Original paper
Geological and geophysical characterisation of the exploration boreholes EB1 and EB2, Inde Syncline, Rhenohercynian Fold-and-Thrust Belt and Weisweiler Horst, Lower Rhine Embayment, Germany
Jüstel, Alexander; Becker, Stephan; Mamonov, Eugen; Reinsch, Thomas; Orth, Frederik; Pickarski, Nadine; Gaus, Garri; Delzig, Laura; Kruszewski, Michal; Jones, Adam; Ahrens, Benedikt; Salamon, Martin; Sachse, Frank; Oswald, Thomas
Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften (2026)
85 references
published online: Jun 2, 2026
manuscript accepted: Mar 4, 2026
final revised version received: Jan 26, 2026
manuscript revision requested: Apr 25, 2025
manuscript received: Dec 9, 2024
DOI: 10.1127/zdgg/0482
Abstract
Within the framework of the industrial transformation (“Strukturwandel”) in the Rhenish Lignite Mining Area, alternative heat sources are becoming increasingly important to meet municipal heat demand. This need becomes even more pressing with the phase-out of the lignite-fired coal power plant in Weisweiler in 2029. It currently provides approx. 165 MWth of heat to district heating networks in the Rhenish Lignite Mining Area. The development of medium-deep (>400 m) and deep geothermal reservoirs (> 1,500 m) could be a partial solution to provide renewable heat to single buildings, residential or commercial neighbourhoods, or districts of the city of Aachen via the existing district heating network. Two exploratory wells (EB1 and EB2) were drilled next to an existing drill site by RWE Power AG within the exploration framework for geothermal energy and the construction of new research facilities on the premises of the power plant in Weisweiler. The first well, EB1, was drilled in October 2023 with a measured total depth of 100 m while the second one, EB2, was drilled in February 2024 with a measured total depth of 506 m. EB1 was equipped with a 3-component seismometer while a double-U heat exchanger was installed in EB2. Both boreholes are equipped with fibre optic cables along their entire length. An enhanced geothermal response test to estimate the effective thermal conductivities was performed in the second borehole. The cuttings, the core material, and geophysical logs provide information about the distribution of Cenozoic and Palaeozoic deposits of the Weisweiler Horst of the Lower Rhine Embayment. The Palaeozoic deposits of the Inde Syncline of the Rhenohercynian Fold-and-Thrust Belt are encountered at a depth of approximately 70 m. The observations enable the characterisation of depositional sequences (cyclothems) of the Upper Carboniferous and support the evaluation of the structural and petrophysical properties of the encountered alternating layers of mudstone, siltstone, sandstone, and hard coal. Current structural geological models of the area can now be revised to include the more certain stratigraphic boundaries of the Breitgang and Aussenwerke formations. Similarly, it will be possible to recalculate the depth distribution of the Lower Carboniferous Kohlenkalk carbonates by performing an uncertainty analysis. These boreholes mark the initial phase of geothermal exploration of the potential reservoirs around Weisweiler. Seismic campaigns and deep exploration wells are planned to continue exploring the subsurface of the region in the coming years.
Kurzfassung
Aufgrund der Abschaltung des RWE-Kohlekraftwerkes Weisweiler im Jahre 2029, das ca. 165 MWth Wärme für Fernwärmenetze im Rheinischen Revier bereitstellt, werden Alternativen für die klimaneutrale, kommunale Wärmeversorgung gesucht. Hierbei könnte die mitteltiefe (ab 400 m) und tiefe Geothermie (ab 1.500 m) eine wichtige Rolle einnehmen, um einzelne Gebäude, Quartiere, Industriegebiete und ganze Stadtteile der Stadt Aachen mit regenerativer Fernwärme zu versorgen. Im Rahmen der Geothermie-Erkundung und des Aufbaus eines Forschungsstandortes des Fraunhofer IEGs auf dem Kraftwerksgelände Weisweiler wurden vom Bohrbetrieb der RWE Power AG im Oktober 2023 eine 100 m tiefe Erkundungsbohrung (EB1) und im Februar 2024 eine 506 m tiefe Erkundungsbohrung (EB2), angrenzend an den dortigen Tiefbohrplatz, abgeteuft, um in der ersten Bohrung ein 3-Komponenten-Seismometer und in der zweiten Bohrung eine Doppel-U-Erdwärmesonde einzubauen. Beide Bohrungen sind zudem bis zur Endteufe mit Glasfaserkabeln ausgestattet, wobei in der zweiten Bohrung zusätzlich ein Enhanced-Geothermal-Response-Test zur Bestimmung der effektiven Wärmeleitfähigkeiten des Oberkarbons in der Region durchgeführt worden ist. Die Auswertung des Bohrkleins, des Bohrkerns und der geophysikalischen Messungen gibt Aufschlüsse über die Verteilung von känozoischen und paläozoischen Ablagerungen auf dem Weisweiler Horst der Niederrheinischen Bucht. Die paläozoischen Gesteine der Inde Mulde des rhenoherzynischen Falten- und Überschiebungsgürtels stehen in beiden Bohrungen bei etwa 70 m Bohrtiefe an. Die gewonnenen Daten erlauben Rückschlüsse auf die Ablagerungssequenzen (Zyklotheme) im Oberkarbon sowie auf strukturelle und petrophysikalische Eigenschaften der identifizierten Ton-/Silt-/Sandstein/Steinkohlen-Wechselfolgen. Mit Hilfe der durchteuften stratigraphischen Grenzen der Basis Breitgang-Formation und Basis Aussenwerke-Formation können in Zukunft die aktuellen Strukturmodelle aktualisiert und die Teufenlage der unterkarbonischen Kohlenkalke weiter mittels aktualisierter Unsicherheitsanalyse eingegrenzt werden. Die Bohrungen dienen als erste Maßnahmen für die Erkundung tieferer Schichten im Raum Weisweiler. Für die kommenden Jahre sind seismische Vermessungen sowie Tiefbohrungen zur weiteren Erkundung des Untergrundes in der Region geplant.
Keywords
exploration drilling • geothermal energy • well logging • mud logging • fold-and-thrust belt • Explorationsbohrung • Geothermie • Bohrlochmessungen • Bohrlochuntersuchungen • Falten- und Überschiebungsgürtel