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Main Title: Exploration of geothermal resources in the Alberta Basin, Canada
Translated Title: Exploration geothermischer Ressourcen im Alberta Becken, Kanada
Author(s): Weides, Simon
Advisor(s): Moeck, Inga
Referee(s): Dominik, Wilhelm
Moeck, Inga
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die in der Erde gespeicherte Wärmeenergie –geothermische Energie– kann als saubere und erneuerbare Energiequelle genutzt werden. Geothermische Systeme lassen sich anhand der geologischen Kontrollfaktoren bezüglich der Wärmequelle, der Wärmetransportmechanismen und der Speicherfähigkeit des Untergrundes unterscheiden und kategorisieren. Das Alberta Becken wird dabei zum "Vorlandbecken-Typus" gezählt, der durch konduktiv-dominierten Wärmetransport charakterisiert ist. Aufgrund seiner großen Öl-, Gas- und Kohle- Lagerstätten gehört das Alberta Becken in West–Kanada mit über 300,000 abgeteuften Bohrungen zu den geologisch am intensivsten erkundeten Gebieten der Welt. Dennoch widmeten sich nur vereinzelte Studien dem geothermischen Potential des Beckens, das bisher ungenutzt bleibt. In der vorliegenden Dissertation werden die geothermischen Bedingungen des Alberta Beckens untersucht, und Gebiete mit besonders günstigen Bedingungen zur weiteren Erkundung ausgewiesen. Dabei wird aufgezeigt, wie existierende Daten aus der Kohlenwasserstofferkundung, die im Falle des Alberta Beckens in großer Zahl vorliegen, für die geothermische Exploration neu interpretiert und genutzt werden können. Die thermischen Bedingungen des westkanadischen Sedimentbeckens (WCSB), dessen zentraler Teil vom Alberta Becken eingenommen wird, wurden mithilfe einer großen Menge an Temperaturdaten kartiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Wärmefluss und der geothermische Gradient zwischen 30–100 mW/m2 bzw. 20–55 °C/km liegen, mit Mittelwerten von 60 mW/m2 bzw. 33 °C/km. Die Eigenschaften von potentiellen geothermischen Reservoirhorizonten wurden in zwei Regionalstudien in Zentral- und Nordwest Alberta untersucht. Zur Analyse von Mächtigkeit, Tiefe, und räumlicher Erstreckung der Horizonte wurden (struktur-) geologische 3D Modelle aus Bohrlochlogdaten und seismischen Daten entwickelt. Der Spannungszustand an geologischen Trennflächen wurde mit der „slip-tendency“ Methode untersucht, und die räumliche Verteilung von Gesteins-Porosität und -Permeabilität (basierend auf Kerntest-Daten) mit geostatistischen Methoden kartiert. Sechs Gesteinsformationen konnten als potentiell geothermisch nutzbar identifiziert werden: der Kambrische „Basal Sandstone“ (BSU), vier Devonische Karbonat-Formationen (alle in Zentral-Alberta), sowie der Devonische "Granite Wash"- Sandstein (in NW Alberta). Der BSU als vielversprechendster der sechs Horizonte wurde mithilfe von petrographischen Analysen und Porositäts-, Permeabilitäts- und Geomechanik-Tests detailliert untersucht.
Geothermal energy is the thermal energy that is stored and produced in the Earth, and that can be used as clean and renewable energy source. In general, geothermal systems can be categorized based on the type of heat transport and the geologic controls of the heat source, heat transfer mechanism and storage capacity of the system. With regard to these criteria, the Alberta Basin belongs to the conduction-dominated "foreland basin play type". The Alberta Basin has a long tradition of hydrocarbon exploration and production with more than 300,000 wells drilled in the last decades. However, only few studies focused on exploration of geothermal resources, and until to date no geothermal production site exists in Alberta. This thesis analyzes the geothermal conditions of the Alberta Basin and delineates the favorable locations for further geothermal prospection in Alberta. It demonstrates specific exploration methods that can be applied in a situation where a large amount of geological and geophysical data is publicly available and has to be re-evaluated and re-interpreted for geothermal exploration. The Western Canada Sedimentary Basin (WCSB)—of which the Alberta Basin represents the central part—consists of a north-eastward tapering sedimentary wedge that unconformably overlies the Precambrian crystalline basement. The sedimentary succession thickness is > 5 km close to the Rocky Mountains in the southwest and thins towards the northeast, where it is terminated by erosion or non-deposition. The thermal state of the WCSB basin was mapped using a large thermal database. Results show that the heat flow and the geothermal gradient of the WCSB range from 30–100 mW/m2 and 20–55 °C/km, respectively, with an average of 60 mW/m2 and 33 °C/km, respectively. Thickness, depth, extent and reservoir properties of potential geothermal target formations were investigated in two regional exploration studies focusing on the central Alberta Basin around Edmonton (160 km × 200 km) and the northwestern Alberta Basin around Peace River (70 km × 90 km). The applied methods include 3D structural geological modeling based on well log and seismic data, geostatistical mapping of porosity and permeability data from core tests, and the analysis of the stress state of faults. Six formations were identified as favorable for geothermal applications: the Cambrian Basal Sandstone Unit (BSU) and four Devonian carbonate formations (central Alberta), and the Devonian Granite Wash Unit (northwestern Alberta). The BSU as the most promising geothermal target formation was further investigated by petrographic analysis and porosity-, permeability- and geomechanical testing of BSU core samples.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-56888
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4489
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4192
Exam Date: 14-Jul-2014
Issue Date: 1-Oct-2014
Date Available: 1-Oct-2014
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): 3D geologische Modellierung
Alberta Becken
Geostatistische Kartierung
Geothermische Energie
Resourcenassessment
3D geological modeling
Alberta Basin
Geostatistical mapping
Geothermal energy
Resource assessment
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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