Fracture-eigenschappen in een Onder Carboon geothermisch carbonaatreservoir in het Kempen-Brabant Bekken. Een studie op basis van boringen (noordelijk België) en analoge ontsluitingen (zuidelijk België)

Onder-Carboon carbonaten in het Kempen-Brabant Bekken (noordelijk België, zuidelijk Nederland en het meest westelijke deel van Duitsland) zijn een target voor geothermie-ontwikkelingen. Boringen die reiken tot in deze carbonaten, in zowel België als Nederland, hebben aangetoond dat ze kunnen dienen als diep geothermisch reservoir. Dit reservoir bestaat uit kalkstenen en dolomieten met spleten en lokaal karstholtes. Omdat de matrixporositeit van de carbonaten over het algemeen erg laag is, maken natuurlijke spleten een groot deel uit van de porositeit en permeabiliteit van het systeem. Daarom is in deze thesis gefocust op de verspreiding van (gedeeltelijk) open spleten, met als doel te onderzoeken welke factoren de ontwikkeling en eigenschappen van spleten beïnvloeden, en op welke manier.

Er bestonden al verschillende boringen tot in de Onder-Carboon carbonaten in het Kempen-Brabant Bekken. Tijdens dit PhD project zijn er nieuwe boringen toegevoegd. De boringen zijn van grote waarde als informatiebron voor dit onderzoek. Ten eerste zijn boorkernen de meest directe informatiebron over gesteente-eigenschappen in de ondergrond en daarom werden kernen gebruikt om de hoeveelheid en karakteristieken van zowel gecementeerde als deels open spleten te onderzoeken. Ten tweede zijn geofysische boorgatmetingen een belangrijke indirecte informatiebron over gesteenten in de ondergrond. Verschillende geofysische logs zijn gebruikt in dit project, waaronder twee FMI logs. Dit zijn boorgatmetingen, gebaseerd op microresistiviteit, waarop spleten te zien zijn. Naast boringen is gebruik gemaakt van Onder-Carboon carbonaat ontsluitingen in het zuiden van België, als analogen. Deze ontsloten carbonaten zijn gelijkaardig aan de gesteenten in de ondergrond en werden daarom gebruikt voor het analyseren van spleetnetwerken op een veel grotere schaal dan in de boringen, en in twee of zelfs drie dimensies.

De resultaten van dit PhD programma vergroten de kennis van het effect van verschillende factoren op de ontwikkeling en eigenschappen van spleten. De drie voornaamste factoren die onderzocht zijn, zijn lithologie, bankdikte en de nabijheid van breuken. In het algemeen blijkt de invloed van deze factoren op de distributie van spleten beperkt. Wat betreft lithologieverschillen, blijkt de frequentie, intensiteit en connectiviteit van spleten significant hoger in dolomieten dat in kalkstenen, gebaseerd op de ontsluitingen. Echter toonde een studie van een FMI log tegengestelde resultaten in de ondergrond. Verder is waargenomen dat de frequentie van spleten verhoogd is in gesilicificeerde en cherthoudende kalkstenen en in rifkalkstenen. Schalierijke kalkstenen bevatten juist lagere spleetfrequenties. Het effect van bankdikte op spleetfrequentie blijkt afwezig of beperkt, waarschijnlijk omdat maar een klein deel van de spleten begrensd is door lagen. Uit kernstalen van een boring en uit een analoge ontsluiting leek de spleetfrequentie (lichtelijk) verhoogd rond breukintersecties. Echter liet de FMI log analyse zien dat de spleetfrequentie niet significant verhoogd is rond breukintersecties in de ondergrond. Uiteindelijk is het waarschijnlijk dat andere factoren, die niet specifiek in dit PhD programma zijn onderzocht, ook een rol spelen in de ontwikkeling en eigenschappen van spleten in de carbonaten, waaronder karst, reactivatie van bestaande spleten en het huidige spanningsveld.

Natuurlijke spleten spelen een grote rol in de porositeit en permeabiliteit van de Onder-Carboon carbonaten als een geothermisch reservoir. Daarom kunnen de verkregen inzichten in de factoren die spleeteigenschappen beïnvloeden helpen om geologische risico’s bij de ontwikkeling van geothermische systemen in het gebied te verkleinen.