Tomographische Feldmessungen und numerische

DGMK/ÖGEW-Frühjahrstagung, Fachbereich Aufsuchung und Gewinnung
Celle, 18./19. April 2013
Tomographische Feldmessungen und numerische Modellierung
seismoelektrischer Effekte zur Reservoircharakterisierung
Bernd Kröger und Andreas Kemna
Universität Bonn
Abstract
Seismoelektrik ist der Energietransfer zwischen seismischen und elektromagnetischen
Feldern an lithologischen Materialgrenzen. Steuernde Mechanismen, die zur Generierung
der transienten elektromagnetischen Systemantworten auf eine seismische Anregung im
Untergrund führen, sind die elektrokinetischen Phänomene in Form von Strömungspotential
und Elektroosmose. Die Frage nach der Entstehung der elektromagnetischen Felder in dem
gekoppelten System aus hydraulischen und elektrischen Flüssen ist dabei wesentlich von
den Gesteins- und Fluideigenschaften an der Grenzfläche sowie ihrer geologischen
Konversionsgeometrie abhängig. Aufgrund der systeminternen Kopplung der am
Konversionsprozess beteiligten physikalischen Phänomene verspricht das Verfahren der
Seismoelektrik
somit
eine
direkte
Ansprache
der
hydrogeophysikalischen
Parameterkontraste Permeabilität und Porosität, die für eine Vielzahl von geophysikalischen
Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind. Gleichwohl die potentiellen
Möglichkeiten der Seismoelektrik erkannt sind, existieren bislang nur wenige referentielle
seismoelektrische
Feldmessungen,
die
mit
entsprechenden
numerischen
Modellierungsalgorithmen korreliert werden können. Um Abhilfe zu schaffen, sind in dem
DGMK-Projekt 717 („Seismoelektrische Tomographie“) deshalb zum einen umfangreiche
seismische und seismoelektrische Messungen über einen tomographischen Ansatz im
Testgebiet Seinsfeld (Rheinland-Pfalz) durchgeführt worden. Nebendem Ausweis der
experimentellen Evidenz reproduzierbarer seismoelektrischer Effekte im Feldwurden zum
anderen die Feldmessungen mit Modellierungsergebnissen eines bereits validierten FiniteElemente-Algorithmus verglichen. Dabeiwurden zwei in Ursache und Wirkung voneinander
verschiedene
Phänomene
untersucht:
zum
einen
das
aufgrund
von
Ladungsträgerseparationen beim Durchgang seismischer Wellen im porösen Medium eines
homogenen Halbraums jeweils lokal induzierte elektrische und magnetische Feld
(koseismisches Feld); und zum anderen die elektromagnetische Signalantwort, die aufgrund
der partiellen Umwandlung von seismischer in elektromagnetische Energie an
Inhomogenitätsgrenzen generiert wird (konvertierte Welle).Das kombinierte Vorgehen von
numerischer Simulation und Feldmessung innerhalb des DGMK-Projektes 717 hat es
ermöglicht, das Verständnis über die Anatomie und Morphologie seismoelektrischer Effekte
für tomographische Messanordnungen entscheidend zu verbessern und erste Grundlagen
für die Entwicklung der Seismoelektrik in eine feldtaugliche Methode zur generellen
Reservoircharakterisierung zu schaffen.