EP0760900B1

EP0760900B1 - Verfahren zur optimalen gasgewinnung in einer grossräumigen und bergmännisch nicht oder gering aufgeklärten steinkohlenlagerstätte

Info

Publication number: EP0760900B1
Application number: EP95917908A
Authority: EP
Inventors: Wilhelm Erhardt; Joachim Loos; Uwe Kuzniak
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1997-11-26
Anticipated expiration: 2015-05-10
Also published as: UA41990C2; PL317606A1; WO1995032357A1; PL177500B1; DE59501048D1; RU2143555C1; EP0760900A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Festlegung der Ansatzpunkte von der Gasgewinnung in einer tektonisch beanspruchten Steinkohlenlagerstätte dienenden Bohrungen soll eine größere Sicherheit bei einer kostengünstigen Festlegung der Ansatzpunkte erreicht werden. Hierzu ist vorgesehen, daß die Bohrungen in unter Berücksichtigung der Tektonik bestimmten Zonen großer Gashöffigkeit und ausreichender Gaszirkulation angeordnet werden, wobei neben dem Einfallen, dem Streichen und Verwurfsmaß der Störungen die durch die tektonische Energie bewirkten Auflockerungen, Quetschungen und Pressungen sowie die dadurch beeinflußten tektonischen Massentransporte als Planungsgrundlage herangezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Festlegung der Ansatzpunkte von der Gasgewinnung in einer tektonisch beanspruchten und bergmännisch nicht oder gering aufgeklärten Steinkohlenlagerstätte dienenden Bohrungen, wobei die Bohrungen sowohl von über Tage aus als auch von einem untertägigen Grubenbau aus angesetzt werden können.
Im Zuge der Gasgewinnung ist es ein vorrangiges Ziel, die Bohrungen derart in einen zur Gasgewinnung heranzuziehenden Lagerstättenkörper zu orientieren und zu führen, daß geringe Gewinnungskosten anfallen. Insofern gilt es, die günstigsten Ansatzpunkte für die Bohrungen festzulegen und im übrigen auch Maßnahmen zur Auflockerung des Gebirgskörpers, beispielsweise durch Ablenkung der Bohrungen im Gebirgskörper oder durch Sprengungen, vorzusehen, wenn aufgrund der Tektonik keine ausreichende natürliche Auflockerung des Gebirgskörpers gegeben ist. Dabei besteht das Problem darin, die geltenden tektonischen Strukturen zu ermitteln, welche gute Voraussetzungen für eine Gasgewinnung bieten.
Der tektomechanische Prozeß hat als Ergebnis die Wirklichkeit der vorhandenen Tektonik mit Verschiebungen beziehungsweise Blättern, Abschiebungen beziehungsweise Sprüngen und Überschiebungen beziehungsweise Wechseln. Sie sind als tektonische Störungen zusammen mit dem Verhalten der Gebirgsschichten in der Geometrie der Lagerstätte als einheitliches Bild zusammengefaßt. Die Realität, das heißt die Wirklichkeit der Störungen wird begründet durch ihre Lage im Raum und somit durch Streichen, Streichlänge, Einfallen, Einfallensrichtungen, Abstände sowie deren Änderungen. Dazu kommen Verwürfe, Ver- und Überschiebungsmaße und ebenfalls deren Änderungen. Diese Wirklichkeit der Tektonik läßt sich im tektomechanischen Prozeß auf ihre Ursachen zurückführen. Als kausale Ursachen für tektomechanische Strukturen und damit für die Ermittlung der Gashöffigkeit für den Ansatz und die Steuerung von Bohrungen zur Gasgewinnung bieten sich die als Materialbilanzen definierten Auflockerungen, Quetschungen und Pressungen als Folge der Ausgestaltung tektonischer Störungen an; dazu kommen Materialtransporte im Gebirge an Störungen, innerhalb von Auffaltungen, von Quetschungen nach Auffaltungen und zwischen Auffaltungen selbst.
Materialbilanzen und Materialtransporte sind ihrerseits Folgen unterschiedlicher Zuführung von Faltungsenergie sowie unterschiedlicher Voraussetzungen für deren Reduzierung. Somit besteht ein Kausalzusammenhang zwischen Faltungs- oder tektonischer Energie und der Lagerstättengeometrie. Das erlaubt bei der Festlegung von Bohrungen zur Gasgewinnung eine Zurückführung der Wirklichkeit auf ihre Entstehung und umgekehrt. Hierdurch lassen sich auch in einer großräumigen und bergmännisch nicht oder gering aufgeklärten Steinkohlenlagerstätte die günstigsten Ansatzpunkte für die Bohrungen zur optimalen Gasgewinnung festlegen.
