Tiefengeothermie Kanton Schwyz

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1 Tiefengeothermie Kanton Schwyz Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung Frauenfeld, 23. Dezember 211 Auftraggeber: Hochbauamt Kanton Schwyz Energiefachstelle Postfach Schwyz

2 INHALT 1 EINLEITUNG Aufgabenstellung Vorgehen 5 2 NUTZUNGSFORMEN DER GEOTHERMIE Einleitung Hydrothermale Geothermie Petrothermale Geothermie 7 3 GEOLOGIE UND HYDROGEOLOGIE Datengrundlagen Einführung Oberflächenaufschlüsse Tiefbohrungen Seismische Profile Auswertung der SEAG-Seismik 11 4 GEOLOGISCHE ÜBERSICHT Der geologische Bau des Kantons Schwyz Beschreibung der Gesteinsabfolge Einleitung Kristallines Grundgebirge Sockel) Permokarbontröge Mesozoikum Erdmittelalter) Tertiär Erdneuzeit) Störungszonen 2 5 TEMPERATUREN 2 6 POTENZIELLE AQUIFERE Hydraulische Leitfähigkeit Kristallin Oberer Muschelkalk Malmkalke 27 7 CHANCEN UND RISIKEN DER TIEFENGEOTHERMIE Chancen der Tiefengeothermie Risiken beim Bau einer Geothermieanlage Allgemeine Bohr- und Explorationsrisiken Prognosenzuverlässigkeit Geologie-Hydrogeologie Erdbebengefährdung Gefahr induzierter Erdbeben 31 Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 2/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

3 7.3.2 Natürliche Erdbebengefährdung Nutzungskonflikte Nutzen Dritter 32 8 FOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN FÜR WEITERES VORGEHEN Zusammenfassung Weiteres Vorgehen 34 9 REFERENZEN 35 FIGUREN UND TABELLEN Figur 1: Nutzungsmöglichkeiten der Geothermie in den unterschiedlichen Tiefenbereichen. 6 Figur 2: Prinzipskizze einer petrothermalen Anlage zur Stromproduktion. 8 Figur 3: Die geologisch-tektonischen Einheiten im schematischen Profilschnitt durch den Molassetrog vom Nordrand des Juragebirges bis in die Zentralalpen mit der Lage des Kantons Schwyz. 13 Figur 4: Sammelprofil Ostjura 14 Figur 5: Sammelprofil Autochthon, Paraautochthon, Allochthon. 14 Figur 6: Figur 7: Figur 8: Verlauf der Temperaturen in den Tiefbohrungen der weiteren Umgebung des Kantons Schwyz. 22 Hydraulische Leitfähigkeiten im Kristallin der Nordostschweiz, dargestellt als Funktion der Tiefe unter der kristallinen Oberkante und der Länge des Testintervalls. 26 Hydraulische Leitfähigkeiten im Oberen Muschelkalk, dargestellt als Funktion der Bohrtiefe und der Länge des Testintervalls. 27 Figur 9: Schema zur Stimulation bei einem hydrothermalen Projekt. 3 Figur 1: Epizentrenkarte, Erdbeben in der Schweiz seit 25 n. Chr. 32 Tabelle 1: Die wichtigsten Tiefbohrungen in der weiteren Umgebung des Kantons Schwyz. 1 Tabelle 2: Die seismischen Reflexionslinien im Kanton Schwyz. 11 Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 3/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

4 Tabelle 3: Tabelle 4: Tabelle 5: Tabelle 6 Tabelle 7: Wichtige Tiefbohrungen in den angrenzenden Gebieten des Kantons Schwyz bis ins Grundgebirge Kristallin und Permokarbon). 15 Der Obere Muschelkalk in den wichtigsten Tiefbohrungen in den angrenzenden Gebieten des Kantons Schwyz. 17 Der Obere Malm in den wichtigsten Tiefbohrungen in den angrenzenden Gebieten des Kantons Schwyz. 18 Geothermische Gradienten sowie Messart und Qualität der Temperaturmessungen in den Tiefbohrungen der weiteren Umgebung des Kantons Schwyz. 21 Zusammenstellung der hydrogeologischen Verhältnisse mit Angabe typischer kf-werte in verschiedenen geologischen Horizonten. 24 Tabelle 8: Übersicht und Prognose zu den potenziellen Aquiferen. 25 BEILAGEN Beilage 1: Tiefbohrungen und Seismik in der Schweiz, Übersicht 1:1 Beilage 2: Tektonische Karte Kanton Schwyz, Übersicht 1:25 Beilage 3: Aufschlussverhältnisse der potenziellen Aquifere und Seismiklinien, Situation 1:4 Beilage 4: Permokarbonvorkommen im Grundgebirge, Situation 1:65 Beilage 5: Geologisches Profil: Boswil Hünenberg Brunnen Gross Windgällen, Situation 1:2 Beilage 6: Höhenlage Top Oberer Malm, Situation 1:2 Beilage 7: TiefenlageTop Oberer Malm unter Terrain, Situation 1:2 Beilage 8: Temperaturen Top Grundgebirge, Oberer Muschelkalk und Oberer Malm, Situation 1:2 Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 4/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

5 1 EINLEITUNG 1.1 Aufgabenstellung Sei es um fossile Energieträger zu ersetzen, den geplanten Atomausstieg umzusetzen oder die Versorgungssicherheit gewährleisten zu können, die erneuerbaren Energiequellen müssen in den nächsten Jahrzehnten massiv ausgebaut werden. In diesem Zusammenhang stellt die Tiefengeothermie eine der vielversprechendsten Technologien für die Wärme- und Stromproduktion dar. Für die Nutzung der Tiefengeothermie ist die möglichst genaue Kenntnis der Geologie im tiefen Untergrund von grosser Bedeutung. Ziel des vorliegenden Berichts ist es daher, die vorhandenen Datengrundlagen, welche für die Tiefengeothermie im Kanton Schwyz von Bedeutung sind, im Sinne einer Auslegeordnung zusammenzutragen und zu analysieren. Damit werden die Möglichkeiten aufgezeigt, welche für die Nutzung der Tiefengeothermie im Kanton Schwyz bestehen. Die derzeit im Vordergrund stehende der Tiefengeothermie ist die Nutzung tiefer Grundwasser-leitenden Schichten Aquifere). Der Fokus wird daher auf die Ausprägung und Tiefenlage potenzieller Aquifere gelegt hydrothermale Geothermie). Die Möglichkeiten und Risiken von rein petrothermalen Geothermieprojekten werden im vorliegenden Bericht nicht detailliert erläutert, da die Technologieentwicklung sich derzeit nach am Anfang befindet. 1.2 Vorgehen In einem ersten Schritt wurden die geologischen und hydrogeologische Datengrundlagen zusammengetragen und ausgewertet. Hierzu gehörte die Sichtung der uns zur Verfügung stehenden Unterlagen der SEAG Aktiengesellschaft für schweizerisches Erdöl) und deren Auswertung sowie die Zusammenstellung und Bewertung der verfügbaren Daten der nächstgelegenen Tiefbohrungen und Oberflächenaufschlüssen siehe Beilagen 1 und 2). Die regionalen Aquifere, welche aus der nördlichen Schweiz bekannt sind, stellen auch im tiefen Untergrund des Kantons Schwyz die potenziellen Zielhorizonte dar siehe Kapitel 6). Es handelt sich um: Die Kalke des Oberen Malms, die Kalke und Dolomite des Oberen Muschelkalks, das oberste, zerklüftete und verwitterte Kristallin. Die Datenauswertung zu diesen potenziellen Aquiferen stellte die Grundlage zur Abschätzung der Ausprägung, der Tiefenlage und der erreichten Temperaturen dar. Die Resultate wurden in einem geologischen, NNW-SSE verlaufenden Querprofil Beilage 5) sowie in einer Karte mit den Strukturen und der Tiefenlage des Top Malm Beilagen 6 und 7) dargestellt. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 5/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

6 2 NUTZUNGSFORMEN DER GEOTHERMIE 2.1 Einleitung Die im Untergrund gespeicherte, enorme Wärmemenge bietet eine Vielzahl an Nutzungsmöglichkeiten auf unterschiedlichen Temperatur- bzw. Tiefenniveaus. Grundsätzlich wird dabei zwischen untiefer, oberflächennaher Geothermie und tiefer Geothermie unterschieden, wobei die Grenze in der Regel bei der Nutzung des Untergrundes über und unterhalb von 4 m unter Terrain angesehen wird vgl. Figur 1). Die Nutzungsmöglichkeiten richten sich vor allem nach dem Temperaturniveau der Wärmequelle. Ab einer Tiefe von rund 3 km unter Terrain herrschen verbreitet Temperaturen von über 1 C, was die geothermische Stromproduktion mit guten Wirkungsgraden ermöglicht. Der vorliegende Bericht fokussiert auf die Datengrundlagen für den hierfür interessanten Tiefenbereich. Figur 1: Nutzungsmöglichkeiten der Geothermie in den unterschiedlichen Tiefenbereichen. Graphik: modifiziert nach CREGE, Neuchâtel). Die geothermische Wärmegewinnung aus grösserer Tiefe erfolgt grundsätzlich entweder hydrothermal aus einem tiefen Grundwasservorkommen oder petrothermal siehe Kapitel 2.2 und 2.3). Bei beiden Nutzungsarten werden für die Erschliessung der Erdwärme zwei oder mehrere Bohrungen abgeteuft Doublette, siehe Figur 2, oder Triplette). Die erste Bohrung wird vertikal oder abgelenkt, die zweite meist abgelenkt abgeteuft. Die Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 6/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

7 Entfernung im Aquifer zwischen der Produktions- und der Injektionsbohrung wird so gewählt, dass ein hydraulischer Kurzschluss vermieden wird. Die Wärme wird dem Untergrund entzogen, indem das heisse Wasser aus einer Produktionsbohrung gefördert wird. Das abgekühlte Wasser wird durch eine Injektionsbohrung wieder in den Untergrund gepumpt, wo es den hydraulischen Ausgleich schafft und damit verhindert, dass die hydraulische Druckhöhe im Aquifer und damit in der Produktionsbohrung auf die Dauer absinkt. Zudem gelangen damit die meist stark salinen Tiefenwässer nicht in die Umwelt. Die Bohrungen werden von Bohrfirmen aus dem Erdöl-Erdgasbereich oder neuerdings auch von hierauf spezialisierten Unternehmen ausgeführt. Dem heissen Tiefenwasser wird die Wärme mittels Binärkreislauf entzogen und für die Stromgewinnung einem Kraftwerksprozess zugeführt siehe Figur 2). Kennzeichen der in einem solchen binären Kreislauf eingesetzten Arbeitsmittel ist, dass sie im Vergleich zu Wasser eine deutlich tiefere Siedetemperatur aufweisen. Thermodynamisch sind binäre Anlagen ab einer Reservoirtemperatur von 8 C anwendbar, weisen dann jedoch einen sehr schlechten Wirkungsgrad auf. Ökonomisch sinnvoll und deshalb vorzuziehen sind Temperaturen ab rund 1 C, wobei sich der Wirkungsgrad mit steigenden Temperaturen stetig erhöht. Ab ca. 18 C wären auch direkte Dampfprozesse denkbar, was jedoch aus den oben genannten Gründen Salinität, Druckausgleich) kaum sinnvoll ist. Momentan liegt der durchschnittliche Wirkungsgrad binärer Kraftwerke bei etwa 1 13 Prozent PSI, 25). 2.2 Hydrothermale Geothermie Die hydrothermale Nutzung der Tiefengeothermie ist auf die Anwesenheit genügend durchlässiger Schichten Aquifere) angewiesen. Potenzielle Aquifere sind in grösserer Tiefe im Kanton Schwyz typischerweise im mesozoischen Schichtstapel über dem Grundgebirge sowie im oberen Bereich des Kristallins des Grundgebirges in zerklüfteten Bereichen zu erwarten. 2.3 Petrothermale Geothermie Bei der petrothermalen Wärmegewinnung aus grosser Tiefe durch stimulierte geothermische Systeme Enhanced Geothermal System, EGS), wird ein künstlicher Wärmetauscher im Untergrund geschaffen. Mit dieser Technologie könnte in Zukunft das riesige Potenzial der Tiefengeothermie weitgehend standortunabhängig genutzt werden. Da sie jedoch noch kaum erprobt ist, ist dieses nutzbare Potenzial derzeit noch schwer abschätzbar. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 7/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

