Z. geol. Wiss., Berlin 36 (2008) 4–5: 199 – 222, 8 Abb., 1 Tab.

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* Dieser Beitrag ist Herrn Prof. Dr. Gerhard Katzung gewidmet, der mit seinen wissenschaftlichen Arbeiten wesentlich zurErkundung des Untergrundes und des geothermischen Potentials von NE-Deutschland beigetragen hat und der im Februar2008 nach kurzer, schwerer Krankheit plötzlich verstarb.

Die mesozoischen Sandsteinaquifere des Norddeutschen Beckens und ihrPotential für die geothermische Nutzung

Mesozoic sandstone aquifers of the North German Basin and their potential forthe geothermal utilization

Zusammenfassung

Das geothermische Potential der mesozoischen Aquifere NE-Deutschlands wird mit Hilfe der Informationen aus zahlreichenBohrungen und geophysikalischen Untersuchungen charakterisiert. Die wichtigsten geothermisch nutzbaren Horizonte sind dieSandsteine des Mittleren Buntsandstein, des Schilfsandstein (Stuttgart-Formation, Mittlerer Keuper), des Rhät/Lias-Aquifer-komplexes sowie des Aalen und der Unterkreide. Diese Aquifere sind in NE-Deutschland weit verbreitet und weisen häufig die füreine hydrogeothermische Nutzung (Wärmeerzeugung) erforderlichen Mächtigkeiten (> 20 m), Porositäten (> 20 %), Permeabili-täten (> 500 mD) und Temperaturen (> 60 °C) auf. In mehreren Gemeinden NE-Deutschlands wird das Thermalwasser dermesozoischen Aquifere schon seit mehr als 10 Jahren für die Beheizung von Gebäuden bzw. für balneologische Zwecke inThermalbädern genutzt.

Abstract

The data of numerous boreholes and the results of geophysical investigations are used for the characterization of the geothermalpotential of Mesozoic sandstones in NE Germany. Important aquifers for geothermal applications are the sandstones of the MiddleBuntsandstein, the channel facies of the Schilfsandstein, the sandstone complex of the Rhaetian and Liassic, the Dogger β sandstone(Aalenian) and the Lower Cretaceous sandstones. These horizons are distributed basin-wide and reach mostly the required thick-nesses. They display often good geothermal properties (for heating systems) with temperatures > 60°C, porosities > 20% andpermeabilities > 500 mD. The geothermal energy of deep saline aquifers is utilized in several localities in NE Germany. Geothermalheating plants operate successful for more than 10 years. Other installations use thermal water for spas and balneological purposes.

Key words: Nordost-Deutschland, Norddeutsches Becken, Sandsteinaquifere, Mesozoikum, Mittlerer Buntsandstein,Schilfsandstein, Rhät, Lias, Aalen, Unterkreide, Hydrogeothermie, Reservoireigenschaften, Northeast Germany, NorthGerman Basin, sandstone aquifer, Mesozoic, Middle Buntsandstein, Rhaetian, Liassic, Aalenian, Lower Cretaceous,hydrogeothermics, reservoir properties

HAGEN FELDRAPPE (Mittenwalde), KARSTEN OBST (Güstrow) & MARKUS WOLFGRAMM (Neubrandenburg)

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1. Einleitung

Während der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde dertiefere Untergrund NE-Deutschlands systematisch aufseine Kohlenwasserstoffführung untersucht. Dabeikonnte für den östlichen Teil des Norddeutschen Beckensein hohes geothermisches Potential nachgewiesen werden.In weiten Teilen des Gebietes treten hochporöse undhochpermeable mesozoische Sandsteinaquifere auf, die inTiefen von etwa 1 000 bis 3 000 m salzhaltiges Thermal-wasser mit Temperaturen zwischen 40 und 120 °C führen(KATZUNG 1984). In der Folge wurden geothermischeAnlagen gebaut, die teilweise seit mehr als 20 Jahrenkontinuierlich Wärme für die Beheizung von öffent-lichen Gebäuden und Wohnungen bereitstellen. WeitereAnlagen sind geplant bzw. befinden sich im Bau.

Während der 1980er und 1990er Jahre stellte eineGruppe von Geowissenschaftlern in insgesamt 11 Berich-ten alle Daten der Kohlenwasserstofferkundung vonNE-Deutschland zusammen, die für eine Nutzung dergeothermischen Energie des Untergrunds relevant sind.Diese Berichte zu den „Geothermischen Ressourcen inNE-Deutschland“ enthalten kurze Beschreibungen derwichtigsten mesozoischen Aquifere mit Informationenüber ihre Verbreitung, die Tiefenlage und die Perspek-tivität (BRÜCKNER et al. 1990, DIENER et al. 1988–1992,WORMBS et al. 1988–1989). In zahlreichen Karten, dieüberwiegend im Maßstab 1 : 200 000 angefertigt wurden,sind diese Informationen übersichtlich dargestellt.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Umwelt,Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) finanziertenund vom Institut für Geowissenschaftliche Gemein-schaftsaufgaben (GGA-Institut) geführten Forschungs-vorhabens „Aufbau eines Geothermischen Informations-systems für Deutschland (GeotIS)“ werden diese Datendes geothermischen Ressourcenkartenwerkes (GRK)mit Hilfe der Staatlichen Geologischen Dienste (SGD)der Länder Mecklenburg-Vorpommern, Sachsen-Anhaltund Brandenburg evaluiert und ergänzt. Ziel ist es, ein

ArcGIS-basiertes digitales Informationssystem aufzu-bauen, welches behördliche Nutzer ebenso wie privateInvestoren bei der Evaluierung des geothermischenPotentials der mesozoischen Aquifere sowie bei derCharak- terisierung potentieller Standorte für geother-misch Anwendungen unterstützt. Das Informationssystemist jedoch auch für andere Anwendungen von Interesse,wie z. B. für die Speicherung von Gas oder CO2 im tie-feren Untergrund (vgl. OBST 2008; in diesem Heft).

Das Untersuchungsgebiet umfasst das Territorium desBundeslandes Mecklenburg-Vorpommern sowie weiteTeile der benachbarten Länder Brandenburg und Sach-sen-Anhalt. Begrenzt wird es im Norden von der Ostsee,sowie im Osten und Westen durch die Grenzen zu Polenbzw. zu den Bundesländern Schleswig-Holstein undNiedersachsen. Im Süden reicht es bis an den Mittel-deutschen Hauptabbruch heran, der durch die NW–SEstreichenden Tiefenstörungen des Gardelegener undWittenberger Abbruchs sowie die Lausitzer Antiklinal-zone gebildet wird (Abb. 1).

2. Regionale Geologie

Der tiefere Untergrund NE-Deutschlands gehört regio-nalgeologisch zum Norddeutschen Becken, einem Teil-becken des Mitteleuropäischen Beckensystems, in dem bis10 km mächtige Serien des Perm bis Känozoikum abge-lagert wurden (GAST et al. 1998, KATZUNG 2004). Dieinitiale Phase der Beckenentwicklung ist durch intensivenVulkanismus während des Autun (Unteres Rotliegendes)geprägt (BENEK et al. 1996, KATZUNG & OBST 2004).Die eigentliche, thermisch induzierte Absenkung startetewenig später während des Saxon II (Oberes Rotliegendes)und dauerte bis zum Ende der Kreidezeit. Ein kompres-sives, etwa N–S orientiertes Spannungsfeld zum Ende derKreidezeit führte zur Hebung weiter Teile des Beckensund beendete die Beckenentwicklung (ZIEGLER 1990,KATZUNG 2004).

