Skip to main content
Erschienen in: Environmental Earth Sciences 5/2014

01.03.2014 | Original Article

A geological database for parameterization in numerical modeling of subsurface storage in northern Germany

verfasst von: Frank Dethlefsen, Markus Ebert, Andreas Dahmke

Erschienen in: Environmental Earth Sciences | Ausgabe 5/2014

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Underground land use can play a significant role in future concepts of energy and gas storage and requires an improved understanding of the parameters of potential storage formations (saline aquifers), for instance of porosity and permeability, and also of mineralogical and gas compositions. This study aims at providing data examples and calculating vertical spatial variations through variogram analyses of important North German geological reservoirs from Dogger, Rhaetian, Middle Buntsandstein, and Rotliegend (Sub)Groups and Formations, focusing on the western part of the North German Basin. Vertical correlation lengths of porosity and permeability data range between 0 and 30 m, while most results are calculated at approximately 2–4 m and do not show relevant differences among the evaluated formations. In the majority of the regarded formations, the Kozeny–Carman relationship between porosity and permeability is supported as long as low porosity and permeability values are excluded from the evaluation. Mineral percentages varied significantly among the evaluated sediments. Besides quartz, ankerite is the main compound in the Dogger Group, while feldspars and clay minerals were more frequent in the Rhaetian, Middle Buntsandstein, and Rotliegend sediments. Methane was the main gas compound in the reservoirs, followed by nitrogen, ethane, and carbon dioxide. This study serves as preparatory work to allow for the parameterization of geological models and a subsequent simulation of fluid transport to evaluate (long-term) safety and impacts of geothermal and gas storage projects.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
Zurück zum Zitat Aitchison J (2003) A concise guide to compositional data analysis. University of Glasgow, Glasgow Aitchison J (2003) A concise guide to compositional data analysis. University of Glasgow, Glasgow
Zurück zum Zitat Ambrose WA, Lakshminarasimhan S, Holtz MH, Núñez-López V, Hovorka SD, Duncan I (2008) Geologic factors controlling CO2 storage capacity and permanence: case studies based on experience with heterogeneity in oil and gas reservoirs applied to CO2 storage. Environ Geol 54:1619–1633. doi:10.1007/s00254-007-0940-2 CrossRef Ambrose WA, Lakshminarasimhan S, Holtz MH, Núñez-López V, Hovorka SD, Duncan I (2008) Geologic factors controlling CO2 storage capacity and permanence: case studies based on experience with heterogeneity in oil and gas reservoirs applied to CO2 storage. Environ Geol 54:1619–1633. doi:10.​1007/​s00254-007-0940-2 CrossRef
Zurück zum Zitat Barnes RJ (1991) Teachers aide: the variogram sill and the sample variance. Math Geol 23:673–678CrossRef Barnes RJ (1991) Teachers aide: the variogram sill and the sample variance. Math Geol 23:673–678CrossRef
Zurück zum Zitat Bauer S, Class H, Ebert M, Feeser V, Götze H, Holzheid A, Kolditz O, Rosenbaum S, Rabbel W, Schäfer D, Dahmke A (2012) Modeling, parameterization and evaluation of monitoring methods for CO2 storage in deep saline formations: the CO2-MoPa project. Environ Earth Sci 67:351–367. doi:10.1007/s12665-012-1707-y CrossRef Bauer S, Class H, Ebert M, Feeser V, Götze H, Holzheid A, Kolditz O, Rosenbaum S, Rabbel W, Schäfer D, Dahmke A (2012) Modeling, parameterization and evaluation of monitoring methods for CO2 storage in deep saline formations: the CO2-MoPa project. Environ Earth Sci 67:351–367. doi:10.​1007/​s12665-012-1707-y CrossRef
Zurück zum Zitat Benisch K, Bauer S (2011) Investigation of large-scale pressure propagation and monitoring for CO2 injection using a real site model. In: ModelCARE 2011. Models—repositories of knowledge, vol. 355. IAHS Publication, Leipzig, pp 245–251 (2012), 18–22 Sep 2011 Benisch K, Bauer S (2011) Investigation of large-scale pressure propagation and monitoring for CO2 injection using a real site model. In: ModelCARE 2011. Models—repositories of knowledge, vol. 355. IAHS Publication, Leipzig, pp 245–251 (2012), 18–22 Sep 2011