8 Figur 2: Prinzipskizze einer petrothermalen Anlage zur Stromproduktion. Kraftwerk mit ORC-Technik Graphik: Huenges et al. 24/25). 3 GEOLOGIE UND HYDROGEOLOGIE 3.1 Datengrundlagen Einführung Um sich ein Bild über den tieferen geologischen Untergrund im Kanton Schwyz machen zu können, muss auf Daten im weiteren Umkreis zurückgegriffen werden. Folgende Datensätze liefern wichtige Informationen über die Untergrundverhältnisse im Untersuchungsgebiet: Bestehende Tiefbohrungen und untiefe Bohrungen im und um den Kanton Schwyz. Seismikdaten der SEAG. Daten der oberflächennahen Geologie geologische Karten etc.) insbesondere aus dem Autochthon der Alpen Oberflächenaufschlüsse Art und Verbreitung der oberflächennahen Festgesteine sind in zahlreichen geologischen Karten und deren Erläuterungen dokumentiert Geologischer Atlas der Schweiz). Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 8/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

9 Sie geben auf Kantonsgebiet kaum direkt verwertbare Informationen über den Aufbau und die Struktur des tiefen Untergrundes. Die potenziellen Aquifere sind jedoch in einiger Entfernung einerseits in den Höhenzügen des Juras und zum anderen in den Alpen aufgeschlossen. Im Norden tauchen die mesozoischen Schichten in knapp 4 km Distanz zum Kanton Schwyz an den östlichen Juraausläufern an der Lägern und am Chestenberg bei Wildegg aus dem Molassetrog empor. Im Süden taucht auf der anderen Seite das mesozoische Autochthon des Aar-Massivs nur wenige Kilometer südlich der Kantonsgrenze in den Molassetrog ab. Die ursprüngliche Distanz, welche dieses mesozoische Autochthon jedoch zum potenziell nutzbaren Mesozoikum nördlich von Brunnen hatte, betrug jedoch vermutlich mehrere Dutzend Kilometer und ist davon abhängig wie weit das Aar-Massiv mit der Alpenfaltung nach Norden geschoben wurde vgl. Beilage 5) Tiefbohrungen Als Tiefbohrung gelten Bohrungen, welche mindestens 4 m tief abgeteuft wurden. Sie stellen die wichtigste Informationsquelle über den tieferen Untergrund dar. Dies weil sie die direkte Einsicht in die Tiefe ermöglichen und dabei Aufschluss über Formations-Mächtigkeiten, Ausprägung und Tiefenlage der interessierenden Schichten sowie zu den geophysikalischen Parametern Durchlässigkeit, Porosität, Dichte, Temperatur, seismische Geschwindigkeiten etc.) geben. Im Kanton Schwyz wurde bis anhin mit der Bohrung Tuggen erst eine Tiefbohrung abgeteuft, welche zudem sehr alt ist Bohrende 1928), entsprechend schlecht dokumentiert ist und die mesozoischen Schichten nicht erreicht hat. Daher ist ein Blick in die weitere Umgebung des Kantons unumgänglich. Die meisten im Molassebecken abgeteuften Tiefbohrungen wurden für die Erdöl- und Gasexploration durchgeführt. Hinzu kommen Erkundungsbohrungen der Nagra für die Endlagerung von radioaktiven Abfällen in der Nordschweiz und am Wellenberg im Engelbergertal sowie die in jüngerer Zeit abgeteuften Tiefbohrungen zur Nutzung der Geothermie siehe Tabelle 1, Beilage 1 und 2). Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 9/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

10 Bohrung Bohrkote End-tiefe Top Malm [m.ü.m.] [m u. T.] [m u. T.] / [m.ü.m.] Top Oberer Muschelkalk [m u. T.] / [m.ü.m.] Top Grundgebirge [m u. T.] / [m.ü.m.] Zweck Bohr- Ende Tuggen nicht erreicht nicht erreicht nicht erreicht Erdöl/-gas Jahr Daten- Quelle Weggis nicht erreicht nicht erreicht nicht erreicht Geothermie 1993 Greber et al Wellenberg SB nicht erreicht nicht erreicht nicht erreicht Nagra 1993 Nagra 1991 NTB 97) Küsnacht / -28 nicht erreicht nicht erreicht Erdöl/-gas 196 Büchi et al Boswil / nicht erreicht nicht erreicht Erdöl/-gas 1965 Lemcke et al Hünenberg / nicht erreicht nicht erreicht Erdöl/-gas 1965 Lemcke et al Pfaffnau Süd / -586 nicht erreicht nicht erreicht Erdöl/-gas 1964 Lemcke et al Lindau / / / Erdöl/-gas 1964 Büchi et al Entlebuch / / / 4 Erdöl/-gas 198 Vollmayr & Wendt 1987 Pfaffnau / / / Erdöl/-gas 1963 Büchi et al Schafisheim / / / -169 Nagra 1984 Nagra 1988 NTB 86-3) Zürich, Triemli / / / Geothermie 21 ewz 21 Tabelle 1: Die wichtigsten Tiefbohrungen in der weiteren Umgebung des Kantons Schwyz. Neben dem Jahr und Zweck der Bohrung sowie der Höhenkote und der Endtiefe sind die Tiefenlagen der erreichten potenziellen Zielaquifere aufgelistet Seismische Profile Die seismischen Profile stellen den einzigen vorhandenen Datensatz dar, welcher im Kanton Schwyz Aufschluss über tiefliegenden Strukturen im Mesozoikum und dem Grundgebirge geben kann. Das Mittelland ist von zahlreichen seismischen Profilen durchzogen. Diese wurden in den 6er bis in die 8er Jahre vor allem von der SEAG, der «Aktiengesellschaft für schweizerisches Erdöl», für die Erdöl- und Erdgas-Exploration vorangetrieben siehe Beilagen 1 und 2 sowie Tabelle 2). In der Nordschweiz wurden sie durch Profilspuren der Nagra auf der Suche nach einem Endlager für die Entsorgung radioaktiver Abfälle ergänzt. Diese seismischen Profile sind jedoch für den Kanton Schwyz höchstens als nördliche Anknüpfungspunkte von Bedeutung. Für den vorliegenden Bericht wurden die uns zur Verfügung gestellten Unterlagen der SEAG studiert und ausgewertet. Im Kanton Schwyz wurden die seismischen Profile relativ weitständig gelegt und decken zudem den südlichen, inneralpinen Bereich nicht ab. Entsprechend schwer ist die Korrelation von tektonischen Strukturen zwischen den einzelnen Profilen. Die Lage von Brüchen ist zwar in seismischen Profilen erkennbar, ob es sich jedoch um Flexuren mit einer entsprechend zu erwartenden erhöhten Klüftung, Bruchscharen oder um diskrete Brüche handelt, ist kaum zu bestimmen. Über die Verbreitung des Permokarbons liegen nur punktuell gesicherte Angaben im Bereich abgeteufter Bohrungen vor. Publizierte Karten mit vermuteten Vorkommen unter dem Mesozoikum sind entsprechend mit Vorsicht zu geniessen siehe Beilage 4, basierend auf dem Nagra-Bericht NTB 8). Der Grund hierfür ist in Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 1/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

11 der aufgrund der starken Zementation zum Kristallin ähnlichen seismischen Geschwindigkeit zu suchen. Seismische Linie Eigentümer Anteil Kt. Schwyz Zugang SEAG SEAG 5% unpubliziert SEAG SEAG 1% unpubliziert SEAG 75A-18 SEAG 1% unpubliziert SEAG SEAG 8% unpubliziert SEAG SEAG 1% unpubliziert SEAG 75-2 SEAG 1% unpubliziert SEAG SEAG 3% unpubliziert SEAG SEAG 1% unpubliziert SEAG SEAG/BFE 2% offentlich SEAG SEAG 2% unpubliziert SEAG SEAG 1% unpubliziert SEAG SEAG 2% unpubliziert SEAG SEAG 1% unpubliziert SEAG SEAG 1% unpubliziert SEAG SEAG 1% unpubliziert SEAG SEAG 5% unpubliziert Tabelle 2: Die seismischen Reflexionslinien im Kanton Schwyz. Angaben gemäss Unterlagen der Geoform Ltd Auswertung der SEAG-Seismik Für das Niveau Top Malm respektive Basis Tertiär siehe Beilage 5) konnte auf eine detaillierte Karte inklusive Bruchtektonik zurückgegriffen werden, welche auf Basis der Seismikdaten der SEAG erstellt wurde Prakla Seism 198: SEAG , Zeitplan Horizont B etwa Tertiärbasis), SW-Teil). Da diese Karte nicht tiefenmigriert ist und nur auf Laufzeiten der seismischen Wellen basiert, musste zur Bestimmung der Tiefenlage des Top Malms ein Mass für die Geschwindigkeiten der seismischen Wellen bestimmt werden. Diese wurde auf der Auswertung von Marillier 29, für die Schweizerische Geophysikalische Kommission SGPK) abgestützt, wobei sich folgende Beziehung zwischen der Tiefe und der Laufzeit ergab, welche in Annäherung umgesetzt wurde Beilage 6): Tiefe [m u. T.] =1219 ln L 842 mit L = Laufzeit [ms] Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 11/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

12 4 GEOLOGISCHE ÜBERSICHT 4.1 Der geologische Bau des Kantons Schwyz Der Kanton Schwyz liegt am Nordrand der Alpen im Bereich der Subalpinen Molasse und der Helvetischen Decken. Von den oberen tektonischen Einheiten, den penninischen und ostalpinen Decken, sind nur einzelne isolierte Fragmente Klippen) übrig geblieben siehe Beilage 2). Im NW SE-Profilschnitt Figur 3 und Beilage 3) zeigt sich, dass die Gesteine der helvetischen Decken bis in maximal einige Kilometer in Tiefe anzutreffen sind und daher als Ziel für die Tiefengeothermie kaum von Bedeutung sein können. Darunter erstreckt sich bis in einige Kilometer Tiefe der Molassetrog, welcher im Norden, neben evtl. weitgehend ungestörteren, tiefliegenden Einheiten der mittelländischen Molasse, aus der Subalpinen Molasse aufgebaut wird. Im Süden geht die Subalpine Molasse unterhalb der helvetischen Decken in den Nordhelvetischen Flysch über. Dieser tritt im Bereich von Altdorf zutage. Unterhalb der tertiären Sedimente des Molassetrogs folgt die mesozoische Gesteinsabfolge der europäischen Plattform. Diese fällt durchschnittlich mit rund 2 bis 5 nach SSE unter die Alpenfront ein. Im Durchschnitt ist die mesozoische Gesteinsserie etwa 8 m mächtig. Sie treten im Juragebirge im Norden und im sog. Autochthon der Alpen an der Oberfläche zum Vorschein. Unter den mesozoischen Sedimenten befindet sich das Grundgebirge, auch Sockel genannt. Dieses besteht aus kristallinen Gneisen und Graniten in welche verbreitet Sedimente des Perms und des Karbons, zusammenfassend als Permokarbon bezeichnet, eingelagert sind. Das Permokarbon ist vor allem in Grabenstrukturen erhalten geblieben. Der Sockel mit der mesozoischen Sedimentbedeckung wird im Süden durch das Aar-Massiv abgelöst, welches als Externmassiv durch den Schub der Alpen erfasst, bis an die Oberfläche aufgewölbt und nach Norden überschoben wurde. Wie gross der Überschiebungsbetrag ist und wie weit der Sockel der europäischen Plattform erfasst wurde ist unklar. Immerhin kann jedoch festgehalten werden, dass in Zusammenhang mit der Überschiebung des Aar-Massivs mit Ausnahme des nordöstlichsten Bereichs, der gesamte Schweizer Molassetrog erfasst und nach Norden geschoben wurde. Dabei folgte die Überschiebungsfläche den Salzlagen in der unteren Trias des mesozoischen Deckgebirges. Während es dadurch im Bereich der mittelländischen Molasse infolge der grossen Mächtigkeit kaum Verfaltungen gab, wurde im Norden durch Überschiebungen und Auffaltungen das Juragebirge gebildet. Der Überschiebungsbetrag nimmt nach Westen zu und hat in der Westschweiz rund 25 km erreicht. Im Bereich des Kantons Schwyz dürfte er einige Kilometer betragen. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 12/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

