Seismische Erkundung von geologischen - LIAG

Seismische Erkundung von geologischen Störungszonen
am Beispiel des Leinetalgrabens: Erste Ergebnisse
am Beispiel des Leinetalgrabens: Erste Ergebnisse
Patrick Musmann, Hermann Buness & Rüdiger Thomas
Email: [email protected]
Einleitung
Im Rahmen des Forschungsverbundes Geothermie
und Hochleistungsbohrtechnik (gebo), der vom
Niedersächsischen MWK und von der Firma Baker
Hughes gefördert wird, untersucht das LIAG
Methoden zur seismischen Erkundung von
geologischen Störungszonen. Ziel des Projektes ist die
seismische Charakterisierung von Störungszonen
hinsichtlich ihres geothermischen Potenzials.
Hierfür wurden im Jahr 2010 über der östlichen
Grabenschulter des Leinetalgrabens bei Northeim
hochauflösende,
reflexionsseismische
P‐Wellen‐
Messungen vorgenommen. Im Messgebiet stehen die
für die geothermische Nutzung im Norddeutschen
B k
Becken
i
interessanten
S d i hi h
Sandsteinschichten
d
des
Mesozoikums an der Oberfläche an. Die Fokussierung
auf ein bis zur Oberfläche reichendes Störungssystem
ermöglicht dabei eine detailliertere Charakterisierung
als ein tiefliegendes Störungssystem.
Abb. 3: Geologische Karte des Mess‐
gebietes mit Lage der CMP‐Punkte (blau)
und Verlauf bekannter Störungen (rot)
nach Reyer (2008).
Abb 2:
Abb.
2 Die
Di östliche
ö li h Randverwerfung
R d
f
d
des
Leinetalgrabens südlich Northeim unter
Auffassung des Leinetal‐Salzkörpers als
randlich überkippter Zechsteinhorst nach
Hartwig (1945).
Abb. 1: Topographische Karte von Deutschland mit Lage des
Untersuchungsgebietes im Leinetalgraben (Quelle: Wikipedia).
Akquisition
Der Leinetalgraben ist eine max. 10 km breite, N‐S
streichende Dehnungsstruktur an den südlichen
Ausläufern des Norddeutschen Beckens. Der Graben
erstreckt sich auf einer Länge von rund 60 km etwa
von Northeim im Norden bis nach Neu‐Eichenberg am
Südrand von Niedersachsen (Abb. 1).
Der Graben ist asymmetrisch aufgebaut und wird von
mehreren steil einfallenden Störungen begrenzt: Der
östliche Grabenrand (Abb. 2) weist dabei mit ca.
600 m einen deutlich größeren Versatzbetrag auf als
der westliche mit zum Teil weniger als 50 m. Zusätzlich
verlaufen quer zur Hauptrichtung weitere Störungs‐
systeme.
I Grabeninnnern
Im
G b i
stehen
h überwiegend
üb
i
d die
di Gesteine
G
i
des Keuper und des Lias an (untergeordnet auch
Muschelkalk), während die Grabenschultern aus den
triassischen Gesteinen des Muschelkalks und des
Buntsandsteins gebildet werden (Abb. 2 u. 3).
Prozessing
2 Profile: 3,2 km und 1,8 km
1 Fläche: ~0,9 km * ~1,3 km
,
,
Quelle: Kleinvibrator MHV‐4
• 20 – 160/180 Hz Sweep
(16 s, linear)
• 10 m Quellpunktabstand
• 4 Anregungen/Quellpunkt
4 Anregungen/Quellpunkt
Aktive Auslage: P‐Wellen‐
Geophone SM7 / 20 Hz
• 1,8 km Auslagenlänge
• 5 m Geophonabstand
• 360 Kanäle
Abb. 4: Technisches Equipment für die
seismischen Messungen mit Klein‐
vibratorfahrzeug
ib t f h
( b ) Geoden‐
(oben),
G d
system (mittig) und Messwagen mit
Operator (unten).
Leinetalgraben
Registratur: Geometrics
• 15 Geoden à 24 Kanäle
(+ Referenzsweep)
• Samplingintervall: 1 ms
p g
• Horchzeit: 3 s
Das Datenprozessing erfolgt mit ProMAX™.
Der Prozessingablauf
g
orientiert sich zurzeit
noch am Standard mit NMO/DMO‐Korrek‐
tur und post‐stack Migration (Tab. 1).
