EP1 - Integriertes Geophysikalisches Modell


Ziele

Geophysikalische Untersuchungen sind zur Klärung der Struktur des Thüringer Beckens und zur Entwicklung des integrativen dreidimensionalen (3D) Modells des Untergrundes notwendig. Dabei sind zunächst umfangreich vorhandene geophysikalische Daten (Seismik, Gravimetrie, Magnetik, Bohrlochmessungen) zu sichten und in ein konsistentes Modell einzubringen. Die nächsten Schritte sind gezielte ergänzende Messungen zur Klärung offener Fragen, hochauflösende seismische Untersuchungen, Deformations-Beobachtungen und interpretative numerische Modellierungen zur Massenverteilung sowie der Entwicklung und des 3D-Spannungszustan­des des Thüringer Beckens.

Zur Untersuchung der strukturellen Eigenschaften des Thüringer Beckens werden auch seismische Methoden angewandt. Diese zielen darauf, elastische Eigenschaften des Untergrunds abzubilden. In Kombination mit gravimetrischen, magnetischen und anderen Informationen liefern die seismischen Eigenschaften einen wesentlichen Beitrag zur Klassifizierung geologischer Einheiten und ihrer petrophysikalischen Eigenschaften. Die räumliche Verteilung physikalischer Parameter des Untergrunds ist auch ein wichtiger Schlüssel zum Verständnis der im Becken stattfindenden Geo-Prozesse und insbesondere auch des Fluid-Transports.

Arbeitsgebiet

Eines der zentralen Forschungsprojekte befasst sich mit der Inversion seismischer P-Wellenlaufzeiten, die während der reflexionsseismischen Messungen im Jahr 2011 gewonnen wurden. Die Akquisition fand dabei im Zentrum des Thüringer Beckens statt. Zusätzlich zur Registrierung der Signale entlang der reflexionsseismischen Linien wurden ein kleines temporäres Array zwischen den Profilen errichtet, das eine Kontrolle über Offline- (3D)-Variationen ermöglicht.

Ein weiteres Projekt zielt auf die Inversion seismischer Oberflächenwellen, die durch Interferometrie des an den Stationen des Thüringer Seismischen Netzes (TSN) gemessenen mikroseismischen Rauschens gewonnen werden können. Für diese Untersuchung wurden zur besseren Überdeckung des Thüringer Beckens auch einige Stationen benachbarter Bundesländer einbezogen.

Methodik

Die Inversion seismischer Laufzeiten beginnt mit der Aufbereitung der Messungen, um die Einsatzzeiten der eintreffenden Wellenfronten mit möglichst hoher Genauigkeit entnehmen zu können. Nach einer Qualitätskontrolle wurden diese Zeiten zunächst zur Konstruktion von 2D-Modellen entlang der reflexionsseismischen Profile und schließlich für ein 3D-Modells im zentralen Bereich verwendet. Zur Lösung des nicht-linearen Inversionsverfahrens wurde ein Levenberg-Marquard-Verfahren verwandt, das die Zielfunktion durch eine iterative Folge kleiner, lokal linearisierter Schritte minimiert.

Basis der Inversion von passiv gewonnen Oberflächenwellen ist die Berechnung empirischer Greenscher Funktionen aus dem mikroseismischen Rauschen. Der analysierte Datensatz umfasst die Registrierungen von 12 Monaten. Zunächst wurden die Daten durch Simulation eines einheitlichen Instruments homogenisiert. Dann wurden mehrere Normierungen angebracht und die Daten in 1-h-Abschnitte zerlegt und für beliebige Stationspaare miteinander korreliert. Nach der Stapelung der Korrelationen zeigt sich auf der Vertikalkomponente ein klares Bild der Rayleighwellen. Der nächste Schritt zur tomographischen Inversion dieser Daten ist eine Dispersionsanal

Ergebnisse

Die Korrelation der mittels seismischer Laufzeit-Tomographie erhaltenen Geschwindigkeitsmodelle mit bestehenden in-situ-Geschwindigkeiten aus Bohrloch-Messungen - insbesondere des im Rahmen der bohrloch-geophysikalischen Messungen (EP9) durchgeführten Akustik-Log an der INFLUINS-Bohrung - zeigt eine gute Übereinstimmung und verdeutlicht deshalb die Fähigkeit der tomographischen Methode zur wahrheitsgemäßen Abbildung der Untergrundstruktur. In Kombination mit der reflexionsseismischen Abbildung des Untergrundes im Rahmen von EP9 lässt sich aus der seismischen Tomographie die Abschätzung der oberflächennahen Stratigraphie des Thüringer Beckens vornehmen. Da zusätzlich zur Tiefe stratigraphischer Übergänge tiefen-getreue seismische Geschwindigkeiten bereit gestellt werden, lassen sich Aussagen zur Variation elastischer Parameter innerhalb geologischer Einheiten treffen. So zeigt die 2D seismische Tomographie zweifelsfrei, dass die seismischen Geschwindigkeiten der Einheiten in Oberflächennähe deutlich geringer sind als in Tiefen von einigen 100 m. Ein Abgleich der erzielten stratigraphischen Struktur mit einem strukturgeologischen Referenzmodell (beigesteuert durch  ZPK) zeigt, dass die neu gewonnenen Erkenntnisse die Tiefe des Muschelkalk im Zentrums des Beckens um 100 m zu größeren Tiefen korrigieren.

Mitarbeiter

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