In der Explorationsphase werden verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um ein möglichst detailliertes digitales Modell des Untergrundes aufbauen zu können. Das Modell dient dazu, geeignete Bohrziele für die Energiegewinnung aus dem Untergrund festzulegen und durch die Prognose der Wassermengen und der Temperaturen die Wirtschaftlichkeit der möglichen Anlage abzuschätzen.
Zur Erkundung des Untergrunds werden verschiedene Methoden angewandt:
- Der Vergleich existierender Geothermiebohrungen in der Umgebung eines neuen Projekts: Hierzu werden die vorhandenen Daten früherer Bohrungen als Basis genommen und analysiert. Dadurch kann man eine erste generelle Prognose zur Tiefenlage sowie zu den hydrogeologischen Eigenschaften und der Temperaturen der thermalwasserleitenden Schicht ableiten. Im bayerischen Molassebecken ist dies der Malm.
- Seismik: Die Seismik ist eine geophysikalische Erkundungsmethode, welche ein indirektes Abbild des Untergrundes an der Position der geplanten Geothermieanlage ermöglicht. Dabei ist heute die dafür am besten geeignete Methode die Reflexionsseismik. Hierfür werden Schallwellen erzeugt, die durch den Untergrund laufen und an Schichtgrenzen reflektiert werden. Die Schallwellen werden üblicherweise mit sogenannten Vibro-Trucks erzeugt. Messgeräte an der Oberfläche, meist Geophone, zeichnen die reflektierten Schallwellen auf. Aus den Laufzeiten der Schallwellen vom Aussenden bis zur Aufzeichnung kann ein Abbild der verschiedenen Gesteinsschichten mit ihren Eigenschaften und Strukturen erstellt werden. Durch das Einbinden von Bohrdaten z.B. aus der Kohlenwasserstoffexploration, lässt sich das Bild weiter verfeinern.
Schematische Darstellung der Interpolationsmethode zur Abschätzung der Bohrtiefe. Diese Methode findet u.a. bei der Vorstudie Anwendung
Seismische Erkundung des Untergrundes: Vibro Fahrzeuge senden Schallwellen in den Boden, sie werden an Schichtgrenzen reflektiert. Die Reflektierten Schallwellen werden von Geophonen aufgenommen. Die Tiefe der Schichtgrenzen werden am Computer aus den Signalen hergeleitet.
Vibro-Fahrzeuge leiten Schallwellen in den Untergrund bei einer seismischen Untersuchung (Bildquelle: SWM)
Geophone nehmen die reflektierten Schallwellen auf (Bildquelle: tz)
Darstellung der interpretierten Schichtgrenzen entlang mehrerer 2D-Messlinien (Bildquelle: Wintershall, Geothermie Trebur)
Basierend auf den Daten der Seismik und weiteren geologischen Informationen wird schließlich ein Reservoirmodell erstellt. Dies ist ein thermisch-hydraulisches Modell des Untergrundes, mit dem prognostiziert werden kann, wieviel Wärmeenergie am geplanten Geothermiestandort gewonnen werden kann. Das Modell zeigt an in welcher Tiefe die thermalwasserleitende Schicht anzutreffen ist, wodurch dann die Bohrziele festgelegt werden können. Insbesondere wird dabei auf Strukturen geachtet, welche eine erhöhte Wahrscheinlichkeit aufweisen erhöhte Mengen Wasser zu führen. Die Tiefenlage des Reservoirs lässt zudem Rückschlüsse auf die Temperatur zu, da diese im Regelfall um etwa 3°C pro Kilometer Tiefe ansteigt. Auch hier helfen für die genaue Prognose Bohrungen aus der Erdöl und Erdgasexploration.
Das Modell ist die Grundlage der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für das Projekt sowie die Auslegung der Komponenten der zukünftigen Anlage. Zusammen mit den Seismik-Daten wird auch eine Risikoanalyse für die Bohrung erstellt, um auf schwierig zu bohrenden Schichten oder mögliche Gas-Einlagerungen vorbereitet zu sein und durch geeignete Maßnahmen gegenzusteuern.