Abb. 1: Das Untersuchungsgebiet in NE-Deutschland umfasst den östlichen Bereich des Norddeutschen Beckens, dersich nördlich der mitteldeutschen Grundgebirgsaufbrüche bis zur Ostsee erstreckt. Dargestellt sind weiterhin dieSalinar-Strukturen im Untergrund (nach REINHOLD et al. 2008), die für diese Arbeit genutzten Bohrungen sowie derBlattschnitt des Kartenwerks zu den Geothermischen Ressourcen NE-Deutschlands.1 – Blatt Rostock/Stralsund, 2 – Schwerin/Bad Doberan, 3 – Güstrow, 4 – Neubrandenburg/Torgelow, 5 – Salzwedel, 6 – Witten-berge, 7 – Neuruppin, 8 – Eberswalde/Bad Freienwalde, 9 – Magdeburg/Brandenburg, 10 – Berlin/Frankfurt, 11 – Finsterwalde/Cottbus.

Fig. 1: The area of investigation covers the eastern part of the North German Basin, situated between the Mid-German basement uplifts and the Baltic Sea. The map displays furthermore the salt structures of the subsurface (afterREINHOLD et al. 2008), the boreholes used for this work and the sheet line system of the cartography of the geothermalresources of NE Germany.

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Während eines Zeitraums von fast 200 Millionen Jahrenvertiefte sich das Norddeutsche Becken sukzessive. DasStadium der Hauptabsenkung dauerte vom ausgehendenPerm bis zum Ende des Mittleren Buntsandstein (Trias).

Die anschließend einsetzende Beckendifferenzierungreichte zeitlich bis in die frühe Oberkreide. DiesesStadium ist dementsprechend durch die Entwicklungkleinerer Teilbecken mit erhöhten Sedimentmächtigkeiten

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gekennzeichnet. Die Folge sind wechselnde lithofazielleBedingungen im Ablagerungsgebiet. Marine Ingressionenerfolgten mehrmals vom Arktischen Ozean im Nordenund von der Tethys im Süden (vgl. ZIEGLER 1990, WAL-TER 1995, KATZUNG 2004). Fluviatile Sedimente wurdenvon dem im Norden gelegenen Fennoskandischen Fest-land sowie vom Böhmischen Massiv im Südosten undvom London-Brabant-Hoch im Südwesten geliefert. VomMitteljura bis in die frühe Kreide erfolgten auch Schüt-tungen vom nördlich gelegenen Ringkøbing-Fyn-Hoch(KATZUNG 2004).

Die mesozoische Abfolge des Norddeutschen Beckensist von zahlreichen Störungen und Störungszonen durch-zogen. Eine prominente Strukturzone ist das NNW–SSEstreichende Vorpommern-Störungssystem, das sich vonOstmecklenburg bis zur Insel Rügen erstreckt. Es ent-stand während der altkimmerischen Bewegungsimpulseund zeigt die typischen Merkmale einer extensionalenTektonik (KRULL 2004). Ähnlich orientiert sind dieStörungszonen von Fürstenwalde-Guben und von GroßKöris-Merzdorf im südöstlichen Teil des Beckens. DieAltmark-Fläming Senke und die Prignitz-Schwelle im SWsind dagegen durch WNW–ESE streichende Störungs-systeme gekennzeichnet. Weitere Störungen, die meistensnur lokal und vorzugsweise in der Nähe oder im Top vonSalzstrukturen auftreten, weisen unterschiedliche Streich-richtungen auf (vgl. auch MÜLLER & OBST 2008).

Als Folge der tektonischen Impulse (Phasen) währenddes Mesozoikum wurden auch die salinaren Abfolgen desZechstein mobilisiert, wodurch die strukturelle Entwick-lung des Norddeutschen Beckens maßgeblich beeinflusstwurde. Durch Halokinese entstanden im Untergrundzahlreiche Salinar-Strukturen, Salzkissen und Salzstöcke,mit Amplituden bis 8 km (TRUSHEIM 1957, RÜHBERG1976, KOSSOW et al. 2000, KRULL 2004 u. a.; Abb. 1).Salinar-Strukturen mit überwiegend NNE–SSW strei-chenden Achsen treten im westlichen Teil des Unter-suchungsgebietes auf. Sie grenzen an triassisch-jurassischeGrabensysteme ähnlicher Orientierung. Der östliche Teildes Norddeutschen Beckens wird dagegen von Salinar-Strukturen dominiert, deren Achsen NW–SE streichen.Die zahlreichen Salzantiklinalen und -diapire habengroßen Einfluss auf die geothermischen Bedingungen desUntergrunds. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit vonSteinsalz und Anhydrit sind die Temperaturen im Topvon Salinar-Strukturen bzw. in deren unmittelbarerUmgebung deutlich gegenüber einem normalen geother-mischen Gradienten erhöht.

3. Methodik der KartenerstellungIn ihren Berichten erstellten BRÜCKNER et al. (1990),DIENER et al. (1988–1992) und WORMBS et al. (1988,

1989) die Tiefenlinienkarten der Aquifere im Maßstab1 : 200 000 bzw. 1 : 100 000 auf der Grundlage der Tie-fenlinienkarten des regionalen Kartenwerks Reflexions-seismik (REINHARDT et al. 1986–1989, REINHARDT 1993)und unter Einbeziehung von Bohrungsergebnissen. Fürdie Konstruktion der Basis des Buntsandstein (Abb. 3a)wurden die Reflexionshorizonte S1 (entspricht den Anhy-driten im Salinarröt), S2 (= Basis des Salinarröt) und X1(Top Zechstein) genutzt. Die Isobathen repräsentierengrößtenteils die Basis des Detfurth-Sandsteins, da derVolpriehausen-Sandstein wegen seiner meist sehrgeringen Mächtigkeit und dem höheren Zementations-grad speichergeologisch von untergeordneter Bedeutungist. Die Karten stellen jedoch die Verbreitung und Tiefen-lage der Buntsandsteinbasis lediglich für den Südwestenund den Nordosten des Untersuchungsgebietes dar. Derzentrale Bereich des Norddeutschen Beckens mit domi-nierender pelitischer Fazies wurde wegen der sehr gerin-gen Mächtigkeiten der Sandsteine und damit geringenBedeutung für die Geothermie nicht bearbeitet (leereGRK-Blätter in Abb. 3a,b). Diese „Lücke“ wird im Rah-men des GeotIS-Forschungsprojektes geschlossen werden(BRANDES & OBST 2008). Die Schilfsandsteinbasis(Abb. 4a) und die Liasbasis (Abb. 5a) wurden mit Hilfeder Reflexionshorizonte K2 und T7 (Oberfläche ObererGipskeuper/Transgression Steinmergelkeuper) erzeugt.Grundlage der Tiefenlinienkarte Aalenbasis (Abb. 6a) istder Reflektor L1, der meistens etwa 50 m unterhalb derOberfläche des Lias liegt. Die Unterkreidebasis (Abb. 7a)wurde nach den Rx-Horizonten T3 (TransgressionHauterive bis Unteralb) und T4 (Transgression Wealdenbis Valangin) konstruiert. Alle Angaben in den Tiefen-linienkarten sind auf NN bezogen. Im Rahmen der vor-liegenden Arbeit wurden die Daten der einzelnen Karten-blätter digitalisiert und an den Blattgrenzen angepasst. MitHilfe einer Bohrungsdatenbank, in der mehr als 1 600Bohrungen von NE-Deutschland mit ca. 8 000 aquifer-bezogenen Schichtdatensätzen enthalten sind, wurdendie digitalisierten Tiefenlinienkarten überprüft und ggf.verändert bzw. ergänzt.