Es ist festzustellen, daß die Tektonik als eine wesentliche Einflußgröße für die Orientierung der Bohrlöcher in vielen Fällen nicht bekannt ist, so daß es insofern einer Projektierung der Tektonik, ausgehend von bekannten tektonischen Gegebenheiten, bedarf. Bei einer Gasgewinnung allein über Bohrungen fehlen nämlich bergmännische Aufschlüsse in Form von Grubenbauen, so daß allein die aufgrund von Tiefbohrungen und seismischen Untersuchungen gegebene Kenntnis beziehungsweise Vorstellung vom Lagerstättenkörper Ausgangspunkt der Festlegung der Ansatzpunkte von Bohrungen sind.
In einer großräumigen und bergmännisch nicht oder gering aufgeschlossenen Lagerstätte, insbesondere Steinkohlenlagerstätte, muß aus den vorhandenen Aufschlüssen die voraussichtliche Lage der tektonischen Störungen und damit die Lage der Bereiche für eine günstige Gasgewinnung ermittelt werden, damit eine Grundlage für die Planung der Ansatzpunkte der Bohrlöcher und der Auflockerungsmaßnahmen wie Durchführung von Sprengungen und dergleichen gegeben ist. Üblicherweise wird für die Planung von im untertägigen Betrieb geführten Abbaubetrieben ebenfalls eine Konstruktion der Lagerstätte als Planungsgrundlage vorgenommen, deren Grundlage das Einfallen, das Streichen und die Verwurfsmaße von Störungen sind. Die jeweils bekannten Aufschlüsse werden in der Regel dabei geometrisch so miteinander verbunden, daß ein vermeintlich zutreffendes Bild der Lagerstätte als Planungsgrundlage entsteht. Dabei erfolgt das Schließen der oft beachtlichen Lücken zwischen den Aufschlüssen ausschließlich auf geometrischer Grundlage durch die Weiterführung von Linien, welche die Lage der darzustellenden Flächen wie Flöze oder tektonische Störungen in dem räumlich angelegten Lagerstättenkörper wiedergeben sollen. Dabei wird auch vereinfachend beispielsweise bei der Projektion eines Zusammentreffens zweier Störungen das chronologische Prinzip zugrundegelegt, gemäß welchem die jüngere Störung die ältere gestört haben soll.
Wenn auf einer derartigen Konstruktionsüberlegung zur Ausbildung der Lagerstätte auch die Planung der Festlegung von Bohrlöchern für die Gasgewinnung aufbauen soll, so ist es als nachteilig anzusehen, daß der tektomechanische Prozeß nicht berücksichtigt worden ist und durch die ausschließliche Beschränkung der Projektion auf die Geometrie nur eine Scheingenauigkeit ermöglicht. So bleiben etwa nach der Entstehung von Sprüngen noch geschehene Bewegungen auf einem Wechsel unberücksichtigt, welche aber von erheblichem Einfluß auf die Orientierung der Bohrungen und gegebenenfalls zusätzlich Auflockerungsmaßnahmen des Gebirges sein können. Ferner entstehen aus der Berücksichtigung des tektomechanischen Prozesses Hinweise darauf, wo viel Gas ansteht und/oder an welchen Stellen viel Gas auf Schlechten, Klüften und Störungen fließen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem die Aussagekraft der Planungsgrundlagen verbessert und dadurch eine größere Sicherheit bei einer kostengünstigen Festlegung der Ansatzpunkte von Bohrungen erreicht ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.
Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß die Bohrungen in unter Berücksichtigung der Tektonik bestimmten Zonen großer Gashöffigkeit und ausreichender Gaszirkulation angeordnet werden, wobei neben dem Einfallen, dem Streichen und Verwurfsmaß der Störungen die durch die tektonische Energie bewirkten Auflockerungen, Quetschungen und Pressungen sowie die dadurch beeinflußten tektonischen Massentransporte als Planungsgrundlage herangezogen werden. Ebenfalls werden tektonische Energie, die Reduzierung der Energie und die Energieflußrichtung herangezogen. Mit der Erfindung ist demzufolge der Vorteil verbunden, daß die tektomechanischen Zusammenhänge beim Entstehen des der Planung einer Gasgewinnung sowohl von übertägigen als auch von untertätigen Ansatzpunkten aus unterliegenden Lagerstättenkörpers nun als Grundlage der Planung zur Festlegung der Ansatzpunkte der Bohrungen nutzbar gemacht werden, wobei präzisere Angaben über Ausgestaltung und Verhalten der Tektonik die Grundlagen der Planung verbessern. So werden die Zusammenhänge innerhalb der Großtektonik zwischen Groß- und Kleintektonik und zwischen Initial- und Folgestörungen für die Planung der Gasgewinnung nutzbar gemacht. Die Berücksichtigung der tektomechanischen