Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Feasibility of Enhanced Geothermal Systems in the Precambrian crystalline basement in SW Scania, Sweden

Kervall, Hanna LU (2021) In Dissertations in Geology at Lund University GEOR02 20211
Department of Geology
Abstract
The ability to evaluate the geothermal potential at a depth of five to six kilometres in the crystalline bedrock is crucial for the EGS-technology to be utilized in the future. This work focuses primarily on presenting expected geological conditions at great depths in southwestern Scania. The study is based on information from E.ON’s deep drilling FFC-1 in Malmö and data and investigations of the crystalline bedrock at Romeleåsen and in the Dalby Quarry. The work presents qualitative and quantitative analyses from optical microscopy, SEM-EDX analysis, chemical analyses, density measurements and analyses of the thermal properties of the bedrock. Geophysical information from borehole logging has been used to assess rock type distribution in... (More)
The ability to evaluate the geothermal potential at a depth of five to six kilometres in the crystalline bedrock is crucial for the EGS-technology to be utilized in the future. This work focuses primarily on presenting expected geological conditions at great depths in southwestern Scania. The study is based on information from E.ON’s deep drilling FFC-1 in Malmö and data and investigations of the crystalline bedrock at Romeleåsen and in the Dalby Quarry. The work presents qualitative and quantitative analyses from optical microscopy, SEM-EDX analysis, chemical analyses, density measurements and analyses of the thermal properties of the bedrock. Geophysical information from borehole logging has been used to assess rock type distribution in the rock mass. The survey shows that the bedrock in FFC-1 is mineralogically and chemically comparable to the bedrock on Romeleåsen. Gneiss of different colors and with varying foliation and quartz content make up approx. 80% of the rock mass. The rest is dominated by mafic rocks such as amphibolite and metabasite. Mineralogy shows that the bedrock in FFC-1 was metamorphosed under amphibolite facies conditions, which is evident in a relative higher frequency of garnet in comparison with the bedrock in Dalby. The two dominated rock types show clear differences in density (2.67 respectively 2.98 g/cm3) and thermal conductivity (3.62 respectively 2.57 W/m K), which gives very different geothermal conditions. The bedrock is similar to Romeleåsen, strongly fractured with different types of fractures, open and closed and presenting corresponding fractures fillings. The predicted elevated fracture frequency of the FFC-1 bedrock at greater depths is explained by pressure relief that created horizontal fractures, and tectonics related to the Tornquist zone. The tectonics and metamorphic history of the Fennoscandian Border Zone also indicates a high prevalence of latent fracture systems with good prospects for hydrostatic stimulation and EGS. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Sverige står i dagsläget inför en brådskande energiomställning. Fossila bränsle skall fasas ut till 2045, landets kärnkraftsproduktion reduceras stadigt och samtidigt ökar energibehovet i takt med landets elektrifiering. Sverige har dock potential att miljövänligt och självständigt täcka upp för dessa avkall. Tilläget till vind- och solenergi heter Enhanced Geothermal Systems (EGS). EGS-tekniken möjliggör nämligen värme- och el-utvinning i kall tjock berggrund såsom Sveriges. Nyckeln till framgång ligger i djupa borrningar och artificiellt skapade spricksystem. Tekniken förutsätter dock en god förståelse för bergets egenskaper på djup ner till 6-7 kilometer.

Denna studie syftar till att presentera de geologiska förhållande man förväntas... (More)
Sverige står i dagsläget inför en brådskande energiomställning. Fossila bränsle skall fasas ut till 2045, landets kärnkraftsproduktion reduceras stadigt och samtidigt ökar energibehovet i takt med landets elektrifiering. Sverige har dock potential att miljövänligt och självständigt täcka upp för dessa avkall. Tilläget till vind- och solenergi heter Enhanced Geothermal Systems (EGS). EGS-tekniken möjliggör nämligen värme- och el-utvinning i kall tjock berggrund såsom Sveriges. Nyckeln till framgång ligger i djupa borrningar och artificiellt skapade spricksystem. Tekniken förutsätter dock en god förståelse för bergets egenskaper på djup ner till 6-7 kilometer.

