Den „Fingerabdruck“ von Wasser und von verschiedenen Gasen im Gestein hat das Department Angewandte Geowissenschaften und Geophysik an der Montanuniversität Leoben erstellt. Doris Groß, die wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Erdölgeologie in Leoben ist, hat eine Bestandsaufnahme der tieferen Grundwässer in Oberösterreich gemacht. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf Thermalwässer im sogenannten Malm gemacht, einer Gruppe geologischer Formationen aus dem Oberjura vor rund 150 Millionen Jahren.
Wir haben alle Wässer in Oberösterreich typisiert, die uns interessant erschienen sind“, schildert Groß. „Das ist vom Hausbrunnen bis zu Thermalwasser aus sehr tiefen Schichten gegangen.“ Dabei habe man festgestellt, dass es einen Austausch zwischen den einzelnen wasserführenden Schichten gibt – und dass das Wasser nicht zwangsläufig nur von oben nach unten fließt. „Ein Austausch kann unter speziellen Umständen auch in die andere Richtung stattfinden“, sagt die Geologin.
Um die einzelnen Wässer exakt identifizieren zu können, wurden sie gründlich analysiert. Dabei wurden sowohl die in ihnen gelösten Mineralstoffe als auch die Isotopenzusammensetzung genau bestimmt. Damit ergibt sich ein unverwechselbarer „Fingerabdruck“ jedes Wassers. „Unser Ziel war es herauszufinden, ob und wie die einzelnen Wassereinheiten zusammenhängen und wie stark sie sich vermischen.“
Dies zu wissen, ist unter anderem für die geothermische Nutzung oder die Wasserentnahme durch Thermen wichtig, erklärt Groß. Geothermieanlagen pumpen das Wasser normalerweise in die Tiefe zurück, Thermen in der Regel nicht. „Wenn wir wissen, ob genug Wasser in die genutzte Schicht nachfließt, können wir abschätzen, wie stark und wie lange wir Wärme aus dem entsprechenden Wasserkörper gewinnen können.“ Dazu komme, dass der oberösterreichische Malm in Richtung Osten in seichtere Grundwasserschichten abfließt. „Dort geht es dann um die Trinkwasserversorgung. Es geht um die Frage, ob sich die wasserführende Schicht regenerieren kann, darum, wie viel Wasser kann man problemlos entnehmen.“
Die Wässer sind teilweise sehr alt und schon lange im Untergrund gespeichert. In mehreren Hundert Meter bis einige Kilometer Tiefe im porösen Gestein gespeichert, sind sie völlig unbeeinflusst von modernen Umwelteinflüssen geblieben. Groß: „Es ist gut zu wissen, dass es diese Reserve gibt und wie sie funktioniert.“
Ein anderes Thema, mit dem sich der Lehrstuhl beschäftigt, ist die Entstehung, Veränderung und Migration von Erdgas im österreichischen Molassebecken. Dieses ist ein riesiger Trog, der sich im Laufe der geologischen Zeitalter mit Sedimenten gefüllt hat. Bei der Untersuchung ging es weniger um das Auffinden neuer Lagerstätten, die Molasse wurde vielmehr als eine Art natürliches Labor verwendet, in dem man die Mechanismen rund um das Erdgas besser verstehen lernen kann.
„Wir unterscheiden in der Erdölgeologie zwischen thermischem und biogenem Gas. Das Erstere entsteht durch hohe Temperaturen und besteht hauptsächlich aus Methan mit Beimischungen von Ethan, Propan und Butan. Biogenes Gas hingegen wird von Mikroben erzeugt und besteht fast ausschließlich aus Methan.“ Auch beim Gas wurden die Isotopen erfasst. Zusätzlich wurden aber auch die Gesteine untersucht, in denen das Gas gespeichert ist. Hintergrund der Analysen ist, dass man so feststellen kann, woher das Gas und das Erdöl, das das Gas meist begleitet, kommen. „Biogenes Gas entsteht im lokalen Gestein, thermisches Gas und das Erdöl wandern.“ In der österreichischen Molasse hat das Team um Groß übrigens nur eine einzige kleine Lagerstätte gefunden, in der nur rein biogenes Gas vorkommt. Meist handelt es sich bei den Gasvorkommen um Mischformen.
Erdölfirmen profitieren von so genauen Bestimmungen der Zusammensetzung von Erdgas. „Sie wollen ja wissen, ob Öl oder Gas im Untergrund ist und ob sich die Erschließung lohnt. Je besser wir Geologen verstehen, woher Öl und Gas kommen und wie sie gewandert sind, umso eher können wir beurteilen, ob es sich auszahlt zu bohren.“
In Österreich stelle sich generell die Frage, ob sich die Exploration von Gas- und Öllagerstätten noch lohne, sagt Groß. In einer Zeit, in der man zunehmend aus der Verwendung fossiler Brennstoffe aussteige, eher weniger, ist sie überzeugt. „Aber unsere Analysemethoden lassen sich überall auf der Welt und in verschiedenen Bereichen anwenden.“
Ein konkretes Beispiel ist ein großes Ölfeld in Nordamerika. „Das Feld weist eine komplexe Struktur mit geologischen Störungen auf, wo aus verschiedenen Gesteinshorizonten gefördert wird. Zwischen den ölführenden Sanden gibt es stellenweise wasserführende Schichten. Wir wollen nun gemeinsam mit der Explorationsfirma herausfinden, wie die Lagerstätte gefüllt wurde.“ Daneben sollen Tools entwickelt werden, mit denen man unterschiedliche Mischungen der Ausgangsöle erkennen und abschätzen kann.
Erdölgeologie, schildert Groß, ist auch abseits der Exploration und Förderung anwendbar. „Bei unserem Wasserprojekt haben wir gewusst, dass in sehr tiefen Grundwasserschichten auch natürliche Kohlenwasserstoffe zu finden sind. Beim Grundwasser oder auch an der Oberfläche geht es oft darum, woher diese Kohlenwasserstoffe kommen. Sind sie natürlichen Ursprungs oder stammen sie vom Menschen? Ist es ein natürlicher Austritt oder wurde ein Unfall mit einem raffinierten Erdölprodukt vertuscht? Organische Geochemie in Verbindung mit der Isotopenanalyse kann das unterscheiden.“
Mehr Informationen:
Montanuniversität Leoben
www.unileoben.ac.at
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