Fresh groundwater far off the coast: 3D numerical simulations of groundwater flow at the New Jersey shelf

• Applicant: Professor Dr. Stefan Buske
• Subject Area: Palaeontology ; Geodesy, Photogrammetry, Remote Sensing, Geoinformatics, Cartography
• Term: from 2015 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 279624715

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Das primäre Ziel der Arbeitspakete WP1 und WP3 des Projektes war die Entwicklung und Erprobung eines fortgeschrittenen Prozessing-Schemas zur Bearbeitung reflexionsseismischer 2D Profile des New Jersey Shelfs. Der Schwerpunkt der Untersuchung richtete sich dabei im ersten Schritt auf eine möglichst genaue Lage- und Tiefenbestimmung der sedimentären Schichtgrenzen und im zweiten Schritt auf die Ableitung der räumlichen Verteilung der Porosität in diesem Modell. Beides stellt eine wichtige Voraussetzung für die Erstellung eines hydrogeologischen Modells und die im Anschluss geplanten numerischen Simulationen zur Untersuchung der Grundwasserströmung innerhalb des Shelfs dar. Im Zuge dieser Arbeit wurde der Fokus auf das Profil Oc270 Linie 529 gelegt. Dabei wurden die Daten zunächst mittels konventioneller Verfahren aufbereitet und im Zeitbereich migriert. Im Anschluss wurde durch den iterativen Einsatz von Kirchhoff Prestack Tiefenmigration und Reflexionstomographie ein geologisch plausibles Intervallgeschwindigkeitsmodell und eine hochauflösende Tiefensektion entlang der Profillinie erstellt. Diese Verfahrensweise ist methodisch aufwendiger als die bisherige auf diesem Profil durchgeführte konventionelle Tiefenstreckung der zeitmigrierten Sektion, liefert aber eine höhere Genauigkeit hinsichtlich der Reflektortiefen, insbesondere wenn keine zusätzlichen Bohrlochdaten für die Kalibrierung abgebildeter Horizonte zur Verfügung stehen. Um die Genauigkeit der auf diesem Weg erzeugten Tiefensektion zu überprüfen, wurden die Tiefen ausgewählter Horizonte anschließend mit aus Bohrlochmessungen und Bohrkernen bestimmten Tiefen verglichen. Dabei konnte eine Genauigkeit von ±10 m bei 23 von 25 Reflektoren bzw. ±5 m bei 18 von 25 Reflektoren festgestellt werden. Das hier entwickelte Prozessing-Schema wurden anschließend auf 18 weitere Profile aus dem gleichen Gebiet angewandt, um ein quasi-3D Modell für die spätere Modellierung und Simulation an der RWTH Aachen zu erstellen. Die Ergänzung der Prestack Tiefenmigrationsergebnisse mit der räumlichen Verteilung der Porositäten innerhalb der einzelnen Schichten gelang mit Hilfe einer Inversion der akustischen Impedanz kombiniert mit einem probabilistischen Ansatz. In Summe stellt die hier entwickelte Vorgehensweise ein sehr adäquates Verfahren da, um im Fall mariner Daten hochauflösende strukturelle Informationen über die Lage und Tiefe der sedimentären Schichtgrenzen mit petrophysikalischen Parametern (hier der Porosität) innerhalb der zugehörigen Schichten zu verknüpfen. Dies konnte an dem gewählten Datensatz aus dem Untersuchungsgebiet des New Jersey Shelfs eindrucksvoll gezeigt werden.

Publications

• Seismic depth imaging of sequence boundaries beneath the New Jersey shelf. Marine Geophysical Research, 2018
  Riedel, M., Reiche, S., Aßhoff, K., Buske, S.
  
• The fate of submarine fresh groundwater reservoirs at the New Jersey shelf. Hydrogeology Journal, 2019
  Thomas, A., Reiche, S., Riedel, M., Clauser, C.