Die Temperaturkarten stellen die Temperatur an derjeweiligen Basis der Aquifere dar (Abb. 3b, 4b, 5b, 6b,7b). Sie wurden auf der Grundlage einer Isothermenkartein 1 500 m Tiefe unter GOK erstellt, in der sowohlder geothermische Gradient als auch die Temperatur-beeinflussung durch die variierende Mächtigkeit desZechsteinsalinars im Untergrund berücksichtigt ist (vgl.DIENER et al. 1992a). Eingegangen sind weiterhin dieTiefenlage sowie alle in Bohrungen durchgeführtenTemperaturverlaufsmessungen und „Bottom-Hole“-Tem-peraturen sowie die bei hydraulischen Tests gemessenenSchichtwassertemperaturen. Diese Karten wurdenwährend der digitalen Aufbereitung entsprechend den

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Abb. 2: Stratigraphische Einstufungder mesozoischen Aquifere in NE-Deutschland (nach WOLFGRAMM etal. 2004 und FELDRAPPE et al. 2007,verändert)Mu – Muschelkalk

Fig. 2: Stratigraphy of the Mesozoicsuccession of NE Germany (afterWOLFGRAMM et al. 2004 and FELD-RAPPE et al. 2007, modified)Mu – Muschelkalk

Ergebnissen aus später abgeteuften Bohrungen korrigiertbzw. ergänzt.

Für die Sandsteinaquifere der Unterkreide und desAalen sowie für den Rhät/Lias-Aquiferkomplex konntenzusätzlich (kumulative) Mächtigkeitskarten generiertwerden. Dazu mussten für den jeweiligen stratigra-phischen Horizont die Mächtigkeiten der häufig durchZwischenmittel (Schluff- und Tonsteine) voneinandergetrennten Sandsteinschichten der einzelnen Bohrungaufsummiert werden. Mit Hilfe dieser Punktdaten wurdendie Mächtigkeitskarten modelliert. Für die Mächtigkeits-karte des Aalen-Sandsteins sind verschiedene Inter-polationsverfahren mit unterschiedlichen Parametern

getestet und die Ergebnisse miteinander verglichenworden. Dabei erwiesen sich die Interpolationsverfah-ren Kriging (angepasstes Exponentialmodell, SoftwareSURFER) und DSI (Discrete Smooth Interpolation, Soft-ware GOCAD) als am besten geeignet. Die in den Abb.5c, 6c und 7c vorgestellten Mächtigkeitskarten wurdengenerell mit dem Kriging-Verfahren erzeugt und inTeilgebieten mit dem DSI-Verfahren modifiziert.

Bei der anschließenden „händischen“ Überarbeitungerfolgte eine Generalisierung der primären Interpolations-ergebnisse und die Einteilung in sieben Mächtig-keitsklassen (0–10 m, 10–20 m, 20–50 m, 50–100 m,100–150 m, 150–200 m, > 200 m). Im Interesse einer

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plausiblen Darstellung der regionalen Mächtigkeitsver-teilung wurden kleinräumige lokale Effekte, die nur durchEinzelbohrungen belegt sind und die sich nicht eindeutigaus strukturellen Gegebenheiten interpretieren ließen, inder Kartendarstellung unterdrückt. Das bedeutet, dassinnerhalb eines Gebietes mit gleicher Mächtigkeit durch-aus einzelne Bohrungen kumulative Sandsteinmächtig-keiten aufweisen können, die größer oder kleiner sind.Vereinzelt sind Bohrungen auch in dem jeweiligen stra-tigraphischen Horizont abgesetzt, d. h. sie haben ihn nichtvollständig durchteuft. Die Sandsteine können dort abergegebenenfalls genauso mächtig oder auch mächtiger sein,

wie in den benachbarten Bohrungen. Diese Fälle wurdenbei der Nacharbeit berücksichtigt und weitestgehendkorrigiert.

4. Mesozoische Aquifere in NE-Deutschland

4.1. Überblick

Zur Charakterisierung von Standorten für die Nutzungtiefer Geothermie sind Kenntnisse über die Eigenschaf-ten des tiefen Untergrundes wichtig. Die Wirtschaftlich-

Abb. 3a: Verbreitung und Tiefenlage der Basis Detfurth Formation (Mittlerer Buntsandstein) in NE-Deutschland. Diefehlenden Ausschnitte im mittleren Kartenteil werden derzeit vom Geologischen Dienst im LUNG Mecklenburg-Vorpommern erarbeitet.

Fig. 3a: Distribution and depth of the basis of the Detfurth Formation (Middle Buntsandstein) in NE Germany. Theabsent parts in the middle of the map are prepared by the Geological Survey of Mecklenburg-Vorpommern.

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Abb. 3b: Temperatur an der Basis der Detfurth-Formation. Die fehlenden Ausschnitte im mittleren Kartenteil werdenderzeit vom Geologischen Dienst im LUNG Mecklenburg-Vorpommern erarbeitet.

Fig. 3b: Temperature at the basis of the Detfurth Formation. The absent parts in the middle of the map are preparedby the Geological Survey of Mecklenburg-Vorpommern.

keit und Betriebsdauer einer hydrogeothermalen Anlagesind entscheidend von den hydraulischen und ther-mischen Eigenschaften des Nutzhorizontes sowie derZusammensetzung des Wassers abhängig. Die thermischeLeistung als Produkt aus Volumenstrom und Temperatur-differenz am obertägigen Wärmetauscher wird von denAquifereigenschaften Permeabilität, laterale Ausdehnungund vertikale Mächtigkeit sowie Temperatur bestimmt.Die Porosität ist von geringerer Bedeutung als die Per-meabilität, beeinflusst aber die Betriebsdauer der Anlage.Die Lagerungstiefe bestimmt neben einigen strukturellenGegebenheiten (z. B. Salzstrukturen, tektonische Stö-

rungen) im thermischen Einflussbereich des Aquiferswesentlich dessen Temperatur.

Basierend auf den Anforderungen an die Nutzung dergeothermischen Energie und auf Erfahrungen von erfolg-reich betriebenen geothermischen Heizzentralen sowieauch aus ökonomischen Aspekten werden folgendeKriterien für eine potentielle Nutzbarkeit der Aquifereangewendet (vgl. DIENER et al. 1988a, 1992a). DieTemperatur des Schichtwassers sollte möglichst > 60 °C,mindestens jedoch > 40 °C sein. Diese Temperaturenkönnen. in dem Tiefenintervall 1 000–3 000 m erwartetwerden. Eine geschätzte minimale Produktivität von

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Abb. 4a: Verbreitung und Tiefenlage der Basis des Schilfsandstein (Stuttgart-Formation, Mittlerer Keuper) inNE-Deutschland

Fig. 4a: Distribution and depth of the basis of the Schilfsandstein (Stuttgart Formation, Middle Keuper) inNE Germany

50 m3/h erfordert Speichermächtigkeiten = 20 m,bedingt auch = 15 m sowie Nutzporositäten = 20 %.Die mittlere Permeabilität des Gesteins sollte > 250 mDbetragen (vgl. ROCKEL et al 1997).

Diese Mindestbeträge für die Aquiferparameter alsEignungskriterien für eine geothermische Nutzung sindals Orientierungswerte für eine allgemeine Klassifizierungzu betrachten. An einem konkreten Nutzungsstandortkommt es auf die komplexe Betrachtung der vorliegen-den Verhältnisse sowie die Bedürfnisse des Abnehmers an.

