Um die Leistung eines Geothermiekraftwerks beurteilen zu können, müssen besonders zwei Fragen beantwortet werden: (i) Wie ist die Temperatur des Fluids und (ii) Mit welcher Pumprate kann dieses gefördert werden?

Die Frage der Fluidtemperatur erklärt das geothermische Interesse am Oberrheingraben (ORG) und besonders an dessem kristallinem Grundgebirge. Der geothermische Gradient im
ORG ist erhöht, an bestehenden Geothermiestandorten im ORG, wie z.B. Soultz-sous-Forêts und Rittershoffen in Frankreich, Insheim und Landau in Deutschland, werden Temperaturen
von 160–200 °C in wenigen km Tiefe (2,6–5,0 km) erreicht.

Diese für eine geothermische Nutzung günstigen Temperaturbedingungen an etablierten Standorten sind an ein System der Fluidadvektion (Transport durch Fluidfluss) im Top des kristallinen Grundgebirges und der darüberliegenden Permo-Triassischen Sedimentgesteine gekoppelt. Signifikante Fluidadvektion in dieser Tiefenzone findet zwischen Gesteinstrenn-flächen/Klüften („Rissen“) statt, das Grundgebirgskristallin sowie die Sedimentgesteine besitzen keine bis sehr geringe Matrixporositäten und Permeabilitäten. Das bedeutet, die Frage
der Pumprate kann nur durch die Kenntnis und – wenn nötig Stimulation – dieses Trennflächensystems (neben dem auch eine alterierte bzw. verwitterte Zone im Top des Grundgebirges existieren kann) beantwortet werden. Dass wirtschaftliche Förderraten möglich sind, haben langjährige Versuche in den bestehenden Geothermiekraftwerken gezeigt.

Um solche Förderraten besser vorherzusagen und den Standort eines möglichen Kraftwerkszu planen, braucht es ein Verständnis der Parameter wie Rissfrequenz, -länge und
-öffnungsweite, die das Trennflächensystem definieren (beispielsweise in einem Discrete Fracture Model, DFM). Eine umfassende Bestimmung dieser Kennwerte über insitu Daten ist schwierig und wird durch eine meist geringe Datenabdeckung über verschiedene relevante Größenskalen (mm bis km) verhindert. (Es ist dokumentiert, dass eine Extrapolation von
Daten eines Parameters auf andere Größenskalen zu einer Über- oder Unterschätzung desselben führt; z.B. Untersuchung von Permeabilität an cm-großen Plugs und Übertragung auf Gebirgsdurchlässigkeit.)

Aufschlüsse analoger Gesteine an der Erdoberfläche können diese Datenabdeckung verbessern, indem sie die notwendigen Parameter zur Quantifizierung eines Trennflächensystems in der Tiefe durch Untersuchungen an vergleichbaren Systemen an der Oberfläche (auch 3D) bestimmen.

In einem Granitsteinbruch im Fichtelgebirge verfügt das GeoZentrum Nordbayern – basierend auf Erfahrungen aus vergangenen Forschungsprojekten – über das 3D-GraniteLab, einem
insitu Feldlabor, mit dessen Hilfe das im Steinbruch aufgeschlossene Kluftnetzwerk dreidimensional analysiert wird.

Innerhalb des RESTLESS-Projekts werden die schon bestehenden 15 vertikalen Bohrungen (bis 25 m Tiefe) im Untersuchungsfeld mit drei schrägen Kernbohrungen (bis 140 m MD, bis 25° aus der Vertikalen geneigt) ergänzt. Der Verlauf dieser Kernbohrungen wurde auf Basis zweier Datensets festgelegt: die Auswertung eines photogrammetrischen Models der Steinbruch-wände, sowie die bohrlochgeophysikalischen Untersuchungen der bestehenden Bohrungen. Diese zwei Datensets lassen drei unterschiedlich orientierte Kluftsets erkennen. Azimuth und Einfallswinkel der drei neuen Kernbohrungen sind so gewählt, dass je eine Bohrung die Trennflächen eines der drei Kluftsets mit einem Winkel von ca. 45° durchteuft. Die Kerne der drei Bohrungen werden dokumentiert und anschließend analysiert (z.B. EDX-Analyse Alterationszonen/Kluftfüllungen).

Die Ansatzpunkte der Schrägbohrungen liegen eng zusammen (wenige m). Dadurch bauen die Bohrlöcher im Granit ein „Dreibein“ auf. Das auf die Kluftgeometrie abgestimmte Dreibein
ist auch dazu geeignet mit bohrlochtomographischen Messungen (Radarmessungen) das Kluftnetzwerk zwischen den Bohrlöchern abzubilden. Vor der Bohrlochtomographie werden die Bohrlöcher umfassend geophysikalisch untersucht. Die Auswertung der bohrlochgeophysikalischen Daten bildet die Grundlage für die Bestimmung von Tiefenintervallen (4Die Ansatzpunkte der Schrägbohrungen liegen eng zusammen (wenige m). Dadurch bauen die Bohrlöcher im Granit ein „Dreibein“ auf. Das auf die Kluftgeometrie abgestimmte Dreibein
ist auch dazu geeignet mit bohrlochtomographischen Messungen (Radarmessungen) das Kluftnetzwerk zwischen den Bohrlöchern abzubilden. Vor der Bohrlochtomographie werden die Bohrlöcher umfassend geophysikalisch untersucht. Die Auswertung der bohrlochgeophysikalischen Daten bildet die Grundlage für die Bestimmung von Tiefenintervallen (4-8 m), in denen nachfolgend hydraulische Doppelpackertests laufen, um die Durchlässigkeiten an einzelnen Klüften, bzw. Kluftintervallen zu bestimmen. Zuletzt wird aus den Ergebnissen von Hochdruck-packertests (HTPF-Tests) in den Bohrlöchern der Spannungstensor errechnet.8 m), in denen nachfolgend hydraulische Doppelpackertests laufen, um die Durchlässigkeiten an einzelnen Klüften, bzw. Kluftintervallen zu bestimmen. Zuletzt wird aus den Ergebnissen von Hochdruck-packertests (HTPF-Tests) in den Bohrlöchern der Spannungstensor errechnet.

Das Ziel der Untersuchungen im GraniteLab ist eine umfassende hydraulisch-geomechanische Charakterisierung einer Störungszone im Granit.
Die Ergebnisse sollen eine Übertragbarkeit auf Reservoirbedingungen ermöglichen.

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