13 Figur 3: Die geologisch-tektonischen Einheiten im schematischen Profilschnitt durch den Molassetrog vom Nordrand des Juragebirges bis in die Zentralalpen mit der Lage des Kantons Schwyz. Das Profil ist zweifach überhöht. Für das nicht überhöhte Profil im Massstab 1:2 für den Bereich SSW von Boswil siehe Beilage Beschreibung der Gesteinsabfolge Einleitung Nachfolgend werden die im Untergrund des Kantons Schwyz zu erwartenden Gesteinsabfolgen beschrieben und zwar entsprechend ihrem Alter von alt nach jung resp. von unten nach oben. Da direkte Aufschlüsse fehlen werden die Gesteine gegenübergestellt, wie sie einerseits in den Oberflächenaufschlüssen im Juragebirge und den Tiefbohrungen und andererseits im Süden in Autochthon der Alpen in Erscheinung treten siehe auch Figur 4 und Figur 5). Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 13/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

14 Figur 4: Sammelprofil Ostjura Aus Nagra NTB 8, Beilage 4.2-1/3, nach Jordan 27) Figur 5: Sammelprofil Autochthon, Parautochthon, Allochthon. Aus Nagra NTB 8, Beilage 4.2-1/3, nach Jordan 27) Kristallines Grundgebirge Sockel) Das Grundgebirge, oft auch als Sockel bezeichnet, umfasst sowohl kristalline Gesteine, welche aus Gneisen und Graniten bestehen, sowie darin eingelagerte Sedimente der Perm- und Karbonzeit siehe Kapitel 4.2.3) und allenfalls Vulkanite. Die nächsten Aufschlussbohrungen, welche das kristalline Grundgebirge erreicht haben, sind die Tiefbohrungen Schafisheim, Zürich-Triemli und Lindau-1. Diese liegen rund 24 bis 36 km nordwestlich des Kantons Schwyz vgl. Beilage 2). Sowohl in der Bohrung Schafisheim als auch in der Bohrung Lindau wurde ein Biotit-Granit angetroffen, auf welchen in der Bohrung Lindau-1 im unteren Teil Syenite, Monzo- Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 14/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

15 nite und Diorite folgten Nagra NTB 88-22). Die Resultate der Bohrung Zürich- Triemli sind noch nicht im Detail publik. Vergleiche mit den Kristallinstrecken der weiteren Nordschweizer Bohrungen sowie mit den Gneisen und Graniten des Schwarzwaldes lassen vermuten, dass das kristalline Grundgebirge der Nordostschweiz während und nach der vorletzten = variskischen) Gebirgsbildung im späten Paläozoikum vor rund 35 bis 3 Millionen Jahren eine gemeinsame Deformationsgeschichte und nachträgliche Überprägung durch die Zirkulation heisser Tiefenwässer erfahren hat Mazurek & Peters 1992; Thury et al. 1994). Dabei bildeten sich zahlreiche Störungszonen, die teilweise auch im Mesozoikum und weiter im Süden in Richtung Alpen und damit dem Kanton Schwyz durch den Fernschub der Alpen reaktiviert wurden. Dadurch entstanden zumindest teilweise neue Wegsamkeiten für die Zirkulation von Tiefenwässern, welche für eine geothermische Nutzung interessant sein könnte. Es ist sehr wahrscheinlich, dass es im Sockel noch bedeutende Störungszonen gibt, die aber mit den bisherigen Untersuchungen noch nicht ermittelt werden konnten. Im Süden gelangt das Kristallin im Aar-Massiv der Alpen an die Oberfläche. Dieses wird einerseits durch das Altkristallin und andererseits durch darin eingelagerte, mächtige variskische Granitkörper und Vulkanite z. B. Windgällenporphyr) aufgebaut. Der Erstfelder-Gneis als Teil des Altkristallins stellt den nördlichsten Kristallinkomplex dar, welcher noch aufgeschlossen ist. Westlich von Engelberg wird er in dieser Lage durch das Innertkirchner Kristallin abgelöst, welcher durch die teilweise Aufschmelzung des Erstfelder-Gneises während der kaledonischen Gebirgsbildung entstanden ist, wobei sich Migmatite gebildet haben Spillmann et al. 211). Gut ersichtlich ist, wie dies auch in den nördlichen Tiefbohrungen zu sehen ist, verbreitet die permische Verwitterung der obersten Meter bis Dekameter unterhalb der mesozoischen Bedeckung. Bohrung Top Grundgebirge [m u. T.] / [m.ü.m.] Erbohrte Strecke Grundgebirge Permokarbon Distanz zum Kanton Schwyz Schafisheim 149 / m Kein 36 km Ausprägung Dunkler Biotit-Granit, im unteren Bereich Syenite, Monzonite und Diorite Daten- Quelle Büchi et al Lindau / m Kein 25 km Dunkler Biotit-Granit Büchi et al Zürich, Triemli 246 / m Kein 25 km z. T. verwittertes Kristallin ewz 21 Entlebuch / 4 98 m Ja, nur angebohrt 23 km Permokarbon, 198 m erbohrt Vollmayr & Wendt 1987 Quellen: *1 = Geologischer Atlas der Schweiz, Blatt Steckborn Kreuzlingen, Erläuterungen 28) Tabelle 3: Wichtige Tiefbohrungen in den angrenzenden Gebieten des Kantons Schwyz bis ins Grundgebirge Kristallin und Permokarbon). Aufgeführt sind die Höhenkote der Bohrung, die erreichte Endtiefe sowie die Tiefenlage der Oberfläche der potenziellen Zielaquifere. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 15/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

16 4.2.3 Permokarbontröge Als Ende des Paläozoikums die Kontinente im Superkontinent Pangäa vereint waren, war das Grundgebirge durch erosive Vorgänge weitgehend freigelegt worden. Terrestrische Sedimente des Perms und des Karbons waren nur in Senken erhalten geblieben. In tiefen Grabenstrukturen konnten sie jedoch Mächtigkeiten bis zu mehr als einem Kilometer erreichen. Bekanntestes Beispiel ist hierbei der Nordschweizer Permokarbontrog NPT), welcher die Nordschweiz von West nach Ost durchzieht siehe Beilage 4 und Figur 3 ganz links). Permokarbon wurde in der weiteren Umgebung des Kantons Schwyz einzig in der Bohrung Entlebuch-1 Finsterwald) erbohrt, ohne dass diese bis in Kristallin das abgeteuft wurde. Aufgrund der ähnlichen seismischen Geschwindigkeit der permokarbonen Grabenfüllungen und des kristallinen Grundgebirges sind die Grabenstrukturen in der Seismik nur schwer erkennbar. Daher herrschen über ihre Verbreitung und damit die effektive Tiefenlage des kristallinen Grundgebirges grosse Unsicherheiten Mesozoikum Erdmittelalter) Über dem Grundgebirge folgt die Gesteinsserie des rund 8 m mächtigen Mesozoikums = Erdmittelalter), welches zusammenfassend auch als mesozoisches Deckgebirge bezeichnet wird. Das Mesozoikum umfasst eine lange Zeit von ca. 18 Mio. Jahren Dauer mit vergleichsweise ruhigen Verhältnissen im Gebiet der europäischen Plattform. Das Mesozoikum wird von alt nach jung bzw. unten nach oben in drei grosse Zeitabschnitte Trias, Jura und Kreide eingeteilt und umfasst zahlreiche Formationen. Deren Mächtigkeiten betragen wenige Dekameter bis zu einigen hundert Meter und sind von einer typischen Ausbildung, die jeweils über grössere Distanzen lateral verfolgt korreliert) werden können. Trias-Zeit Während der frühen Trias vor ca. 245 Mio. Jahren war das kristalline Grundgebirge weitgehend eingeebnet. Bei warm-aridem Klima beherrschten Wüsten die damalige Landoberfläche. In der Nordschweiz wird das Grundgebirge vom Buntsandstein überlagert. Während dieser in Südwestdeutschland bis weit über 1 m mächtig ist, wird er gegen Süden immer dünner. In der Bohrung Zürich-Triemli weist er noch 1 m und in der Bohrung Schafisheim noch 12 m Mächtigkeit auf, während er in Entlebuch-1 gänzlich zu fehlen scheint. Im Autochthon der Alpen bilden oft bis zu 4 m mächtige, weisse bis hellgraue Sandsteine der Mels-Formation die mesozoische Basis über dem Kristallin Spillmann et al. 211). Diese basalen Sandsteine entsprechen vermutlich jedoch eher dem Basissandstein des Mittleren Muschelkalkes in der Nordschweiz. Es ist daher anzunehmen, dass der Buntsandstein im Kanton Schwyz fehlt oder zumindest sehr geringmächtig ist. Im Laufe der mittleren Trias, der Zeit des Muschelkalks, wurde das Land in der Nordschweiz sukzessive durch ein sich von N nach S ausbreitendes Flachmeer überflutet Germanisches Meer). Der Untere und Mittlere Muschelkalk umfasst Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 16/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

17 Küsten- und Lagunenablagerungen mit sogenannten Evaporiten Gips und Steinsalz), in welcher die basale Überschiebung des Juragebirges verläuft. Zur Zeit des Oberen Muschelkalks befand sich die Schweiz am Südrand eines offenen germanischen Schelfmeeres, wobei sich sowohl in der Nordschweiz als auch im helvetischen Ablagerungsraum Dolomite, welche typisch für subtropische Küstensedimente aus ariden Klimazonen sind, abgelagert wurden. Im der Nordschweiz umfasst der Obere Muschelkalk den Hauptmuschelkalk, der überwiegend als gebankter Kalkstein vorliegt und den überlagernden, teilweise stark porösen feinkavernösen) Trigonodus-Dolomit. In den Alpen stellen die Dolomite der Röti- Formation das Äquivalent dar. Diese sind meist 5 2 m, stellenweise auch bis zu 6 m mächtig und stechen oft als auffällig hellgelb bis gelborange anwitterndes Gestein ins Auge Heim 1921, Spillmann et al. 211). Im Bereich der Windgällen fehlt die Trias und damit auch der Obere Muschelkalk vollständig. Bohrung Top Oberer Muschelkalk [m u. T.] / [m.ü.m.] Mächtigkeit Schafisheim 1228 / m Nagra NTB 86-3 Lindau / m Büchi et al Zürich, Triemli 2239 / m ewz 21 Daten- Quelle Entlebuch / m Vollmayr & Wendt 1987 Quellen: *1 = Geologischer Atlas der Schweiz, Blatt Steckborn Kreuzlingen, Erläuterungen 28) Tabelle 4: Der Obere Muschelkalk in den wichtigsten Tiefbohrungen in den angrenzenden Gebieten des Kantons Schwyz. Die obere Trias, der Keuper, wird im germanischen Raum der Nordschweiz von evaporitisch-kontinentalen Ablagerungen dominiert. Im Gebiet der heutigen Alpen etablierte sich irgendwann ab dem Keuper das vindelizische Land, so dass hier bis in den Dogger hinein eine Schichtlücke vorliegt. Die Verwitterungsprodukte dieser Landmasse wurden in der Nordschweiz in einer weiten Fluss- und Schwemmlandebene abgelagert, wo sie heute als ausgeprägte Sandsteinzonen die Schichtabfolge des höheren Keuper durchsetzen Keupers Wedelsandstein-, Stubensandsteinund Schilfsandsteinformation). Jura-Zeit Während der Zeit des Juras wurde die Nordostschweiz für einen Zeitraum von ca. 65 Mio. Jahren von einem flachen Meer bedeckt. In den Gesteinsformationen des Lias und Doggers früher und mittlerer Jura) zeugen wiederholt auftretende, sandreiche Ablagerungen von der Existenz naher Landmassen oder Inseln, was zeigt, dass immer noch Teile des Grundgebirges aus dem Meer ragten und der Erosion ausgesetzt waren. Wie bereits erwähnt, bildete zu dieser Zeit bis in den Dogger hinein das vindelizische Land im Bereich des Aar-Massivs eine Hochzone aus, so dass hier aus der Zeit des Lias keine Ablagerungen vorhanden sind. In der Nordschweiz wird der untere Dogger durch den meist über 1 m mächtigen Opalinuston ausgebildet, welcher von den vorwiegend sandig-mergeligen Serien der Passwang-Formation überlagert wird. Im Oberen Dogger bildete sich in der Ost- Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 17/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

