insbesondere um potenzielle Fündigkeitstypen für eine geothermische Nutzung im Großraum Berlin zu identifizieren. Die ca. 75 m mächtige Rüdersdorf-Formation markiert den Wechsel von beckenfaziellen Mergelkalken der Jena-Formation zu oolithischen und bioklastischen Kalken der klassischen Schaumkalkfazies. In der Typlokalität Rüdersdorf trug die selektive Lösung von karbonatischen Partikeln zu einer durchschnittlichen Porosität von 24 % bei, was den oolithischen Kalksteinen ihre charakteristische schaumige Textur verleiht. Trotz der hohen sekundären Porosität wird eine geothermische Nutzung durch ungünstige Reservoirparameter erschwert, darunter geringe Matrixpermeabilität, die Segmentierung des Reservoirs durch Fließbarrieren sowie geringe Nettomächtigkeiten der Reservoirfazies. Angesichts dessen scheinen die Möglichkeiten für konventionelle Erschließungen hydrothermaler Reservoire im Dubletten-Betrieb begrenzt zu sein. Alternative Nutzungsoptionen könnten sich durch störungsgebundene Schaumkalk-Reservoire ergeben, die in regionalen Störungszonen oder oberhalb von Salzstrukturen bekannt sind. Für eine erfolgreiche Erschließung wären hydraulisch wirksame Störungs- und Kluftsysteme notwendig, die zu einer erhöhten Gebirgspermeabilität beitragen. Die Erschließung dieses Fündigkeitstyps setzt jedoch eine intensive seismische Erkundung voraus, insbesondere 3D-Seismik, um Störungssysteme genau zu lokalisieren und das Fündigkeitsrisiko zu minimieren.
Keywords
Triassic • Muschelkalk • Rüdersdorf Formation • geothermal resources • reservoir • oolite • Trias • Muschelkalk • Rüdersdorf-Formation • geothermisches Reservoir • Oolith