AP 1.2

Parametrisierung der oberflächennahen geologischen Schutzgüter

 

Der oberflächennahe Untergrund in Norddeutschland besteht aus Lockersedimenten, die beispielsweise im Falle der Grundwasser leitenden miozänen Braunkohlensande oder der Grundwasser stauenden Glimmertone tendenziell als horizontal verlaufende (söhlige) Sedimentschichten ausgeprägt sind und im Falle von pleistozänen Sanden und Geschiebemergeln auch kleinräumig heterogen verteilt sein können. Beeinflusst wurden diese oberflächennahen Strukturen hauptsächlich von den verschiedenen Vereisungszyklen in den letzten 500 000 Jahren aber auch durch den Aufstieg von Salzdiapiren und –mauern. Unter anderem sind die miozänen Braunkohlensande und auch die pleistozänen Sande großflächig als Schutzgüter hinsichtlich der Grundwasserproduktion für Trinkwasserzwecke einzustufen.

Die Nutzung des oberflächennahen Untergrundes im Rahmen der Energiewende, z.B. durch Maßnahmen einer Wärmespeicherung oder ein potenzielles Entweichen im tieferen Untergrund gespeicherter Gase wie H2 oder CH4, würden diese oberflächennahen Schutzgüter beeinflussen, wobei hingegen nicht per se gefolgert werden kann, dass diese Beeinflussung die Qualität des Schutzgutes Grundwasser nachteilig beeinflusst wird. Zur Bewertung dieser, im Falle einer Wärmespeicherung geplanten und im Falle von Gasleckagen ungewollten, Beeinflussungen werden im Rahmen des ANGUS+ Vorhabens Laboruntersuchungen und Modellsimulationen vorgenommen. Das vorliegende Arbeitspaket dient der Parametrisierung oberflächennaher Schutzgüter als Vorbereitung für diese weiteren Untersuchungen und erstreckt sich dabei auf geologische Strukturen sowie die Eigenschaften dieser Strukturen. Als geologische Strukturen werden hierfür Modellgebiete aus dem norddeutschen Raum ausgewählt. Eigenschaften der Strukturen umfassen beispielsweise die Permeabilität der Aquifere und Deckschichten, die chemische Zusammensetzung des Grundwassers, die mineralogische Zusammensetzung sowie mechanische Parameter der Sedimente. Zusätzlich sind mögliche bzw. realistische Leckagepfade und –raten zu definieren.

Da die erforderlichen Parameter in unterschiedlichem Maße verfügbar sind, findet zunächst eine Bestands- und Defizitanalyse statt. Grobstrukturen oberflächennaher geologischer Einheiten sind prinzipiell bekannt, jedoch liegen in den betreffenden glazialen Sedimenten kleinräumige Heterogenitäten vor, die nicht im Detail erfasst sind. Daten zu Grundwasserbeschaffenheiten werden im Rahmen der staatlichen Überwachungsmessnetze bzw. von Wasserversorgern erhoben und liegen prinzipiell vor. Mineralogische Parameter der oberflächennahen Sedimente wurden in der Vergangenheit nur sehr vereinzelt bestimmt, so dass in diesem Arbeitspaket eigene Analysen von erbohrten Sedimentproben durchgeführt werden. Diese werden durch eine geochemische Charakterisierung der Aquiferfestphasen ergänzt, die insbesondere Gehalte von Spuren­metallen in oberflächennahen Aquiferen sowie Sorptions- und Kationenaustauschkapazitäten zusammenfasst.

Für die Beschreibung von Leckagen (inklusive Leckagepfade, Leckageraten und dabei induzierte Reaktionen) und des Monitorings für Auswirkungen der Leckagen werden konzeptionelle Modelle unter Berücksichtigung der geologischen Situation (Schichtenfolge und Schichtenlage, Schichtcharakteristika) in (Nord-)Deutschland entwickelt. Diese Parametrisierung umfasst auch petrophysikalische Parameter und Relationen wie z.B. Porositäten, Permeabilitäten, Wasserinhaltsstoffen, Dichte, elektrische Wasser- und Gesteinsleitfähigkeit, Kompressions- und Schermodulen für verschiedene oberflächennahe Aquifere und Lagerungsformen aus der Literatur, wie sie für ein geophysikalisches Monitoring benötigt werden.

Die hier zusammengestellten Informationen werden insbesondere für die Definition realistischer Szenarien in den Arbeitspaketen AP 3.3 und AP 3.4, aber auch für die Auslegung von Laborversuchen (z.B. AP 1.7 und AP 1.8) verwendet. Verknüpfungen bestehen weiterhin zu den ebenso auf die Beschaffung und Verwertung von Parametern des geologischen Untergrundes ausgelegten Arbeitspaketen AP 1.1 und AP 1.3.

Beteiligte AGs:

AG Angewandte Geologie (CAU), AG Angewandte Geophysik (CAU), Department Monitoring-und Erkundungstechnologien (UFZ), AG Geohydromodellierung (CAU), AG Geomikrobiologie (GFZ)