Verbundprojekt Seismik im Kristallin: 3D

Förderprogramm des BMU zu Forschung und Entwicklung im Bereich Geothermie
Verbundprojekt Seismik im Kristallin: 3D-seismische Messungen im Kristallin unter
besonderer Berücksichtigung lithologischer und struktureller Klassifizierungen des
geothermischen Reservoirs durch seismische Attributanalysen
Förderkennzeichen1:
0325363A;0325363B; 0325363C
Geförderte Projektpartner:
Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG); Technische Universität Bergakademie Freiberg - Fakultät für
Geowissenschaften, Geotechnik und Bergbau - Institut für Geophysik und Geoinformatik; Universität Hamburg - Fakultät
für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften - Department Geowissenschaften - Institut für Geophysik
Zuwendungssumme2:
6.543.844 €
Laufzeit:
01.
09.2011
bis 31.03.2014
Für den Inhalt der Projektbeschreibung ist der Zuwendungsempfänger verantwortlich
Hiermit bestätige ich, dass die im folgenden dargestellte Projektbeschreibung ausschließlich lizenz- und kostenfreie Bilder,
Grafiken und Fotos enthält.
1 Bei Verbundvorhaben die Förderkennzeichen aller geförderten Teilprojekte.
aller Teilprojekte.
2
Bei Verbundvorhaben die gesamte Zuwendungssumme inklusive
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Seismik im Kristallin
Das eigentliche Anwendungsfeld der seismischen Erkundung ist die Suche nach Öl
und Gas, die heute in immer größerer Tiefe in Sedimentbecken durchgeführt wird.
Der tiefe Untergrund wird jedoch in zunehmendem Maße auch für die geothermische
Energiegewinnung genutzt. Beispiele in Deutschland sind hierfür hydrothermale
Projekte in der süddeutschen Molasse und im Oberrheingraben. Diese Projekte
beziehen ihre Energie vornehmlich aus sedimentären Grundwasserleitern dieser
Beckenregionen. Obwohl die geothermale Erkundung andere Fragestellungen hat,
als die Suche nach Öl und Gas, sind die Anforderungen an die seismische
Exploration in beiden Fällen ähnlich.
Aktuell besteht die Fragestellung, die Nutzung tiefliegender geothermaler Reservoire
in Deutschland verstärkt auch auf andere Gebiete als die Sedimentbeckenregionen
auszudehnen. Zu diesen Gebieten zählen die deutschen Mittelgebirge. Hier stehen
kristalline Gesteine entweder an der Oberfläche an oder werden nahe der Oberfläche
erwartet. Kristalline Gesteine sind durch metamorphe Prozesse umgewandelte
Gesteine, das heißt durch hohe Druck- und Temperatureinwirkung kristallisiert. Durch
tektonische Vorgänge befinden sich die Ausgangsgesteine nicht mehr in ihrer
ursprünglichen Lage. Zu den kristallinen Gesteinen gehören ebenfalls
Tiefengesteine, wie zum Beispiel granitische Intrusionen, die als Magma entlang von
Störungszonen aufsteigen. Durch diese geologischen Prozesse kommt es zu einer
lokalen Differenzierung der einzelnen Gesteinskomponenten, welche sich in
Variationen des seismischen Geschwindigkeitsfeldes bemerkbar macht.
Die Inhomogenität und Heterogenität der petrophysikalischen Parameter stellen eine
besondere Herausforderung für die seismische Erkundung dar, da sie wesentlich die
gleichmäßige Ausbreitung des seismischen Wellenfeldes beeinflussen. Obwohl keine
Standardanwendung, so sind seismische Messungen in kristallinen Gesteinen bei
unterschiedlichen Projekten weltweit durchgeführt worden. Zunächst standen
grundlagenorientierte Fragestellungen im Vordergrund, wie zum Beispiel das
Verständnis gebirgsbildender und plattentektonischer Vorgänge. In diesem
Zusammenhang wurden in Deutschland die 2D-Messungen im Rahmen des
Deutschen Kontinentalen Reflexionsseismischen Programms (DEKORP)
durchgeführt. Hierzu gehört ebenfalls die 3D-Messung an der Bohrlokation der
Kontinentalen Tiefbohrung Oberpfalz. In Japan, Amerika, Italien und anderen
Regionen wurden in den letzten Jahren seismische Messungen an Standorten
geothermaler Energiegewinnung im Kristallin durchgeführt.
Bei den Messungen zeigte sich, dass einmal eine hohe Redundanz in den Daten
eine wichtige Voraussetzung für eine gute Datenqualität darstellt. In der Seismik
bedeutet diese Redundanz die Mehrfachmessung eines Punktes im Untergrund. Dies
wird dadurch erreicht, dass eine große Zahl unterschiedlicher Quell- und
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Empfängerpaare bei der Messung ermöglicht wird. Durch die Aufsummierung
passender Messungen wird die Amplitudenabnahme durch Streuung ausgeglichen.