18 schweiz eine untiefe Flachwasserplattform, in welcher der oolithische Hauptrogenstein abgelagert wurde. In der Bohrung Schafisheim erreicht er eine Mächtigkeit von 73 m. Es wird angenommen, dass er gegen Süden auskeilt. Der Ablagerungen des Doggers im Autochthon des Aar-Massivs sind bis 4 m mächtig Heim 1921) und bestehen unten aus schwarzen Tonschiefern Mols- Member der Bommerstein-Formation), welche von einem kieseligen Echinodermenkalk Reischiben-Formation) überlagert werden. Der Abschluss bildet der auffällig rostbraun anwitternde Kondensationshorizont des Blegi-Eisenooliths. Im Malm später Jura) etablierte sich im ganzen Raum der Schweiz ein seichtes, nach Süden tiefer werdende marine Plattform. Während im Unteren Malm noch eher mergelige Serien zur Ablagerung kamen Wildegg-Formation in der Nordschweiz und Schilt-Formation in den Alpen), bildete sich im Oberen Malm durchgängig eine mächtige Kalkabfolge. In der Nordschweiz liegt diese in der schwäbischen Fazies vor, welche durch das Vorkommen von gebankten Kalken und untergeordnet Dolomiten Felsenkalke und Bankkalke) sowie Bereichen mit massigen Kalken und z. T. Riffkalken Schwammkalkfazies, Massenkalk) charakterisiert ist. In Autochthon der Alpen wurde zur Zeit des Oberen Malms dagegen die mikritischen Kalke der Quinten-Formation in einem relativ tiefen, Sauerstoff armen Meeresbecken abgelagert helvetische Fazies). Aufgrund des vergleichsweise hohen organischen Anteils sind diese Kalke im frischen Bruch meist relativ dunkel. Im späten Malm wurden die Wassertiefen geringer, so dass schlussendlich mit dem Troskalk als Oberstes Glied der Quinten-Formation sogar helle, massige Riffkalke gebildet wurden. Die Grenze zwischen der schwäbischen und der helvetischen Fazies des Malms verläuft aufgrund der Bohrdaten vermutlich SW-NE verlaufend mitten durch den Molassetrog, so dass der Kanton Schwyz weitgehend in helvetisch geprägten Ablagerungsbereich liegt. Bohrung Top Mächtigkeit Oberer Malm Bemerkungen, Oberer Malm [m u. T.] / Ausprägung Kalke) [m.ü.m.] Daten-Quelle Küsnacht / -28 m Malm 8 m erbohrt, Oberer Malm vermutlich fehlend Büchi et al Boswil / m erbohrt - Lemcke et al Hünenberg / m erbohrt - Lemcke et al Pfaffnau Süd / m erbohrt - Lemcke et al Lindau / m Entlebuch / m + ca. 1 m erosiv gekappt) Pfaffnau / m Schafisheim 576 / m Schwäbische Fazies mit Büchi et al Massenkalk Mikritischer Kalk, zuoberst verkarstet insgesamt 1365 m 3 Vollmayr & Wendt 1987 Spülungsverluste) mit Boluston. Unsichere Grenzziehung nach Büchi et al unten. Kalkdominierter Bereich insgesamt 91 m, wobei hiervon Nagra 1988 NTB 86-3) 57 m dem Effingen-Member angehören. Zürich, Triemli 1655 / m - ewz 21 Tabelle 5: Der Obere Malm in den wichtigsten Tiefbohrungen in den angrenzenden Gebieten des Kantons Schwyz. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 18/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

19 Kreide-Zeit Aus der Kreidezeit sind im Norden der Schweiz östlich von Biel keine Sedimente erhalten geblieben. Allenfalls einmal abgelagerte Kreidesedimente wurden schon vor der Molassezeit wieder erodiert. Bis zum Beginn der Molassesedimentation verstrich die sehr lange Zeit von rund 1 Mio. Jahren, von welcher nur die in Karstspalten und in lokalen Senken erhaltenen Verwitterungsprodukte mesozoischer Karbonatgesteine zeugen Boluston-Formation, Bohnerz). Selbst der Obere Malm wurde dabei lokal fast gänzlich erodiert Bohrung Küsnacht-1). Auch im Bereich des Aar-Massivs fehlen Ablagerungen der Kreide weitgehend. Einzig die obersten Elemente der Quinten-Formation Troskalk) besitzen Kreidealter Tertiär Erdneuzeit) Das Tertiär besteht im Kanton Schwyz zum einen im Norden aus den Gesteinsserien der gefalteten und steilgestellten mittelländischen Molasse, der südlich davon anschliessenden subalpinen Molasse sowie dem unter den helvetischen Decken und im Raum Altdorf aufgeschlossenen Nordhelvetischen Flysch. Auf die mit den helvetischen Decken nach Norden transportierten Süd- und Ultrahelvetischen sowie Unterpenninischen Flysche wird hier nicht näher eingegangen. Wie erwähnt fehlen Abfolgen aus dem frühen Tertiär Eozän) weitgehend. Die ältesten über den Residualsedimenten abgelagerten Schichten stellt der Nordhelvetische Flysch im Alpenraum dar, welcher mit dem Beginn der Heraushebung der Alpen und dem damit zusammenhängenden Vorstoss des Meeres von Südosten in den Bereich des Aaremassivs gebildet wurde. Im Bereich des Molassebeckens wurde daraufhin mit dem Abtragungsschutt der sich nach Norden vorschiebenden Alpen die Gesteine der Molasse im Zeitraum von etwa 3 bis 1 Mio. Jahren Oligo- und Miozän) durch ausgedehnte Schuttfächersysteme im Alpenvorland abgelagert. Der Kanton Schwyz befindet sich dabei im Bereich zwischen den für lange Zeit aktiven Napf- und Hörnli-Schüttungsfächer zusammenfassende Darstellungen in: Keller 2). Nach dem jeweils dominierenden Entstehungsmilieu der Sedimente wird die mittelländische Molasse in vier Einheiten gegliedert, wobei nur die beiden unteren im Kanton Schwyz den Untergrund aufbauen. Es sind dies: Die Untere Süsswassermolasse USM) und die Untere Meeresmolasse UMM) Entsprechend ihrer Entstehung als Füllung der alpinen Vorlandsenke sind diese Einheiten am Alpenrand sehr mächtig, werden nach NW sukzessive geringmächtiger und keilen im Bereich des Juras ganz aus «Molassekeil»). Der grösste Bereich der Molasseabfolgen befindet sich im Bereich der Subalpinen Molasse. Hier wurden die Molassesedimente von den helvetischen Decken überfahren, wobei die Schichten verschuppt und steilgestellt wurden. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 19/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

20 4.3 Störungszonen Störungszonen weisen oft eine erhöhte Durchlässigkeit auf und sind deshalb für hydrothermale geothermische Nutzungen besonders interessant. Hinweise auf Strukturen im Bereich des Mesozoikums können aus Oberflächenaufschlüssen keine erhalten werden. Informationen zu Störzonen in Mesozoikum und dem Grundgebirge beruhen entsprechend ausschliesslich auf den seismischen Befunden der SEAG. Im Bereich des Top Malm wurden mit der SEAG-Seismik zahlreiche Störungen identifiziert Siehe Beilage 6). Deren lateraler Verlauf ist jedoch in der Regel unsicher und bei der Interpretation besteht viel Freiraum, insbesondere wenn es um die Verbindung der Strukturen zwischen den einzelnen seismischen Profilen geht. Auch ob es sich um Flexuren mit entsprechender erhöhter Klüftung und damit Durchlässigkeit handelt oder um eine Schar von Brüchen oder um diskrete Brüche handelt, ist nicht genau zu beurteilen. Verschuppungs- und Auffaltungszonen im mesozoischen Deckgebirge lassen sich vermutlich meist mit Permokarbontrögen korreliert, da der Fernschub der Alpen die Randstörungen, welche diese Tröge begrenzen, als präexistierende Schwächezonen reaktiviert hat. Die Bohrungen Entlebuch-1 und vermutlich auch Linden-1 wurden in auf diese Weise entstandene Antiklinalstrukturen abgeteuft. 5 TEMPERATUREN Die in der Schweiz verfügbaren Temperaturmessdaten sind in Schärli und Kohl 22) zusammengestellt vgl. Tabelle 6 und Figur 6). Darin ist auch die Datenqualität beurteilt, wobei festzustellen ist, dass es sich meist um Bohrlochsolenmessungen BHT) handelt, welche korrigiert werden müssen um Werte zu erhalten, die der tatsächlichen Gebirgstemperatur entsprechen. Oftmals sind solche Korrekturen jedoch nicht dokumentiert, was bedeutet, dass die Werte entsprechend ungenau und wohl oftmals zu hoch sind. Die Daten stammen einerseits aus dem NAGRA- Sondierprogramm, dem SEAG-Archiv oder von Geothermie-Bohrungen. Um die Temperatur in einer gewissen Tiefe abschätzen zu können, muss der geothermische Gradient, also die Zunahme der Temperatur mit der Tiefe, bekannt sein. Der mittlere thermische Gradient beträgt in der Schweiz rund 3 C/km. Die in den Tiefbohrungen der weiteren Umgebung des Kantons Schwyz durchgeführten Temperaturmessungen ergeben geothermische Gradienten zwischen 26 und 4 C/kmvgl. Tabelle 6 und Figur 6). Der geothermische Gradient wird in erster Linie durch den geothermischen Wärmefluss, die Wärmeleitfähigkeit der Gesteine sowie den Wärmetransport durch Fluide beeinflusst. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 2/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

21 Bohrung Bohrkote Endtiefe Messbereich [m u.t.] oben unten [m ü.m.] [m u.t.] [m u.t.] [m u.t.] Messart Qualität Jahr Originaldaten Zweck Geothermischer Gradient bis Messung unten Altishofen ? gering 1952 T E 31 C/km Boswil BHT* gering 1965 T E 26 C/km Entelbuch BHT gering 1982 T E 31 C/km Hünenberg BHT* gering 1965 T E 26 C/km Küsnacht BHT* gering 196 T E 29 C/km Lindau BHT* gering 1964 T E 31 C/km Linden BHT* gering 1972 T E 3 C/km Pfaffnau BHT* gering 196 T E 35 C/km Pfaffnau-Süd BHT* gering 1964 T E 33 C/km Schafisheim BHT gut 1984 T Nagra 38 C/km Thun BHT gering 1989 T E 35 C/km Tuggen ? gering 1928 T E 27 C/km Wellenberg HRT sehr gut 1993 T Nagra 35 C/km Weissbad HRT sehr gut 1994 P G 29 C/km Zürich-Triemli ???? 21 P G 37 C/km Tabelle 6 Geothermische Gradienten sowie Messart und Qualität der Temperaturmessungen in den Tiefbohrungen der weiteren Umgebung des Kantons Schwyz. Daten aus Schärli & Kohl 22. Abkürzungen: - BHT* = Bottom-Hole-Temperatur Messung *= ohne Korrektur-Dokumentation) HRT = High resolution thermometer temperature log) - T = Werte aus Tabelle W = Werte aus Plot - E = Erdöl- und/oder Erdgasexploration G = Geothermiebohrung Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 21/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