Zusammenhänge erlaubt eine frühzeitigere Angabe darüber, ob beispielsweise der Verwurf einer bekannten Störung voraussichtlich gleich bleibt oder in der einen oder anderen Streichrichtung zu- oder abnimmt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich in vorteilhafter Weise Größen von Streichrichtungs- und Einfallensänderungen bei erkannten Störungen ermitteln und daraus Schlüsse für Gasinhalte, Gasgehalte und Gaszirkulationen ziehen, so daß daraus die bestmögliche Anordnung der Ansatzpunkte von der Gasgewinnung dienenden Bohrungen folgt; es ist ferner möglich, Angaben über das Aufreißen von Sprüngen in Abhängigkeit von Einfallen der Gebirgsschichten, das heißt in Abhängigkeit vom Stand der Auffaltung zu machen und auch daran die Festlegung der Ansatzpunkte für die Bohrlöcher auszurichten; ebenfalls sind präzisere Angaben über die Ausgestaltung und das Verhalten der Groß- und Kleintektonik möglich, womit die Grundlagen für die Planung der Gasgewinnung und damit die Gasgewinnung selbst deutlich verbessert sind.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in einem zu planenden Gebirgsbereich der Verlauf der Faltungsenergie ermittelt und die Planung der Bohrungen sowie der gegebenenfalls durchzuführenden zusätzlichen örtlichen Auflockerungsmaßnahmen wie zum Beispiel Sprengungen daran orientiert. Allgemein steht in einem Gebirgskörper der Faltungsenergie ein Gegendruck gegenüber, der von der Masse des Gebirges bereitgestellt wird; die Faltungsenergie überwindet diesen Gegendruck und leistet dabei Arbeit durch das Entstehen und die Ausgestaltung tektonischer Störungen, wobei aus dem erkannten Verlauf der Faltungsenergie die Ausgestaltung einer Störung als Grundlage der Planung der Ansatzpunkte von Bohrungen erkennbar ist. So hängt die Möglichkeit der Gasgewinnung im Einzelfall ganz wesentlich davon ab, ob die Faltungsenergie durch das Gebirge geleitet worden ist, ohne daß neue tektonische Strukturen entstanden oder schon bestehende Strukturen noch verändert worden sind.
So wird nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Verlauf der Faltungsenergie an Bewegungssperren und Bewegungsfreizonen bestimmt und die Gasgewinnungsmöglichkeit in den betreffenden Bereichen ermittelt. Dies beruht auf der Erkenntnis, daß die Faltungsenergie örtlich nämlich nur dann umgesetzt wird, solange ein Freiraum, wie zum Beispiel die Tagesoberfläche, für das Entstehen tektonischer Strukturen vorhanden ist; so hängt die Gasgewinnungsmöglichkeit von dem Vorhandensein von Bewegungsfreizonen ab, denen Bewegungssperrzonen gegenüberstehen. Dabei ist in Bewegungssperrzonen die Gasgewinnungsmöglichkeit generell günstiger zu beurteilen als in den Bewegungsfreizonen.
Die Bewegungsvorgänge im Gebirge als Folge der Beanspruchung durch die Faltungsenergie haben Pressungszonen, Quetschungszonen und Auflockerungszonen zur Folge. Da Pressungszonen entstehen, wenn Faltungsenergie und Gebirgsmaterial verstärkt aufeinander zugeführt werden, sind in solchen Zonen die Bewegungsmöglichkeiten an kleintektonischen Störungen im Gebirge eingeschränkt, so daß hier Bohrungen zur Gasgewinnung nur beschränkt angeordnet werden können; da Zirkulationswege fehlen, sind gegebenenfalls zusätzliche ortliche Auflockerungsmaßnahmen verstärkt erforderlich.
Quetschungszonen sind dadurch geprägt, daß Faltungsenergie und Gebirgsmaterial ineinanderstreben, so daß Gas hier im erdgeschichtlichen Zeitraum über die Störungen nicht abfließen konnte. Allerdings sind nur wenige Zirkulationswege vorhanden, so daß die Anzahl der Bohrungen vergrößert und die örtlichen zusätzlichen Auflockerungsmaßnahmen verstärkt werden, um in diesen Bereichen brauchbare Gasgewinnungsmöglichkeiten einzustellen.
Dagegen ergeben sich Auflockerungszonen bei dem Auseinanderstreben von Faltungsenergie und Gebirgsmaterial, und die damit verbundene Auflockerung bietet Freiräume für das Abfließen von Gas, wenn in der Nähe Störungen wie Sprünge als Strömungsweg vorhanden sind; solche Bereiche sind für eine Gasgewinnung auch nur sehr eingeschränkt zugänglich. Liegen demgegenüber Auflockerungen in einer größeren Entfernung von bis nach über Tage durchgehenden tektonischen Störungen, wird man nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung an diesen Stellen bevorzugt Bohrungen zur Gasgewinnung ansetzen, insbesondere solche von über Tage.
