Forschungsvorhaben 0325285B „Verbundprojekt: Identifikation hydraulisch geeigneter Bereiche inner- halb der mesozoischen Sandsteinaquifere in Nord- deutschland“ - Schlussbericht - Datum: 13. Januar 2015 Projektleiter: Prof. Dr. Christoph Breitkreuz Dr. Matthias Franz 3 Titel: Verbundprojekt: Identifikation hydraulisch geeigneter Bereiche innerhalb der mesozoischen Sandsteinaqui- fere in Norddeutschland Bearbeitungs- 01.06.2011 – 28.11.2014 zeitraum: Textumfang: 317 Seiten Anlagenzahl: 1 Tabellenzahl: 28 Abbildungszahl: 187 Bearbeiter: Dr. Matthias Franz Dr. Markus Wolfgramm (GTN) Dipl.-Geol. Gregor Barth Dipl.-Geol. Kerstin Nowak (GTN) Dipl.-Geol. Jens Zimmermann M.Sc. Ingmar Budach (GTN) Dipl.-Geogr. Kirsten Thorwart (GTN) Technische Universität Bergakademie Freiberg Institut für Geologie Lehrstuhl für Allgemeine und Historische Geologie Bernhard-von-Cotta-Straße 2 09599 Freiberg/Sa. Tel.: (03731) 39 - 2068 Fax: (03731) 39 - 3599 [email protected] Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. 5 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung ..................................................................................... 27 1.1 Aufgabenstellung ............................................................................................ 27 1.2 Methodik ............................................................................................................. 35 1.2.1 Faziesanalyse ..................................................................................................... 35 1.2.2 Siebanalysen ...................................................................................................... 37 1.2.3 Dünnschliffuntersuchungen ........................................................................ 42 1.2.4 Geochemie ......................................................................................................... 48 1.2.5 Petrophysik, Hydraulik ................................................................................... 50 1.2.6 Bohrlochgeophysik ......................................................................................... 53 1.2.7 Stratigraphie ...................................................................................................... 70 1.2.8 Statistische Verfahren .................................................................................... 72 1.3 Probennahmen, Projekttreffen ................................................................... 77 1.4 Geothermische Sandsteinreservoire im NDB ....................................... 80 2 Datengrundlage .......................................................................... 82 3 Stratigraphie ............................................................................... 86 3.1 Altdaten ............................................................................................................... 86 3.2 Neubearbeitungen .......................................................................................... 88 3.2.1 Schilfsandstein .................................................................................................. 90 3.2.2 Rhät ....................................................................................................................... 94 3.2.3 Toarc - Callov .................................................................................................... 98 4 Fazielle Rekonstruktion der Hauptreservoire ...................... 104 4.1 Lithofaziestypen ............................................................................................. 104 4.1.1 Schilfsandstein - Stuttgart-Formation .................................................. 104 4.1.2 Rhät - Exter-Formation ................................................................................ 112 4.1.3 Dogger ............................................................................................................... 117 4.2 Faziesassoziationen und Ablagerungsräume ..................................... 120 6 4.2.1 Schilfsandstein ................................................................................................ 120 4.2.2 Rhät - Exter-Formation ................................................................................ 138 4.2.3 Dogger ............................................................................................................... 166 5 Kernbohrungen und Integration von Bohrlochmessungen ................................................................ 194 5.1 Lithofaziestypen und -assoziationen ..................................................... 194 5.1.1 Schilfsandstein ................................................................................................ 194 5.1.2 Rhät - Exter-Formation ................................................................................ 199 5.1.3 Dogger ............................................................................................................... 205 5.2 Porosität und Permeabilität nach Bohrlochmessungen ................ 210 6 Petrologie der Sandsteine ...................................................... 225 6.1 Korngrößenparameter nach Siebanalyse ............................................. 226 6.1.1 Vergleich Sehnenschnittverfahren und Siebanalyse ....................... 232 6.1.2 Abschätzung der Messungenauigkeiten ............................................. 234 6.2 Mineralogie & Geochemie des Detritus ............................................... 236 6.3 Porenraumzementation und Diagenese .............................................. 239 6.4 Faziesabhängige Porenraumzementation und Diagenese der Rhät- und Dogger-Sandsteine ................................................................. 240 6.4.1 Anteile der Mineralneubildungen am Gestein .................................. 240 6.4.2 Kornkontaktanalyse ...................................................................................... 244 6.4.3 Tonmineralogie .............................................................................................. 246 6.4.4 Diageneseabfolge in Rhät- und Dogger-Sandsteinen ................... 248 6.5 Faziesabhängige Porenraumzementation und Diagenese der Sandsteine des Schilfsandsteins .............................................................. 253 6.5.1 Anteile der Mineralneubildungen am Gestein .................................. 253 6.5.2 Zusammensetzung der Mineralneubildungen .................................. 254 6.5.3 Minuszementporosität ................................................................................ 256 6.5.4 Zementationsabfolge in Sandsteinen des Schilfsandsteins ......... 257 7 Porosität und Permeabilität der Sandsteine ........................ 263 7 7.1 Einleitung .......................................................................................................... 263 7.2 Permeametermessungen, He-Porosimetrie........................................ 264 7.2.1 Porosität nach Dünnschliffintegration .................................................. 265 7.3 Bestimmung der Porosität mittels Tauchwägung ............................ 267 7.4 Auswertung der Siebanalysen hinsichtlich Permeabilität und Porosität ............................................................................................................ 271 7.4.1 Bestimmung des kf-Wertes aus Siebanalysen ................................... 271 7.4.2 Teufenkorrektur der Durchlässigkeit ..................................................... 273 7.5 3D Porositätsdarstellungen und -bestimmungen ............................ 279 7.5.1 Stapelbilder (Z-Achse) ................................................................................. 279 7.5.2 Computertomographie (CT) ...................................................................... 281 7.6 Vergleich der Methoden der Porositätsbestimmung ..................... 283 7.6.1 Vergleich der Porositäten der Auftriebmethode mit den Porositäten der Helium-Methode ......................................................... 283 7.6.2 Vergleich der Porosität nach Bildanalyse mit den weiteren Methoden ......................................................................................................... 285 7.6.3 Porosität und Permeabilität vs. Granulometrie ................................. 287 7.6.4 Porosität und Permeabilität vs. Lithofazies ......................................... 290 7.6.5 Abhängigkeit der Porosität von der Tiefe ........................................... 293 7.7 Zusammenfassung und Vergleich .......................................................... 295 8 Synthese der Faziestypen und hydraulischen Parameter ... 297 8.1 Definition geothermisches Reservoir .................................................... 297 8.1 Übertragung der Daten ins GeotIS ......................................................... 300 8.2 Potenzialbewertung ..................................................................................... 301 8.3 Schilfsandstein ................................................................................................ 302 8.3.1 Reservoir Unterer Schilfsandstein ........................................................... 303 8.3.2 Reservoir Oberer Schilfsandstein ............................................................ 306 8.4 Rhät ..................................................................................................................... 308 8 8.4.1 Reservoire Rhät A und Rhät B (Untere Exter-Formation II und III, GTr 18) ...............................................................................................