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Geothermometrische Modellierung der Lagerstättentemperatur balneologisch genutzter Thermalwässer mit Hilfe von PHREEQC

Multicomponent solute geothermometry of balneologic thermal waters by help of PHREEQC

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Zusammenfassung

Unter optimalen Voraussetzungen ist mit einfachen hydrogeochemischen Programmen wie PHREEQC eine Modellierung der Lagerstättentemperatur von Thermalwässern möglich. Hierzu müssen allerdings bestimmte Bedingungen erfüllt sein. Vor allem sollte der Chemismus des Formationswassers während des Aufstieges unverändert bleiben und damit das thermodynamische Gleichgewicht mit der Mineralparagenese in der Lagerstättentiefe repräsentieren. Insbesondere für Karbonatminerale wie Dolomit sollte die thermodynamische Datenbank kritisch geprüft werden. Die Datenbank muss für die Temperaturabhängigkeit der Minerallöslichkeiten, statt der strenggenommen nur für isocoulombische Reaktionen nutzbaren Temperaturkorrektur nach Van’t Hoff (Enthalpieansatz), den aus der Maier-Kelley-Gleichung abgeleiteten Polynomansatz mit mindestens fünf Parametern enthalten. Statt der klassischen Datenbank phreeqc.dat wurde daher die aktuellere Datenbank carbfix.dat verwendet. Im Falle von Alumosilikatmineralen muss deren inkongruentes Löslichkeitsverhalten und Gleichgewicht mit Al-Hydroxiden (Gibbsit bei T < 100 °C, Böhmit bei T > 100 °C) berücksichtigt werden. Im Resultat der Modellierung ergibt sich für die Thermalquellen der Wiesbadener Innenstadt ein normaler geothermischer Tiefengradient von 3 °C pro 100 m.

Abstract

Modeling of the reservoir temperature of thermal waters is possible with hydrogeochemical speciation model software. However, certain conditions have to be met, if using PHREEQC for such an integrated multicomponent solute geothermometry approach. Above all, the formation water has to have preserved its chemistry during its ascent which would thus represent the original thermodynamic equilibrium with its mineral paragenesis at the reservoir depth. For carbonate minerals, the thermodynamic database should be critically evaluated and must contain five-parameter polynomials for the temperature dependence of the mineral solubility. Instead of the classic phreeqc.dat thermodynamic database, the new carbfix.dat set was used. In addition, incongruent solubility of aluminosilicates and equilibrium with Al hydroxides (gibbsite, boehmite) have to be considered, which results in a more reliable estimation compared to estimates based on Al concentrations. As a result of this modeling, a normal reservoir geothermal depth gradient of 3 °C per 100 m was calculated for the thermal springs of Wiesbaden city center.

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Abb. 1 Fig. 1
Abb. 2 Fig. 2

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Danksagung

Diese Studie wurde im Rahmen des Verbundprojektes ReSalt (Reactive Reservoirsystems – Scaling and Erosion and its Impact on Hydraulic and Mechanic Reservoir Properties, BMWI-Förderkennzeichen 0324244A) durchgeführt.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Geowissenschaften, Johannes Gutenberg-Universität, J.-J. Becherweg 21, 55128, Mainz, Deutschland

    Michael Kersten

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  1. Michael Kersten
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Kersten, M. Geothermometrische Modellierung der Lagerstättentemperatur balneologisch genutzter Thermalwässer mit Hilfe von PHREEQC. Grundwasser - Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie 24, 269–275 (2019). https://doi.org/10.1007/s00767-019-00429-8

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