3. Tiefengeothermie-Forum

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1 3. Tiefengeothermie-Forum Darmstadt Geologische Interpretation seismischer Daten Möglichkeiten und Grenzen Dipl.-Geol. B. Loske 1, 1 DMT GmbH & Co KG, Exploration & Geosurvey, Essen Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 1

2 Warum Seismik? Bohrkosten nehmen rund die Hälfte der Gesamtkosten für ein geothermisches Kraftwerksprojekt ein. Je nach geologischer Situation und geplanter Kraftwerksleistung sind etwa Millionen EURO an Bohrkosten zu veranschlagen. Um das Fündigkeits- und Bohrungsrisiko möglichst gering zu halten, ist eine detaillierte geologische Vorerkundung unerlässlich. Neben Bohrungsdaten und geophysikalischen Potentialverfahren (Gravimetrie, Magnetotellurik) ist die Reflexionsseismik die Methode, die Aussagen zu den Gebirgseigenschaften liefern kann Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 2

3 Was liefert Seismik? 2 km 1 km Seismische Reflektionen entstehen an Grenzschichten, bei denen eine deutliche Änderung der Geschwindigkeit und/oder Dichte stattfindet Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 3

4 Was liefert Seismik? Alle Eigenschaften des durch Geophone aufgezeichnete Reflexionssignals können zur Analyse und Interpretation herangezogen werden Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 4

5 Was unterscheidet seismische Daten von Bohrungsdaten? Bohrungen liefern hochauflösende und genaue Daten in vertikaler Richtung entlang des Bohrungsstranges, lassen sich aber nur sehr begrenzt in die horizontale Richtung übertragen. Seismik zeigt die relative Charakteristika von Gesteinen und deren Grenzschichten in alle Richtungen, jedoch ist das vertikale Auflösevermögen begrenzt Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 5

6 Welche geothermische Parameter liefern Bohrungen und Seismik? Parameter Bohrungen Seismik Temparatur lokale Messsungen indirekt über Tiefenlage und Temparaturgradienten Porosität lokale Messsungen qualitativ über seismische Attribute ohne Bohrungskalibrierung; quantitativ über seismische Attribute mit Bohrungskalibrierung Permeabiltät lokal aus Kernuntersuchungen, Fließtests modellhaft über Faziesinterpretation, Kluft- und Karstindikationen meist durch seismische Attributanalyse und -interpretation Wärmeleitfähigkeit lokal aus Kernuntersuchungen Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 6

7 Bohrung - 2D Seismik - 3D Seismik Soll neue Seismik zum Einsatz kommen oder reichen vorhandene Daten? Wann soll Seismik zum Einsatz kommen? Wie lässt sich die Aussagekraft seismischer Daten erhöhen? Wie lässt sich die Interpretation verbessern? 2D oder 3D Seismik? Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 7

8 Reichen vorhandene Daten? Die Datendichte von Bohrungen im Oberrheingraben Etwa 1288 Bohrungen 488 Bohrungen erreichten das Mesozoikum Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 8

9 Reichen vorhandene Daten? Die Datendichte von Bohrungen im Oberrheingraben 211 Bohrungen erreichten den Muschelkalk oder Buntsandstein- Aquifere 15 Bohrungen erreichten den Muschelkalk oder Buntsandstein- Aquifere tiefer als 2500m Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 9

10 Reichen vorhandene Daten? Die Datendichte von 2D seismische Linien bei Darmstadt Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 10

11 Reprocessing oder neue Seismik? Erkundungziel Ölexploration Erkundungziel Geothermie Alte Seismik Neue Seismik Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 11

12 Reprocessing oder neue Seismik? Alte Seismik hat oft ein andere Zielsetzung - nicht optimale Messparameter Fortschritte in der Messapparatur Fortschritte in der Datenbearbeitung Frage muss für den Einzelfall beantwortet werden Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 12

13 Wann soll Seismik zum Einsatz kommen? 2D Seismik nach Bohrung Zusätzliches Potential? viele Erkenntnisse!... aber weitere offene Fragen! Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 13

14 Wann soll Seismik zum Einsatz kommen? 2D Seismik nach Bohrung Erkenntnisse: Das bisherige Strukturbild muss möglicherweise revidiert werden Die strukturelle Position der Bohrung ist sicher zu interpretieren Bohrung ist möglicherweise nicht optimal platziert worden Es gibt möglicherweise weiteres Potential entlang der seismischen Linie Offene Fragen: Wie sieht die Geologie neben der seismischen Linie aus? Wo werden weitere Bohrungen optimal platziert?...? Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 14