Zurück zum Zitat Beutler G (2005) Stratigraphie von Deutschland IV—Keuper. In: Deutsche Stratigraphische Kommission, Courier Forschungsinstitut Senckenberg, Frankfurt Beutler G (2005) Stratigraphie von Deutschland IV—Keuper. In: Deutsche Stratigraphische Kommission, Courier Forschungsinstitut Senckenberg, Frankfurt
Zurück zum Zitat Bonte M, Stuyfzand PJ, Hulsmann A, Van Beelen P (2011) Underground thermal energy storage: environmental risks and policy developments in the Netherlands and European Union. Ecol Soc 16(1) Bonte M, Stuyfzand PJ, Hulsmann A, Van Beelen P (2011) Underground thermal energy storage: environmental risks and policy developments in the Netherlands and European Union. Ecol Soc 16(1)
Zurück zum Zitat Bourbie T, Zinszner B (1985) Hydraulic and acoustic properties as a function of porosity in Fontainebleau sandstone. J Geophys Res 90:11524–11532CrossRef Bourbie T, Zinszner B (1985) Hydraulic and acoustic properties as a function of porosity in Fontainebleau sandstone. J Geophys Res 90:11524–11532CrossRef
Zurück zum Zitat Brandes J, Obst K (2011) Geological characterization of potential reservoir and barrier rock units in Mecklenburg-Western Pomerania. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften 74:61–81 Brandes J, Obst K (2011) Geological characterization of potential reservoir and barrier rock units in Mecklenburg-Western Pomerania. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften 74:61–81
Zurück zum Zitat Carman PC (1956) Flow of gases through porous media. Butterworths, London Carman PC (1956) Flow of gases through porous media. Butterworths, London
Zurück zum Zitat Costa A (2006) Permeability–porosity relationship: a reexamination of the Kozeny–Carman equation based on a fractal pore-space geometry assumption. Geophys Res Lett 33:1–5CrossRef Costa A (2006) Permeability–porosity relationship: a reexamination of the Kozeny–Carman equation based on a fractal pore-space geometry assumption. Geophys Res Lett 33:1–5CrossRef
Zurück zum Zitat Franz M, Wolfgramm M (2008) Sedimentologie, Petrologie und Fazies geothermischer Reservoire des Norddeutschen Beckens am Beispiel der Exter-Formation (Oberer Keuper, Rhaetium) NE-Deutschlands. Z Geol Wiss 36:223–247 Franz M, Wolfgramm M (2008) Sedimentologie, Petrologie und Fazies geothermischer Reservoire des Norddeutschen Beckens am Beispiel der Exter-Formation (Oberer Keuper, Rhaetium) NE-Deutschlands. Z Geol Wiss 36:223–247
Zurück zum Zitat Fuchs S, Förster A (2010) Rock thermal conductivity of Mesozoic geothermal aquifers in the Northeast German Basin. Chem Erde 70:13–22CrossRef Fuchs S, Förster A (2010) Rock thermal conductivity of Mesozoic geothermal aquifers in the Northeast German Basin. Chem Erde 70:13–22CrossRef
Zurück zum Zitat Geluk MC, Röhling HG (1997) High resolution sequence stratigraphy of the Lower Triassic “Buntsandstein” in the Netherlands and northwestern Germany. Geol Mijnbouw 76:227–246CrossRef Geluk MC, Röhling HG (1997) High resolution sequence stratigraphy of the Lower Triassic “Buntsandstein” in the Netherlands and northwestern Germany. Geol Mijnbouw 76:227–246CrossRef
Zurück zum Zitat Giese LB, Seibt A, Wiersberg T, Zimmer M, Erzinger J, Niedermann S, Pekdeger A (2002) Geochemistry of the formation fluids (Geochemie der Formationsfluide). In: Huenges E (ed) In-situ geothermal laboratory Groß Schönebeck: drilling, logging, hydraulic test, formation fluids and clay minerals. STR02/14 Geothermie Report 02-1. GeoForschungsZentrum Potsdam, Potsdam, pp 145–170 Giese LB, Seibt A, Wiersberg T, Zimmer M, Erzinger J, Niedermann S, Pekdeger A (2002) Geochemistry of the formation fluids (Geochemie der Formationsfluide). In: Huenges E (ed) In-situ geothermal laboratory Groß Schönebeck: drilling, logging, hydraulic test, formation fluids and clay minerals. STR02/14 Geothermie Report 02-1. GeoForschungsZentrum Potsdam, Potsdam, pp 145–170
