Karten des Temperaturfeldes im Untergrund Deutschlands

Rüdiger Schellschmidt

Für die Abschätzung geothermischer Ressourcen und Reserven (Hurter & Haenel 2002, Hurter & Schellschmidt 2003) sowie für fluiddynamische Fragestellungen ist eine möglichst genaue Kenntnis des Temperaturfeldes im Untergrund eine notwendige Voraussetzung. Die hierfür erforderlichen Temperaturdaten im Untergrund Deutschlands liegen in einer Datenbank bereit, die beim Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben (GGA-Institut) in Hannover vorgehalten und gepflegt wird. Sie wird seit 1977 kontinuierlich durch neue Werte, z.B. aus Forschungs- oder Industriebohrungen, erweitert und somit auf dem neuesten Stand gehalten. Die Temperaturdatenbank enthält gegenwärtig Daten aus rund 9.800 Bohrungen in ganz Deutschland (Schulz & Werner 1989, Schellschmidt et al. 2002).

Die Temperaturen des Untergrundes werden in Bohrungen auf unterschiedliche Arten ermittelt (Schulz & Schellschmidt 1991):

• Durch kontinuierliches Messen der Temperatur in Abhängigkeit von der Teufe (Temperaturlog). Diese Messungen werden meist in Forschungsbohrungen und Grundwassermessstellen, selten in Lagerstättenbohrungen ausgeführt. Zu beachten ist, ob die Bohrung sich schon im Temperaturgleichgewicht befindet oder ob die Temperatur noch durch Bohr-, Spül- oder Zementationsmaßnahmen gestört ist.

• Durch Einzelmessungen der Temperatur im Lagerstättenbereich. Diese Messungen werden meist bei fündigen Erdölbohrungen anlässlich eines Fördertests oder direkt zur Bestimmung der Lagerstättentemperatur durchgeführt.

• Durch Messungen der Temperatur im momentan Bohrlochtiefsten, unmittelbar nach Ende der Bohrarbeiten (Bottom Hole Temperature, BHT). Diese Messungen werden in fast allen Industriebohrungen ausgeführt.

• Durch Messen von Auslauftemperaturen, z.B. bei Thermalbohrungen.

Es existieren noch keine einheitlichen und gesicherten Korrekturverfahren für Temperaturlogs (für das gesamte Bohrprofil), die noch durch Bohr-, Spül- oder Zementationsmaßnahmen gestört sind. Alle bohrtechnischen Maßnahmen, die über den gesamten Zeitraum der Bohrarbeiten das Temperaturfeld im näheren Bereich der Bohrung beeinflusst haben sowie ihr zeitlicher Ablauf, sind kaum mehr lückenlos in Erfahrung zu bringen. Dennoch werden zurzeit Erfolg versprechende Korrekturverfahren für gestörte Temperaturlogs am GGA-Institut entwickelt.

Im Gegensatz hierzu ist eine Korrektur (Extrapolation) der BHT-Werte möglich, da im Bohr-lochtiefsten der störende Einfluss des Spülungsumlaufs auf das Temperaturfeld am geringsten ist. In Abhängigkeit von der Stillstandzeit nach Bohrende, der Spüldauer (Spülungsumlauf) und der Anzahl der zur Verfügung stehenden BHT-Werte pro Tiefe werden unterschiedliche Extrapolationsverfahren (Schulz & Schellschmidt 1991 und Schulz et al. 1992) angewendet: (1) der "Explosionszylinderquellenansatz" (Leblanc et al. 1982), (2) die Annahme einer "kontinuierlichen Linienquelle" (Horner 1951) oder (3) einer "Explosionslinienquelle" (Lachenbruch und Brewer 1959) sowie (4) der "Zylinderquellenan-satz" (Middleton 1982) in Verbindung mit einer statistischen Auswertung aller verfügbaren Bohrlochdaten aus dem Untersuchungsgebiet.

Ein Großteil der Temperaturinformationen sind BHT-Werte aus Industriebohrungen. Aufgrund der Bohraktivitäten der Kohlenwasserstoff-Industrie, die sich auf die großen Sedimentbecken konzentriert (Norddeutsches Becken, Molassebecken, Rheingraben), ist die regionale Verteilung der Temperaturinformationen nicht einheitlich. In den Temperaturkarten für 1000 m, 2000 m und 3000 m Tiefe wird dies deutlich. Die Bohrungen mit Temperaturinformationen sind durch weiße Punkte markiert.

Tiefe	1000m	2000m	3000m
ohne Bohrungen
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mit Bohrungen
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Temperaturen in 1000 m, 2000 m und 3000 m Tiefe können als Karten im Pdf- und jpg-Format herunter geladen werden. Die Originaldaten sind über das Internet nicht verfügbar, da diese auch vertrauliche Daten enthalten.

• HORNER (1951): Pressure build-up in wells. - Proc. Third World Petroleum Congress, 34, 316; The Hague.

• HURTER, S. & HAENEL, R. (2002): Atlas of Geothermal Resources in Europe. - 93pp, 88 plates, ISBN 92-828-0999-4, CG-NA-17-811-EN-C; Luxemburg (Office for Official Publications of the European Communities).
  Bezug: http://publications.eu.int/general/en/salesagents_en.htm

• HURTER, S. & SCHELLSCHMIDT, R. (2003): Atlas of Geothermal Resources in Europe. - Geothermics, 32, 779-787.

• LACHENBRUCH, A.H., BREWER, M.C. (1959): Dissipation of the temperature effect of drilling a well in Arctic Alaska. - Geological Survey Bulletin, 1083-C: 73-109; Washington.

• LEBLANC, Y., LAM, H.-L., PASCOE, L.J., JOHNES, F.W. (1982): A comparison of two methods of estimating static formation temperature from well logs. - Geophys. Prosp., 30, 348-357.

• MIDDLETON, M.F. (1982): Bottom-hole temperature stabilization with continued circulation of drilling mud. - Geophysics, 47, 1716-1723.

• SCHELLSCHMIDT, R., HURTER, S., FÖRSTER, A. & HUENGES, E. (2002): Germany. - In: HURTER, S. & HAENEL, R. (eds.): Atlas of Geothermal Resources in Europe, pp 32-35, plate 20-24; Luxemburg (Office for Official Publications of the European Communities).

• SCHULZ, R., HAENEL, R., KOCKEL, F. (1992): Federal Republic of Germany - West federal states. - In: Hurtig, E., Cermak, V., Haenel, R. and Zui, V. (eds.): Geothermal Atlas of Europe, 34-37; Gotha (Hermann Haak Verlagsgesellschaft mbH Geographisch-Kartographische Anstal).

• SCHULZ, R. & SCHELLSCHMIDT, R. (1991): Das Temperaturfeld im südlichen Oberrhein- graben.- Geol. Jb., E48, 153-165; Hannover.

• SCHULZ, R. & WERNER, K.H. (1989): Geothermal Resources and Reserves: Updating of Temperature Data Base. - In: LOUWRIER, K., STAROSTE, E., GARNISH, J.D. & KARKOULIAS, V. (eds.): European Geothermal Update, Proceedings of the 4th International Seminar on Results of EC Geothermal Energy Research and Demonstration, 490-499; Dordrecht (Kluwer Academic Publishers).