Die Aquifere in der mesozoischen Schichtenfolge desNorddeutschen Beckens sind in Abb. 2 dargestellt. Diefür eine Nutzung geothermischer Energie wichtigstenSpeicherhorizonte sind die Sandsteine des Mittleren Bunt-sandstein, der Schilfsandstein (entspricht der Stuttgart-Formation, Mittlerer Keuper), der Rhät/Lias-Aquifer-

komplex (Oberer Keuper bis Unterjura), der Aalen-Sandstein (Mitteljura) und die Sandsteine der Unterkreide(Wealden, Valangin, Hauterive, Alb). Diese Sandstein-aquifere sind im Untersuchungsgebiet weit verbreitet undweisen häufig die erforderlichen Mächtigkeiten und petro-physikalischen Eigenschaften auf. Im Folgenden werdensie detailliert beschrieben.

Andere Aquifere sind im Untersuchungsgebiet nurlokal verbreitet. Beispielsweise enthält die Pelitröt-For-mation, die normalerweise aus feinklastischen Sedimen-ten besteht, auf der Insel Rügen Sandsteineinschaltungenvon beträchtlicher Mächtigkeit. Ebenfalls nur lokal,im Raum Wolgast-Usedom im Nordosten des Unter-suchungsgebietes, ist der Sandstein des unteren Callov(Mitteljura) verbreitet. Wegen seines hohen Siltanteils undder relativ geringen Tiefenlage ist sein Potential für eine

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Abb. 4b: Temperatur an der Basis des Schilfsandstein / Fig. 4b: Temperature at the basis of the Schilfsandstein

geothermische Nutzung jedoch äußerst begrenzt. WeitereAquifere mit untergeordneter Bedeutung für dieGeothermie sind der Hauptlettenkohlen-Sandstein(Unterer Keuper), die Sandsteine des Toarc (Unterjura),des Bajoc-Bathon (Mitteljura) und der Oberkreide sowieder Korallenoolith (Oberjura).

4.2. Mittlerer Buntsandstein

Der Mittlere Buntsandstein ist in weiten Teilen des Nord-deutschen Beckens verbreitet (Abb. 3a). Er wird in dieVolpriehausen-, Detfurth-, Hardegsen- und Solling-For-mationen gegliedert. Die Tiefenlage seiner Basis variiertbeträchtlich. Im Beckenzentrum (W-Mecklenburg) befin-det sie sich in Tiefen größer 3 500 m. Am nördlichenBeckenrand (auf Rügen) liegt sie in ca. 800–1 000 m Tiefeund am südlichen Beckenrand ist sie bereits in Tiefenkleiner 200 m anzutreffen (Abb. 3a). Die Abfolge des

Mittleren Buntsandstein weist auch deutliche Mächtig-keitsunterschiede auf. Während in den zentralen Becken-bereichen (W-Mecklenburg und NW-Brandenburg)Mächtigkeiten von etwa 500 m existieren, nehmen diesezu den Beckenrändern im NE (Rügen) und im S (S-Bran-denburg) auf weniger als 50 m ab (BEUTLER 2004). ImBereich der Altmark sind zudem auch Schichtausfälle imLiegenden der Solling-Formation zu verzeichnen.

Die in limnischem, marin beeinflusstem Milieu abgela-gerten Formationen des Mittleren Buntsandstein weiseneine zyklische Entwicklung auf. Auf einen teilweisezweigeteilten basalen Sandstein folgen Siltsteine undTonsteine mit teilweise eingeschalteten Sandsteinlagen(Detfurth-Formation) und Anhydrit (Hardegsen-For-mation). Die Solling-Formation besteht häufig aus einemSandstein an der Basis, der von Tonsteinen und einemweiteren Sandstein im Top überlagert wird. NachBEUTLER (2004) nimmt der Sandanteil in den Abfolgen

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Abb. 5a: Verbreitung und Tiefenlage der Basis des Jura in NE-DeutschlandFig. 5a: Distribution and depth of the basis of the Jurassic in NE Germany

der Detfurth-, Hardegsen- und Solling-Formation nord-östlich der Rostock-Gramzower Tiefenstörung kontinu-ierlich zu. Hier werden maximale kumulative Sandstein-mächtigkeiten > 100 m erreicht. Die Mächtigkeiten derSandsteine in den einzelnen Formationen variieren eben-falls beträchtlich. Der häufig nur 2–10 m mächtige undteilweise zementierte Volpriehausen-Sandstein wird inVorpommern (Usedom) mehr als 25 m mächtig. Der zu-meist nur 5–12 m mächtige Detfurth-Sandstein weist wie-derum im NE-Teil sowie auch im SE-Teil des BeckensMächtigkeiten von 20–40 m auf. Der basale Sandstein derHardegsen-Formation ist beckenweit etwa 2–12 m, inVorpommern wiederum 20–50 m mächtig. Die Solling-Sandsteine erreichen dagegen ihre maximalen Mächtig-keiten von etwa 50 m in der Altmark.

Die an Kernproben sowie durch Interpretation derBohrlochmessungen bestimmte Porosität der Sandsteine

liegt zwischen 10 und 30 %, wobei Werte > 22 % fastausnahmslos im NE des Beckens auftreten. Für diesesGebiet werden zudem die Permeabilitäten als moderat bisgut eingeschätzt.

Die Temperaturen an der Basis des Mittleren Bunt-sandstein variieren im Untersuchungsgebiet deutlich. ImBeckenzentrum sind sie > 80 °C, meist sogar > 100 °C(Abb. 3b). Mit Annäherung an die Beckenränder im N(Vorpommern, Rügen) und S (S-Brandenburg) sinken siedagegen auf weniger als 40 °C ab, was primär auf dieabnehmende Tiefenlage der Schichten zurückzuführen ist(vgl. Abb. 3a). Etwa 150 Temperaturmessungen wurdenin den Sandsteinen des Mittleren Buntsandstein durch-geführt, zum überwiegenden Teil in Vorpommern. DieWerte reichen von 30 °C (Rügen, 960 m Tiefe) bis 120 °C(Altmark, 2700 m). In E-Mecklenburg wurden lokal eben-falls hohe Temperaturen gemessen (95 °C, 2 250 m).

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Abb. 5b: Temperatur an der Basis des Jura / Fig. 5b: Temperature at the basis of the Jurassic

Entsprechend der ermittelten petrophysikalischen Eigen-schaften und der realisierbaren Förderraten bei hydrau-lischen Tests wird die Produktivität der Solling-Sandsteinein Vorpommern mit etwa 100m3/h/MPa abgeschätzt(siehe auch RAUPPACH et al. 2008).

4.3. Schilfsandstein

Der Schilfsandstein (Stuttgart-Formation, MittlererKeuper) besteht aus einer Abfolge von Sandsteinen undTonsteinen. Diese Schichten sind fast im gesamtenUntersuchungsgebiet verbreitet. Ausnahmen stellen dieInsel Rügen und die Altmark dar, die in dieser ZeitSchwellenregionen bildeten. Besonderes Merkmal dieserFormation ist die sowohl lateral als auch vertikal häufigwechselnde Fazies. Bis zu 60 m mächtige, mit fein- bis

mittelkörnigen Sandsteinen gefüllte Rinnen schneidensich erosiv in die darunter liegenden Sedimente ein. Late-ral sind die Sandsteine mit tonigen und siltigen Sedimen-ten verzahnt. Die Breite der Sandstein-Rinnen variiertzwischen 1 und 15 km. Sie bilden lineare, NE–SW bisNW–SE orientierte Elemente, die von N-Deutschland bisS-Deutschland bzw. bis SE-Polen verfolgt werden können(BEUTLER 2004, GÖTHEL 2006).

