Die Entsorgung nuklearer Abfälle in geologischen Tiefenlagern muss in Gebieten erfolgen, die vom Grundwasserstrom ausreichend isoliert bleiben. Andernfalls können Fluidströmungsprozesse bei einer gestörten Entwicklung des Endlagers die Migration von Radionukliden in die Biosphäre begünstigen. Nur wenige Studien befassen sich mit den Folgen des weiträumigen Radionuklidtransports in solchen Worst-Case-Szenarien. Die hydrogeologischen Bedingungen des Gesamtsystems in der Nachbetriebsphase werden sich jedoch letztendlich von denen zum Zeitpunkt des Endlagerbaus unterscheiden und werden sowohl von äußeren Faktoren (z.B. Klimawandel) als auch von intrinsischen Beckeneigenschaften stark beeinflusst. Dieses Vorhaben im Bereich der Umweltrisiken zielt darauf ab, die Auswirkungen von (i) Vereisung, (ii) Permafrost und (iii) tektonischen Ereignissen auf die hydrologischen und hydromechanischen Grenzen zu untersuchen, die den großräumigen Grundwasserfluss in der Nähe von hypothetischen Abfalldeponien bestimmen. Zu diesem Zweck dient der Yeniseisky-Standort (YS) in Russland, ein potenzielles geologisches Tiefenlager für radioaktive Abfälle in kristallinem Gestein, als Fallstudie, der auf einzigartige Weise alle drei oben genannten Merkmale der geologischen Umgebung umfasst. Multiphysikalische Simulationen von thermisch-hydraulisch-mechanisch-chemisch gekoppelten Prozessen (THM-C) werden angewendet, um Szenarien der Fernfeld-Radionuklidentwicklung im Extremfall eines Endlagerstörfalls zu liefern. Die Neuartigkeit der THM-C-Modelle und der Zugang zu einer einzigartigen Datenbank der YS werden das klassische Verständnis von anomaler Fluid-, Wärme- und Massentransportvorgänge innerhalb tektonisch aktiver Becken erweitern. Während sich das vorgeschlagene Vorhaben auf die Thematik der nuklearen Entsorgungsforschung bezieht, können die den entwickelten Modellen zugrunde liegenden physikalischen und numerischen Konzepte auf eine Vielzahl von Nutzungsszenarien der Geosphäre (z.B. CO2-Speicherung, Abfallentsorgung, Entstehung seismischer Ereignisse) angewendet werden. Darüber hinaus sind entsprechende Benchmarkstudien in ähnlichen kristallinen geologischen Formationen geplant.
Enhanced Geothermal Systems (EGS) zielen darauf ab, die in der Erdkruste gespeicherte Wärme durch zirkulierende Flüssigkeiten zwischen Injektions- und Produktionsbohrlöchern zu extrahieren. Ideale Bedingungen finden sich typischerweise in Formationen in einer Tiefe von 2 bis 5 km, in denen die Durchflussrate für kommerzielle geothermische Anlagen nicht ausreicht und in denen die Temperaturen hoch sind (d. H. >> 100 ° C). Daher ist die Hochdruck-Flüssigkeitsinjektion, die als hydraulische Stimulation bekannt ist, eine allgemein angewandte Technik, um ein verbundenes Bruchnetzwerk zu erzeugen, das die Flüssigkeitszirkulation erleichtert. Die hydraulische Stimulation geht typischerweise mit einer induzierten Seismizität einher, die von der Öffentlichkeit wahrgenommen werden kann und sogar Schäden verursacht. Das Ziel dieses Projekts ist es, ein grundlegendes Verständnis der induzierten Seismizität in gebrochenen Gesteinen zu vermitteln, das die Fähigkeit verbessert, das seismische Risiko vorherzusagen und zu kontrollieren. Dieses Projekt geht von der Hypothese aus, dass die Seismizität gemeinsam durch die Bruchnetzgeometrie und die aktivierten thermo-hydromechanischen (THM) Prozesse in geologischen Systemen gesteuert wird. Wir werden Discrete Fracture Networks (DFN) anwenden, um die strukturellen Diskontinuitäten darzustellen und die THM-Prozesse mit hoher Auflösung zu modellieren. Dieses Projekt verwendet die Datensätze aus kleinen (Dekameter-) Stimulationsexperimenten am Grimsel-Teststandort in der Schweiz und modernste numerische Modelle, um Folgendes zu erreichen: 1) Testen Sie die Wirksamkeit hochauflösender Modelle zur Erfassung der seismische, hydraulische und mechanische Prozesse, die mit kleinen Experimenten beobachtet wurden; 2) Verknüpfung der geometrischen Attribute eines Bruchnetzwerks (wie Intensität, Konnektivität, Länge und räumliche Verteilung) mit der räumlichen, zeitlichen und Größenverteilung der induzierten Seismizität; 3) ein neuartiges Prognosemodell für die maximal mögliche Größe vorschlagen und testen, das die gemeinsamen Auswirkungen von Multiphysikprozessen berücksichtigt, die unter standortspezifischen geologischen Bedingungen und Betriebsbedingungen dominieren; 4) Bewertung der Hochskalierung der hochauflösenden DFN-Modelle im kleinen Maßstab (Dekameter), um die Experimente im Reservoir-Maßstab (Kilometer) zu simulieren. Dieses Forschungsprojekt ist neu in der Behandlung der durch Injektion induzierten Seismizität durch hochauflösende physikbasierte Modelle und hochwertige Datensätze, die aus einzigartigen In-situ-Experimenten abgeleitet wurden. Die vorgeschlagene Forschung hat erhebliche Auswirkungen auf die Förderung der Übergangspolitik hin zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien und trägt dazu bei, unser Wissen über die Auslösemechanismen induzierter Erdbeben zu erweitern.
