ALBERT

Beschreibung: The stress field in the Earth's crust plays a central role in the site-selection process for a deep geological repository for high-level nuclear waste. Site selection and construction planning must take into account several factors that are influenced by the stress state. These include the excavation damage zone, the hydraulic permeability of the host rock, the self-sealing capacity, the effects of seismic events and the possible reactivation of faults as migration pathways for fluids and radionuclides. Likewise, the initial stress state is of central importance for the long-term studies to prove site safety over 1 Ma. To obtain a continuous description of the current 3D stress state, 3D geomechanical numerical models are used. These models have to be calibrated with data on stress magnitudes to obtain robust predictions. One of the central goals of the SpannEnD project (Spannungsmodell Endlagerung Deutschland, http://www.spannend-projekt.de, last access: 31 October 2021) was to build the first comprehensive and publicly accessible stress magnitude database for Germany, including a quality ranking of the data compiled from different methods. This database is the logical extension of the database of the World Stress Map project, in which so far only information on stress orientations and the stress regime has been compiled systematically. We present this first compilation of stress magnitude data published and made available by Morawietz et al. (2020). The stress data density is generally low and heterogeneous, so that a model calibration at the scale of a site model is not possible. Therefore, the main objective of the SpannEnD project is to develop a 3D geomechanical numerical model for the whole of Germany. The resulting 3D stress field will provide the basis for regional and local models in a later phase of the site selection process. Details on this are presented in three complementary contributions in this symposium by Reiter et al., Röckel et al. and Ahlers et al. The new Geology Data Act (Geologie-Datengesetz) now allows access to considerably more data, which will be incorporated into an update of the database after assessment according to the defined quality criteria. This database extension will improve the reliability of the predictions of the geomechanical models on different spatial scales.

Beschreibung: Das Spannungsfeld in der Erdkruste spielt eine zentrale Rolle bei der Standortauswahl für ein geologisches Tiefenlager für hoch radioaktive Abfälle. Bei der Standortauswahl und Bauplanung müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, die durch den Spannungszustand beeinflusst werden. Diese beinhalten die Auflockerungszone, die hydraulische Durchlässigkeit des Wirtsgesteins, das Selbstabdichtungsvermögen, die Auswirkungen seismischer Ereignisse und die mögliche Reaktivierung von Störungen als Transportwege für Fluide und Radionuklide. Ebenso ist der initiale Spannungszustand von zentraler Bedeutung für Langzeitstudien zum Nachweis der Standortsicherheit über 1 Ma. Für eine kontinuierliche Beschreibung des derzeitigen 3D-Spannungszustands werden geomechanisch-numerische 3D-Modelle benutzt. Diese Modelle müssen mit Spannungsmagnitudendaten kalibriert werden, um belastbare Vorhersagen treffen zu können. Eines der zentralen Ziele des SpannEnD-Projekts (Spannungsmodell Endlagerung Deutschland, http://www.spannend-projekt.de, letzter Zugriff: 31. Oktober 2021) war es, die erste umfassende und öffentlich zugängliche Spannungsmagnituden-Datenbank für Deutschland aufzubauen, einschließlich einer Qualitätseinstufung der kompilierten Daten aus verschiedenen Methoden. Diese Datenbank ist die logische Erweiterung der Datenbank des World-Stress-Map-Projekts, in der bisher nur Informationen zu Spannungsorientierungen und Spannungsregime systematisch kompiliert wurden. Wir präsentieren hier diese erste Kompilation von Spannungsmagnitudendaten, die von Morawietz et al. (2020) veröffentlicht und zur Verfügung gestellt wurde. Die Dichte der Spannungsdaten ist generell niedrig und heterogen, sodass eine Modellkalibrierung im Maßstab eines Standortmodells nicht möglich ist. Deshalb ist das wichtigste Ziel des SpannEnD-Projekts, ein geomechanisch-numerisches 3D-Modell für ganz Deutschland zu entwickeln. Das resultierende 3D-Spannungsfeld wird die Basis für regionale und lokale Modelle in einer späteren Phase des Standortauswahlverfahrens bilden. Details dazu werden in diesem Symposium in drei weiteren Beiträgen von Reiter et al., Röckel et al. und Ahlers et al. präsentiert. Das neue Geologie-Datengesetz erlaubt jetzt den Zugang zu erheblich mehr Daten, die nach Beurteilung nach definierten Qualitätskriterien in ein Datenbank-Update integriert werden. Diese Ausweitung der Datenbank wird die Vorhersagezuverlässigkeit der geomechanischen Modelle auf verschiedenen räumlichen Skalen deutlich verbessern.

Beschreibung: Das gegenwärtige Spannungsfeld der Erdkruste ist eine zentrale Feldgröße für die Beurteilung der Stabilität eines Endlagers. Erreichen die Spannungen einen kritischen Wert, dann versagt das Gestein. Es bilden sich Risse und Brüche, die Wegsamkeiten für Flüssigkeiten und Gase darstellen. Als Folge kann das Endlager undicht werden. Im direkten Bezug dazu stehen die Ausschlusskriterien seismische Aktivität und aktive Störungszonen aus dem Standortauswahlgesetz. Beide sind ein Ausdruck dafür, dass der kritische Wert überschritten wurde.

Beschreibung: Seismic hazard during subsurface operations is often related to the reactivation of pre-existing tectonic faults. The analysis of the slip tendency, i.e., the ratio of shear to normal stress acting on the fault plane, allows an assessment of the reactivation potential of faults.We use the total stresses that result from a large-scale 3D geomechanical–numerical model of Germany and adjacent areas to alculate the slip tendency for three 3D fault geometry sets with increasing complexity. This allows us to draw general conclusions about the influence of the fault geometry on the reactivation potential. In general, the fault reactivation potential is higher in Germany for faults that strike NW–SE and NNE–SSW. Due to the prevailing normal stress regime in the geomechanical–numerical model results, faults dipping at an angle of about 60 generally show higher slip tendencies in comparison to steeper or shallower dipping faults. Faults implemented with a straight geometry show higher slip tendencies than those represented with a more complex, uneven geometry. Pore pressure has been assumed to be hydrostatic and has been shown to have a major influence on the calculated slip tendencies. Compared to slip tendency values calculated without pore pressure, the consideration of pore pressure leads to an increase in slip tendency of up to 50 %. The qualitative comparison of the slip tendency with the occurrence of seismic events with moment magnitudes Mw〉3.5 shows areas with an overall good spatial correlation between elevated slip tendencies and seismic activity but also highlights areas where more detailed and diverse fault sets would be beneficial.

Beschreibung: Information about the absolute stress state in the upper crust plays a crucial role in the planning and execution of, e.g., directional drilling, stimulation and exploitation of geothermal and hydrocarbon reservoirs. Since many of these applications are related to sediments, we present a refined geomechanical–numerical model for Germany with focus on sedimentary basins, able to predict the complete 3D stress tensor. The lateral resolution of the model is 2.5 km, the vertical resolution about 250 m. Our model contains 22 units with focus on the sedimentary layers parameterized with individual rock properties. The model results show an overall good fit with magnitude data of the minimum (Shmin) and maximum horizontal stress (SHmax) that are used for the model calibration. The mean of the absolute stress differences between these calibration data and the model results is 4.6 MPa for Shmin and 6.4 MPa for SHmax. In addition, our predicted stress field shows good agreement to several supplementary in-situ data from the North German Basin, the Upper Rhine Graben and the Molasse Basin.