Die Basis der Schilfsandstein-Formation liegt in densüdlichen und nordöstlichen Randbereichen des Nord-deutschen Beckens in Tiefen zwischen 400 und 700 m.Im Beckenzentrum sinkt sie bis unter 2 500 m ab(Abb. 4a). Die größten Tiefen treten mit 2 900–3 100 min den Randsenken einiger Salzstöcke in S-Mecklenburgsowie in Nord-Brandenburg und im nördlichen Sachsen-Anhalt auf. In Mecklenburg-Vorpommern ist die Forma-tion etwa 80–100 m mächtig. In den südlicher gelegenen

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Abb. 5c: Verbreitung und Mächtigkeit der Sandsteine des Rhät/Lias-AquiferkomplexesFig. 5c: Distribution and thickness of the sandstones of the Rhaetian/Liassic aquifer complex

Gebieten nimmt ihre Mächtigkeit auf 40–60 m ab (BEUT-LER 2005). Die Sandsteine weisen durch Bohrungenbelegte Mächtigkeiten zwischen 5 und 60 m auf, die sichteilweise auf mehrere Horizonte verteilen. Mächtigkeiten> 60 m treten lediglich im nordöstlichen Teil desUntersuchungsgebietes sowie in Grabenstrukturen imTop einiger Salzkissen auf, z. B. über der StrukturSchlieven in Mecklenburg.

Temperaturmessungen wurden in den Schichten desSchilfsandstein nur äußerst selten durchgeführt. DieWerte reichen von 33 °C (SW-Mecklenburg, 480 m) bis92 °C (N-Brandenburg, 2 350 m). Die Temperaturver-teilung an der Basis des Schilfsandstein gibt Abb. 4b wie-der. Im Beckenzentrum sind die Temperaturen häufiggrößer 80 °C, mit maximalen Werten > 100°C in denRandsenken der Salzstöcke Gülze-Sumte, Wredenhagen,Zechlin, Helle und Barenthin. Temperaturen < 60 °C

sind dagegen charakteristisch für die Randbereiche desBeckens und den Top einiger Salzkissen, wo derSchilfsandstein infolge der Salzakkumulation sekundärangehoben wurde.

Die Speichereigenschaften des Schilfsandsteins sindnicht besonders gut. Auch in der oben beschriebenenRinnenfazies werden trotz hoher Porositäten von20–35 % nur Permeabilitäten von durchschnittlich40–130 mD erreicht (WOLFGRAMM et al. 2008). DieProduktivität der Aquifere beträgt dementsprechendlediglich in Ausnahmefällen 75–100m3/h/MPa.

4.4. Rhät/Lias-Aquiferkomplex

Die Sandsteine der stratigraphisch unmittelbar aufeinan-der folgenden Formationen des Rhät (Exter-Formation,

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Die mesozoischen Sandsteinaquifere des Norddeutschen Beckens und ihr Potential für die geothermische Nutzung

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Die Abfolge des tieferen bis mittleren Lias (Hettang bisPliensbach) besteht aus Tonsteinen, Siltsteinen und Sand-steinen. Die Tonsteine sind oft durch geringmächtigeSiderit- bzw. Sandsteineinschaltungen gekennzeichnet.Lokal treten auch dünne Kohlelagen auf. Die Mächtig-keit dieser Abfolge variiert zwischen 270 und 400 m.Besonders hohe Mächtigkeiten > 500 m sind aus SW-Mecklenburg sowie aus abgesunkenen Segmenten inner-halb des Vorpommern-Störungssystems bekannt (PETZKA1999, PETZKA et al. 2004). Die Abfolge des Hettang istdurch massive Sandsteineinschaltungen gekennzeichnet.Für das Sinemur und die Basis des unteren sowie desoberen Pliensbach sind feinkörnige Sandsteine typisch.Diese sind über das gesamte Becken verbreitet (PETZKA1999, GÖTHEL 2006), wobei die Mächtigkeit von W nachE zunimmt (PETZKA et al. 2004).

Die Schichten des Rhät und des Lias sind im gesamtenUntersuchungsgebiet verbreitet, abgesehen vom nörd-

Oberer Keuper) und des tieferen bis mittleren Lias(Hettang bis Pliensbach, Unterjura) wurden unterähnlichen Bedingungen abgelagert. Teilweise kann wegender Fossilarmut auch keine exakte stratigraphischeAbgrenzung der Formationen vorgenommen werden.Deshalb werden sie in der Praxis häufig als einAquiferkomplex behandelt.

Der in drei Einheiten untergliederte Rhät besteht ausbunten und grauschwarzen Tonsteinen sowie hellen bisbräunlichen reifen Sandsteinen (BEUTLER 2005, FRANZ& WOLFGRAMM 2008). Sandsteine treten in den Postera-Schichten (Unter-Rhät), in den Contorta-Schichten (Mit-tel-Rhät) und lokal auch in den Triletes-Schichten (Ober-Rhät) auf. Die Mächtigkeit des gesamten Rhät reicht von50 m an den Rändern des Norddeutschen Beckens (SW-Rügen, S-Brandenburg) bis 150–170 m in SW-Mecklen-burg. Lokal wird die Abfolge auch bis 250 m mächtig(BEUTLER 2004, BEUTLER 2005).

Abb. 6a: Verbreitung und Tiefenlage der Basis Mitteljura (Dogger) in NE-DeutschlandFig. 6a: Distribution and depth of the basis of the Middle Jurassic (Dogger) in NE Germany

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Abb. 6b: Temperaturverteilung an der Basis des MitteljuraFig. 6b: Temperature at the basis of the Middle Jurassic

lichen Rügen, das eine paläogeographische Schwellen-region repräsentiert. Die Basis des Lias befindet sich inTiefen zwischen 100 und 2 800 m. Weite Flächen in denRandbereichen des Beckens sowie im Top mehrererSalzkissen sind durch verhältnismäßig geringe Tiefen-lagen < 1 600 m gekennzeichnet (Abb. 5a). Tiefenlagen> 2 500 m sind selten und zumeist auf die Randsenkeneiniger Salzstrukturen im Beckenzentrum beschränkt(SW-Mecklenburg und NW-Brandenburg). In den Sand-steinen des Rhät und des Lias wurden insgesamt 150Temperaturmessungen durchgeführt. Die Werte streuenvon 21 °C (Vorpommern, 490 m) bis ca. 100 °C (Neu-stadt-Glewe, 2 300 m). Die Temperaturverteilung spiegeltim Allgemeinen die Tiefenlage der Schichten wieder.Höhere Temperaturen weisen demzufolge die Schichtenvor allem im Beckenzentrum auf (Abb. 5b). Für die Lias-Basis in den tiefen Randsenken der Salzstöcke Netzeband

und Kraak sind sogar Temperaturen > 100 °C modelliert(DIENER et al. 1988, 1989). Lokal wird der Wärmeflussaber durch die Salzstrukturen im Untergrund beeinflusst,wie z. B. in Neustadt-Glewe (W-Mecklenburg). Messun-gen in einer Tiefe von 2250 m belegen Temperaturen von99 °C im Formationswasser des Contorta-Sandsteins(Mittel-Rhät). Das entspricht einem erhöhten mittlerengeothermischen Gradienten von 4 °C/100 m. DieUrsache dieser Temperaturanomalie wird in der erhöhtenSalzakkumulation in dem darunter befindlichen SalzkissenLudwigslust vermutet.

