Melhorando as previsões de temperatura dos modelos térmicos subterrâneos usando dados de entrada de alta qualidade. Parte 2: Um estudo de caso da região fronteiriça entre a Dinamarca e a Alemanha
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Sven Fuchs, Niels Balling (2016). Improving the temperature predictions of subsurface thermal models by using high-quality input data. Part 2: A case study from the Danish-German border region. ScienceDirect, Geothermics, Volume 64, November 2016, Pages 1-14 – (link)
Título
Improving the temperature predictions of subsurface thermal models by using high-quality input data. Part 2: A case study from the Danish-German border region
(Melhorando as previsões de temperatura dos modelos térmicos subterrâneos usando dados de entrada de alta qualidade. Parte 2: Um estudo de caso da região fronteiriça entre a Dinamarca e a Alemanha)
Resumo
We present a 3D numerical crustal temperature model and analyse the present-day conductive thermal field of the Danish-German border region. The model region covers the northernmost part of the North German Basin, a transition zone between the deep-reaching sedimentary rocks of the Glückstadt Graben (including complex salt structures) and the shallow crystalline basement of the Ringkøbing-Fyn High. The modelling approach is novel as it implements for the first time a comprehensive analysis of well-log data on a regional modelling scale. Those logs were used both to derive the spatial distribution of rock thermal conductivity across the study area, and to calculate heat flow values. New values of terrestrial surface heat flow are reported for eight deep boreholes in the North German Basin ranging from 72 to 84 mW/m2 with a mean of 80 ± 5 mW/m2. The values are computed from continuous temperature logs, carefully corrected BHT values, drill-stem tests and well-log derived rock thermal properties (thermal conductivity, radiogenic heat production) and were included in the setup of the numerical lower boundary conditions. New surface heat flow is up to 20 mW/m2 higher than low values reported in some previous studies for this region. Heat flow from the mantle is 33–40 mW/m2.
The model temperature predictions are validated against 59 temperature observations from 24 wells. The prediction uncertainties between observed and modelled temperatures at deep borehole sites are small (rms = 3.5 °C, ame = 2.1 °C). Pronounced lateral temperature variations are predicted and found to be caused mainly by complex geological structures, including a large amount of salt structures and marked lateral variations in the thickness of basin sediments. The associated variations in rock thermal conductivity generate significant variations in model heat flow and large variations in temperature gradients.
With regard to the utilization of geothermal energy, the Rhaetian and the Middle Buntsandstein sandstone reservoirs are found with temperatures within the range of 40–80 °C, suitable for low enthalpy heating purposes, in most of the area and locally also with higher temperatures. Temperatures above 120 °C, of interest for the production of electricity, are observed only in the very southeastern part of the study area.
Apresentamos um modelo numérico 3D da temperatura da crosta terrestre e analisamos o campo térmico condutivo atual da região fronteiriça entre a Dinamarca e a Alemanha. A região do modelo abrange a parte mais setentrional da Bacia do Norte da Alemanha, uma zona de transição entre as rochas sedimentares profundas do Graben de Glückstadt (incluindo estruturas salinas complexas) e o embasamento cristalino raso do Alto Ringkøbing-Fyn. A abordagem de modelagem é inovadora, pois implementa pela primeira vez uma análise abrangente de dados de registros de poços em uma escala de modelagem regional. Esses registros foram usados tanto para derivar a distribuição espacial da condutividade térmica das rochas em toda a área de estudo quanto para calcular os valores do fluxo de calor. Novos valores de fluxo de calor da superfície terrestre são relatados para oito poços profundos na Bacia do Norte da Alemanha, variando de 72 a 84 mW/m2, com uma média de 80 ± 5 mW/m2. Os valores são calculados a partir de registros contínuos de temperatura, valores BHT cuidadosamente corrigidos, testes de haste de perfuração e propriedades térmicas das rochas derivadas de registros de poços (condutividade térmica, produção de calor radiogênico) e foram incluídos na configuração das condições numéricas de limite inferior. O novo fluxo de calor superficial é até 20 mW/m² superior aos valores baixos relatados em alguns estudos anteriores para esta região. O fluxo de calor do manto é de 33–40 mW/m².
As previsões de temperatura do modelo são validadas em relação a 59 observações de temperatura de 24 poços. As incertezas de previsão entre as temperaturas observadas e modeladas em locais de perfuração profunda são pequenas (rms = 3,5 °C, ame = 2,1 °C). São previstas variações laterais pronunciadas de temperatura, que se verificam serem causadas principalmente por estruturas geológicas complexas, incluindo uma grande quantidade de estruturas salinas e variações laterais acentuadas na espessura dos sedimentos da bacia. As variações associadas na condutividade térmica das rochas geram variações significativas no fluxo de calor do modelo e grandes variações nos gradientes de temperatura.
No que diz respeito à utilização da energia geotérmica, os reservatórios de arenito Rhaetian e Middle Buntsandstein apresentam temperaturas na faixa de 40 a 80 °C, adequadas para fins de aquecimento de baixa entalpia, na maior parte da área e, localmente, também com temperaturas mais altas. Temperaturas acima de 120 °C, de interesse para a produção de eletricidade, são observadas apenas na parte sudeste da área de estudo.