Zurück zum Zitat Götze J (1998) Geochemistry and provenance of the Altendorf feldspathic sandstone in the Middle Bunter of the Thuringian Basin (Germany). Chem Geol 150:43–61CrossRef Götze J (1998) Geochemistry and provenance of the Altendorf feldspathic sandstone in the Middle Bunter of the Thuringian Basin (Germany). Chem Geol 150:43–61CrossRef
Zurück zum Zitat Gringarten E, Deutsch CV (2001) Variogram interpretation and modeling. Math Geol 33:507–534CrossRef Gringarten E, Deutsch CV (2001) Variogram interpretation and modeling. Math Geol 33:507–534CrossRef
Zurück zum Zitat GTN (1997) Machbarkeitsstudie zum Einsatz geothermischer Ressourcen in der Wärmeversorgung von Hamburg. Geothermie Neubrandenburg GmbH, Neubrandenburg, p 39 GTN (1997) Machbarkeitsstudie zum Einsatz geothermischer Ressourcen in der Wärmeversorgung von Hamburg. Geothermie Neubrandenburg GmbH, Neubrandenburg, p 39
Zurück zum Zitat Horn D (1964) Fazies, Diagenese und Ölmigration im Dogger-Beta-Hauptsandstein von Plön-Ost und Preetz (Ostholsteinischer Juratrog). Doctoral thesis (dissertation). Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel Horn D (1964) Fazies, Diagenese und Ölmigration im Dogger-Beta-Hauptsandstein von Plön-Ost und Preetz (Ostholsteinischer Juratrog). Doctoral thesis (dissertation). Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel
Zurück zum Zitat Hoth P, Seibt A, Kellner T (1997) Geowissenschaftliche Bewertungsgrundlagen zur Nutzung hydrothermaler Ressourcen in Norddeutschland. Geoforschungszentrum Potsdam, Potsdam Hoth P, Seibt A, Kellner T (1997) Geowissenschaftliche Bewertungsgrundlagen zur Nutzung hydrothermaler Ressourcen in Norddeutschland. Geoforschungszentrum Potsdam, Potsdam
Zurück zum Zitat Hovorka SD, Doughty C, Benson SM, Pruess K, Knox PR (2004) The impact of geological heterogeneity on CO2 storage in brine formations: a case study from the Texas Gulf Coast. In: Baines SJ, Worden RH (eds) Geological storage of carbon dioxide. The Geological Society of London, London, pp 147–163 Hovorka SD, Doughty C, Benson SM, Pruess K, Knox PR (2004) The impact of geological heterogeneity on CO2 storage in brine formations: a case study from the Texas Gulf Coast. In: Baines SJ, Worden RH (eds) Geological storage of carbon dioxide. The Geological Society of London, London, pp 147–163
Zurück zum Zitat Kaufhold H, Hable R, Liebsch-Dörschner T, Thomsen C, Taugs R (2011) Distribution and properties of Mesozoic sandstones and barrier rocks in Schleswig–Holstein and Hamburg—basic information possible energetic utilisation of the deeper subsurface. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften 74:38–60 Kaufhold H, Hable R, Liebsch-Dörschner T, Thomsen C, Taugs R (2011) Distribution and properties of Mesozoic sandstones and barrier rocks in Schleswig–Holstein and Hamburg—basic information possible energetic utilisation of the deeper subsurface. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften 74:38–60
Zurück zum Zitat Knopf S, May F, Müller C, Gerling P (2010) Neuberechnung möglicher Kapazitäten zur CO2-Speicherung in tiefen Aquifer-Strukturen. Energiewirtschaftliche Tagesfragen 60:76–80 Knopf S, May F, Müller C, Gerling P (2010) Neuberechnung möglicher Kapazitäten zur CO2-Speicherung in tiefen Aquifer-Strukturen. Energiewirtschaftliche Tagesfragen 60:76–80
Zurück zum Zitat Kolditz O, Bauer S (2004) A process-oriented approach to computing multi-field problems in porous media. J Hydroinf 6:225–244 Kolditz O, Bauer S (2004) A process-oriented approach to computing multi-field problems in porous media. J Hydroinf 6:225–244
Zurück zum Zitat Kozeny J (1927) Über kapillare Leitung des Wassers im Boden. Sitzungsber. Akad. Wiss., Wien: 136(2a):271–306 Kozeny J (1927) Über kapillare Leitung des Wassers im Boden. Sitzungsber. Akad. Wiss., Wien: 136(2a):271–306
Zurück zum Zitat Lemieux JM (2011) Review: the potential impact of underground geological storage of carbon dioxide in deep saline aquifers on shallow groundwater resources. Hydrogeol J 19:757–778. doi:10.1007/s10040-011-0715-4 CrossRef Lemieux JM (2011) Review: the potential impact of underground geological storage of carbon dioxide in deep saline aquifers on shallow groundwater resources. Hydrogeol J 19:757–778. doi:10.​1007/​s10040-011-0715-4 CrossRef
