Abschätzung der Auswirkungen von Fracking-Maßnahmen auf quartäre Grundwasserleiter

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Abschätzung der Auswirkungen von Fracking-Maßnahmen auf quartäre Grundwasserleiter Konzept, Szenarien, Herangehensweise, erste Ergebnisse Münster, 24. Februar 2012

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Abschätzung der Auswirkungen von Fracking-Maßnahmen auf quartäre Grundwasserleiter

- Konzept, Szenarien, Herangehensweise, erste Ergebnisse –

Münster, 24. Februar 2012

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Quellelement

Senkenelement

Senkenelement

Bohrung

Störungszone

Grundwasserleiter

Grundwasserleiter

Systemkomponenten (schematische Darstellung)

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Ziele der AG Geologische Risiken

•  Abschätzung der Kontaminationsrisiken durch Fracking-Fluide im Grundwasser

-  Kurzfristig durch Fracking-Operationen (wenige Stunden, hohe Potentialgradienten)

-  Langfristig durch Grundwassergrundströmung (Jahre, Jahrzehnte; geringe Potentialgradienten)

•  Abschätzung der Massenflüsse der Fracking-Fluide im Grundwasser

•  à Fracht

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Hauptfragestellungen

•  Effektivität des Deckgebirges als Barriere für Transport (Mächtigkeit, Permeabilität)

•  Rolle von Salzformationen als Barriere für Fracking-Ausbreitung und Transport

•  Effektive hydraulische Leitfähigkeiten der Transportwege (Störungszonen, Deckgebirgseinheiten)

•  Ausdehnung der Fracs (Rolle als Transportpfad)?

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Modellparametrisierung •  Allgemein

-  Hydraulischer Leitfähigkeitstensor (isotrop/anisotrop) -> Analoga/Literatur

-  Berücksichtigung der Anisotropie der hydraulischen Parameter im Deckgebirge (Khorizontal > Kvertikal),

à lateraler Druckabbau (Leakoff) und horizontaler Transport

-  Hydraulische Gradienten -> Grundwassergleichenpläne, HK 50, aktuelle Quellaustritte, Lage historischer Quellen (Literatur/historische Karten)

-  Effektive Porositäten -> Analoga/Literatur -  Konservativer Transport -> vorerst ohne Sorption/Reaktion/Abbau/

Matrixdiffusion

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Wahl der Settings (Faktoren) •  Typisch für ein bestimmtes Gebiet ('Verortung') •  Typische Bandbreite der stratigraphisch-lithologischen Abfolge und

Mächtigkeitsverteilung •  Notwendige Variantenreduktion für Simulationen •  Ableitung allgemeiner bzw. genereller Aussagengrößen

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•  Lokale Settings – Prognose des Stofftransports während der Fracking-Phase (wenige Stunden, Puls) –  Norddeutsches Becken (Wealden, Posidonienschiefer;

Schiefergas) •  Hohe Deckgebirgsmächtigkeit, Salz-Formation (Quakenbrück-

Ortland) •  Geringere Deckgebirgsmächtigkeit, Salz-Formation (Lünne) •  Geringere Deckgebirgsmächtigkeit, kein Salz (Damme)

–  Norddeutsches Becken (Oberkarbon Sandstein-Tonstein-Abfolgen; Tight Gas) •  Sehr hohe Deckgebirgsmächtigkeit, Salz-Formationen (Vechta)

•  Abschätzung hydraulischer Leitfähigkeiten des Deckgebirges / der Störungszonen,

•  Abschätzung der hydraulischen Potentialdifferenzen, Fracking-Dimension

Settings Norddeutsches Becken

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Settings Norddeutsches Becken

Erstellt durch: IHS

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Settings Norddeutsches Becken

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Settings Norddeutsches Becken •  Hydraulische Eigenschaften Grundwasserleiter/-geringleiter

BB-beeinflusst = Bergbau-beeinflusst

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Settings Norddeutsches Becken •  Hydraulische Eigenschaften Grundwasserleiter/-geringleiter

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Settings Norddeutsches Becken

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Settings Norddeutsches Becken

Quakenbrück-Ortland: Hohe Deckgebirgs-mächtigkeit, Salz-Formation

Damme: Geringere Deckgebirgs-mächtigkeit, keine Salzformation

Vechta: Sehr hohe Deckgebirgs-mächtigkeit, Salz-Formation

Lünne: Geringe Deckgebirgs-mächtigkeit, Salz-Formation

•  Hydrogeologische Profile

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Modellparametrisierung •  Potentielle Störungen

-  Datenverfügbarkeit Münsterländer/Norddeutsches Becken gering: §  aufwendig zu erheben §  bisher von untergeordnetem Interesse §  exakte Lokalisierung oberflächennaher Störungen schwierig

-  Unbekannte hydraulische Störungsparameter: §  Breite und hydraulische Leitfähigkeit §  mittlere, effektive Porosität §  Dispersivitäten

-  Hydraulische Parametrisierung indirekt möglich durch: §  Upscaling (Fels-Labormaßstab) -> sehr aufwendig, unsicher §  Tracertests -> hohe Permeabilitäten erforderlich §  Wasser- und Stoffbilanzen -> ergeben integrale

Transmissivitäten

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Geologisch-hydrogeologisches Profil (Zentrales Münsterland)

Modellhafte Störungen mit versch. Deckgebirgsmächtigkeiten

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Parametrisierung hydraulisch wirksamer Störungszonen

QStörung = TStörung * grad_hStörung

QStörung

grad_hStörung •  Konservativer

Ansatz •  Praktische

Erfahrung: Bereits erhöhte Hintergrundwerte für Salinitäten im Emscher Mergel

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Parametrisierung hydraulisch wirksamer Störungszonen

Abb: Lotze & Kötter, 1958

•  Schneider (1962): räumliche Korrelation Salinität – Störungen

•  Korrelation in der Praxis nicht immer eindeutig

•  Unterschiedliche Bezugsniveaus (Teufenabhängigkeit)

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Untere Randbedingung, Frac-Geometrie

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Zusammenfassung

•  Die geologische Situation in den Aufsuchungsgebieten ist unterschiedlich

•  Angesichts der Vielfalt an geologischen Situationen und Lagerstättentypen beschreibt der Expertenkreis sieben in den Aufsuchungsregionen vorkommende typische geologische Situationen („Settings“)

•  Diese bilden jeweils unterschiedliche Standortverhältnisse ab. •  Für diese werden jeweils Angaben zur Schichtmächtigkeit,

Gebirgsdurchlässigkeit (einschließlich deren Richtungsabhängigkeit) und effektiven Porosität gemacht, die in die Modellierung einfließen.