Use of groundwater temperature data in geothermal exploration: the example of Sydney Basin, Australia

Abstract

Multidimensional simulations in geothermal exploration require vast quantities of measurements, including temperature, to produce realistic estimates. In Australia, the database of temperature measurements is small, limited by sparse distribution and tainted by non-equilibrium conditions. Groundwater temperature data from the groundwater-monitoring/water-supply bore network provide a creative cost effective way to bridge the information gap. Down-hole temperature profiles are valuable when thermal equilibrium conditions are present. Equilibrium conditions are common in groundwater bores as they are installed to be long term. Effective use of groundwater temperature data for geothermal exploration requires an understanding of (1) the thermal conditions being measured, (2) the factors that affect the measurement, and (3) how the measurements can be used. Highly constrained models, rather than extrapolation maps, are the cost effective, risk-reducing solution for geothermal exploration in Australia. The Sydney Basin provides a case study of how an undervalued, ‘cold’ coal-bearing sedimentary basin became ‘hot’ through high-resolution modelling using groundwater temperature measurements. Groundwater temperature data are the new information source capable of filling the gaps left by the limited deep temperature measurements. Hydrogeological data play a critical role in geothermal exploration, as models representing a highly complex world approach reality.

Résumé

Les simulations multidimensionnelles dans l’exploration géothermique requièrent de grandes quantités de mesures dont la température pour fournir des estimations réalistes. En Australie, la base de données des mesures de température est peu importante à cause de la distribution éparse et de plus marquée par les conditions de non équilibre. Les données de température des eaux souterraines provenant du réseau de points de suivi des eaux souterraines et des forages d’alimentation en eau permettent de façon rentable de combler le manque d’information. Des profils de température en forage sont précieux lorsque les conditions d’équilibre sont présentes. Les conditions d’équilibre sont courantes dans les forages d’eaux souterraines lorsque elles sont mis en place sur le long terme. L’utilisation efficace des données de température des eaux souterraines pour l’exploration géothermique nécessite une compréhension de (1) des conditions thermales mesurées, (2) des facteurs qui affectent la mesure et (3) comment les mesures peuvent être utilisées. Des modèles fortement contraints, plutôt que des cartes d’extrapolation, sont des solutions rentables permettant de réduire les risques pour l’exploration géothermique en Australie. Le bassin de Sydney constitue un cas d’étude illustrant comment un bassin sédimentaire avec des strates carbonifères désigné comme « froid » devient un bassin « chaud » à partir de la modélisation à haute résolution des mesures de températures des eaux souterraines. Les données de température des eaux souterraines sont les nouvelles sources de données capables de combler les lacunes dues au nombre limité de mesures de température en profondeur. Les données hydrogéologiques jouent un rôle critique dans l’exploration géothermique, les modèles représentant une réalité hautement complexe.

Resumen

Las simulaciones multidimensionales en la exploración geotermal requieren vastas cantidades de mediciones, incluyendo temperatura, para producir estimaciones realistas. En Australia, la base de datos de mediciones de temperaturas es pequeña, limitada por una distribución dispersa y afectada por condiciones de no equilibrio. Los datos de temperatura del agua subterránea de la red de pozos de monitoreo de agua subterránea y de abastecimiento de agua proveen una manera creativa poco costosa para salvar la carencia de información. Los perfiles de temperatura en profundidad en los pozos son valiosos cuando las condiciones de equilibrio termal están presentes. Las condiciones de equilibrio son comunes en los pozos de agua subterránea cuando son instalados para ser utilizados a largo plazo. El uso efectivo de los datos de temperatura de agua subterránea para la exploración geotermal requiere una comprensión de (1) las condiciones termales a ser medidas, (2) los factores que afectan las mediciones, y (3) como pueden ser usadas las mediciones. Los modelos altamente restrictivos, más que la de los mapas de extrapolación de, son una solución de costo razonable y de riesgo reducido para la exploración geotermal en Australia. La Sydney Basin provee un caso de estudio de como una subvaluada cuenca sedimentaria carbonífera “fría” se convierte en “caliente” a través de un modelado de alta resolución usando mediciones de la temperatura del agua subterránea. Los datos de temperatura del agua subterránea son la nueva fuente de información capaz de completar las carencias dejadas por las limitadas mediciones en profundidad de la temperatura. Los datos hidrogeológicos juegan un papel crítico en la exploración geotermal, como modelos que representan un enfoque de la realidad universal altamente compleja.

Resumo

Simulações multidimensionais na exploração geotérmica requerem grandes quantidades de medições, incluindo a temperatura, para produzir estimativas realistas. Na Austrália, as bases de dados de valores de temperatura são escassas, limitadas por uma distribuição esparsa e inquinadas por condições de não equilíbrio. Os dados de temperatura da água subterrânea obtidos a partir das redes de captação de água de abastecimento ou de redes de monitorização de águas subterrâneas proporcionam um modo criativo de custo reduzido para colmatar esta lacuna de informação. Perfis de temperatura dentro de furos são também valiosos quando estão presentes condições de equilíbrio térmico. Como os furos de água subterrânea são instalados a longo prazo, são comuns condições de equilíbrio dentro dos mesmos. O uso efetivo da temperatura da água subterrânea para exploração geotérmica requere o entendimento (1) das condições térmicas em que são medidas, (2) dos fatores que afetam as medições, e (3) de como as medições podem ser usadas. Modelos altamente restritos, mais do que mapas extrapolados, são as soluções mais económicas e que apresentam menos riscos para a exploração geotérmica na Austrália. A Bacia de Sidney proporciona um estudo de caso sobre o modo como uma bacia sedimentar carbonífera “fria” subavaliada se tornou “quente”, através de modelação de alta resolução usando medições de temperatura de água subterrânea. Os dados de temperatura de água subterrânea são a nova fonte de informação capaz de preencher as lacunas deixadas pelas medições limitadas de dados de temperatura em profundidade. Os dados hidrogeológicos desempenham um papel fundamental na exploração geotérmica, uma vez que os modelos representam uma abordagem altamente complexa à realidade global.