Uni-Bayreuth

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Heterogenität der Wärmeleitfähigkeit an Sandsteinen bei TCS-Messungen

Katharina Albert1, Thomas Rieger1, Marcellus Schulze2, Kai Zosseder1
1 Lehrstuhl für Hydrogeologie, Technische Universität München
2 Bayerisches Landesamt für Umwelt

P 11.4 in Wärme-, Energie- und Kohlenstoffspeicherung im Untergrund

Die Wärmeleitfähigkeit ist einer der grundlegenden Parameter für die Planung oberflächennaher Geothermieanlagen. Die Untersuchung zielt auf die Bestimmung der regional repräsentativen und lithologisch korrelierten Wärmeleitfähigkeit.

Gemessen wurden Sandsteine der Unteren Süßwassermolasse (USM) und des Buntsandsteins (BST) im trocken und im gesättigten Zustand mit einem Thermal Conductivity Scanner (TCS, Popov et al. 2003). Bei genauerer Betrachtung von Einzelmesswerten der TCS-Messung entlang einer Bohrkernprobe sind Variationen aufgrund sichtbarer Anomalien zu erkennen. Dies ist z.B. mit der Änderung der mineralischen Zusammensetzung zu begründen (Clauser und Huenges 1995). Trotzgleicher Lithologie weisen  oft optisch homogene Proben auch solche Schwankungen auf (Abb. 1).

Derartige Proben stellen keinen repräsentativen Messwert für die zugehörige Lithologie dar. Außerdem gilt der vom TCS ausgerechnete arithmetische Mittelwert als nicht adäquat. 

Um die Heterogenität der Messwerte zu identifizieren, wurden statistische Parameter herangezogen: die Standardabweichung, die mittlere Abweichung vom Median, die mittlere Abweichung vom Modus, die Spannweite und die Kurtosis. Ein hoher Kurtosiswert deutet auf Ausreißer oder auch auf Messfehler hin und dient somit als grober Schätzer für die Heterogenität der Messwerte. Hier wird nun eine Kombination von Parametern ausgearbeitet, die eine Aussage über die Repräsentativität der Probe erlauben.

Zusätzlich wurden die Porosität, die Dichte und die Sättigung von auserwählten Proben bestimmt. Die Wärmeleitfähigkeit bei gesättigter Probe nimmt bei  USM-Proben bis zu 87 % und bei BST-Proben bis zu 180 %  gegenüber der Trockenmessung zu. Die Schwankungen der Messwerte ist bei gesättigten Proben geringer.

Gemessene Wärmeleitfähigkeit entlang einer optisch homogenen Probe
Gemessene Wärmeleitfähigkeit entlang einer optisch homogenen Probe



 

Popov, Y., Tertychnyi, V., Romushkevich, R., Korobkov, D., Pohl, J. (2003): Interrelation Between Thermal Conductivity and Other Physical Properties of Rocks: Experimental Data. Pure and Applied Geophysics 160, 1137-1161

Clauser, C. und Huenges, E. (2010): Thermal Conductivity of Rocks and Minerals. In: T. J. Ahrens (ed.), Rock Physics and Phase Relations - a Handbook of Physical Constants, AGU Reference Shelf, Vol. 3, pp. 105-126, American Geophysical Union, Washington 

Letzte Änderung 05.11.2013