Die Existenz von Pressungs-, Quetschungs- und Auflockerungszonen bedingt dazwischenliegende Bereiche, in denen ein dadurch bedingter tektomechanischer Massentransport vorliegt. Der Massentransport hat erhebliche Auswirkungen im Hinblick auf die zu erwartende Kleintektonik und damit auf mögliche Zirkulationswege für Gas. Daher schlägt die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel vor, insbesondere Bereiche eines Massentransportes in Nähe einer Quetschung oder Pressung für die bevorzugte Festlegung von Ansatzpunkten von Bohrungen auszuwählen; dort steht Gas in der Nähe an und Zirkulationswege sind vorhanden.
Bei Verwurfsänderungen an Sprüngen entstehen Auflockerungen in Bereichen mit geringeren Verwürfen und Pressungen in Bereichen mit größeren Verwürfen. Der Ausgleich zwischen Auflockerungen und Pressungen erfolgt durch Massentransporte, auf denen das Gas zu den Sprüngen im Bereich der Auflockerungen fließen konnte. In Bereichen mit größerem Verwurf an den Sprüngen ist das Gebirge gepreßt, und das Gas konnte dort nicht abfließen. Trotzdem sind dort Zirkulationswege für das Gas im Gebirge vorhanden, so daß demzufolge nach einem Ausführungsbeispiel Gewinnungsmöglichkeiten für das Gas verbessert sind.
Im Auslaufbereich von schollenbegrenzenden Sprüngen entstehen Auflockerungen, und dort konnte das Gas zu den Sprüngen hin abfließen und abwandern, so daß erst in größerer Entfernung von einem Sprung die Voraussetzungen für eine Gasgewinnung besser werden.
Sedimentationslagerstätten, wie insbesondere eine Steinkohlenlagerstätte, sind geprägt durch eine Stockwerkstektonik, bei der zur Teufe hin Überschiebungen ansetzen, die mehr oder weniger rechtwinklig zu den Sprüngen streichen. Wenn eine wellige Lagerung mit oder ohne kleintektonische Verschiebungen und/oder Überschiebungen beziehungsweise kleintektonische Verschiebungen und/oder Verschiebungen ohne wellige Lagerung aufgeschlossen werden, wobei hangendere Bereiche ungestört sind beziehungsweise oberhalb keine Aufschlüsse zur Verfügung stehen, dann setzen zur Teufe größere Überschiebungen an. In diesem Fall entsteht im Auslaufbereich der Überschiebungen eine schichtparallele Gleitung, welche die Klüfte verschmiert und zu einem Gasstau mit viel Gas führt. In diesem Fall eignen sich derartige Bereiche nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Ansetzen von Bohrungen. Sind an gleicher Stelle Schichtgleitung und Auflockerungen zu projektieren, dann sind Gas und Zirkulationswege für das Gas vorhanden, wie im Auslaufbereich von Sprüngen und dort, wo an Sprüngen infolge von Streichrichtungsänderungen Auflockerungen vorhanden sind; auch diese Bereiche sind zum Ansetzen von Bohrungen geeignet.
Streichrichtungsänderungen von Überschiebungen haben Schneepflug- und Trichtereffekte zur Folge, wobei Schneepflugeffekte mit Auflockerungen und Trichtereffekte mit Quetschungen verbunden sind. Sind nun Schneepflugeffekte und Schichtgleitung im gleichen Bereich anzunehmen, dann sind die Gasinhalte besonders groß und Zirkulationswege für das Gas vorhanden, so daß in derartigen Bereichen die Bohrungen für die Gasgewinnung bevorzugt angesetzt werden. Dieser Bereich wird dann vergrößert, wenn in einem Abstand von weniger als 900 m an einem schollenbegrenzenden Sprung eine Quetschung oder Pressung vorhanden ist; in diesem Fall werden die Bohrungen zur Gasgewinnung parallel zur Überschiebung angeordnet, weil Scherflächen vorhanden sind, die dazu mit einem Winkel von etwa 30 gon streichen. Vergleichbares gilt, wenn Schneepflug- und Trichtereffekt ebenfalls Abstände von weniger als 900 m aufweisen.
Schichtgleitungen entstehen auch bei Änderungen des Überschiebungsmaßes an Überschiebungen sowie in Auslaufbereichen von Überschiebungen nach unten, und dort sind Auflockerungsbereiche vorhanden, welche eine bevorzugte Orientierung für Bohrungen zur Gasgewinnung begünstigen.
