Tomographische Feldmessungen und numerische
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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.
