Für die systematische stratigraphische Interpretation von Tiefbohrungen im Bayerischen Molassebecken nutzt das Bayerische Landesamt für Umwelt (BayLfU) verstärkt vorhandene bohrlochgeophysikalische Messdaten. Wir stellen Ergebnisse repräsentativer Tiefbohrungen im Molassebeckens vor, mit denen eine Grundlagen für eine beckenweite Dateninterpretation geschaffen wurde.

Bei der Bearbeitung wurde auf einen umfangreichen bohrlochgeophysikalischen Messdatensatz zurückgegriffen, welcher für ca. 600 Bohrungen vorlag. Das Projekt war in mehrere Teilaufgaben untergliedert.Die Daten wurden zuerst harmonisiert, GIS-basiert priorisiert und 65 Bohrungen für die weitere Bearbeitung ausgewählt. Diese Bohrungen wurden anhand der Logs lithostratigraphisch rekonstruiert und über petrographische Informationen referenziert.

Im nächsten Schritt wurden diese Bohrungen zu Korrelationsplots zusammengestellt und ein Gitter von 11 Profilen über das Bayerische Molassebecken gelegt. Im Zuge der Bohrungskorrelation wurden die stratigraphischen Nomenklaturen der West- und Ostmolasse miteinander verknüpft und ein System von Leithorizonten erarbeitet, welches markante petrophysikalische Sequenzen miteinander verbindet, bzw. voneinander trennt. Dies wurde vor dem Hintergrund durchgeführt eine verbesserte Verknüpfung zu seismischen Profilen zu ermöglichen und so statistisch gesicherte Eingangsparameter (z.B. seismische Geschwindigkeiten) für 3D Modelle zu generieren.

Im letzten Schritt wurden 10 Bohrungen für eine detaillierte petropysikalische Analyse ausgewählt. Es wurden Eigenschaften wie Porosität und Wärmeleitfähigkeit über die gesamte Bohrstrecke berechnet und mit Labordaten verglichen. Anhand der aus den Logs ermittelten Parametern wurden Temperatur-Tiefenprofile für die Bohrungen berechnet und mit BHT-Daten abgeglichen. Die Ergebnisse liefern Hinweise darauf, dass die im Molassebecken beobachteten Temperaturanomalien über Unterschiede im Gesteinsbestandes des tertiären Oberbaus erklärt werden könnten. Das kann zur Verbesserung geothermischer Modelle genutzt werden und somit zur Absicherung der Temperaturprognosen für zukünftige Projektstandorte.

Die Verteilung der Untergrundtemperatur in Deutschland ist nach wie vor ein spannendes Thema der Geothermie. In Gebieten aktiver Tektonik, wie z. B. dem Oberrheingraben oder den Alpen, finden sich häufiger Temperaturanomalien als in anderen Regionen. Der Grund liegt in der Regel darin, dass rezente Zerrüttungszonen entlang von Störungen Wegsamkeiten für Grundwasser darstellen, wo, je nach hydraulischem Potenzial, Wasser aufsteigen oder absinken kann. Aufsteigende Tiefenwässer bewirken aufgrund des geothermischen Gradienten eine positive Temperaturanomalie. Damit Tiefenwässer aufsteigen können, muss an anderer Stelle Wasser absinken, wodurch negative Temperaturanomalien im Untergrund hervorgerufen werden.

Viele Studien haben sich mit dem Temperaturfeld im Bereich des Wasserburger Trogs östlich von München eingehend befasst. Es gilt als wahrscheinlich, dass tiefe Grundwasserbewegung die Ursache für die negative Temperaturanomalie ist. Allerdings ist die Herkunft des relativ kalten Wassers noch nicht befriedigend geklärt. Mit einem neuen, ganzheitlichen Ansatz wird dieser Frage auf den Grund gegangen. Dabei werden Hydrochemie, Thermalwasseralter, hydraulisches Potenzial, Tektonik und Temperaturfeld zusammen betrachtet. Zudem werden auch die geothermischen Gradienten in angrenzenden Gebieten betrachtet. Es zeichnet sich dabei ein neues Szenario ab, bei dem meteorisches Wasser südlich des Molassebeckens absinkt und sich anschließend als niedrig mineralisiertes Thermalwasser im Malm-Aquifer unterhalb des Wasserburger Trogs verteilt. Die These wird dabei vor allem durch sehr niedrige geothermische Gradienten in einigen alpinen Tiefbohrungen sowie der Alters- und Salinitätsverteilung des Grundwassers im Malm-Aquifer gestützt.