Das Augenmerk liegt vor allem auf der
Rekonstruktion des Frequenzgehaltes des
Quellsignals (Abb. 5) und der Bestimmung
eines genauen Geschwindigkeitsmodells
(Abb. 6). Letzteres ist aufgrund der
Komplexität des Untergrundes noch nicht
passend für eine adäquate Migration.
1.
1
2.
3.
4.
5.
6.
Abb. 6: Oberflächennahes Modell der Intervallgeschwindigkeiten von Profil 1, abgeleitet aus einer Refrak‐
tionstomographie mit (unten) und ohne (oben) interpretierte Stapelsektion. Die erste Hauptstörungszone
zeichnet sich durch eine leichte Geschwindigkeitserniedrigung bei Profilmeter 2.1 km ab. Das
Geschwindigkeitsmodell wurde benutzt, um das Stapelgeschwindigkeitsmodell oberflächennah zu
verbessern.
Geometriezuweisung
7 Geschwindigkeitsanalyse
7.
Amplituden Normierung 8. NMO/DMO‐Korrektur
Refraktionsstatik
9. CMP‐Stapelung
Spektrales Aufweißen
10. Migration (FD)
Bandpass Filter
11. Tiefenkonversion
Air Blast Attenuation
Tab. 1: Wesentliche Schritte der Datenverarbeitung. Auf ein Ausschneiden des Ober‐
flächenwellenkegels wurde bewusst verzichtet, da hier Signal zu erkennen ist.
Stapelsektionen
Abb. 8: Unmigrierte Stapelsektion von Profil 1 (links) und Profil 2 (rechts) (Bezugsniveau: 275 m ü. N.N.). Auf beiden Profilen zeichnet sich die östliche Hauptrandstörung des Leinetal‐
grabens als System von steil einfallenden Störungen ab.
ab Die Interpretation wird durch zwei Bohrungen (Sudheim 1 und 2) nahe Profil 1 ermöglicht; allerdings ist die Zuordnung der
Horizonte nur im Hangenden möglich, im Liegenden sind keine ausgeprägten Reflektoren erkennbar. Im Muschelkalk sind die Reflektoren gering bis moderat kontinuierlich und mehr
oder weniger parallel gebettet. Der darunter befindliche Buntsandstein weist ein chaotisches Reflexionsmuster auf; vermutlich als Resultat mechanischer Beanspruchung und
Zerrüttung im Zuge der Störungsbildung und durch die Intrusion von Zechsteinsalz. Die Grenze zum Zechstein wird in ca. 850 m Tiefe angenommen; während die Grenze in Profil 1
nicht erkennbar ist, kann sie auf Profil 2 erkannt werden, zusätzlich ist dort auch die interne Schichtung der Zechsteinevaporite erkennbar.
Abb. 5:
Abb
5 Exemplarische
E
l i h Schusssektion
S h
kti
mit
it Frequenzspektrum
F
kt
vor (links)
(li k ) und
d nach
h
(rechts) dem Preprozessing (Punkt 1. – 6. in Tab. 1). Das Ausbeißen der Störungszone
etwa bei Kanal 300 (CHAN) ist deutlich in den Daten erkennbar.
Ergebnisse
Erste Stapelsektionen (Abb. 8) zeigen, dass das
Hauptstörungssystem am Grabenrand erfasst wurde.
Abgebildet werden die geologischen Einheiten der
Trias (etwa ab Basis Keuper ‐ ca. 50 m unter GOK) bis
hinunter zur Basis Zechstein in rund 2 km Tiefe.
Ein Vergleich der seismischen Messungen mit den
strukturgeologischen Modellen der Region (Abb. 2)
zeigt, dass die Grabenrandverwerfung wesentlich
komplexer aufgebaut ist als bisher angenommen. Hier
zeichnet sich ein komplexes Muster von steil
einfallenden,
i f ll d
üb
überwiegend
i
d parallelen
ll l
Stö
Störungen
ab,
b
die teilweise bis ins Grundgebirge reichen.
Der hangende Block im Vorfeld der Hauptrand‐
verwerfung ist ebenfalls stark gestört. Die in der
Seismik beobachteten Antiklinalstrukturen werden als
Hinweise auf eine Inversion des Leinetalgrabens
interpretiert, die auch von anderen Autoren ange‐
nommen wird (Kallweit, 2007; Reyer, 2008).
G1 – Patrick Musmann
Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik, Stilleweg 2, D - 30655 Hannover, http://www.liag-hannover.de