22 Figur 6: Verlauf der Temperaturen in den Tiefbohrungen der weiteren Umgebung des Kantons Schwyz. Die Verläufe basieren auf Temperaturmessungen unterschiedlicher Qualität. Zum Vergleich sind die Linien der geothermischen Gradienten zwischen 2 und 5 C/km eingetragen. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 22/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

23 6 POTENZIELLE AQUIFERE 6.1 Hydraulische Leitfähigkeit Tabelle 7). Für eine Beurteilung der hydrothermalen Nutzungsmöglichkeiten sind die hydrogeologischen Eigenschaften einer Gesteinsschicht Aquifertyp, Permeabilität, Mächtigkeit) und ihre Tiefenlage von zentraler Bedeutung. Die für diese Nutzungsart kritische, schwer prognostizierbare Eigenschaft stellt die Wasserwegsamkeit dar. Die hydraulische Leitfähigkeit eines Gesteins und, in Zusammenhang mit der Aquifermächtigkeit die Transmissivität, stellen hierfür das Mass dar. Die verschiedenen hydrogeologischen Einheiten weisen aufgrund bestehender Messungen in der Nordschweiz grosse Unterschiede auf. Aufgrund der bisherigen Kenntnisse werden folgende lithostratigraphischen Abschnitte im Kanton Schwyz als nutzbare regionale Felsaquifere in Betracht gezogen werden siehe auch Tabelle 8 und Signorelli et al. 25): Die Kalksteine des Oberen Malms Quinten-Formation) Die Kalksteine und Dolomite des Oberen Muschelkalks Dolomit der Röti- Formation). Verwitterte und geklüftete Zonen des kristallinen Grundgebirges, falls vorhanden zusammen mit dem Buntsandstein Folgende weiteren Gesteinsformationen können in Lagen oft geringer Mächtigkeit oder räumlich in sehr heterogener Form ebenfalls nutzbares Felsgrundwasser führen: Untere Süsswassermolasse sowie einzelne Schichten der Doggers und des Keupers Wedelsandstein-, Stubensandstein- und Schilfsandsteinformation). Diese Lithologien werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit jedoch nicht berücksichtigt, da einerseits ihre Bedeutung als Aquifere, soweit bekannt, eher gering ist. Im Autochthon der Alpen sind diese Formationen zudem nicht mehr, auch nicht in anderer Ausprägung, vorzufinden. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 23/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

24 Horizont Hydraulische Leitfähigkeit kf-wert, [m/s]) Bemerkungen Tertiär bis Oberer Malm 1 1 Oberer Muschelkalk Buntsandstein bis bis Permo-Karbon Erdölbohrungen, Schafisheim, Weiach Labor- und Feldtests, Lit. Thury et al., 1994), gegen Süden als Folge verstärkter Zementation abnehmend. Vorwiegend ist der Oberste Malm durchlässig Paläokarst). Im Bereich von Störungszonen potenzieller Kluftaquifer. Grosse Mächtigkeit mehrere hundert Meter). In Entlebuch-1 Gasspeichergestein. Aquifermächtigkeit im Bereich des Kantons Schwyz bei vermutlich rund 4 m. Mittelwert in der Nordschweiz bei m/s In Schafisheim 12 und in Zürich 1 m mächtig. Bei direktem Kontakt mit Kristallin grossräumiger Aquifer; sonst an Basis abgedichtet. Im Kanton Schwyz vermutlich fehlend. bis Kristallin bis Messungen in Weiach: einzelne Zonen von ca. 4 m Mächtigkeit im oberen Abschnitt mit Durchlässigkeiten von bis m/s. Lit. Nagra NTB 93-1, 8-5) Mittelwert in der Nordschweiz bei m/s. Tendenziell bessere Durchlässigkeit in den obersten 3 5 m als Folge permischer Verwitterung, hydrothermalen Umwandlungen und Entlastungsklüftung. Tabelle 7: Zusammenstellung der hydrogeologischen Verhältnisse mit Angabe typischer k f-werte in verschiedenen geologischen Horizonten. Horizonte mit relevanter Wasserführung sind durch Pfeile gekennzeichnet. Grundsätzlich ist, insbesondere bei Kluftaquiferen, die hydraulische Durchlässigkeit im Bereich von tektonischen Störungen erhöht. Deshalb werden Störungszonen als primäre Zielbereiche innerhalb von potenziellen Aquiferen angesehen siehe Beilage 6). Diesen Grundsatz verfolgt das derzeit geplante Geothermieprojekt St. Gallen, welches eine Bruchzone im Oberen Malm anvisiert, zu deren Lokalisierung vorgängig eine aufwändige 3D-Seismik durchgeführt wurde. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 24/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

25 Formation / Einheit Gestein Tiefenlage Top unter Terrain Referenzhöhe 5 m) Bereich Wollerau Bereich Schwyz Mächtigkeit Temperatur Bereich Wollerau Bereich Schwyz Aquifertyp Bemerkungen zur Durchlässigkeit Oberer Malm Kalkstein der Quinten- Formation 4 m 6 m Ca. 4 m 135 C 185 C Kuft- und Karstwasseraquifer. Stark variierend, je nach Verkarstung / Klüftung. Oberer Muschekalk Dolomit / Kalk 47 m 67 m Ca. 4 m 16 C 21 C Teilweise verkarsteter Kluftwasseraquifer Stark variierend, je nach Verkarstung / Klüftung. Kristallin ohne Permokarbon) Gneis/Granit 48 m 67 m Kristallin in den obersten Metern verwittert und auf den obersten 3 5 m durch Entlastungsklüftung aufgelockert. 165 C 215 C Kluftwasseraquifer Vermutete Wasserführung im obersten verwitterten Bereich und in Störungszonen. Tendenziell erhöhte Durchlässigkeit in den obersten rund 5 m infolge permischer Entlastungsklüftung. Tabelle 8: Übersicht und Prognose zu den potenziellen Aquiferen. Die Referenzwerte der beiden Bereiche Wollerau und Schwyz Stadt) geben die Spannweite im Siedlungsbereich des Kantons wieder Kristallin Die Kenntnisse über die hydrogeologischen Bedingungen im Kristallin sind relativ gering. Das kristalline Grundgebirge der Nordostschweiz wurde von der Nagra in 6 Bohrungen untersucht. Insgesamt liegen 253 Messwerte über die hydrogeologische Eignung Transmissivitäten) aus den NAGRA-Bohrungen Böttstein, Kaisten, Leuggern, Weiach, und Schafisheim sowie aus der Thermalbohrung Zurzach vor Nagra, 1985; Nagra, 1989; Nagra, 1991a, Nagra, 1991b, Nagra, 1992a; Nagra, 1992b; Neff, 198; Thury et al., 1994). Die in hydraulische Leitfähigkeiten umgerechneten Werte dieser Messungen weisen eine grosse Schwankungsbreite auf, es ist jedoch eine Korrelation mit der Lage unter der Kristallinoberfläche gegeben Figur 7). Die Werte schwanken zwischen 1-13 m/s und 1-5 m/s. Der Mittelwert liegt bei 1-9 m/s. Eine allgemein gültige Abschätzung der hydraulischen Leitfähigkeit ist insofern schwierig, als sich die Wasserführung im Kristallin auf zahlreiche diskrete Wasserseintrittsstellen entlang offener Klüfte oder Störungszonen konzentriert. Entlang dieser Klüfte und im verwitterten, oberen Kristallin sind die Werte normalerweise erhöht. Der Mittelwert der hydraulischen Leitfähigkeiten im Kristallin der Nordostschweiz entspricht den Verhältnissen im ungestörten Untergrund in 3.5 km beim europäischen EGS Projekt in Soultz-sous-Forêts Kohl et al., 2). Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 25/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

26 Figur 7: Hydraulische Leitfähigkeiten im Kristallin der Nordostschweiz, dargestellt als Funktion der Tiefe unter der kristallinen Oberkante und der Länge des Testintervalls. Logarithmische Skala, nach Signorelli & Kohl, 26). Das Kristallin stellt voraussichtlich nur in Störzonen ein potenzielles Ziel für ein hydrothermales Projekt dar, wobei vermutlich eine Stimulation zur Verbesserung der Durchlässigkeit von Beginn an ins Auge gefasst werden muss Oberer Muschelkalk Ein bekanntes Beispiel für die geothermische Nutzung des Oberen Muschelkalk ist die Anlage Riehen, Basel-Stadt Hauber, 1993), mit der seit 1989 Erdwärme in grösserem Stil für die Beheizung von 16 Liegenschaften genutzt wird. Zudem entstammen alle Thermalquellen entlang der Jurahauptüberschiebung diesem Aquifer. Mehrere Bohrungen wurden hier mit dem Ziel abgeteuft, den Oberen Muschelkalk als potenziellen Thermalwasser-Aquifer zu erschliessen Schinznach S2, Hausen, Müllingen, Birmensdorf BT3 und BT4; siehe NEFF 198). Zudem wurden in den NAGRA-Bohrungen Benken Müller et al. 21), Böttstein NAGRA, 1985), Leuggern NAGRA, 1991b), Riniken NAGRA, 199), Schafisheim NAGRA, 1992a), Siblingen NAGRA, 1992b) und Weiach NAGRA, 1989) Einpressversuche durchgeführt. Diese Tests zeigen unterschiedliche Eigenschaften, je nach Zerklüftungsgrad des Oberen Muschelkalks. So variiert im Gebiet Schinznach Bad Baden die Durchlässigkeit im Zusammenhang mit strukturellen Faktoren lateral stark und nimmt mit der Tiefe generell ab. Die hydraulische Leitfähigkeit im Oberen Muschelkalk der Nordostschweiz zeigt stark unterschiedliche Werte und ist durch die Tiefenlage beeinflusst Figur 8). Der Mittelwert der hydraulischen Leitfähigkeiten liegt bei m/s. Dieser Wert ist Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 26/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

27 jedoch wesentlich von den hohen Leitfähigkeiten in Schinznach und Riehen beeinflusst. Es ist anzunehmen, dass die hydraulische Durchlässigkeit gegen Süden und damit gegen den Kanton Schwyz hin abnimmt und daher mit deutlich geringeren Durchlässigkeiten und infolge geringerer Mächtigkeit auch geringeren Transmissivitäten gerechnet werden muss. Figur 8: Hydraulische Leitfähigkeiten im Oberen Muschelkalk, dargestellt als Funktion der Bohrtiefe und der Länge des Testintervalls. Aus vier Bohrungen stehen nur einzelne Werte ohne Tiefenangabe zur Verfügung, weshalb sie nur als Punkte an der Oberfläche eingetragen wurden. Mit steigender hydraulischer Leitfähigkeit handelt es sich hierbei um die Bohrungen Reinach, Hausen, Lostorf und Birmenstorf. Logarithmische Skala, nach Signorelli & Kohl, 26). Es kann angenommen werden, dass der Obere Muschelkalk im Kanton Schwyz in der Regel rund 7 8 m unterhalb des Tops Oberer Malm liegt vgl. Beilage 6) Malmkalke In der Nordschweiz stellen die Kalke des Oberen Malms einen grossräumigen Aquifer dar. Die Kalke liegen hier in der schwäbischen Fazies vor. In dieser sind die Malmkalk-Formationen charakterisiert durch das Vorkommen von gebankten Kalken und untergeordnet Dolomiten Felsenkalke und Bankkalke) sowie Bereichen mit massigen Kalken, z. T. Riffkalken Schwammkalkfazies, Massenkalk). Die Grundwasserführung ist in der Regel an eine intensive Verkarstung sowie an geklüftete Zonen gebunden. Für eine Nutzung interessant sind hier in erster Linie die Massenkalke mit dolomitisierten und grobkörnig rekristallisierten Bereichen sog. Lochfels) sowie die wohlgeschichteten Kalke. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 27/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