Zurück zum Zitat Li X-Y, Logan BE (2001) Permeability of fractal aggregates. Water Res 35:3373–3380CrossRef Li X-Y, Logan BE (2001) Permeability of fractal aggregates. Water Res 35:3373–3380CrossRef
Zurück zum Zitat Martens S, Kempka T, Liebscher A, Lüth S, Möller F, Myrttinen A, Norden B, Schmidt-Hattenberger C, Zimmer M, Kühn M, The Ketzin Group (2012) Europe’s longest-operating on-shore CO2 storage site at Ketzin, Germany: a progress report after three years of injection. Environ Earth Sci 67:323–334CrossRef Martens S, Kempka T, Liebscher A, Lüth S, Möller F, Myrttinen A, Norden B, Schmidt-Hattenberger C, Zimmer M, Kühn M, The Ketzin Group (2012) Europe’s longest-operating on-shore CO2 storage site at Ketzin, Germany: a progress report after three years of injection. Environ Earth Sci 67:323–334CrossRef
Zurück zum Zitat Mitiku AB, Bauer S (2013) Optimal use of a dome-shaped anticline structure for CO2 storage: a case study in the North German sedimentary basin. Environ Earth Sci. doi:10.1007/s12665-013-2580-z Mitiku AB, Bauer S (2013) Optimal use of a dome-shaped anticline structure for CO2 storage: a case study in the North German sedimentary basin. Environ Earth Sci. doi:10.​1007/​s12665-013-2580-z
Zurück zum Zitat Pawlowsky-Glahn V, Egozcue JJ, Tolosana-Delgado (2007) In: Lecture notes on compositional data analyses. University of Girona, Girona, p 87 Pawlowsky-Glahn V, Egozcue JJ, Tolosana-Delgado (2007) In: Lecture notes on compositional data analyses. University of Girona, Girona, p 87
Zurück zum Zitat Pfeiffer WT (2012) Einfluss von kleinskaligen geologischen Strukturen auf die Phasenausbreitung von CO2 in tiefen salinaren Formationen. MSc Thesis. Institute of Geosciences, Christian-Albrechts-University, Kiel Pfeiffer WT (2012) Einfluss von kleinskaligen geologischen Strukturen auf die Phasenausbreitung von CO2 in tiefen salinaren Formationen. MSc Thesis. Institute of Geosciences, Christian-Albrechts-University, Kiel
Zurück zum Zitat Plein E (1995) Stratigraphie von Deutschland: Norddeutsches Rotiegendbecken. Courier Forschungsinstitut Senckenberg, Frankfurt (p 193) Plein E (1995) Stratigraphie von Deutschland: Norddeutsches Rotiegendbecken. Courier Forschungsinstitut Senckenberg, Frankfurt (p 193)
Zurück zum Zitat Pruess K (2004) The TOUGH codes—a family of simulation tools for multiphase flow and transport processes in permeable media. Vadose Zone J 3:738–746 Pruess K (2004) The TOUGH codes—a family of simulation tools for multiphase flow and transport processes in permeable media. Vadose Zone J 3:738–746
Zurück zum Zitat Reimann C, Filzmoser P, Fabian K, Hron K, Birke M, Demetriades A, Dinelli E, Ladenberger A (2012) The concept of compositional data analysis in practice—total major element concentrations in agricultural and grazing land soils of Europe. Sci Total Environ 426:196–210CrossRef Reimann C, Filzmoser P, Fabian K, Hron K, Birke M, Demetriades A, Dinelli E, Ladenberger A (2012) The concept of compositional data analysis in practice—total major element concentrations in agricultural and grazing land soils of Europe. Sci Total Environ 426:196–210CrossRef
Zurück zum Zitat Reinhold K, Müller C (2011) Storage potential in the deeper subsurface—overview and results from the project storage catalogue of Germany. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften 74:9–27 Reinhold K, Müller C (2011) Storage potential in the deeper subsurface—overview and results from the project storage catalogue of Germany. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften 74:9–27
Zurück zum Zitat Reinhold K, Müller C, Riesenberg C (2011) Informationssystem Speichergesteine für den Standort Deutschland—Synthese. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover (p 133) Reinhold K, Müller C, Riesenberg C (2011) Informationssystem Speichergesteine für den Standort Deutschland—Synthese. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover (p 133)
