Thermal properties of gas hydrate bearing sediments and effects of phase transitions on the transport of heat deduced from temperature logging at Mallik, NWT, Canada

Abstract

In vielen Gebieten des Norddeutschen Beckens (NEGB Northeast German Basin) tritt Salzwasser oberflächennah auf oder erreicht sogar die Oberfläche. Obwohl dieses Phänomen bereits seit zwei Jahrhunderten beobachtet wird, sind der Ursprung und die Mechanismen des Salzwasserflusses im Aquifer des NEGB nicht vollständig verstanden. Die Antriebskräfte in einem geothermischen System wie einem Becken können intrinsisch sein, zum Beispiel thermische Gradienten, und/oder extern sein, zum Beispiel der hydraulische Druckhöhe. Um die Mechanismen des Salzwassertransports innerhalb des Beckens zu klären, wurden für das NEGB thermohaline Simulationen in 2D- und 3D-Szenarios durchgeführt. Basierend auf einer umfangreichen Datensammlung wurde zu diesem Zweck ein hydrogeologisches Modell des NEGB entwickelt, das die stratigraphischen und hydrogeologischen Haupteinheiten vom Oberen Perm bis zum Quartär beinhaltet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Grundwassermodellen für Frischwasser erfordern großmaßstäbliche Simulationen des gekoppelten Fluidflusses, Massen- und Wärmetransfers ein angepasstes Fluiddichtemodell. Feldmessungen des Fluidporendrucks und der Fluidtemperaturen sowie Laborexperimente zu Lösungsgehalten liefern die in das Modell eingehenden Dichtedaten. Die Salzwasserschichtung ist im tieferen Untergrund instabil, was darauf hinweist, dass das Auftreten konvektiver Ströme sehr wahrscheinlich ist.Die Gleichungen des dichtegesteuerten Fluidflusses wurden mithilfe der Finite-Elemente-Software FEFLOW 5 ® gelöst. Der numerische Ansatz der thermohalinen Simulation umfasst Tests verschiedener Gitterauflösungen. Das 2D-Modell erlaubt die Quantifizierung der Interaktionen zwischen diffusem Lösungstransport und thermisch sowie druckhöhegesteuertem Fluidfluss (gezwungene versus freie Konvektion) ...