Temperatuurgradient aardwarmte bij geologische breuksystemen

Beschrijving

In aardwarmteprojecten is een goede voorspelling van de temperatuur essentieel. De gemiddelde gradiënt in Nederland is 3,1 gr. C per 100 meter. Lokaal kan dit anders zijn, bijvoorbeeld in de Roervallei. Dit lijkt te maken te hebben met breuksystemen in de ondergrond. Deze studie richt zich op afwijkende temperatuur gradiënten nabij grootschalige breuksystemen in de onshore ‘West-Netherlands Basin’ en de ‘Roer Valley Graben’. 

Resultaten

Deze studie richt zich op afwijkende temperatuurgradiënten nabij (grootschalige) breuksystemen in de ondergrond van het onshore West-Netherlands Basin en de Roer Valley Graben. Er wordt gekeken waar dergelijke anomalieën zich bevinden, hoe deze gekoppeld kunnen worden aan breukstructuren, wat de eigenschappen zijn van gerelateerde breukzones, waar dergelijke temperatuur-anomalieën nog meer te verwachten zijn en wat de potentiële gevolgen kunnen zijn voor (toekomstige) geothermische projecten. Allereerst wordt een inzicht in ondergrondse temperaturen gecreëerd door temperatuurmetingen uit boorgatmetingen te verzamelen. Vervolgens zijn de geothermische gradiënten bepaald en gekarteerd.
Uit de analyse van deze gradiënten is gebleken dat er zowel in exacte als ruimtelijke zin (grote) variatie tussen de verschillende geothermen bestaat. Om deze verschillen te classificeren zijn er drie geothermische gradiëntklassen opgericht, te weten: 1) verlaagde gradiënt [< 29,0 ˚C/km], 2) gemiddelde gradiënt [29,0 - 33,0 ˚C/km] en 3) verhoogde gradiënt [> 33,0˚C/km]. De gradiënten zijn vervolgens geplot op de kaart van het studiegebied. Diverse clusters met gradiënten van eenzelfde klasse konden worden herkend. Als laatst zijn de geothermische gradiënten geïnterpoleerd voor een dekkende kaart en zijn er geothermische vermogensberekeningen uitgevoerd voor verschillende gradiënten.
Uit het onderzoek blijkt dat er significante variaties [± >2,0 ˚C/km] op de standaard geothermische gradiënt voorkomen in 66% van alle temperatuurmetingen in het studiegebied. Clustering van deze afwijkingen op de gradiënt lijkt aanwezig. Echter is er geen individuele verklaring gevonden voor deze afwijkingen. Wel lijken er een aantal factoren van invloed te zijn op de afwijking in de geothermische gradiënt, te weten:
1. Aanwezigheid van (openstaande-)breuken en/of een sterk verbreukte zone (fault damage zone)
2. Breukactiviteit gedurende de Laat Oligoceen tot recente extensiefase.
3. Strekking van deze breukstructuren
4. Aanwezigheid van dikke, slecht warmtegeleidende gesteentepakketten zoals kleistenen (thermal blanketing)
In het oosten van het Roer Valley Graben is een verlaagde geothermische gradiënt waargenomen. Deze afwijking is in een studie van Luijendijk et al. (2012) verklaard door een topografie-gedreven grondwaterstroom. Verhoogde temperaturen in het centrale deel van het studiegebied lijken niet gerelateerd te zijn aan magmatisch gesteente dat is aangeboord in diverse putten in deze regio, gezien de betreffende putten geen significant hogere geothermische gradiënten laten zien.
Tot slot is een potentieel verband ontdekt tussen de geothermische gradiënt en het geothermische vermogen. Onder de standaardwaardes in DoubletCalc resulteert 1˚C/km afwijking op de standaard geothermische gradiënt in een vermogensverandering van 6-7%.