Die Stockwerkstektonik gilt nicht nur für das Auftreten von Überschiebungen, vielmehr gilt sie auch für die Sattelstrukturen und konvexen Umbiegungsachsen. Während in den oberen Bereichen in der Regel ungestörte Verhältnisse vorherrschen, folgen darunter im Sattelbereich und konvexen Umbiegungsachsen Überschiebungen, darunter Verschiebungen; Überschiebungen sind mit Schichtgleitungen und Verschmieren der Störungsflächen verbunden, und daher ist im Bereich der Überschiebungen, insbesondere aber darunter der Gasgehalt groß. Verschiebungen weisen in Sattelbereichen und konvexen Umbiegungsachsen auf Auflockerungen in einem Sattel hin, und dort kann das Gas zirkulieren. Aus diesen Gründen werden Bohrungen zur Gasgewinnung auf Sattelbereiche und konvexen Umbiegungsachsen zwischen Überschiebungszonen und Verschiebungszonen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konzentriert, wobei die gashöffigen Bereiche bis unmittelbar an die schollenbegrenzenden Sprünge reichen, wenn dort Quetschungen oder Pressungen vorhanden sind.
Das Gebirge ist in der Regel in bestimmten Abständen durch größere, etwa parallele Verschiebungszonen oder Verschiebungen in nebeneinander liegende Bahnen aufgeteilt. Dabei hat an den Verschiebungen ein mehr oder weniger horizontaler Massentransport stattgefunden. Der Massentransport stößt gegen die jeweiligen Nachbarschollen, wodurch dort Pressungen mit hohen Gasgehalten entstehen.
Zugleich entsteht durch den Massentransport an den Verschiebungen rückwärtig ein Sog, der an schollenbegrenzenden Sprüngen zu Auflockerungen führt. Das Gas konnte hier in erdgeschichtlichen Zeitraum abwandern, so daß der Gasgehalt in diesen Bereichen geringer ist. Ergänzend kommt hinzu, daß im Bereich der Verschiebungen der Verwurf an den Sprüngen oft Minimalwerte hat; die dadurch beim Abrutschen des Gebirges auf den Sprungflächen entstehenden Auflockerungen haben Aufscherungen im Gefolge, die als Bewegungsbahnen für Gaszirkulationen dienen können. Daher werden nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Bohrungen für die Gasgewinnung vorranging in Bereichen orientiert, in denen der Massentransport an Verschiebungen auf die Nachbarschollen auftrifft. In diesen Fällen werden die Verschiebungen selbst gemieden, weil in ihrem Bereich das Gas örtlich abgewandert ist. Ist es an Verschiebungen oder an Verschiebungszonen zu gegenläufigen Bewegungen gekommen, ist das Gebirge mylonitisiert und verschmiert, und in diesen Fällen ist der Gasgehalt sehr groß, wobei gleichzeitig aber die Zirkulationsmöglichkeiten für das Gas eingeschränkt sind. In einem solchen Falle werden die Bohrungen für die Gasgewinnung in Richtung der Verschiebungszone orientiert und das Gebirge um die Bohrungen herum örtlich aufgelockert, wie zum Beispiel durch Auflockerungssprengen, wie im Bereich von Winkelhalbierenden zwischen den Streichrichtungen von Sprüngen und Überschiebungen, Sprüngen und Verschiebungen, Überschiebungen und Verschiebungen und Schollenhalbierenden. Hierzu zählen dann auch zu ermittelnde Bereiche der großen Verschiebungen.
Liegen zwei Auflockerungszonen in einem geringeren Abstand als 600 m voneinander entfernt und sind die Auflockerungen durch das Verhalten der Sprünge ausgelöst, kommt es zwar zu gegenläufigen Bewegungen an Scherflächen, doch ist das Gas hier in dem erdgeschichtlichen Zeitraum abgeflossen; aus diesem Grunde werden Bohrungen dort nicht angeordnet.
Treffen dagegen Verschiebungen auf Überschiebungen, so sind insbesondere unterhalb der Überschiebungen in der Regel die Gasgehalte groß, wobei allerdings Zirkulationswege für das Gas nicht vorhanden sind. Aus diesem Grunde werden nach einem Ausführungsbeispiel die Erfindung die Bohrungen zur Gasgewinnung in diesen Bereichen vorrangig angeordnet.
In Auslaufbereichen von Überschiebungen und Verschiebungen kreuzen sich die Scherflächen, hervorgerufen durch Massentransporte im Gebirge. Scherflächen kreuzen sich auch, wenn Winkelhalbierende sich mit Scherflächen kreuzen, die durch das Auslaufen von Überschiebungen und Verschiebungen ausgelöst sind. Ferner kreuzen sich Aufscherungen, wenn sich größere Verschiebungen kreuzen. Liegen Auflockerungen an Sprüngen in einem größeren Abstand als 400 m bei auslaufenden Überschiebungen und in einem größeren Abstand als 1000 m bei auslaufenden Verschiebungen, sind in die Kreuzungsbereiche bevorzugt Bohrungen zur Gasgewinnung zu orientieren; örtliche Auflockerungsmaßnahmen um die Bohrungen herum werden eingeschränkt. Sind allerdings an gleicher Stelle schichtparallele Gleitungen vorhanden, werden die örtlichen Auflockerungsmaßnahmen verstärkt.