28 Der Malm im Bereich des Kantons Schwyz liegt demgegenüber vermutlich in der helvetischen Fazies vor, ist entsprechend mikritisch ausgebildet und besitzt eine sehr geringe primäre Mikroporosität. Die Bohrung Entlebuch-1 hat jedoch aufgezeigt, dass besonders im Paläokarst zuoberst in der Formation gute Durchlässigkeiten vorhanden sein können. Immerhin wurde hier von 1985 bis Millionen Kubikmeter Erdgas gefördert. Bereits während des Bohrvorgangs war ein Spülungsverlust im Malm von 1365 m 3 festgestellt worden. Von Bedeutung für den Kanton Schwyz ist dies insofern, als dass die Position der Bohrung in Bezug zu den Alpen in etwa derjenigen des Kantons Schwyz entspricht. Die Tiefenlage des Top Malms in der Bohrung Entlebuch-1 ist vergleichbar mit derjenigen der Gemeinden um das Schwyzer Ufer des Obersees, der Region um den Sihlsee oder von Arth-Goldau. Als Kluftaquifer sind im Oberen Malm vor allem Grossklüfte und tektonische Störungen als wasserführende Zonen zu betrachten. So stellt beim derzeit vorangetriebenen Geothermie-Projekt St. Gallen eine grössere Bruchzone im Oberen Malm das primäre Erkundungsziel dar. Die Mächtigkeit des Oberen Malms liegt im Kanton Schwyz voraussichtlich im Bereich zwischen 3 und 5 m. Ob dabei die koralligene Fazies des Troskalks, wie sie aus dem Autochthon bekannt ist, bis in den Bereich des Kantons Schwyz hinein ausgebildet und auch nicht erodiert ist, kann nicht abgeschätzt werden. Der Troskalk besitzt möglicherweise das Potenzial, je nach Ausprägung der Zementation, eine gewisse Porosität aufzuweisen und entsprechend nicht nur als Kluft- sondern auch als Porenwasserleiter zu wirken. 7 CHANCEN UND RISIKEN DER TIEFENGEOTHERMIE 7.1 Chancen der Tiefengeothermie Die grosse Attraktivität der Geothermie besteht in der Tatsache, dass sie eine Verbindung von Grundlastfähigkeit und CO2-freier Energiequelle darstellt. Das wachsende Interesse an der Geothermie ist zusätzlich durch die Langlebigkeit ihrer Anlagen begründet. Die Beispiele Riehen und Pariser Becken zeigen, dass diese Systeme weit über 15 Jahre in Betrieb sein können. Die in dieser Machbarkeitsstudie ermittelten Prognosen über einen 3-jährigen Zeitraum sind deshalb durchaus realistisch und es ist sogar davon auszugehen, dass der Betrieb danach mit grossteils bereits abgeschriebenen Installationen weitergeführt werden kann. Die üblicherweise berechneten Wärme- und Stomgestehungskosten gelten für einen 3-jährigen Zeitraum, was hinsichtlich der sehr variablen Kosten für konventionelle Energiequellen z.b. Kohlenwasserstoffe wie Erdöl oder Erdgas) eine zusätzliche Sicherheit geben kann. Im Zusammenhang mit der Erstellung einer Geothermieanlage ergeben sich sowohl strategische als auch wirtschaftliche und ökologische Chancen: In strategischer Hinsicht besteht die Chance auf energetische Selbständigkeit und Unabhängigkeit von endlichen Rohstoffen. Ausserdem könnte mit einer Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 28/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

29 einmaligen Investition die Energieversorgung, oder ein Teil der Energieversorgung, über 3 Jahre sichergestellt werden. In wirtschaftlicher Hinsicht besteht die Chance auf marktgerechte Wärmegestehungskosten. Ein Aspekt sind hierbei mögliche Vergütungen und Förderbeiträge, die sich direkt auf die Wärmegestehungskosten auswirken. Aus ökologischer Sicht besteht die Chance, die notwendige Wärmeenergie aus einer erneuerbaren Energiequelle zu beziehen und CO2-Emissionen im Betrieb zu vermeiden. 7.2 Risiken beim Bau einer Geothermieanlage Allgemeine Bohr- und Explorationsrisiken Den Chancen einer Nutzung von Geothermie stehen auch entsprechende Risiken gegenüber. Insbesondere ist die Tatsache zu berücksichtigen, dass die Nutzung der Tiefengeothermie immer mit entsprechenden Anfangsinvestitionen verbunden ist, insbesondere für die Erschliessung des Reservoirs durch eine erste Explorationsbohrung. Für die Planung, den Bau und den Betrieb einer geothermischen Anlage müssen drei Phasen mit jeweils spezifischen Risiken unterschieden werden, nämlich: Exploration Erschliessung des Reservoirs Betrieb der Anlage Die Risiken jeder Phase müssen jeweils individuell betrachtet werden und können bei umsichtiger Planung minimiert, aber nicht vollständig ausgeschlossen werden. So besteht speziell für hydrothermale Projekte ein Fündigkeitsrisiko, welches von den spezifischen hydraulischen Verhältnissen im Untergrund abhängt. Dies ist insbesondere bei schwacher Basis der Grundlagendaten Kaum Tiefbohrungen, wenig dichte Seismiklinien wie im Kanton Schwyz) von Bedeutung. Dies, weil die tatsächlich vorliegenden Untergrundparameter selbst bei vorgängiger Seismik- Erkundung und bei sehr hohem Explorationsaufwand kaum ausreichend genau erfasst werden können. Auch das Risiko, mit einer Explorationsbohrung in technisch schwierigem Untergrund die vorgegebenen Ziele nicht optimal erreichen zu können, muss stets berücksichtigt werden. Dagegen sind die Risiken, welche mit den technischen Installationen verbunden sind, wesentlich besser fassbar und können mit einer sorgfältigen Planung praktisch eliminiert werden. Für ein Gesamtprojekt ergeben sich also einzelne Phasen mit jeweils spezifischen Risiken. Ziel einer Risikobetrachtung ist es, durch ein geeignetes Bohr- und Messprogramm einzelne Risiken zu minimieren und Vorkehrungen in den Projektablauf einzubauen, welche zum gegebenen Zeitpunkt eine zusätzliche Reduzierung der Risiken ermöglichen. Damit kann auch einem unkontrollierten Kostenanstieg für das Gesamtprojekt entgegengewirkt werden. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 29/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

30 7.2.2 Prognosenzuverlässigkeit Geologie-Hydrogeologie Ein geologisch-hydrogeologische Modell basiert auf den vorhandenen und auch verfügbaren Daten und Unterlagen. Dies sind im Wesentlichen Oberflächenaufschlüsse und untiefere Bohrungen, weiter entfernte Tiefbohrungen, welche auch die Zielformationen erreicht haben, und lokale reflexionsseismische Linien. Die Auswertung wurde im Kontext mit den aktuellen Kenntnissen zur regionalen Geologie erarbeitet und entspricht dem heutigen Kenntnisstand. Das wesentlichste Projektrisiko betrifft die Unsicherheiten bezüglich der Durchlässigkeiten in Bezug auf die Aquifermächtigkeiten bzw. der Transmissivitäten der angezielten Aquiferzonen Oberer Malm, Oberer Muschelkalk, Kristallin). Prognosen zur Durchlässigkeit und letztlich zur Ergiebigkeit eines Tiefenaquifers sind meistens sehr schwierig, weil die Heterogenität in der Regel sehr hoch ist und es auch keine geeigneten Erkundungsverfahren ausser Bohrungen in Verbindung mit hydraulischen Tests gibt. Im vorliegenden Fall wurde darauf verzichtet, Prognosen für die Durchlässigkeit der einzelnen Aquifere anzugeben, da die Unsicherheiten mit dem derzeitigen Wissensstand zu gross sind und eine allenfalls vorhandene primäre Durchlässigkeit mit grosser Wahrscheinlichkeit künstlich erhöht werden muss. Daher wird es aufgrund der relativ grossen Unsicherheiten für ein erfolgversprechendes geothermisches Projekt voraussichtlich sinnvoll sein, zur Minimierung des Fündigkeitsrisikos gewisse stimulierende Massnahmen z. B. Drucksäuerung) vorzusehen. Im Gegensatz zu einem rein petrothermalen Projekt wird dabei jedoch nicht ein künstlicher Wärmeaustauscher geschaffen sondern nur die bereits vorhandene Durchlässigkeit erhöht vgl. Figur 9). Figur 9: Schema zur Stimulation bei einem hydrothermalen Projekt. Durch Stimulation lässt sich das Fündigkeitsrisiko reduzieren, indem die natürliche Wasserdurchlässigkeit erhöht wird. Quelle: GEOTHERMIE.CH) Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 3/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

31 7.3 Erdbebengefährdung Gefahr induzierter Erdbeben Bei der Erschliessung und untergeordnet auch beim Betrieb einer Tiefengeothermieanlage kann es zu induzierten Erdbeben kommen, welche spürbar sein können. Die Gefahr von induzierten Erdbeben besteht vor allem für petrothermale Anlagen. Die Erzeugung der Durchlässigkeit bei petrothermalen Anlagen erfolgt durch das Einpumpen von Wasser unter hohen Drücken. Durch die Überschreitungen der Scherfestigkeit werden dadurch, in der Regel entlang bestehender Schwächezonen, kleinräumige Bruchvorgänge provoziert. Erstreckt sich eine solche Bruchfläche über grössere Distanz, so können spürbare Erdbeben entstehen Bsp. Basel 26). Gravierende Schäden an Infrastrukturanlagen sind nicht zu befürchten. Modellrechnungen haben ergeben, dass die künstlich erzeugten Veränderungen des Spannungszustandes im Untergrund kaum natürliche, stärkere Erdbeben auslösen triggern) können und dieses Risiko daher vernachlässigbar ist. Erdbeben sind vor allem während der Stimulation des Untergrundes bei der Erschliessung einer Anlage zu erwarten und ihre Wirkung ist daher vor allem als kurzfristig anzusehen. Vom Betrieb der Tiefengeothermieanlage Riehen BS ist keine induzierte Seismizität bekannt, jedoch wurde im Raum München bei tiefliegenden hydrothermalen Projekten eine geringe induzierte Seismizität registriert. Erschütterungen an der Oberfläche wurden dabei nicht wahrgenommen Natürliche Erdbebengefährdung Der Kanton Schwyz befindet sich einem seismisch relativ ruhigen Gebiet mit moderater seismischer Gefährdung. Das stärkste bis heute registrierte Erdbeben erreichte 1923 eine Momenten-Magnitude von 3.9 in der Region der Rigi. Bei dieser Stärke sind keine grösseren Schäden zu erwarten. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 31/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

32 Figur 1: Epizentrenkarte, Erdbeben in der Schweiz seit 25 n. Chr. Die Karte zeigt die bekannten Erdbeben von 25 n. Chr. bis 211 mit Magnitudenwerten 2.5. Die Umrisse des Kantons Schwyz sind schwarz eingezeichnet. Datenquelle: Erdbeben-Katalog der Schweiz Nutzungskonflikte Die geothermische Nutzung der Untergrundes konkurrenziert potenziell mit anderen Nutzungen des Untergrundes, so zum Beispiel mit der Gewinnung von Rohstoffen v. a. Erdöl und Erdgas) sowie der Druckluft- oder Erdgasspeicherung. Die Nutzung der potenziellen Zielhorizonte im Mesozoikum steht jedoch kaum mit der Sequestrierung von CO2, der Trinkwassergewinnung oder der Endlagerung von radioaktiven Abfällen im Konflikt, da die potenziellen Aquifere für diese Nutzungsarten des Untergrunds deutlich zu tief liegen. 7.5 Nutzen Dritter Die Nutzung der Erdwärme aus grösseren Tiefen >4 m) besitzt grundsätzlich ein grosses Potenzial. Die Nutzung dieses Potenzials ist im Interesse einer zukünftigen, sicheren Energieversorgung. In welchem Ausmass dieses Potenzial technisch genutzt werden kann und zu welchen Preis ist derzeit jedoch noch sehr ungewiss. Verlässlichere Aussagen über das technische und das wirtschaftliche Potenzial sind nur möglich, wenn bessere Kenntnisse des Untergrundes vorhanden sind. Diese können nur durch die Realisierung von Geothermieprojekten gewonnen werden, bei welchen Tiefbohrungen mit den dazugehörigen Untersuchungen neue Informationen über den Untergrund liefern. Dies gilt sowohl für Projekte, die zur Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 32/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

