Die Lithofazies des Oberjura (Malm) im Großraum München und deren Einfluss auf die tiefengeothermische Nutzung

Abstract

Die vorliegende Arbeit stellt zum einen die Entwicklung und Anwendung von praxisnahen Methoden zur lithofaziellen Reservoircharakterisierung des Malm aus Geothermiebohrungen im Molassebecken dar. Zum anderen werden für den Großraum München geltende Zusammenhänge der lithofaziellen Ausprägung mit der Gebirgsdurchlässigkeit und eine darauf abgestimmte, fündigkeitsoptimierte Explorationsstrategie aufgezeigt. So wurde im Hinblick auf potentielle Zuflusshorizonte eine Methode zur Abschätzung der Permeabilität aus Cuttings, die sog. PAC-Analyse entwickelt. Weitere Abschätzungen zur Porositäts- und Permeabilitätscharakteristik fanden auf Basis von Cuttingdünnschliffen statt, die außerdem durch mikrofazielle Untersuchungen zur Klärung des Ablagerungsraums und der lithostratigraphischen Korrelation der Bohrungen beitrugen. Im Hinblick auf die fazielle Gliederung der Bohrungen erwiesen sich die vorliegenden elektrischen Imagelogs von entscheidender Bedeutung. Eine laterale Faziesdifferenzierung kann anhand der Texturanalyse und sedimentären Interpretation sowohl in 2D- als auch in 3D- Seismikdatensätzen erfolgen. Die daraus abgeleiteten, sehr kleinräumigen Fazieswechsel mit Schwellen aus massigen „Riff-“ bzw. Biohermkomplexen und Becken mit geschichteten, rein kalkigen oder kalkmergeligen Karbonaten entsprechen dem Bild aus Aufschlüssen der fränkischen oder schwäbischen Alb. Auf Basis der Ergebnisse zur lithofaziellen Differenzierung lässt sich folgende vereinfachte hydrostratigraphische Gliederung des Malm im Großraum München ableiten: Der liegende Malm Alpha bis Malm Gamma kann mit kalkmergeligen Partien als Grundwassergeringleiter eingestuft werden. Der tiefere und mittlere Malm, der stratigraphisch in etwa dem Malm Delta und Epsilon entspricht, ist aufgrund einer homogenen, lateral aushaltenden, dolomitischen Massenfazies als potentieller regionaler Grundwasserleiter anzusprechen. Der obere Malm Zeta ist durch lateral wechselnde Schwellen und Becken gekennzeichnet, was die lokale Ausbildung von Grundwasserleitern (dolomitisierte Massenfazies) bzw. -geringleitern (kalkige oder kalkmergelige Beckenfazies) bedingt. Damit nimmt die dolomitisierte Massenfazies eine Schlüsselrolle bei der geothermischen Exploration und Nutzung des Malm ein. Darüber hinaus steuert sie die Verkarstungsanfälligkeit und ist somit für die Gesamthydraulik des Malm und die Produktivität von Bohrungen ausschlaggebend. Eine auf diesen Erkenntnissen basierende, faziesorientierte Explorationsstrategie sieht vor, die Bohrung auf den Top einer Schwelle oder eines Biohermkomplexes abzuteufen und anschließend den Malm in Massenfazies entlang einer möglichst langen Bohrstrecke aufzuschließen. Zusätzlich sollten Störungen bzw. tektonisch beanspruchte Bereiche aufgrund des erhöhten Verkarstungspotentials „aufgefädelt“ werden. Als „Negativbereiche“ sind Beckenstrukturen im oberen Malm bei der Festlegung des Bohrverlaufs unbedingt zu meiden.

This paper presents the development and application of practical methods for a lithofacies-based reservoir characterization of the upper Jurassic [Malm] in the Molasse Basin using data from geothermal wells in the Greater Munich area. The paper furthermore identifies correlations applicable to the Greater Munich area between the lithofacial structure and the formation permeability and proposes a corresponding exploration strategy for geothermal deep wells that is aimed at optimizing the well path. A method for estimating the permeability from cuttings, the so-called PAC (Permeabilität aus Cuttings) analysis, was developed with regard to identifying potential inflow horizons. Further assessments of the porosity and permeability characteristics were made on the basis of thin cutting sections, which additionally also contributed to the review of the depositional environment and the lithostratigraphic correlation of the wells through microfacies analyses. The available electrical image logs proved to be of crucial importance for the facies classification of the wells. A lateral facies differentiation can be made on the basis of texture analysis and sedimentary interpretation of 2D and 3D seismic data. On the basis of the results from the lithofacies differentiation, the following simplified hydrostratigraphic classification of the Malm in the Greater Munich area can be derived: the Lowermost Malm Alpha to Malm Gamma with marly limestone portions may be characterized as an aquitard. The lower and middle Malm, which stratigraphically corresponds approximately to the Malm Delta and Epsilon, can be considered a potential regional aquifer due to a homogeneous, laterally dominant massive dolomitic facies. The upper Malm Zeta is characterized by laterally alternating swells and basins, resulting in the local formation of aquifers (dolomitized massive facies) or aquitards (limestone or marly limestone bedded facies). The dolomitized massive facies accordingly occupies a key role in the geothermal exploration and exploitation of the Malm, since it forms a field-spanning common reservoir in the deeper and middle Malm and also increases the thickness of the reservoir in the upper Malm. In addition, it affects the susceptibility to karstification and is thus a decisive factor for the overall hydraulic conductivity of the Malm and productivity of the wells. According to a facies-oriented exploration strategy based on these findings, a well should be drilled to the top of a swell or of a bioherm complex and the Malm should then be developed along the longest possible length in massive facies. In addition, faults or tectonically stressed areas should be “threaded” due to the increased karstification potential. Basin structures in the upper Malm considered as "negative areas" should be absolutely avoided in planning the drilling path.