Hauptziel des Vorhabens ist die Koppelung des Eisschild-Modells PISM (Parallel Ice Sheet Model) mit dem Klimamodell CESM (Community Earth System Model). Hierzu gehören auch die Implementierung einer dynamischen Land-See-Maske/Topografie sowie die Berücksichtigung von Süßwasserflüssen zwischen den Erdsystem-Teilkomponenten. Dieses Vorhaben wird in enger Kooperation mit der wissenschaftlichen Programmierung in PalMod-4-2 durchgeführt. In Zusammenarbeit mit PalMod-2-4 wird zudem ein optimiertes Staubmodell implementiert. Das Teilprojekt beinhaltet ferner die Durchführung von Gleichgewichtsläufen für verschiedene Klimazustände (Testläufe unter heutigen Randbedingungen; Letztes Interglazial, Letztes Glaziales Maximum, Holozän) sowie transiente Simulationen für die letzte Termination mit dem voll gekoppelten Erdsystem-Modell. Zudem sind Studien zur Untersuchung der Sensitivität des gekoppelten Systems geplant. Validierung der Modellergebnisse mit Proxy-Daten findet in Kooperation mit WG3 statt. Der Arbeitsplan beginnt mit dem Aufsetzen einer globalen Konfiguration des Eisschild-Modells PISM inklusive Testläufe. Im Anschluss daran wird PISM an das Klimamodell CESM gekoppelt mit dem Ziel, dass am Ende des zweiten Jahres das voll gekoppelte Erdsystem-Modell in einer vorläufigen Version für erste transiente Simulationen in Teilprojekt PalMod-1-3-TP2 zur Verfügung steht. Im dritten Jahr wird in Zusammenarbeit mit Palmod-2-4 ein interaktives Staubmodell implementiert. Parallel zu den Modellentwicklungsarbeiten werden Testläufe und Sensitivitätsstudien zur Untersuchung der Stabilitätseigenschaften des gekoppelten Erdsystems sowie Zeitscheibenexperimente für verschiedene Klimazustände durchgeführt. Zudem wird in Zusammenarbeit mit PalMod-4-2 die dynamische Land-See-Maske/Topografie implementiert. Im Anschluss daran werden transiente Läufe mit dem verbesserten und optimierten Erdsystem-Modell durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit Blick auf Proxy-Daten validiert und analysiert.
Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Erhöhung der Erfolgsaussichten bei der Exploration und Erschließung geothermischer Reservoire zur Wärme- und Stromerzeugung vor allem im südlichen und südwestlichen bayerischen Molassebecken. Das LIAG als Verbundpartner wird seine langjährige Expertise in der geothermischen Exploration vor allem in der seismischen Erkundung einbringen. Konkrete Ziele des LIAG sind: (I) Erarbeitung eines Leitfadens zur seismischen Erkundung speziell des südlichen Molassebeckens; (II) Störungsklassifikation bezüglich ihrer Höffigkeit durch strukturgeologische Interpretation der vorhandenen Seismik; (III) Charakterisierung von Störungszonen inklusive Spannungsfeldanalyse durch Auswertung von Loggingdaten und Analyse von Bohrkernen; (IV) Hydraulisch-mechanischen Modellierung für das EGS Potential von Dolomitklüften; (V) Quantitative Dimensionierung von zonierten Störungen und deren Permeabilitätsstruktur als Zuflusszone und Erschließungsziel; (VI) Klassifizierung der erbohrten Diagenesestadien in Bezug auf die Reservoirqualitätsparameter Porosität/Permeabilität. Folgende Aufgaben sollen zum Erreichen der Projektziele in sieben Arbeitspakten bearbeitet werden: (I) Seismisches Geschwindigkeitenmodell für das südliche Molassebecken für eine optimale Störungsinterpretation; (II) Störungsdimensionierung für ein TH Reservoirmodell, Erweiterung des am LIAG bestehenden TH Modells Großraum München; (III) Frac-Simulation zur modellhaften Eignungsprüfung der angetroffenen Dolomite für EGS Nutzung; (IV) Planung/Beauftragung/petrographische Untersuchungen an etwa 330 m Bohrkernen aus dem Reservoir; (V) Dünnschliffanalyse von Bohrklein/Kernen, Einbringung der umfangreichen Messdaten in GeoTIS; (VI) Spannungsfeldanalyse, kinematische Störungsanalyse, Bestimmung des Störungsreaktivierungspotentials; (VII) Öffentlichkeitsarbeit durch fachliche Mitarbeit an Informationsbroschüren und Veranstaltungen, Kolloquien zum Wissenstransfer.