33 Wärmeversorgung dienen, als auch für solche, welche die Wärme- und Stromversorgung zum Ziel haben. Somit werden durch jedes Bohrprojekt wertvolle neuen Daten generiert, die einerseits für die bessere Abschätzung des Potenzials und andererseits für zukünftige Projekte wertvolle Grundlagen liefern. Von primärem Interesse sind diese Grundlagen für Institutionen und Organisationen, welche an der Erkundung und Nutzung der Geothermie interessiert sind. Grundsätzlich besteht für den Kanton Schwyz ein entsprechendes Interesse an zusätzlichen Untergrunddaten. Dies weil er zum einen erneuerbare Energien und somit auch die Geothermie fördern will und zum anderen weil die Hoheit über den Untergrund beim Kanton liegt. Weitere Interessen für neue Daten des tieferen Untergrundes können bei Firmen oder Organisationen vorhanden sein, welche eine anderweitige Nutzung des tiefen Untergrundes ins Auge fassen CO2- Sequestrierung, Erdöl-/Erdgaswirtschaft, Nagra). Neben neuen Daten lässt sich durch die Durchführung von Geothermieprojekten auch Know-how für die weitere Erkundung und Nutzung der Geothermie gewinnen. Dies führt mittel- und langfristig zu einer Technologie- und Marktentwicklung und damit zu einer Senkung der Kosten für Wärme und Strom aus Geothermie. Es bleibt zu erwähnen, dass von Seiten des Bundes die Aussicht auf eine Risikodeckung von 5 % der Bohrkosten für Geothermieprojekte besteht, welche die Stromproduktion als Ziel haben sowie mit der Kostendeckenden Einspeisevergütung KEV) ein Förderinstrument für die Stromproduktion aus erneuerbaren Energien besteht. Dabei ist derzeit eine Kombination mit fossilen Energieträgern im Kraftwerksprozess zurzeit nicht erlaubt. 8 FOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN FÜR WEITERES VORGEHEN 8.1 Zusammenfassung Die Auswertung der Datengrundlagen zeigt folgende wichtigen Erkenntnisse: Die Datengrundlage über den tieferen Untergrund im Kanton Schwyz ist relativ schlecht. So wurden von der SEAG zwar 16 seismische Linien durch den Kanton gezogen, wovon 8 nur teilweise auf Kantonsgebiet liegen. Es besteht jedoch bis heute nur eine einzige Tiefbohrung auf Kantonsgebiet Tuggen-1), welche zudem sehr alt ist 1928) und das Mesozoikum nicht erreicht hat. Ein geologisches Modell für den tiefen Untergrund des Kantons Schwyz muss sich daher neben der Seismik auf umliegende Tiefbohrungen und Oberflächenaufschlüsse abstützen, wodurch die Unsicherheiten im geologischen Modell relativ gross sind. Die aus der Nordschweiz bekannten potenziellen Aquifere des Kristallins, des mittleren Muschelkalkes sowie des Oberen Malm sind im Kanton Schwyz mit grosser Wahrscheinlichkeit vorhanden und befinden sich nördlich von Brunnen in einem Tiefenbereich zwischen rund 4 m und 67 m. Sie weisen dabei Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 33/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

34 Temperaturen zwischen voraussichtlich 135 C und 215 C auf und befinden sich damit in einer für geothermische Projekte zur Stromproduktion in einem sehr interessanten Bereich. Unsicherheiten bestehen bei den Permokarbonvorkommen, welche mächtige Trogfüllungen im Grundgebirge ausfüllen können und dabei bewirken dass die Kristallinoberfläche in diesen Bereichen deutlich tiefer liegen kann. Von Interesse können jedoch die tektonisch beanspruchten Randbereiche der Permokarbontröge sein. Es bestehen offensichtlich zahlreiche Bruchstrukturen, welche das Grundgebirge und das Mesozoikum durchziehen und versetzen. Durch die zu erwartende höhere Durchlässigkeit in diesen Bereichen aufgrund einer verstärkten Klüftung stellen diese Bruchstrukturen daher sehr interessante Ziele innerhalb der potenziellen Kluftaquifere dar. Die primären hydraulischen Durchlässigkeiten sind aufgrund stärkerer diagenetischer Überprägung relativ gut zementiert vermutlich wesentlich geringer als in der Nordschweiz. Die Bohrung Entlebuch-1 hat jedoch in einer zum Kanton Schwyz vergleichbaren geologischen Situation am Alpennordrand aufgezeigt, dass geothermisch interessante Durchlässigkeiten effektiv vorhanden sein können. Dennoch wird es aufgrund der relativ grossen Unsicherheiten für ein erfolgversprechendes geothermisches Projekt voraussichtlich sinnvoll sein, zur Minimierung des Fündigkeitsrisikos gewisse stimulierende Massnahmen z. B. Drucksäuerung) vorzusehen. 8.2 Weiteres Vorgehen Als nächstes sollte ein Explorationskonzept erarbeitet werden. Da eine deutliche Steigerung der Wirkungsgrade und der Wirtschaftlichkeit erzielt wird, wenn in Stromproduktionsanlagen gleichzeitig auch die anfallende Restwärme genutzt wird, sollte dieses Explorationskonzept eine Evaluierung von potenziellen Abnehmern mit einem grossen Bedarf an Wärme umfassen. Je nach Abnehmerstruktur können die Wärme- bzw. Strom-Anteile nach Bedarf variabel gesteuert werden. Damit wird die Wirtschaftlichkeit und damit die Erfolgschancen für ein Geothermieprojekt erheblich verbessert. Für die Standorte mit geeigneten Wärmeabnehmern ist daraufhin eine spezifische Beurteilung des Untergrundes in einem grösseren Gebiet vorzunehmen. Aufgrund der enormen Fortschritte in der Computertechnik sollte diese als nächsten Schritt eine Neuprozessierung der vorhanden SEAG Seismikdaten beinhalten. Dies ist kostengünstig und kann, falls mit einem signifikanten Informationsgewinn gerechnet werden kann, durch zusätzliche Seismik und eventuell weitere Untersuchungen ergänzt werden. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 34/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

35 9 REFERENZEN Büchi, U. P., 1958: Zur Geologie und Paläogeographie der südlichen mittleländischen Molasse zwischen Töss- und Glattal; Eclogae geol. Helv. 51/1, p Büchi, U.P., 1965: Geologische Ergebnisse der Erdölexploration auf das Mesozoikum im Untergrund des schweizerischen Molassebeckens; Bull. Ver. Schweizer. Petrol. - Geol. u. -Ing., Vol. 32, Nr. 82. Hofmann, F., 1968: Zur Sedimentpetrographie der Molasse in den Bohrungen Paffnau Süd 1, 2, 4 und 5, Boswil 1 und Hünenberg 1; Bull. Ver. Schweizer. Petrol. - Geol. u. -Ing., Vol. 35, Nr. 87. S Diebold, P. & Naef, H., 199: Der Nordschweizer Permokarbontrog. Nagra informiert 12/2: S ewz, 211: Das Geothermie-Projekt im Triemli-Quartier, Geothermie Newsletter Nr.1/11, Ferbruar 211. Hauber, L., Der südliche Rheingraben und seine geothermische Situation. Bull. Ver. Schweiz. Petroleum-Geol. U. Ing., 6137): S Hofmann, F., 1968: Zur Sedimentpetrographie der Molasse in den Bohrungen Paffnau Süd 1, 2, 4 und 5, Boswil 1 und Hünenberg 1; Bull. Ver. Schweizer. Petrol. - Geol. u. -Ing., Vol. 35, Nr. 87. Heim, A. 1921: Geologie der Schweiz, Band II: Die Schweizer Alpen, erste Hälfte; Leibzig, 476 S. Huenges, E., Holl, H.-G., Legarth, B., Zimmermann, G., Saadat, A., and Tischner, T., 24, The stimulation of a sedimentary geothermal reservoir in the North German basin: case study Groß Schönebeck: Z. Angew. Geol., v. 2, S Jordan, P. 27: Sammelprofile der Sedimentgesteine der verschiedenen geologischtektonischen Einheiten der Schweiz. Nagra Arb. Ber. NAB Keller, B., 2: Fazies der Molasse anhand eines Querschnitts durch das zentrale Schweizer Mittelland. Jber. Mitt. oberrhein. geol. Ver., N.F. 82; Küpfer, Th., Hufschmied, P. & Pasquier, F., 1989: Hydraulische Tests in Tiefbohrungen der Nagra. Nagra informiert 11/3+4: Lemcke, K., Büchi, U.P. & Wiener, G. 1968, Einige Ergebnisse der Erdölexploration auf die mittelländische Molasse der Zentralschweiz; Bull. Ver. Schweizer. Petrol. - Geol. u. -Ing., Vol. 35, Nr. 87, S Leu, W., 28: Permokarbon-Kartenskizze Rohstoffe). Kompilation eines GIS- Datensatzes auf der Basis von bestehenden Unterlagen Bereich Schweizer Mittelland). Nagra Arbeitsbericht NAB 89, Wettingen. Marillier, F., Eichenberger, U., Sommaruga, A., 27: Seismic Synthesis of the Swiss Molasse Basin, Report for 27; Institut de Géophysique, Uni Lausanne; 11 p. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 35/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

36 Mazurek, M., 1998: Geology of the crystalline basement of Northern Switzerland and derivation of geological input data for safety assessment models. Nagra, NTB 93- _12. Mazurek, M. & Peters, T., 1992: Petrographie des kristallinen Grundgebirges der Nordschweiz und Systematik der herzynischen Granite. Schweiz. mineral. petrogr. Mitt. 72/1; S Müller, W.H., Naef, H. & Graf, H.R., 21: Geologische Entwicklung der Nordschweiz, Neotektonik und Langzeitszenarien Zürcher Weinland. NAGRA Technischer Bericht, NTB 99, Baden. Naef, H., 28: Stratigrafie, Mächtigkeit und Lithofazies der mesozoischen Formationen in der Nordschweiz. Eine Kompilation von Bohrungen, Übersichts- und Aufschlussprofilen, Nagra Arbeitsbericht NAB Nagra, 1985: Sondierbohrung Böttstein Untersuchungsbericht, Textband. Nagra Technischer Bericht, NTB 85-1, Nagra, Baden. Nagra, 1987: Sondierbohrung Riniken / Geologie / Textband. Nagra Technischer Bericht, NTB Nagra, 1988: Sedimentstudie - Zwischenbericht 1988 / Möglichkeiten zur Endlagerung langlebiger radioaktiver Abfälle in den Sedimenten der Schweiz / Textband. NAGRA Technischer Bericht, NTB Nagra, 1989: Sondierbohrung Weiach - Untersuchungsbericht - Textband. NAGRA Technischer Bericht, NTB 88-8, Baden. Nagra, 1991a: Sondierbohrung Kaisten - Untersuchungsbericht Textband. Schweizerische Geotechnische Kommission, NAGRA Technischer Bericht, NTB 88-12, Baden. Nagra, 1991b: Sondierbohrung Leuggern Untersuchungsbericht Gemeinde Leuggern, Kanton Aargau, Schweiz). Textband. NAGRA Technischer Bericht, NTB 88-11, Schweizerische Geotechnische Kommission. Nagra, 1992a: Sondierbohrung Schafisheim Untersuchungsbericht Gemeinde Schafisheim, Kanton Aargau, Schweiz). Textband. Schweizerische Geotechnische Kommission, NAGRA Technischer Bericht, NTB Nagra, 1992b: Sondierbohrung Siblingen - Untersuchungsbericht - Textband. Nagra Technischer Bericht, NTB 9-34, NAGRA, Baden. Nagra, 21: Sondierbohrung Benken Untersuchungsbericht. Textband. Nagra Technischer Bericht, NTB -1, Wettingen. Nagra 22: Projekt Opalinuston: Synthese der geowissenschaftlichen Untersuchungsergebnisse Entsorgungsnachweis für abgebrannte Brennelemente, verglaste hochaktive sowie langlebige mittelaktive Abfälle. NAGRA Technischer Bericht, NTB 2-3, Baden. Nagra 28: Vorschlag geologischer Standortgebiete für das SMA- und das HAA-Lager: Geologische Grundlagen, Textband+Beilagenband, NAGRA Technischer Bericht, NTB 8, Baden. Pearson, F. J., Lolcama, J. L. & Scholtis, A.,1989: Chemistry of waters in the Böttstein, Weiach, Riniken, Schafisheim, Kaisten and Leuggern boreholes A hydrochemically consistent data set, NAGRA Technischer Bericht, NTB 89-19, Baden. Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 36/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