Bisher werden für die geothermisch betriebene kommunale Wärmeversorgung im Süddeutschen Raum die Oberjurassischen Karbonate des Malms genutzt. Sowohl die günstigen Temperaturen und Schüttungen, die aus den gut durchlässigen Karbonaten erzielt werden, als auch das hohe Investitionsvolumen, das eine entsprechende Abnahme zur Amortisation bedarf, haben die Tiefe Geothermie überwiegend in urbanen, dichter besiedelten Gebieten entstehen lassen. Für ländlich geprägte Kommunen mit einem geringen und mittleren Wärmebedarf ist die tiefe „Malm-Geothermie“ daher oft keine Option.

Aus der Erdölexploration sind in der Molasse neben dem Oberjura aber auch weitere klastisch dominierte poröse Einheiten im Untergrund bekannt, die je nach Verbreitung, Tiefe und Schüttungsprognosen eine geothermische Alternative im ländlichen Raum darstellen können. Die Studie fasst Untertagedaten und -erkenntnisse aus der Erdölexploration zusammen und zielt darauf das Potential flacherer, geothermisch relevanter Horizonte in Bayern aufzuzeigen. Dazu wird zunächst die Verbreitung der potentiell nutzbaren Reservoire im Untergrund mit den obertägigen Wärmebedarfsdaten räumlich verschnitten und einzelne Kommunen ausgewählt, die beispielhaft für ländliche Kommunen stehen. Für diese werden dann geothermische Reservoirparameter aus umliegenden geophysikalischen Daten interpretiert und im Labor an Kernmaterial bestimmt. Anschließend werden Standortkriterien nach einer statistischen Verteilung angenommen, um die thermische Leistung und den Strombedarf einer geothermischen Dublette zu bestimmen. Unter Einbeziehung der Bohrkosten nach marktüblichen Kriterien und, wenn nötig, einer Temperaturanhebung durch eine Wärmepumpe können so die Wärmegestehungskosten ermittelt und die Konkurrenzfähigkeit gegenüber Alternativen wie einer Hackschnitzelheizung oder Solarthermie dargestellt werden.

Das Multibohrungssystem Schäftlarnstrasse hat insgesamt 6 Bohrungen in den Malm-Aquifer des bayerischen Molassebeckens abgeteuft und wird seit 2021 mit 3 Dubletten betrieben. Für jede dieser Bohrungen wurden während der Inproduktionssetzung (nach den Pumpversuchen) die Gasgehalte mit Hilfe von Wireline-Probennehmern untersucht. Dieses Verfahren ermöglicht eine experimentelle Bestimmung der Bubble Points im Labor, die mit den simulierten Bubble Points verglichen wurden. Die Gasanalyse zeigt generell erhöhte Gasgehalte sowie starke lokale Schwankungen auf einer Skala von wenigen Kilometern. Die Bubble Points des Fluids sind teilweise größer als der Anlagendruck, so dass eine der drei geothermischen Dubletten im Zweiphasenstrom betrieben wird. Das hohe Gasaufkommen führte zu einem regelmäßigen Druckaufbau im Ringraum der Förderbohrung, was ein Absinken des Betriebswasserspiegels zur Folge hatte. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine Ringraumgasüberleitung installiert, die eine leichte Entgasung auf der Förderseite erlaubt. Durch die genaue Charakterisierung der Gasphase konnte mittels einer Simulation des Entgasungsverhaltens nachgewiesen werden, dass trotz der Entgasung nur ein minimal erhöhtes Risiko für die Bildung von Karbonatscalings besteht.

Auf dem Gelände des Heizkraftwerks (HKW) Süd der SWM in München ist eine der europaweit ambitioniertesten geothermischen Wärmeanlagen in Betrieb gegangen. Erstmals in Deutschland wurde eine Geothermieanlage mit sechs Bohrungen und einer Multilateralbohrung von einem Sammelbohrplatz in einer Millionenmetropole mit 25.000 m Gesamtbohrstrecke abgeteuft. Die Anlage hat eine thermische Leistung von 50 MW. Mit der Anlage kann die SWM mindestens 80.000 Münchner Bürger und Bürgerinnen mit Wärme versorgen.

Die einmalige Konstellation von sechs Bohrungen im Projekt, einem besonderen tektonischen Setting und einer hervorragenden Datenlage ermöglicht eine deutliche Weiterentwicklung im Reservoirverständnis des Malm.

Bohrungen in unterschiedlichen tektonischen Einheiten des Reservoirs beeinflussen sich hydraulisch weitaus weniger als Bohrungen, die innerhalb einer tektonischen Einheit liegen. Ein Blick auf die Ablagerungsgeschichte des Malm Reservoirs und das Timing von Verkarstungsprozessen und Tektonik liefert eine Erklärung für dieses hydraulische Verhalten.