Die kumulative Mächtigkeit der Sandsteine des Rhät/Lias-Aquiferkomplexes ist in weiten Teilen des Gebietes> 50 m. Dabei ist eine Zunahme der Mächtigkeiten vonetwa 20–100 m im W und S auf Werte deutlich über100 m im E zu verzeichnen (Abb. 5c). Maximalekumulative Mächtigkeiten > 250 m sind im Bereich des

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Abb. 6c: Verbreitung und Mächtigkeit des Sandsteine des Aalen (Dogger-β)Fig. 6c: Distribution and thickness of the sandstones of the Aalenian (Dogger β)

4.5. Aalen-Sandstein

Die Sandsteine des Ober-Aalen (Mitteljura) werden auchhäufig, entsprechend der stratigraphischen Gliederungnach QUENSTEDT (1898), als Dogger-β Sandstein be-zeichnet. Im westlichen, in Niedersachsen und Schleswig-Holstein gelegenen Teil des Norddeutschen Beckensbilden sie das Reservoir für zahlreiche Erdöllagerstätten(BOIGK 1981). Ihr formaler Name ist Altmark-Sandstein(DEUTSCHE STRATIGRAPHISCHE KOMMISSION 2002). Inder Moeckow-Dargibeller Störungszone in Vorpommernwird eine ca. 80 m mächtige Abfolge siltiger Sandsteine,die dem Aalen zugeordnet wird, auch als Wusterhusen-Sandstein bezeichnet (PETZKA et al. 2004).

Während des frühen Mitteljura wurden im östlichenTeil des Norddeutschen Beckens klastische Sedimenteunter kontinentalen Verhältnissen abgelagert. NachWesten gingen diese in deltaische bis flachmarine

Vorpommern-Störungssystems sowie auf der Insel Use-dom erbohrt. Mächtigkeiten < 20 m treten auf N-Rügensowie in der südlichen Altmark und in S-Brandenburg auf.Die einzelnen Sandsteinschichten sind meistens unter-schiedlich mächtig. Sie variieren zwischen < 1 und 30 m.In einigen Bohrungen lassen sich innerhalb der Abfolgedes Rhät und Lias bis 12 verschiedene Sandsteinhorizonteaushalten, die durch dünne Tonsteinlagen getrennt sind.

Die Sandsteine des Rhät und des Lias weisen wegender sehr geringen Anteile an Matrix bzw. Zement über-wiegend sehr gute Speichereigenschaften auf. ZahlreicheLaboruntersuchungen und interpretierte Bohrlogs lassenauf Porositäten von 20–35 % sowie für geothermischeNutzungen günstige Permeabilitäten > 500 mD schlie-ßen (siehe auch WOLFGRAMM et al. 2008). Aus diesenWerten, in Verbindung mit hohen Mächtigkeiten, werdenfür die Rhät/Lias-Sandsteine lokal Produktivitäten bis250 m3/h/MPa abgeschätzt.

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Abb. 7a: Verbreitung und Tiefenlage der Basis Unterkreide in NE-DeutschlandFig. 7a: Distribution and depth of the basis of the Lower Cretaceous in NE Germany

Bildungen über. Die marinen, tonigen Abfolgen desToarc (Unterjura) und des Unter-Aalen, die für den west-lichen Teil des Beckens typisch sind, werden aber nichtnur in Richtung Norden und Osten, sondern auch zumHangenden hin deutlich sandiger. Den Abschluss dieserEntwicklung stellt der kompakte und durchgehendeSandstein des Ober-Aalen dar (PETZKA et al 2004,GÖTHEL 2006).

Dieser mittel- bis feinkörnige Sandstein ist über einwesentlich kleineres Gebiet als die zuvor genanntenAquifere verbreitet (Abb. 6c). Er fehlt in weiten TeilenVorpommerns, W- und N-Mecklenburgs, des nördlichenSachsen-Anhalts sowie S-Brandenburgs. Die Basis desAalen liegt in Tiefen zwischen ca. 100 m nahe denBeckenrändern im NE und SW sowie im Top des Salz-kissens Marnitz (SW-Mecklenburg) und 2 400 m in denRandsenken mehrerer Salzstöcke S-Mecklenburgs undN-Brandenburgs (Abb. 6a).

In etwa 75 Bohrungen wurden die Temperaturendes Aalen-Sandsteins gemessen. Sie korrelieren weitest-gehend mit dem für das Norddeutsche Becken typischen

geothermischen Gradienten (ca. 3,3°/100 m). Ent-sprechend der geringen Tiefenlage sind die Tempe-raturen an der Basis des Mitteljura meistens < 60 °C(Abb. 6b). Höhere Werte treten lediglich in der Umran-dung einiger Salzstöcke in S-Mecklenburg und N-Bran-denburg auf.

Die Mächtigkeit des Aalen-Sandsteins variiert beträcht-lich. Sehr geringe Mächtigkeiten (< 20 m) weist er im NEdes Untersuchungsgebietes auf (Ab. 6c). Nach W und Snehmen sie bis auf etwa 100 m zu, dokumentiert z. B.mit der Bohrung Gt Neuruppin 2/87 in N-Brandenburg(GÖTHEL 2006). Die größte Mächtigkeit erreicht derAalen-Sandstein in der östlichen Randsenke des Salz-stocks Werle (W-Mecklenburg). Hier wird er bis 270 mmächtig (PETZKA et al. 2004).

Die Sandsteine des Ober-Aalen weisen exzellenteSpeichereigenschaften auf. Die Porositäten betragenmeistens 25–30 %, teilweise auch mehr. Die Permeabilitätwird von DIENER et al. (1988–1992) mit Werten von 500bis 1 000 mD (häufig auch darüber) als gut bis sehr guteingeschätzt (vgl. auch WOLFGRAMM et al. 2008). In

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Abhängigkeit von der Mächtigkeit lassen sich darausProduktivitäten von 150–300 m3/h/MPa ableiten.

4.6. Unterkreide-Sandsteine

Die Verbreitung der Unterkreide-Sedimente in NE-Deutschland reflektiert die paläogeographische Situationund Untergliederung des Norddeutschen Beckens inSchwellen und Senken während dieses Zeitabschnitts.Gesteine des Prä-Mittelalb sind für die SW-Mecklenburg– Prignitz – Altmark – Brandenburg Senke sowie dieUsedom Senke nachgewiesen. Beide Gebiete waren durchdie Schwellenregionen Pompeckj-Scholle, N-Mecklen-burg-Scholle und Ostbrandenburgisches Hebungsgebiet(DIENER 2000a, 2000b, DIENER et al. 2004) voneinandergetrennt. Die zum Dänisch-Polnischen Trog gehörendeUsedom Senke war ursprünglich eine Bucht, in der san-dige Sedimente abgelagert wurden. Die verhältnismäßigschmale SW-Mecklenburg-Prignitz-Altmark-BrandenburgSenke stellt die östliche Fortsetzung des Niedersachsen-

Beckens dar. Nach DIENER (2000a, 2000b) und DIENERet al. (2004) ist die Abfolge der Unterkreide durch tonig-mergelige Sedimente in den zentralen Teilen der Senke(N-Altmark, SW-Mecklenburg) gekennzeichnet, währendSandsteine mit dünnen Tonstein- und Mergeleinschal-tungen für die randlichen Bereiche (S-Altmark, W-Bran-denburg) und die Usedom-Senke typisch sind. DieMächtigkeit der gesamten Unterkreide (Berrias bis unteresMittelalb) reicht von wenigen Metern in den Schwellen-regionen bis > 1 000 m in den Randsenken der Salz-strukturen W-Brandenburgs.

