Geopotenzial Deutsche Nordsee Speicherpotenziale in der zentralen deutschen Nordsee

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1 Geopotenzial Deutsche Nordsee Speicherpotenziale in der zentralen deutschen Nordsee Einführung Die untertägige Gewinnung von Rohstoffen oder die Speicherung von Erdgas und Erdöl zählen zu den etablierten Nutzungsmöglichkeiten des tieferen Untergrundes. Die untertägige Speicherung von Kohlendioxid oder Energieträgern aus erneuerbaren Energien (Wasserstoff, Methan, Druckluft) stellen weitere Nutzungsmöglichkeiten dar. Dadurch kann sich auch für den tieferen Untergrund der Nordsee ein erhöhter Druck konkurrierender (bzw. sich überlagernder) Nutzungsinteressen ergeben. Durch das Speicher-Kataster Deutschland (Müller & Reinhold, 211) wurde für das Festland ein grundlegendes Informationssystem geschaffen, welches die Speicherpotenziale in salinaren Aquiferen des tieferen Untergrundes darstellt. Dabei wurden Mindestanforderungen definiert, die insbesondere den Nutzungsaspekt der dauerhaften geologischen Speicherung von Fluiden berücksichtigen (CCS). Kriterien für die Bewertung des Speicherpotenzials im tieferen Untergrund sind, neben einer geeigneten Lithologie, eine Mindesttiefe und eine Mindest- bzw. Nettomächtigkeit des Barriere- bzw. Speichergesteins. Nach diesen Kriterien wurde eine generelle Potenzialabschätzung (1:5.) im zentralen Bereich der deutschen Nordsee erstellt. Karten für mehrere Speicher- und Barrierekomplexe zeigen eine Kategorisierung in untersuchungswürdige und nicht untersuchungswürdige Gebiete jeweils für die Verbreitung eines Speicher- oder Barrierekomplexes. Neben der generellen Potenzialabschätzung werden Ergebnisse einer detaillierten Fallstudie, im Süden der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone (), präsentiert. Grundlage dieser Untersuchung des Speicherpotenzials in einem eng um rissenen Gebiet ist eine Interpretation seismischer Profile in Verbindung mit Daten aus Tiefbohrungen. Potenzialkarten Für das Gebiet des zentralen deutschen Nordsee-Sektors sind Potenzialkarten im Maßstab 1:5. verfügbar, welche die Verbreitung potenzieller Speicher- und Barrierekomplexe und deren Untersuchungswürdigkeit nach den Kriterien des Speicher-Kataster Deutschland (Müller & Reinhold, 211) abbilden. Nach Müller & Reinhold (211) wird als Komplex eine Aggregierung/Stapel von Formationen oder Gesteinsschichten definiert, welche eine vertikal und lateral abgrenzbare Einheit innerhalb eines ehemaligen Sedimentationsraumes bilden. Kriterien für die Kategorisierung der Komplexe sind: Als Speichergestein geeignet sind poröse bis klüftig-poröse Sandsteine. Barriere-Gesteine sind langfristig geologisch wirksame Barrieren. Dieses Kriterium erfüllen beispielsweise Tonsteine und Steinsalz. Die Topfläche eines Speicherkomplexes bzw. die Basisfläche eines Barrierekomplexes müssen tiefer als 8 m unter dem Meeresboden auftreten. Die Gesamtmächtigkeit der als Speicher geeigneten Lithologien in einem Komplex muss größer als zehn Meter sein (Nettomächtigkeit). Das Barrieregestein muss eine Mindestmächtigkeit von 2 Metern aufweisen.