Denna studie syftar till att presentera de geologiska förhållande man förväntas möta på större djup i Malmös berggrund. Till grund ligger data från E.ON:s 3133 meter djupa borrhål FFC-1 i Malmös norra hamn. Dessa resultat har använts i en jämförande studie på borrkärnor och bergsblock från Dalby stenbrott på Romeleåsen. I tillägg har även data från det 3700m djupa borrhålet DGE-1 utanför Lund, samt information från regionala geologiska kartor från Sveriges geologiska undersökning använts. Studien har fokuserats kring bergarter, dess fördelning, kemiska sammansättning, termala egenskaper samt berggrundens uppsprickning. Den mineralogiska och kemisk sammansättning, liksom sprickor och sprickfyllnader har bestämts genom optisk mikroskopering och SEM-EDS. Information om geofysiska egenskaper har erhållits genom analys av Spectral gamma ray-, density-, Sonic- och Caliper loggar. Bergarterna har vidare analyserats med hänseende på värmeledningsförmåga, densitet och kemi.

Studien har visat att berggrunden i sydvästra Skåne utgörs av samma bergarter; gnejs och amfibolit. Undantaget är diabas som troligen är knuten till Tornquistzonen eftersom den inte återfinns i Malmö. Jämfört med centrala delar av Sveriges urberg är den geotermala gradienten är relativt hög i både Lund och Malmö. Gnejsens i Malmö uppvisar dessutom en relativt hög värmeledande förmåga till följd av dess höga kvartshalt.

Inom EGS-tekniken öppnas redan befintliga spricksystem i berggrunden upp genom hydrostatiskt tryck. På detta sätt kan mer vatten cirkulera och värmas upp i systemet. Berggrund som ansluter till sprickzoner, likt Tornquistzonen, av därför av stort intresse för EGS.

Trots att Malmö inte ansluter direkt till Tornquistzonen så uppvisar berggrundens översta delar en hög sprickfrekvens. Samma typ av spricker och sprickfyllnader återfinns i både Dalby och Malmö. Den relativt höga sprickfrekvensen indikerar goda förutsättningar att återfinna spricksystem även på större djup. Detta styrks vidare av regional tektonik av den tryckavlastning som uppstått till följd av inlandsisens tillbakagång. Studiens sammanställda resultat indikerar goda förutsättningar för EGS i sydvästra Skåne. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Kervall, Hanna LU
supervisor
organization
course
GEOR02 20211
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
EGS, deep drilling, geothermal, petrology, petrophysical properties, Sveconorwegian
publication/series
Dissertations in Geology at Lund University
report number
628
language
English
id
9068662
date added to LUP
2021-11-30 15:14:21
date last changed
2021-11-30 15:14:21
@misc{9068662,
  abstract     = {{The ability to evaluate the geothermal potential at a depth of five to six kilometres in the crystalline bedrock is crucial for the EGS-technology to be utilized in the future. This work focuses primarily on presenting expected geological conditions at great depths in southwestern Scania. The study is based on information from E.ON’s deep drilling FFC-1 in Malmö and data and investigations of the crystalline bedrock at Romeleåsen and in the Dalby Quarry. The work presents qualitative and quantitative analyses from optical microscopy, SEM-EDX analysis, chemical analyses, density measurements and analyses of the thermal properties of the bedrock. Geophysical information from borehole logging has been used to assess rock type distribution in the rock mass. The survey shows that the bedrock in FFC-1 is mineralogically and chemically comparable to the bedrock on Romeleåsen. Gneiss of different colors and with varying foliation and quartz content make up approx. 80% of the rock mass. The rest is dominated by mafic rocks such as amphibolite and metabasite. Mineralogy shows that the bedrock in FFC-1 was metamorphosed under amphibolite facies conditions, which is evident in a relative higher frequency of garnet in comparison with the bedrock in Dalby. The two dominated rock types show clear differences in density (2.67 respectively 2.98 g/cm3) and thermal conductivity (3.62 respectively 2.57 W/m K), which gives very different geothermal conditions. The bedrock is similar to Romeleåsen, strongly fractured with different types of fractures, open and closed and presenting corresponding fractures fillings. The predicted elevated fracture frequency of the FFC-1 bedrock at greater depths is explained by pressure relief that created horizontal fractures, and tectonics related to the Tornquist zone. The tectonics and metamorphic history of the Fennoscandian Border Zone also indicates a high prevalence of latent fracture systems with good prospects for hydrostatic stimulation and EGS.}},
  author       = {{Kervall, Hanna}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  series       = {{Dissertations in Geology at Lund University}},
  title        = {{Feasibility of Enhanced Geothermal Systems in the Precambrian crystalline basement in SW Scania, Sweden}},
  year         = {{2021}},
}