Die Basis der Unterkreide weist häufig eine Tiefen-lage zwischen 500 und 1500 m auf (Abb. 7a). Sie befindetsich nur in den Randbereichen des NorddeutschenBeckens sowie über einigen Salzkissen in geringerenTiefen. In den Randsenken der Salzstöcke Gülze-Sumte,Lübtheen und Kaarßen (alle W-Mecklenburg) ist die Basisdagegen bis 3 000 m tief abgesenkt. Die Temperaturenan der Basis der Unterkreide sind dementsprechend mei-stens gering und betragen in weiten Teilen des Gebietesweniger als 40 °C (Abb. 7b). In 58 Bohrungen weisen die

Abb. 7b: Temperaturverteilung an der Basis der UnterkreideFig. 7b: Temperature at the basis of the Lower Cretaceous

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Abb. 7c: Verbreitung und Mächtigkeit der Unterkreide-SandsteineFig. 7c: Distribution and thickness of the Lower Cretaceous sandstones

Aquifere der Unterkreide Temperaturen zwischen 23 °C(W-Mecklenburg, 700 m Tiefe) und 70 °C (N-Branden-burg, 1 700 m) auf (FELDRAPPE et al. 2007). Bemerkens-wert hohe Temperaturen bis 110 °C wurden in den unter-kretazischen Sandsteinen der Randsenke des SalzstocksGülze-Sumte gemessen, die sich in ca. 2 950 m Tiefebefinden (KABUS et al. 2003).

Die kumulativen Mächtigkeiten der Sandsteine derUnterkreide schwanken zwischen wenigen Metern inS-Mecklenburg und E-Brandenburg und mehr als 250 min den Randsenken von Salzstöcken in NW-Brandenburgund im nördlichen Sachsen-Anhalt (Abb. 7c). Dabei zeigtsich, dass das Auftreten der Sandsteine der tiefenUnterkreide (Wealden und Valangin) nur auf wenigeRandsenken in SW-Mecklenburg und der Altmark sowieauf die Usedom-Senke und die Prerow-Störungszonebeschränkt ist. Sie sind hier bis 50 m mächtig (DIENER2000a, 2000b). Die Sandsteine der höheren Unterkreide(Hauterive-Apt) treten nur in der Prerow-Störungszone(ca. 50 m) in der Usedom-Senke (ca. 100 m) und inW-Brandenburg auf.

Die Speichereigenschaften der Unterkreide-Sandsteinesind gut. Ihre Porositäten variieren zwischen 20 und38 %. Die Permeabilitäten sind als moderat bis gut (250–1 000 mD) einzuschätzen.

5. Nutzung der Geothermischen Energie inNE-Deutschland

Das geothermische Potential der mesozoischen Aquiferewird in NE-Deutschland an mehreren Standorten genutzt.Einen Überblick über die geothermischen Anlagen bzw.die Geothermieprojekte geben Abb. 8 und Tab. 1.

Im südlichen Mecklenburg werden GeothermischeHeizzentralen (GHZ) seit 1984 (Waren), bzw. 1995(Neustadt-Glewe) erfolgreich betrieben (MENZEL et al.2000, SEIBT et al. 2002). Speicherhorizont ist derContorta-Sandstein (Mittel-Rhät), der jeweils mitBohrungsdubletten erschlossen ist. Beide Anlagen stellenFernwärme für die Beheizung öffentlicher Gebäudeund von Wohngebieten zur Verfügung. Der Anteil

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Abb. 8: Anlagen und Projekte zur Nutzung der geothermischen Energie und Thermalsole in NE-Deutschland (s. auchTab. 1). Erläuterungen im Text.Fig. 8: Installations and projects for the utilization of the geothermal energy and thermal water in NE Germany (cf.table 1). Explanations are given in text.

der Geothermie an der Jahreswärmeleistung beträgt 63 %bei der GHZ Waren und 93 % bei der GHZ Neu-stadt-Glewe (KATZUNG & SCHNEIDER 2000. Seit 2003wird in Neustadt-Glewe zusätzlich Strom produziert.Mit einer ORC-Anlage (Organic Rankine Cycle) wirddemonstriert, dass dies auch bei relativ geringen Aqui-fertemperaturen von etwa 99 °C in 2250 m Tiefemöglich ist.

In Neubrandenburg (E-Mecklenburg) wurde 1988ebenfalls eine GHZ in Betrieb genommen. Seit 2004werden die etwa 1200 m tiefen Sandsteine der Postera-Schichten (Unter-Rhät) und des Hettang für die saisonaleSpeicherung von Überschusswärme genutzt, die im

Sommer bei der Stromproduktion eines GuD-Heizkraft-werks anfällt (KABUS et al. 2004, WOLFGRAMM et al.2005). Im Winter wird diese Wärme mit Hilfe einerDublette zurückgewonnen und in das kommunale Fern-wärmenetz eingespeist.

Eine weitere GHZ ging 2007 im nordbrandenbur-gischen Neuruppin in Betrieb. Hier wird Thermalwasseraus dem etwa 60 m mächtigen und 1 600 m tiefen Sand-stein des Ober-Aalen gewonnen und für die Beheizungeines Gebäudekomplexes sowie für ein Thermalbad undweitere balneologische Zwecke genutzt.

In Prenzlau (NE-Brandenburg) ist 1994 eine tiefeErdwärmesonde in Betrieb genommen worden. Dazu

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Tab. 1: Verzeichnis der geothermischen Installationen im Untersuchungsgebiet sowie der Projekte mit dem Ziel derErschließung und Nutzung geothermischer Energie und Thermalsole. Bei mehreren geplanten Projekten wurden schonBohrungen abgeteuft (siehe Text). Die Fertigstellung und Inbetriebnahme dieser Vorhaben steht jedoch aus unter-schiedlichen Gründen noch aus.Table 1: List of geothermal installations and projects with the target of development and utilization of geothermalenergy and thermal water. Several “planned” projects are in an advanced stadium with drilled geothermal wells (seetext). The completion of these plans is interrupted due to different reasons.

Lokation Nutzung/Nutzungsziel Projektstatus Aquifer Tiefe Temperatur Salinität[m] [°C] [g/l]

Arendsee Fernwärme, Balneologie in Planung Unterkreide 1548 75 218Bad Saarow Thermalbad in Betrieb Hettang 428 22 24,6Bad Wilsnack Thermalbad, Balneologie in Betrieb Rhät 1000 48 162Belzig Thermalbad, Balneologie in Betrieb Rhät 775 34 188Berlin Wärme/Kälte-Speicherung in Betrieb Hettang/Quartär 320 19,4 32Binz Thermalbad, Balneologie in Betrieb Buntsandstein 1020 28,5 110Burg/Spreewald Thermalbad, Balneologie in Betrieb Buntsandstein 1300 55 230Groß Schönebeck in-situ Geothermielabor im Bau Rotliegend 4400 150

StromerzeugungKarlshagen Fernwärme, Balneologie in Planung Buntsandstein 1780 58 270Neubrandenburg Wärme-Speicherung in Betrieb Rhät 1250 53,4 134Neubrandenburg Balneologie in Planung Aalen 822 31,6 104Neuruppin Fernwärme, Thermalbad, in Betrieb Aalen 1620 63 187

BalneologieNeuruppin Fernwärme in Planung Rhät 2340 81 230Neustadt-Glewe Fernwärme, Stromerzeugung in Betrieb Rhät 2250 99 221Prenzlau Fernwärme in Betrieb Rotliegend 2800 108Prenzlau Fernwärme in Planung Hettang 1025 43 93Pritzwalk Thermalbad, Balneologie in Planung Aalen 2036 78 182Rheinsberg Thermalbad, Balneologie in Planung Rhät 1650 67 169Sassnitz Balneologie in Planung Buntsandstein 1081 30,1 118Schwerin Fernwärme anderweitige Aalen 2070 76 197

NutzungStralsund Fernwärme in Planung Buntsandstein 1530 58 287Templin Thermalbad, Balneologie in Betrieb Hettang 1615 67,3 163Velten Fernwärme in Planung Hettang 1550 63 187Waren Fernwärme in Betrieb Rhät 1540 61 158Wartenberg Balneologie in Planung Schilfsandstein 960 38 85

wurde eine ursprünglich mit geothermischer Zielstellungabgeteufte Bohrung auf 2 800 m vertieft und umgerüstet.Weiterhin wird an mehreren Orten NE-Deutschlands dieThermalsole für balneologische Anwendungen genutzt(Tab. 1). Dazu gehören die brandenburgischen Ther-malbäder in Bad Wilsnack, Belzig, Burg und Templin.Für die Steintherme in Belzig liefert z. B. der ca. 780 mtiefe Contorta-Sandstein 34 °C warmes Schichtwasser(MANHENKE et al. 1999). Das Thermalbad in Binz (Vor-pommern, Rügen) wird aus dem Mittleren Buntsandsteingespeist (1200 m, 34 °C).