2 Für die Untersuchung der Speicher- und Barrierepotenziale wurde das GSN (Generalisiertes, erweitertes Strukturmodell des deutschen Nordsee-Sektors) und ergänzende stratigraphische und lithologische Informationen aus 6 Tiefbohrungen verwendet. Speicherkomplexe Als potenzieller Speicherhorizont gilt ein poröses oder klüftiges Gestein, dessen Porenraum große Mengen eines Fluids (Flüssigkeiten oder Gase) aufnehmen kann. Diese Eigenschaften finden sich häufig in Sandsteinformationen, die im Nordseeraum unter anderem in den Abfolgen des Oberrotliegend, Mittleren Buntsandstein, Rhätkeuper und Dogger verstärkt auftreten. Diese Speicherkomplexe sind in entsprechenden Speicherpotenzialkarten dargestellt. Entscheidende Parameter bei der Untersuchung und Bewertung eines Speichergesteins sind seine laterale zusammenhängende Ausdehnung, die Schichtmächtigkeit und die Porosität und Permeabilität. (Haupt)Kriterien für die Darstellung und Kategorisierung der Speicherkomplexe in den Speicherpotenzialkarten sind: Die Topfläche eines Speicherkomplexes muss tiefer als 8 m unter der Sedimentoberfläche (Meeresboden) auftreten. Die kumulierte Mächtigkeit der als Speicher geeigneten Lithologie in einem Komplex muss größer als zehn Meter sein. Für die Bewertung der gegebenen Porositäten und Permeabilitäten standen nur selten aussagekräftige Daten zur Verfügung. Barrierekomplexe Neben der Speicherfähigkeit eines Gesteins ist die Barrierewirkung der darüberliegenden Schichten von besonderer Bedeutung. Die petrographischen Gesteins-Eigenschaften, sowie der Grad der strukturellen Beanspruchung dieser Schichten sind entscheidend für deren Barrierewirksamkeit. Gesteine mit einer geringen Durchlässigkeit und geringen nutzbaren Porosität, wie Ton- und Salzgesteine sind wirksame geologische Barrieren. Im Gebiet der zentralen deutschen Nordsee treten diese Gesteine verstärkt im Zechstein, im Oberen Buntsandstein, im Lias und in der Unterkreide auf. Das wesentliche Kriterium für die Darstellung und Kategorisierung der Barrierekomplexe in den Speicherpotenzialkarten ist eine interpretierte Mindestmächtigkeit von 2 m des jeweiligen Barrieregesteins. Literatur: MÜLLER, C. & REINHOLD, K. [Hrsg.] (211): Geologische Charakterisierung tiefliegender Speicher- und Barrierehorizonte in Deutschland Speicher-Kataster Deutschland. Schriftenr. dt. Ges. Geowiss., Heft 74; Hannover. (ISSN ) Seite 2

3 Barrierekomplex Unterkreide 5 1km Die Ablagerungen der Unterkreide wurden von MÜLLER & REINHOLD (211) (Mindestmächtigkeit des Barrieregesteins von 2 Metern und Mindest - Tiefenlage seiner Unterkante von 8 m) für die angrenzenden Festlandsgebiete als potenzieller Barrierekomplex kategorisiert. Der Komplex ist im Untersuchungsgebiet weiträumig als Barriere verbreitet mit Ausnahme einzelner Bereiche entlang von Salzstrukturen und im HornGraben. Im südlichen küstennahen Bereich zeigt die Unterkreide durchgehend eine mergelige Ausprägung mit weniger günstigen Barriereeigenschaften. Im Bereich von Helgoland liegt die Unterkante des Komplexes oberhalb einer Tiefe von 8 m. Kategorisierung des Barrierekomplexes Unterkreide nach: Mächtigkeit >2 m (bzw. gedeutet), Tiefe >8 m Mächtigkeit <2 m (bzw. nicht bekannt), Tiefe nicht berücksichtigt Mächtigkeit >2 m (bzw. gedeutet), Tiefe <8 m

4 Barrierekomplex Unterer Jura (Lias) 5 1km Die Ablagerungen des Lias wurden von MÜLLER & REINHOLD (211) (Mindestmächtigkeit des Barrieregesteins von 2 Metern und Mindest - Tiefenlage seiner Unterkante von 8 m) für die angrenzenden Festlandsgebiete als potenzieller Barrierekomplex kategorisiert. Unter Annahme dieser Kriterien ist der Lias im Untersuchungsgebiet nördlich der Weser- und Elbemündungen als untersuchungswürdig ausgewiesen. Für weiter westlich, in Randsenken von Salzstrukturen, gelegene Relikte des Lias ist keine genaue Aussage möglich. Kategorisierung des Barrierekomplexes Unterjura nach: Mächtigkeit >2 m (bzw. gedeutet), Tiefe >8 m Mächtigkeit <2 m (bzw. nicht bekannt), Tiefe nicht berücksichtigt

5 Barrierekomplex Oberer Buntsandstein 5 1km Die Ablagerungen des Oberen Buntsandstein wurden von MÜLLER & REINHOLD (211) (Mindestmächtigkeit des Barrieregesteins von 2 Metern und Mindest-Tiefenlage seiner Unterkante von 8 m) für die angrenzenden Festlandsgebiete als potenzieller Barrierekomplex kategorisiert. Im Untersuchungsgebiet ist der Komplex bis auf wenige/einige Bereiche entlang der Verbreitungsgrenze der Einheit weithin untersuchungswürdig. Im Dachbereich einer Salzstruktur, im Bereich von Helgoland, steigt die Unterkante der Barriere über die gesetzte Mindest-Tiefe von 8 m. Kategorisierung des Barrierekomplexes Oberer Buntsandstein nach: Mächtigkeit >2 m (bzw. gedeutet), Tiefe <8 m Mächtigkeit >2 m (bzw. gedeutet), Tiefe >8 m Mächtigkeit <2 m (bzw. nicht bekannt), Tiefe nicht berücksichtigt

