Beitrag
Aquifer characterisation of the karstified Massenkalk carbonates as potential geothermal reservoir: implications from borehole logging and hydraulic testing (Hagen, Germany)
Jagert, Felix; Kruszewski, Michal; Mueller, Mathias; Wohnlich, Stefan; Immenhauser, Adrian
Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Band 176 Heft 1 (2025), p. 95 - 114
71 Literaturangaben
veröffentlicht: Apr 28, 2025
Online veröffentlicht: Apr 23, 2025
Manuskript akzeptiert: Feb 4, 2025
finale Ms. Revision erhalten: Jan 17, 2025
Manuskript-Revision angefordert: Jul 21, 2024
Manuskript erhalten: Apr 11, 2024
ArtNo. ESP171017601009, Preis: 29.00 €
Abstract
The hydrogeological characterisation of karst aquifers poses challenges due to their highly heterogeneous nature. To investigate the hydrogeological properties of karstic aquifers as potential geothermal reservoirs, a 224-metre-deep borehole was drilled into the Devonian Massenkalk carbonate in the Steltenberg quarry in Hagen, North Rhine-Westphalia, Germany. Borehole geophysical investigations and hydraulic tests revealed highly heterogeneous and permeable karstified structures. The transmissivity averages 6.75 × 10–4 m2/s. The storage coefficient, averaging 3.95 × 10–4, points to a confined aquifer. The step-drawdown test in the new well results in 141.4 m3/d × m as the well yield. A notable characteristic of the investigated karst aquifer is its vuggy porosity, which contributes to its bulk porosity and hydraulic storage capacity. Major fluid pathways in the aquifer are predominantly controlled by a series of highly conductive karst systems, such as dissolution-widened fractures and pre-existing vugs. Other distinct fracture sets discovered with borehole logging are less hydraulically relevant.
Kurzfassung
Die hydrogeologische Charakterisierung von Karstgrundwasserleitern ist aufgrund ihrer stark heterogenen Beschaffenheit eine Herausforderung. Zur Untersuchung der hydrogeologischen Eigenschaften von Karstaquiferen als potenzielle geothermische Reservoire wurde eine 224 m tiefe Bohrung in die devonische Karbonatformation des „Massenkalk“ im Steinbruch Steltenberg in Hagen, Nordrhein-Westfalen niedergebracht. Bohrlochgeophysikalische Untersuchungen und hydraulische Tests ergaben stark heterogene und durchlässige verkarstete Strukturen. Die Transmissivität beträgt im Durchschnitt 6,75 × 10–4 m2/s. Der Speicherkoeffizient von durchschnittlich 3,95 × 10–4 weist auf einen gespannten Grundwasserleiter hin. Der in der neuen Bohrung durchgeführte Step-Drawdown-Test ergab 141,4 m3/d × m als Brunnenergiebigkeit. Ein bemerkenswertes Merkmal des untersuchten Karstaquifers ist seine kavernöse Porosität, die zu seiner Gesamtporosität und hydraulischen Speicherkapazität beiträgt. Wir stellen fest, dass die wichtigsten Fließwege im Grundwasserleiter überwiegend durch eine Reihe einzelner, hochleitfähiger Karsterscheinungen, wie z. B. durch Auflösung aufgeweitete Klüfte und bereits existierende Hohlräume, kontrolliert werden. Andere ausgeprägte Kluftsysteme, die mit Hilfe von Bohrlochmessungen entdeckt wurden, sind hydraulisch weniger relevant.
Schlagworte
karst aquifer • borehole • vuggy porosity • Massenkalk • Hagen • geothermal energy