Für die Wärmeversorgung der Parlamentsbauten imBerliner Spreebogen wurde ein 300 m tiefer Sandstein desLias erschlossen. Über eine Bohrung wird dem AquiferWärme zugeführt, die bei der Stromproduktion anfälltund während der Sommermonate nicht benötigt wird. Im

Winter wird die Wärme zurückgewonnen und in dasHeizungsnetz eingespeist (ROCKEL et al. 1999, KABUS &SEIBT 2000).

Für die Realisierung weiterer geothermischer Projektewurden in NE-Deutschland Tiefbohrungen in Karls-hagen, Rheinsberg, Velten, Wartenberg, Sassnitz,Schwerin und Stralsund abgeteuft (ROCKEL et al. 1999,KATZUNG & SCHNEIDER 2000). Auf der Insel Usedomsind zudem mehrere geothermische Anlagen für dieBeheizung von Hotelkomplexen geplant (GEHRKE et al.2007).

Ziel eines Forschungsprojekts des GeoForschungs-Zentrums Potsdam ist die Entwicklung einer Technologiezur Erzeugung elektrischen Stroms aus niedrigthermalenReservoiren (Kluftspeicher). Dazu wurden in GroßSchönebeck (60 km nordösrlich Berlin) zwei mehr als

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4 km tiefe Bohrungen in die Sandsteine des Rotliegendabgeteuft (HUENGES et al. 2007).

Auf der Website www.geotis.de werden weitereInformationen zu laufenden bzw. in Aufbau befindlichenGeothermieprojekten in Deutschland bereitgestellt undaktualisiert.

6. Schlussfolgerungen

Die Auswertung der geowissenschaftlichen Informa-tionen aus mehr als 1 600 Bohrungen zeigt, dass inNE-Deutschland gute Bedingungen für die Nutzung dertiefen geothermischen Energie bestehen. Ein besondershohes Potential für hydrogeothermische Anwendungenweisen die mesozoischen Sandsteinspeicher auf. Diewichtigsten sind die Aquifere des Mittleren Buntsand-stein, der Schilfsandstein (Stuttgart-Fomation) des Mitt-leren Keuper, der Rhät/Lias-Komplex sowie die Sand-steine des Aalen (Mitteljura) und der Unterkreide.

Diese Thermalwasser führenden Aquifere sind inweiten Teilen NE-Deutschlands verbreitet und erreichenhäufig Mächtigkeiten von deutlich mehr als 20 m. Ihregeothermisch relevanten Eigenschaften variieren inAbhängigkeit von ihrer Tiefenlage und der lithologischenZusammensetzung beträchtlich. In weiten Teilen desGebietes weisen sie jedoch Temperaturen > 60 °C undPorositäten > 20 % sowie Permeabilitäten > 500 mD auf.Besonders hohe Mächtigkeiten treten in den Randsenkeneiniger Salzstöcke sowie auch an den Rändern des Nord-deutschen Beckens auf. Zum Beispiel ist der Sandsteindes Ober-Aalen in der östlichen Randsenke des SalzstocksWerle bis 270 m mächtig. Ähnliche Mächtigkeitenerreichen die Sandsteine der Unterkreide in einigenRandsenken NW-Brandenburgs. Dementsprechend ist dieKenntnis der Lage, der Ausdehnung und auch der Geneseder Salzstrukturen für geothermische Projekte vonBedeutung.

Zusätzlich beeinflussen die Salzstrukturen das Tem-peraturfeld des Deckgebirges. Über den Salzstrukturensowie in deren unmittelbarer Umgebung existieren viel-fach positive Temperaturanomalien, die lokal deutlicherhöhte geothermische Gradienten hervorrufen. DiesesPhänomen ist auf die weit höhere Wärmeleitfähigkeit derSalinargesteine gegenüber anderen Gesteinen zurück-zuführen, wodurch es in Salzstöcken und Salzkissengrößerer Amplitude zum verstärkten, vertikalen Wärme-transport („Kamineffekt“) kommt.

Die große Zahl hydrogeothermischer Anlagen undProjekte in NE-Deutschland zeigt, dass eine Nutzung dergeothermischen Energie und der Thermalsole unterökonomischen Aspekten möglich ist, auch wenn dieTemperaturen der genutzten Aquifere überwiegend nur

zwischen 50 und 100 °C betragen. Wegen dieses mode-raten Temperaturniveaus wird auch in Zukunft beider Erdwärmenutzung der Schwerpunkt auf der Bereit-stellung von Wärme für die Beheizung von Wohn- undGewerbebauten liegen. Das Potential der mesozoischenAquifere für eine hydrogeothermische Stromerzeugungist dagegen äußerst begrenzt (KABUS et al. 2003, WOLF-GRAMM et al. 2004). Die dafür notwendigen höherenTemperaturen treten erst in Tiefen unterhalb 4 000 mauf, in denen die Sandsteine meist durch unzureichendeSpeichereigenschaften gekennzeichnet sind. Die Erschlie-ßung der geothermischen Energie aus diesen Tiefenerfordert zusätzliche stimulierende Maßnahmen, wie siez. B. im GFZ-Forschungsprojekts in Groß Schönebeckgetestet werden.

Danksagung

Für diesen Beitrag wurden Ergebnisse des Forschungs-projektes „Aufbau eines geothermischen Informations-systems für Deutschland – GeotIS“ genutzt, das mit Mit-teln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutzund Reaktorsicherheit (BMU) gefördert wird. Die Model-lierung der Mächtigkeitskarten erfolgte mit Unterstützungvon Joachim Iffland (Schwerin) und Thorsten Agemar(GGA Hannover). Holger Wirth und Klaus Reinhold(beide BGR Berlin) danken wir für die Bereitstellung vondigitalen Daten. Unterstützt wurde die Arbeit weiterhinvon den Geologischen Diensten der Bundesländer Meck-lenburg-Vorpommern, Brandenburg und Sachsen-Anhalt.Für fachliche Anregungen und kritische Hinweise bedan-ken wir uns bei den Gutachtern Joachim Iffland(Schwerin) und Ingrid Stober (Freiburg).

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Eingereicht am 8.9.2008Angenommen am 28.10.2008

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Anschrift der Autoren:Dr. Hagen Feldrappe (Korrespondierender Autor), UGSGmbH, Berliner Chaussee 2, 15749 Mittenwalde/Markfeldrappe@ugsnet.deDr. Karsten Obst, LUNG M-V, Goldberger Str. 12,18273 GüstrowDr. Markus Wolfgramm, GTN GmbH, Seestrasse 7A,17033 Neubrandenburg