6 Barrierekomplex Zechstein 5 1km Die Ablagerungen des Zechstein wurden von MÜLLER & REINHOLD (211) (Mindestmächtigkeit des Barrieregesteins von 2 Metern und Mindest-Tiefenlage seiner Unterkante von 8 m) für die angrenzenden Festlandsgebiete als potenzieller Barrierekomplex kategorisiert. Der Komplex ist auch, unter Annahme dieser Kriterien, im Großteil der zentralen deutschen Nordsee als untersuchungswürdig ausgewiesen. Im Bereich des Schillgrund-Hochs und in südlichen, küstennahen Bereichen ist die Mindestmächtigkeit von 2 m nicht immer gegeben. Im südlichen Bereich ist die Abnahme der Barrieremächtigkeit durch die Mobilisierung des Steinsalzes im Umfeld von Salzstrukturen zu erklären. Kategorisierung des Barrierekomplexes Zechstein nach: Mächtigkeit >2 m (bzw. gedeutet), Tiefe >8 m Mächtigkeit <2 m (bzw. nicht bekannt), Tiefe nicht berücksichtigt

7 Speicherkomplex Mittlerer Jura (Dogger) 5 1km Die Ablagerungen des Dogger wurden von MÜLLER & REINHOLD (211) (Nettomächtigkeit poröser und klüftig-poröser Sandsteine und deren Tiefenlage) für die angrenzenden Festlandsgebiete als potenzieller Speicherkomplex kategorisiert. Unter Annahme dieser Kriterien wurde auch im Bereich der Elbe- und der Wesermündungen der Dogger als untersuchungswürdig ausgewiesen. Für vereinzelte Verbreitungsgebiete westlich von Helgoland war die Datenlage für eine Kategorisierung nicht ausreichend. Kategorisierung des Speicherkomplexes Mitteljura nach: Mächtigkeit >1 m (bzw. gedeutet), Tiefe >8 m Mächtigkeit <1 m (bzw. nicht bekannt), Tiefe nicht berücksichtigt

8 Speicherkomplex Oberer Keuper (Rhätkeuper) 5 1km Die Ablagerungen des Rhätkeuper wurden von MÜLLER & REINHOLD (211) (Nettomächtigkeit poröser und klüftig-poröser Sandsteine und deren Tiefenlage) für die angrenzenden Festlandsgebiete als potenzieller Speicherkomplex kategorisiert. Unter Annahme dieser Kriterien wurde auch im küstennahen, südlichen Bereich des Untersuchungsgebietes erweist sich der Rhätkeuper als untersuchungswürdig. Im Bereich der nordfriesischen Inseln ließ die unzureichende Datenlage keine Kategorisierung zu. Kategorisierung des Speicherkomplexes Rhätkeuper nach: Mächtigkeit >1m (bzw. gedeutet), Tiefe >8m Mächtigkeit <1m (bzw. nicht bekannt), Tiefe nicht berücksichtigt

9 Speicherkomplex Mittlerer Buntsandstein 5 1km Die Ablagerungen des Mittleren Buntsandstein wurden nach den Kriterien von MÜLLER & REINHOLD (211) (Nettomächtigkeit poröser und klüftig-poröser Sandsteine und deren Tiefenlage) für die angrenzenden Festlandsgebiete als potenzieller Speicherkomplex kategorisiert. Unter Annahme dieser Kriterien wurde auch im überwiegenden Teil der zentralen deutschen Nordsee ist dieser potenzielle Speicherkomplex als untersuchungswürdig ausgewiesen. Nur auf dem Schillgrund-Hoch, im westlichen Untersuchungsgebiet, wird die Nettomächtigkeit von zehn Metern unterschritten. Lokal beﬁnden sich die Abfolgen des potenziellen Speicherkomplexes oberhalb der Mindesttiefe von 8 m. Kategorisierung des Speicherkomplexes Mittlerer Buntsandstein nach: Mächtigkeit <1 m (bzw. nicht bekannt), Tiefe nicht berücksichtigt Mächtigkeit >1 m (bzw. gedeutet), Tiefe >8 m Mächtigkeit >1 m (bzw. gedeutet), Tiefe <8 m

10 Speicherkomplex Oberrotliegend 5 1km Die Ablagerungen des Oberrotliegend wurden von MÜLLER & REINHOLD (211) (Nettomächtigkeit poröser und klüftig-poröser Sandsteine und deren Tiefenlage) für die angrenzenden Festlandsgebiete als potenzieller Speicherkomplex kategorisiert. Unter Annahme dieser Kriterien wurde auch im Großteil der zentralen deutschen Nordsee idieser potenzielle Speicherkomplex als untersuchungswürdig ausgewiesen. Lediglich zum nördlichen Beckenrand hin und in zentralen Bereichen des südlichen permischen Beckens fehlen die notwendigen Nettomächtigkeiten der Speichergesteine. Kategorisierung des Speicherkomplexes Oberes Rotliegend nach: Mächtigkeit >1 m (bzw. gedeutet), Tiefe >8 m Mächtigkeit <1 m (bzw. nicht bekannt), Tiefe nicht berücksichtigt