Sind Schichtgleitungen in zwei Richtungen vorhanden, wie beispielsweise im Hangenden von Sprüngen, welche zur Teufe ihr Einfallen verändern und an gleicher Stelle Überschiebungen, an denen sich das Überschiebungsmaß ändert, ist der Gasgehalt in diesen Bereichen besonders groß, wobei allerdings Zirkulationswege für das Gas weniger vorhanden sind. Somit sieht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vor, in diesen Bereichen die Bohrungen zur Gasgewinnung zu orientieren bei gleichzeitig verstärkt vorzusehenden örtlichen Auflockerungsmaßnahmen; dies gilt insbesondere für die Bereiche unter den Überschiebungen.
Schichtgleitungen in zwei Richtungen entstehen auch bei Einfallen von Mulden- und Sattellinien sowie Änderungen des Überschiebungsmaßes an Überschiebungen in einem bankrechten Abstand von den Überschiebungen von weniger als 400 m.
Die Aufteilung des Gebirges in bestimmten Abständen durch größere, etwa parallele Verschiebungszonen oder Verschiebungen in nebeneinanderliegende Bahnen gibt Hinweise auf gashöffige Bereiche und damit auf die Festlegung von günstig gelegenen Bohrungen zur Gasgewinnung in großräumigen und ausgedehnten Steinkohlenlagerstätten. Es sind dies Steinkohlenlagerstätten, bei denen bergmännische Aufschlüsse nicht vorhanden sind oder weit voneinander entfernt sind oder nur wenige Aufklärungsbohrungen und/oder Aufklärungsseismik vorhanden sind.
Verschiebungszonen oder Verschiebungen sind in Streichrichtung über größere Entfernungen nachzuweisen. Dabei sind in vielen Fällen die Verschiebungen über bestimmte Distanzen als solche nicht vorhanden, beziehungsweise als Klein- und Kleinsttektonik (Aufscherungen) ausgebildet. Stets ist damit zu rechnen, daß eine Begleittektonik vorhanden ist, wie sie dort aufgeschlossen wird, wo größere Verschiebungen aufgeschlossen werden.
Die Aufteilung des Gebirges in bestimmten Abständen durch größere, etwa parallele Verschiebungszonen oder Verschiebungen, die über größere Entfernung streichen in nebeneinanderliegende Bahnen, gibt eine großräumige Wirklichkeit mit einem Störungsraster, das - mit geringfügigen Unsicherheiten - auch in weniger bekannten Lagerstätten festgelegt werden kann. So beträgt der Abstand zwischen großen ostwestlich streichenden "Hauptververschiebungen", die auch latent angelegt sein können, 5,2 km; dazwischen befinden sich in einem Abstand von 1,1 bis 1,5 km nach Reduzierung der Faltungsenergie weitere Verschiebungszonen oder Verschiebungen.
Die Aufteilung des Gebirges in bestimmten Abständen durch größere, etwa parallele Verschiebungszonen oder Verschiebungen nimmt Einfluß auf die Faltungsenergie und den Gegendruck. Die Faltungsenergie und der Gegendruck werden von den Verschiebungen abgelenkt. Da die Faltungsenergie auf breiter Front dem Gebirge zugeführt wird, ist mit den nebeneinander liegenden Ablenkungen der Energie eine Addition der Energie und auch des Gegendruckes zu immer größer werdenden Werten verbunden. Dadurch wird die Ausgestaltung von anderen tektonischen Störungen gesetzmäßig in Abhängigkeit von den Kausalzusammenhängen beeinflußt. Dadurch haben Sprünge im Bereich der größeren Verschiebungszonen und Verschiebung in der Regel einen geringeren Verwurf oder laufen von beiden Seiten kommend im Nachbarbereich der Verschiebungen aus beziehungsweise setzen wieder an; auch ändert sich die Streichrichtung der Sprünge. Das gleiche gilt für Überschiebungen. Auf der Grundlage dieser Zusammenhänge im tektomechanischen Prozeß ist zwischen den Verschiebungszonen mit größeren Verwürfen an den Sprüngen zu rechnen. Dort wird Gebirgsmaterial verstärkt aufeinander zugeführt, so daß in solchen Zonen die Bewegungsmöglichkeiten an kleintektonischen Störungen im Gebirge eingeschränkt sind. Da Zirkulationswege fehlen, sind gegebenenfalls zusätzliche örtliche Auflockerungsmaßnahmen verstärkt erforderlich.
Im Bereich größerer Verschiebungszonen, die als solche über bestimmte Distanzen nicht vorhanden sind, befinden sich dort, wo die Sprünge auslaufen, Auflockerungen, welche Freiräume bieten für das Abfließen von Gas; solche Bereiche, die in gerader Linie oder in großräumigen Bögen hintereinander liegen, sind für eine Gasgewinnung nur sehr eingeschränkt zugänglich.