15 Wann soll Seismik zum Einsatz kommen? 2D Seismik vor der Bohrung Zusätzliches Potential? Planung Bohrung 1 viele Erkenntnisse!... aber weitere offene Fragen! Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 15

16 Wann soll Seismik zum Einsatz kommen? 2D Seismik vor der Bohrung Erkenntnisse: Bohrungsrisiko kann wesentlich vermindert werden Es gibt weiteres Potential entlang der seismischen Linie Es besteht weiterer Erkundungsbedarf Offene Fragen: Wie sieht die Geologie neben der seismischen Linie aus? Wo weitere Bohrungen optimal platziert?...? Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 16

17 2D oder 3D Seismik für die Erkundung? Der wesentliche Unterschied Eine 2D Seismik enthält Daten entlang einer Schnittebene Bei einer 3D Seismik erhält man einen Volumenkörper Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 17

18 Interpretation von 2D und 3D Seismik Eine Kartierung aus 2D Linienseismik ist im Wesentlichen eine Interpolation von relativen Profilschnittlagen Sie enthält verstärkte Unsicherheiten bei zunehmenden Abstand zur Profilinie Sie beinhaltet Pitfalls für die Interpretation Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 18

19 Interpretation von 2D Seismik Fehlinterpretation einer 2D Seismik ein konstruiertes Beispiel 2 km 2 km 2 km 2 km Störungsinterpretation auf 2D Seismik Störungsinterpretation auf 3D Seismik Seismische 2D Linie 3D In-lines 3D Cross -lines Störungsinterpretation im Kartenbild Störungsverläufe aus scheinbarem Einfallen im Profil abgeleitet Störungsinterpretation im Kartenbild Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 19

20 2D Seismik oder 3D Seismik? Schwierigkeiten der Störungskorrelation - Beispiel aus dem Oberrheingraben 4 km Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 20

21 Interpolationsproblematik bei 2D Kartierungen Störungsverläufe Seismische Linien Störungslinien werden häufig unabhängig von Horizonten kartiert - Störungslinien als gerade Linien - ohne Tiefenwerte zum Kartieren eines Horizont benutzt Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 21

22 Interpolationsproblematik bei 2D Kartierungen Störungsverläufe Legitim ist die Annahme von geraden Störungsflächen! Aber: - Störungslinien sind nur gerade Linien bei konstantem Einfallen von Störungsfläche und Horizont - ansonsten sind Störungslinien gekrümmt Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 22

23 Interpolationsproblematik bei 2D Kartierungen Wie lässt sich die Interpretation verbessern? Durch 3D Modellierung Seismic Fault Interpretation Seismic Reflector Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 23

24 Interpolationsproblematik bei 2D Kartierungen Wie lässt sich die Interpretation verbessern? Erstellung von Störungsflächen Störungslinien Oberflächen Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 24

25 Interpolationsproblematik bei 2D Kartierungen Wie lässt sich die Interpretation verbessern? Erstellung von Störungsflächen Störungslinien Oberflächen Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 25

26 Interpolationsproblematik bei 2D Kartierungen Wie lässt sich die Interpretation verbessern? Erstellung von Störungsflächen Störungslinien Oberflächen Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 26

27 Interpolationsproblematik bei 2D Kartierungen Wie lässt sich die Interpretation verbessern? Oberflächenkartierung ohne 3D Modellierung Oberflächenkartierung mit 3D Modellierung Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 27

28 Mehr als Reflektorverfolgung Die seismische Attributanalyse Lexikon: Ein Attribut ist eine Eigenschaft, das eine Person oder Sache beschreibt. Seismische Attribute sind alle Informationen, die aus seismischen Daten gewonnen werden können; entweder durch direkte Messungen oder aus logischen Gründen oder aus Erfahrung Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 28

29 Seismische Attributanalyse Informationen aus seismischem Signal Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 29