Einen weiteren positiven Effekt steuern die unterschiedlichen Strahlwege der
seismischen Wellen zu dem Reflexionspunkt bei: auch wenn bei einigen Strahlen die
Streuung oder die Ablenkung zu groß ist, um zu einer Reflexion beizutragen,
gelangen andere auf einem etwas anderen Weg trotzdem zu dem berechneten
Untergrundpunkt.
Dieser Effekt wird vor allem auch durch die Ausweitung der 2D- auf eine 3DMessung deutlich. Bei diesen Messungen sind bei einer Reflexion Strahlen aus
mehreren oder vielen Azimuten beteiligt, so dass lokale Inhomogenitäten bei der
Abbildung weniger störend ins Gewicht fallen. Darüber hinaus kann durch
weitergehende Verfahren der seismischen Datenbearbeitung, wie die
Reflexionstomographie, das seismische Geschwindigkeitsfeld besser erfasst werden.
Die 3D-Messung ist in kristallinen Gebieten auch deshalb erforderlich, da mindestens
auf der Größenskala des Reservoirs geologische Strukturen keinen ausgeprägten
zweidimensionalen Charakter mehr besitzen und einfache Schnitte durch den
Untergrund zu starken Verzerrungen in der seismischen Abbildung führen würden.
Aus den Erfahrungen dieser Projekte heraus wird eine großflächige, hoch- und
engüberdeckte 3D-seismische Messung durchgeführt. Für eine Messung im Kristallin
wird durch die Parameterwahl dabei eine deutliche Erhöhung der seismischen
Abbildungsqualität gegenüber vergleichbaren Untersuchungen erwartet. Die Fläche
der Messung beträgt 120 km2. Der Punkt, das heißt Spurabstand beträgt 15 m und
die Überdeckung, das heißt die Redundanz für jeden Punkt über 100. Erreicht wird
dies durch ein Messgitter in dem die Quell- und Empfängerlinien im rechten Winkel
angeordnet sind und jeweils einen Abstand von 400 m haben. Die einzelnen Quellund Empfängerlokationen haben untereinander einen Abstand von jeweils 30 m. Als
Quellen kommen drei seismische Vibratoren zum Einsatz, die als Gruppe die
notwendige Energie erzeugen, um aus einer Tiefe von 6 km Reflexionen mit
genügender Genauigkeit aufzeichnen zu können.
Das Messgebiet befindet sich in Sachsen, Westerzgebirge, mit dem Ort Schneeberg
als Zentrum. Der Untergrund besteht teilweise aus metamorphen Gesteinen, zum
Großteil jedoch aus einer granitischen Intrusion, dem Eibenstocker Granit. Das
Messgebiet befindet sich im Bereich einer ausgeprägten Störungszone.
Vorkenntnisse über die Geologie bestehen durch einen intensiv durchgeführten
Bergbau in der Region. Durch Streckenverläufe und Bohrungen sind geologische
Informationen bis in über 2000 m Tiefe erhältlich. Eine Projektgruppe beim
Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, die sich mit der
Nutzung der Tiefengeothermie in Sachsen beschäftigt, fertigte auf den bestehenden
Informationen ein detailliertes Untergrundmodell an.
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Die Ziele der seismischen Erkundung sind zunächst die Abbildung der geologischen
Strukturen. Im Zentrum des Interesses steht das Störungssystem, welches bis in eine
Tiefe von 6 km abgebildet werden soll. Weitergehende Untersuchungen befassen
sich mit dem Nachweis einer eventuellen Wasserführung der Störungen. Die
strukturelle Abbildung und petrophysikalische Analyse wird durch die Anwendung
von seismischen Attributen unterstützt. Ein weiterer Schwerpunkt gilt der
Untersuchung des seismischen Geschwindigkeitsfeldes, um eine hohe
Abbildungsqualität und Lagegenauigkeit zu erreichen.
Durch die Einbeziehung von 2D- und 3D-seismischen Messungen aus dem Raum
Wiesbaden und ein erweitertes Processing dieser Daten zum Nachweis von tiefen
steilstehenden Störungszonen im Permokarbon-Becken können die methodischen
Entwicklungen auf andere geologische Situationen übertragen werden. Im
Unterschied zu der Situation in Sachsen liegt eine andere Überdeckung (Sedimente)
vor und die Ausprägung des Grundgebirges ist verschieden. Identisch sind die
Fragestellungen hinsichtlich der Detektion von steilstehenden Störungszonen und
ihre mögliche geothermische Bedeutung.
Das Projekt gehört zu einem Verbundvorhaben, in dem zwei weitere seismische
Untersuchungen angesiedelt sind. Einmal ist dies die Anwendung neuer
Abbildungsverfahren durch das geophysikalische Institut der Universität Hamburg
und eine seismische Durchschallung durch das Institut für Geophysik und
Geoinformatik der TU Bergakademie Freiberg. Die Untersuchungen werden in
engem Kontakt mit der Projektgruppe Tiefengeothermie Sachsen des Sächsischen
Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie durchgeführt.
Das Ergebnis dieser Untersuchungen wird die Grundlage für die Entscheidung über
eine geothermalen Nutzung in dem Gebiet bilden.
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