Sind Sprünge punktförmig zwischen zwei benachbarten Verschiebungszonen bekannt, läßt sich aus den Streichrichtungen der Verschiebungszonen und der Sprünge die Lage von voraussichtlichen Auflockerungen über größere Entfernungen hinweg bestimmen. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Bohrungen zur Gasgewinnung bevorzugt in der Mitte oder in einem größeren Abstand als 400 m von den Auslaufstellen der Sprünge oder Schnittstelle der Sprünge mit den Verschiebungszonen angesetzt und senkrecht zu den Verschiebungszonen abgelenkt. Ergibt sich, daß die Streichrichtung von Sprüngen an Verschiebungen aufgrund des tektomechanischen Prozesses abgelenkt ist, dann entstehen bis 600 m Abstand von den großräumigen Verschiebungen Quetschungen und Auflockerungszonen als Folge der Gebirgsbewegungen an den Sprüngen. Sind auch hier Sprünge zwischen zwei benachbarten Verschiebungszonen bekannt, läßt sich aus den Streichrichtungen der Verschiebungszonen und der Sprünge die Lage der Zonen über größere Entfernungen hinweg bestimmen.
Es wird in zweckmäßiger Weise bestimmt, ob eine dieser Zonen zusätzlich durch den Massentransport an den Verschiebungen zusammengepreßt ist und die Gasgewinnungsmöglichkeit in allen betreffenden Bereichen ermittelt. Dies beruht auf der Erkenntnis, daß in Quetschungszonen Gas im erdgeschichtlichen Zeitraum nicht abfließen konnte. Allerdings sind nur wenige Zirkulationswege vorhanden, so daß die Anzahl der Bohrungen vergrößert und die örtlichen zusätzlichen Auflockerungsmaßnahmen verstärkt werden, um in diesen Bereichen brauchbare Gasgewinnungsmöglichkeiten einzustellen.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in Auflockerungszonen, die durch den Massentransport an den Verschiebungen zusammengepreßt sind, bevorzugt Ansatzpunkte von Bohrungen ausgewählt. Durch die Pressung konnte das Gas dort nicht abfließen. Trotzdem sind Zirkulationswege für das Gas vorhanden, so daß demzufolge Gewinnungsmöglichkeiten für das Gas verbessert sind.
Im Bereich von Überschiebungen ist die Ausgestaltung von großräumigen Verschiebungen durch den tektomechanischen Prozeß behindert, trotzdem sind Aufscherungen in Streichrichtung der großräumigen Verschiebungen zu erwarten. Auch haben Sprünge im Bereich der größeren Verschiebungszonen und Verschiebungen einen geringeren Verwurf und laufen von beiden Seiten kommend aus beziehungsweise setzen wieder an. Zugleich nehmen die Verschiebungszonen Einfluß auf die Streichrichtungen von Überschiebungen; auch laufen Überschiebungen oft an Verschiebungszonen aus. Dadurch entstehen nach dem tektomechanischen Prozeß Schneepflug- und Trichtereffekte mit Aufscherungen, Auflockerungen und Quetschungen, deren Folgen für die Gasgewinnung vorstehend bereits erläutert sind. Erfindungsgemäß lassen sich die Schnittpunkte von Verschiebungszonen und Überschiebungen über größere Entfernungen hinweg bestimmen, wenn punktförmige Aufschlüsse vorliegen. Dadurch lassen sich präzisere Angaben über günstige Ansatzpunkte und günstige Ablenkungen für die Bohrungen festlegen.
Die vorstehenden Kausalzusammenhänge sind für die Gasgewinnung in großräumigen und umfangreichen Lagerstättenteilen insofern von Interesse, als auch in Bereichen, die durch Bohrungen und/oder Seismik weniger bekannt sind, Rückschlüsse auf Gasinhalte, Gasgehalte und Gaszirkulationen zu ziehen sind, so daß daraus auch dort die bestmögliche Anordnung der Ansatzpunkte von der Gasgewinnung dienenden Bohrungen folgt. Die Grundlagen für die Planung der Gasgewinnung und damit die Gasgewinnung selbst sind deutlich verbessert.
Aus der Aufteilung des Gebirges in bestimmten Abständen durch größere, etwa parallele Verschiebungszonen oder Verschiebungen, die über größere Entfernungen streichen, in nebeneinanderliegende Bahnen erfolgt die Möglichkeit einer Festlegung dieser Zonen. Der Kausalzusammenhang zwischen Faltungsenergie oder tektonischer Energie und ihre Reduzierung mit der Gashöffigkeit in Verbindung mit der Lagerstättengeometrie ergibt über größere Entfernungen Hinweise auf Auflockerungen, Zerrungen, Pressungen, Materialtransporte im Gebirge, sowie über Aufscherungen und sich kreuzende Aufscherungen, deren örtliche Folgen für die Gasgewinnung und deren technische Anordnung vorstehend erläutert wurden.