30 Signalbeschreibende Attribute (eine Auswahl) Name in Deutsch Name in Englisch 2D 3D Beschreibung Anwendung Momentane Bandbreite Instantaneous Bandwidth x x Varianz der einhüllenden Amplitude Absorptions- und Änderung des seismischen Charakters bei hoher Auflösung. Störungsabrisse. Zeitliche Ableitung der momentanen Phase. Unterscheidet Korrelation seismischen Charakters über Störungen hinweg. Momentane Frequenz Instantaneous Frequency x x variable "Abstände" zwischen benachbarter Minima. Zeigt Auskeilen dünner Schichten auch mit niedriger Impedanz. KW- und Kluftzonen-Indikator (niedrige Frequenzen), Sand-Ton Unterscheidung Momentane Phase Instantaneous Phase x Attribute, die eine Grenzschicht charakterisieren Phasenwert ohne Berücksichtigung der Amplitudenstärke, zeigt schwache und starke Amplituden gleichermaßen an. Bester Indikator für laterale Kontinuität weniger für Diskontinuitäten), Diskordanzen, Sedimentstrukturen, Störungsabrisse, Beschreibung von Kontinuitäten, Diskordanzen, Störungsabrissen Scheinbare Polarität Apparent Polarity x x Polarität der momentanen Phase.Zeigt seitliche Änderungen der Polarität entlang eines Reflektors. Gleichfrequenter Anteil Iso-Frequency Component x Gleich-frequenter Anteil Beschreibung von Homogenbereichen t* Dämpfung t* Attenuation x Differenzialer Rückgang von Hochfrequenzen zu Identifizierung von Störungszonen und Fluidbewegungen. Niedrigfrequenz um einen bestimmten Punkt. Reflektionsintensität Reflection Intensity Durchschnittliche Amplitude über ein definiertes Zeitfenster. Gasvorkommen, Sequenzgrenzen, Diskordanzen, größere x x (Envelope Amplitude) Litholiogie- oder Faziesänderungen. Einhüllende Envelope x x Energie des seismischen Signals unabhängig von der Phase Unterscheidung zwischen starken und schwachen Impedanzunterschieden (scharfe, diffuse Grenzen) Beschreibung lokaler Varianz und Gleichförmigkeit des Kohärenz (Varianz) Coherency (Variance) x seischmischen Signals (Ähnlichkeitsanalyse) Klassische Methode für Störungsidentifizierung und Sedimentstrukturen (z.b. Fossile Flusssysteme) auf Zeitscheiben Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 30

31 Strukturbeschreibende Attribute (eine Auswahl) Name in Deutsch Name in Englisch 2D 3D Beschreibung Anwendung Chaos Chaos x Maß für Organisation seismischer Daten. Erkennung von Gasbewegungspfaden und Salzkörpern mit chaotischer Textur. Dip-Abweichung Dip Deviation x Unterschied zwischen Neigungstrend und momentaner Störungsbetrachtungen bei geringen Winkeln. Kanten und Neigung. feine Kurven werden sichtbar. Lokale Glätte Local Flatness x Variation des Orientierungsfeldes zum großräumigen Trend Identifizierung lokaler Anomalien Lokale Einfallsrichtung Local Structural Azimuth x x Lokaler Einfallwinkel Local Structural Dip x x Geometrische Attribute, die Lagerungsverhältnisse und Strukturen beschreiben Erkennung von Blattverschiebungen, Rotation von Störungsblöcken, Umgrenzung von Sedimentkörpern Erkennung von Blattverschiebungen, Rotation von Störungsblöcken, Umgrenzung von Sedimentkörpern Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 31

32 3D Seismik Attributanalyse Beispiel Gullfaks Ölfeld, Norwegen Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 32

33 2D Seismik Attributanalyse Beispiel Störungsposition Amplitude Momentane Bandbreite Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 33

34 3D Seismik Attributanalyse Beispiel Schollenverkippung im Mesozoikum Süddeutschlands Lokaler Einfallswinkel auf einem Horizontalschnitt Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 34

35 3D Seismik Attributanalyse Überlagerung verschiedener Attribute Iso-Frequenz 10 Hz Iso-Frequenz 20 Hz Iso-Frequenz 10 Hz + 20Hz + 30Hz Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 35

36 3D Seismik Attributanalyse Geobody Extraction Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 36

37 2D Seismik oder 3D Seismik? Für die Erdölindustrie ist die Frage längst beantwortet: Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 37

38 2D Seismik oder 3D Seismik? Aus technischer Sicht spricht alles für eine Erkundung durch 3D Seismik Aus finanzieller Sicht kann zunächst eine 2D-Seismik zur Übersichtserkundung des Potentials eines Explorationsgebietes sinnvoll sein Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 38

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! und viel Erfolg bei der geothermischen Erkundung! Tiefengeothermie-Forum Darmstadt B. Loske: Geologische Interpretation seismischer Daten Seite 39

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