Zurück zum Zitat Schäfer D, Schlenz B, Dahmke A (2004) Evaluation of exploration and monitoring methods for verification of natural attenuation using the virtual aquifer approach. Biodegrad J 15:453–465CrossRef Schäfer D, Schlenz B, Dahmke A (2004) Evaluation of exploration and monitoring methods for verification of natural attenuation using the virtual aquifer approach. Biodegrad J 15:453–465CrossRef
Zurück zum Zitat Scheck M, Bayer U, Lewerenz B (2003) Salt movements in the Northeast German Basin and its relation to major post-permian tectonic phases—results from 3D structural modelling, backstripping and reflection seismic data. Tectonophysics 361:277–299CrossRef Scheck M, Bayer U, Lewerenz B (2003) Salt movements in the Northeast German Basin and its relation to major post-permian tectonic phases—results from 3D structural modelling, backstripping and reflection seismic data. Tectonophysics 361:277–299CrossRef
Zurück zum Zitat Schnaar G, Digiulio DC (2009) Computational modeling of the geologic sequestration of carbon dioxide. Vadose Zone J 8:389–403CrossRef Schnaar G, Digiulio DC (2009) Computational modeling of the geologic sequestration of carbon dioxide. Vadose Zone J 8:389–403CrossRef
Zurück zum Zitat Sedlacek R (2009) Untertage-Gasspeicherung in Deutschland. Erdöl Erdgas Kohle 125:412–425 Sedlacek R (2009) Untertage-Gasspeicherung in Deutschland. Erdöl Erdgas Kohle 125:412–425
Zurück zum Zitat Seibt A, Kellner T, Hoth P, Teil B (1997) Geowissenschaftliche Erfahrungen aus dem Betrieb geothermischer Heizzentralen Norddeutschlands; 8. Charakteristik der geothermischen Heizzentralen (GHZ) in Mecklenburg-Vorpommern. In: Schneider H, Huenges E (eds) Geowissenschaftliche Bewertungsgrundlagen zur Nutzung hydrogeothermaler Ressourcen in Norddeutschland. STR97/15 Geothermie report 97-1. GeoForschungsZentrum Potsdam, Potsdam, pp 135–150 Seibt A, Kellner T, Hoth P, Teil B (1997) Geowissenschaftliche Erfahrungen aus dem Betrieb geothermischer Heizzentralen Norddeutschlands; 8. Charakteristik der geothermischen Heizzentralen (GHZ) in Mecklenburg-Vorpommern. In: Schneider H, Huenges E (eds) Geowissenschaftliche Bewertungsgrundlagen zur Nutzung hydrogeothermaler Ressourcen in Norddeutschland. STR97/15 Geothermie report 97-1. GeoForschungsZentrum Potsdam, Potsdam, pp 135–150
Zurück zum Zitat von Engelhart W (1960) Der Porenraum der Sedimente. Springer Verlag, Berlin/Göttingen/HeidelbergCrossRef von Engelhart W (1960) Der Porenraum der Sedimente. Springer Verlag, Berlin/Göttingen/HeidelbergCrossRef
Zurück zum Zitat Weibel R, Friis H (2004) Opaque minerals as keys for distinguishing oxidising and reducing diagenetic conditions in the Lower Triassic Bunter sandstone, North German Basin. Sed Geol 169:129–149CrossRef Weibel R, Friis H (2004) Opaque minerals as keys for distinguishing oxidising and reducing diagenetic conditions in the Lower Triassic Bunter sandstone, North German Basin. Sed Geol 169:129–149CrossRef
Zurück zum Zitat Wolfgramm M, Rauppach K, Seibt P (2008) Reservoir-geological characterization of Mesozoic sandstones in the North German Basin by petrophysical and petrographical data. Z Geol Wiss 36:249–265 Wolfgramm M, Rauppach K, Seibt P (2008) Reservoir-geological characterization of Mesozoic sandstones in the North German Basin by petrophysical and petrographical data. Z Geol Wiss 36:249–265
Zurück zum Zitat Ziegler PA (1990) Geological atlas of western and central Europe. Shell Internationale Petroleum Maatschappij, UK Ziegler PA (1990) Geological atlas of western and central Europe. Shell Internationale Petroleum Maatschappij, UK
Metadaten
Titel
A geological database for parameterization in numerical modeling of subsurface storage in northern Germany
verfasst von
Frank Dethlefsen
Markus Ebert
Andreas Dahmke
Publikationsdatum
01.03.2014
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Environmental Earth Sciences / Ausgabe 5/2014
Print ISSN: 1866-6280
Elektronische ISSN: 1866-6299
DOI
https://doi.org/10.1007/s12665-013-2627-1

Weitere Artikel der Ausgabe 5/2014

Environmental Earth Sciences 5/2014 Zur Ausgabe