Grubengas sammelt sich oft unterhalb des Deckgebirges. Aber auch in diesem Zusammenhang nimmt die Tektonik in Abhängigkeit vom tektomechanischen Prozeß Einfluß auf die Gashöffigkeit und den Erfolg der Gasgewinnung. Da die großen Spünge sich oft im Deckgebirge bis zur Tagesoberfläche hin fortsetzen, bestehen hier Abflußmöglichkeiten für das Gas aus dem Gebirge nach über Tage. Dadurch sind Auflockerungen, Pressungen, Quetschungen und Aufscherungen im Gebirge auch für den Bereich unterhalb des Deckgebirges für die tektonische Anordnung beziehungsweise Durchführung der Gasgewinnung ebenso Grundlage wie in tieferen Bereichen.
Für die Verwirklichung der Erfindung ist es ohne Belang, ob die Bohrungen für die Gasgewinnung aus der Lagerstätte von über Tage aus oder untertägig angesetzt werden.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Planungsgrundlage durch die Berücksichtigung von in Wirklichkeit festgestellten Gasgehalten, Gasinhalten und Ausgasungsergebnissen in Form der Projektierung der Tektonik verbessert, und zwar unter Berücksichtigung der Ergebnisse mit und ohne die Durchführung von Auflockerungsmaßnahmen. Im einzelnen lassen nämlich festgestellte Gasgehalte, Gasinhalte und Gaszuflüsse und deren Unterschiede Angaben über das Verhalten der Tektonik zu, so daß auch daraus die bestmögliche Anordnung der Ansatzpunkte von der Gasgewinnung dienenden Bohrungen folgt.
Die in der vorstehenden Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Verfahren zur Festlegung der Ansatzpunkte von der Gasgewinnung in einer tektonisch beanspruchten und bergmännischen nicht oder gering aufgeklärten Steinkohlenlagerstätte dienenden Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in unter Berücksichtigung der Tektonik bestimmten Zonen großer Gashöffigkeit und ausreichender Gaszirkulation angeordnet werden, wobei neben dem Einfallen, dem Streichen und Verwurfsmaß der Störungen die durch die tektonische Energie bewirkten Auflockerungen, Quetschungen und Pressungen sowie die dadurch beeinflußten tektonischen Massentransporte als Planungsgrundlage herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Faltungsenergie an Bewegungssperren und Bewegungsfreizonen bestimmt und die Gashöffigkeit der untersuchten Lagerstättenteile ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in einem größeren Abstand von nach über Tage durchgehenden tektonischen Störungen gelegenen Auflockerungszonen angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in Bereichen eines Massentransportes in Nähe einer Quetschung oder Pressung angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in Bereichen von an Sprüngen mit größerem Verwurfsmaß liegenden Pressungen angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen im Auslaufbereich von Überschiebungen mit Schichtgleitung angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen im Bereich von an Überschiebungen mit Streichrichtungsänderung gegebenen Auflockerungen angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen im Bereich eines sich überlagernden Schneepflugeffektes mit Schichtgleitung bei Überschiebungen mit Streichrichtungsänderungen angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen bei in einem Abstand von weniger als 900 m an einem schollenbegrenzenden Sprung vorhandenen Quetschungen oder Pressungen in einem parallel zur Überschiebung gerichteten Verlauf angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen bei in einem Abstand von weniger als 900 m gelegenen Schneepflug- und Trichtereffekten im Bereich einer Überschiebung in einem parallel zur Überschiebung gerichteten Verlauf angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in Sattelbereichen mit konvexen Umbiegungsachsen und zwischen Überschiebungszonen und Verschiebungszonen angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in Bereichen angeordnet werden, in denen der tektonisch bedingte Massentransport an Verschiebungen auf eine Nachbarscholle trifft.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in Bereichen eines Aufeinandertreffens von Verschiebungen und Überschiebungen angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in Bereichen einer Kreuzung von auslaufenden Überschiebungen und auslaufenden Verschiebungen angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in Bereichen in einer in zwei Richtungen auftretenden Schichtgleitung angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in der Mitte zwischen zwei Verschiebungszonen angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in einem größeren Abstand als 400 m von den Schnittstellen der Sprünge mit den Verschiebungszonen angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in Auflockerungszonen angeordnet werden, die durch den Massentransport an Verschiebungszonen zusammengepreßt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in Auflockerungszonen von Sprüngen im Bereich von Verschiebungszonen und Wechselzonen angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen auf den Bereich unterhalb eines Deckgebirges konzentriert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Tektonik von den niedergebrachten Bohrlöchern aus zusätzliche Auflockerungsmaßnahmen durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß festgestellte Gasgehalte, Gasinhalte und Ausgasungsergebnisse mit und ohne Auflockerungsmaßnahmen in die Projektierung der Tektonik einbezogen werden.