37 Pfiffner, A.O. et al. Herausgeber), 1997: Deep Structure af de Swiss Alps: Results of NRP 2, Verlag Birkhäuser, Basel. Prakla Seism, 198: SEAG , Zeitplan Horizont B etwa Tertiärbasis), 1:5, SE-Teil. Prakla Seism, 198: SEAG , Zeitplan Horizont B etwa Tertiärbasis), 1:5, SW-Teil. Schärli, U. & Kohl, T., 22: Archivierung und Kompilation geothermischer Daten der Schweiz und angrenzender Gebiete. ISSN , Schweizerische Geophysikalische Kommission Beiträge zur Geologie der Schweiz: Geophysik, Nr. 36). Signorelli, S., Andenmatten Berthoud, N. & Kohl, T., 25. Geothermischer Ressourcenatlas der Schweiz - Jahresbericht, Schweizerische Geophysikalische Kommission. Signorelli, S. und Kohl, T., 26: Geothermischer Ressourcenatlas der Nordschweiz - Gebiet des nördlichen Schweizer Mittellandes, Beitr. Geol. Schweiz, Geophysik, 39, 94 p. Spillmann P., Labhart T., Brücker W., Renner F., Gisler Chr. & Zgraggen A. 211: Geologie des Kantons Uri. Naturforschende Gesellschaft Uri. Bericht Nr. 24; 224 S. Thury, M., Gautschi, A., Mazurek, M., Müller, W.H., Naef, H., Pearson, F.J., Vomvoris, S. & Wilson, W., Geology and hydrogeology of the crystalline basement of Northern Switzerland. NAGRA Technischer Bericht, NTB Frauenfeld, 23. Dezember 211 Dr. Roland Wyss GmbH sig. R. Wyss Bearbeitung: Andreas Blum, dipl. Erdw. BENEFRI UniBe, Geologe Tiefengeothermie Kanton Schwyz Seite 37/37 Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

38 BEILAGEN Beilage 1: Tiefbohrungen und Seismik in der Schweiz, Übersicht 1:1 Beilage 2: Tektonische Karte Kanton Schwyz, Übersicht 1:25 Beilage 3: Aufschlussverhältnisse der potenziellen Aquifere und Seismiklinien, Situation 1:4 Beilage 4: Permokarbonvorkommen im Grundgebirge, Situation 1:65 Beilage 5: Geologisches Profil: Boswil Hünenberg Brunnen Gross Windgällen, Situation 1:2 Beilage 6: Höhenlage Top Oberer Malm, Situation 1:2 Beilage 7: TiefenlageTop Oberer Malm unter Terrain, Situation 1:2 Beilage 8: Temperaturen Top Grundgebirge, Oberer Muschelkalk und Oberer Malm, Situation 1:2 Tiefengeothermie Kanton Schwyz Beilagen Datengrundlage und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

39 Tiefbohrungen und Seismik in der Schweiz Situation 1:1'' Legende: Kreuzlingen Bohrungen > 4 m u. T.): Endtiefe unter Terrain Frauenfeld Basel 4 m - 5 m Winterthur Delémont 5 m - 6 m Seismik: Gebiet 3D-Seismik Benken Biel La Chaux-de-Fonds Politsche Gliederung: Boswil m Luzern Entlebuch m Bern Kanton Schweiz Linden m Fribourg Thun St. Gallen Zürich, Triemli 278 m Küsnacht m Weissbad 1618 m Tuggen m Hünenberg m Pfaffnau-Süd m Neuchâtel Kanton Schwyz 26.5 m Pfaffnau m Altishofen 2166 m Solothurn Seismische Linie, Schweiz Gebiet 3D-Seismik St.Gallen Olten Zürich Aarau Schafisheim Lindau m Weggis 232 m Wellenberg SB2 187 m 2' 4 m - 1 m 1 m - 2 m 2 m - 3 m 3 m - 4 m Chur Davos Thun m Lausanne Sion Locarno Bellinzona Lugano 5' Tiefengeothermie Kanton Schwyz Datengrundlagen und grobe Potenzialabschätzung 6' 7' km 1' Genève 8' Beilage Dezember 211

40 Tektonische Karte Kanton Schwyz Situation 1:25' Auschnitt aus der tektonischen Karte der Schweiz 1:5'): 23' Molassebecken: Tertiäre Flysche: Subalpine Molasse 22' Helvetische Decken Autochthon und Kristallin der Externmassive: 21' Helvetische Decken: 2' Penninische Decken: 19' Ostalpin: Tiefbohrung Profilspur 67' 68' Tiefengeothermie Kanton Schwyz Datengrundlagen und grobe Potenzialabschätzung 69' 7' 71' 72' 73' 5 1 km Beilage Dezember 211

41 Aufschlussverhältnisse der potenziellen Aquifere und Seismiklinien Situation 1:4' Winterthur 25' 149 m Oftringen EWS 363 m 2365 m Zürich Herisau m 1 Olten 7a St. Gallen Zürich, Triemli 1655 m 2239 m Schafisheim 576 m 1228 m Legende: 4 Küsnacht m Boswil m Rapperswil-Jona Oberer Malm Oberer Muschelkalk Permokarbon Kristallin Mesozoikum/Grundgebirge nicht erreicht Wollerau Pfäffikon Hünenberg m -2 Kantonsgrenze Aufschlüsse der potenziellen Aquifere: Faltenjura: 75-18A Malm inkl. Oberem Malm) Schwyz Brunnen Entlebuch m 546 m 584 m Kanton Schwyz Arth Goldau Gebiet 3D-Seismik St.Gallen Einsiedeln Küssnacht Luzern Seismische Linie Zug Seismik: Profilspur Nagra, NTB 2-3 mit Nr.) Profilspur Pfaffnau m 1546 m 1812 m Altishofen 1824 m122 m 132 m 275 m Pfaffnau-Süd-1 In Bohrungen aufgeschlossen mit Tiefe): Sonstiges: Muschelkalk inkl. Oberem Muschelkalk) Autochthon und Parautochthon: Malm 2' Aarau 2 Lindau m 2225 m 3 m 281 m 327 Wil Trias inkl. Röti-Formation) Kristallin des Aar-Massivs Datengrundlage Aufschlüsse: Vektordatensatz GeoKarten5 GK5), Version 1.1-DE Gross Windgällen # Ü 65' Tiefengeothermie Kanton Schwyz Datengrundlagen und grobe Potenzialabschätzung 7' km 75' Beilage Dezember 211

42 Permokarbonvorkommen im Grundgebirge Situation 1:65' 25' Winterthur Wil r eize g schw tro Nord okarbon m r e P Aarau Lindau-1 St. Gallen 2365 m Zürich Zürich, Triemli Schafisheim Olten 75 - Herisau m 149 m Pfaffnau Wollerau Pfäffikon m 1824 m Rapperswil-Jona Zug 75-18A Arth Goldau Schwyz Brunnen Entlebuch Einsiedeln Küssnacht Luzern ' 584 m 65' km 7' Legende: Bohrungen: Permokarbon mit Tiefe unter Terrain) Kristallin mit Tiefe unter Terrain) Grundgebirge nicht erreicht Seismik: Verbreitung des Permokarbons Skizze): Kristallin-Hochzone Perm-Schultern Permokarbon-Tröge Seismische Linie Oberflächenaufschlüsse: Datengrundlage Permokarbonverbreitung: Nagra NAB 89 Kristallin des Aarmassivs Politsche Gliederung: Datengrundlage Aufschlüsse: Vektordatensatz GeoKarten5 GK5), Version 1.1-DE Kanton Schwyz Tiefengeothermie Kanton Schwyz Datengrundlagen und grobe Potenzialabschätzung Beilage Dezember 211

43 Geologisches Profil: Boswil Hünenberg Brunnen Gross Windgällen Situation 1:2 NW SSE Kanton Schwyz 4 m Gross Windgällen 4 m 3 m 2 m 1 m m -1 m -2 m -3 m Bohrung Boswil-1 58 C 5 C 1 C OSM OMM Bohrung Hünenberg-1 91 C USM Zugersee Rossberg SM Lauerzersee Brunnen Fronalp Riemenstaldertal NHF Schächental? 1 C 15 C 5 C Maderanertal A a r- M a s s i v 3 m 2 m 1 m m -1 m -2 m -3 m m -5 m -6 m -7 m 15 C G r u n d g e b i r g e S o c k e l )? 2 C? 25 C? km 1 km 2 km 3 km 4 km 5 km 6km 7 km????? 2 C 25 C m -5 m -6 m -7 m Tertiärer: Obere Süsswaassermolasse OSM) Oberer Meeresmolasse OMM) Untere Süsswassermolasse USM) Subalpine Molasse SM) Nordhelvetischer Flysch NHF) Süd- und Ultrahelvetikum / Unterpenninischer Flysch Mesozoikum: Malm Restliches Mesozoikum Grundgebirge Sockel) und Aarmassiv: Permokarbon Kristallin Helvetische Decken: Drusberg-Decke Axen-Decke Tektonik: Bruch; Auf-/ Abschiebung Temperatur: 15 C Linie gleicher Temperatur Isotherme) Tiefengeothermie Kanton Schwyz Beilage 5 Datengrundlagen und grobe Potenzialabschätzung 23. Dezember 211

44 Höhenlage Top Oberer Malm Situation 1:2' Zürich Zürich Küsnacht-1-28 m ü. M. 24' Boswil m ü. M. Grenzen: Ortschaft Kanton Schwyz 88-2 Kanton Seismik: 3 7 Rapperswil-Jona Luzern Goldau ' Brunnen Schwyz -51 Die Tiefenlage Top Malm und die tektonischen Strukturen beruhen auf der Interpretation der SEAG-Seismik von Prakla-Seismos 198, nur Laufzeiten), Die Isohypsen des Oberen Malms wurden mit dem «Seismic synthesis of the swiss molasse basin, Report for 27» Marillier et al. 27) abgeglichen ' Tiefengeothermie Kanton Schwyz Datengrundlagen und grobe Potenzialabschätzung 68' Überschiebung unsicher Tiefenlage Top Malm: 67' Überschiebung gut belegt 7 Arth Luzern -3 9 Abschiebung unsicher 1 9 Abschiebung gut belegt A Küssnacht Isohypsen [m ü. M.] Bruchstrukturen: ' Höhenlage Top Malm: Einsiedeln Top Malm nicht erreicht Top Malm mit Höhenlage [m ü. M.] Zug Tiefbohrungen: Wollerau Oberer Malm: 1 Pfäffikon Hünenberg m ü. M Profilspur Beilage 5) ' Seismische Linie Höhenlage Top Malm: Legende: 69' 7' 71' km 72' Beilage Dezember 211