Synergie passiver seismischer Methoden zur Anwendung in der Geothermie (SynPaTh)

• Antragstellerin: Dr. Katrin Löer
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 298820846

Konventionelle seismische Methoden, die ein Bild vom Erdinneren erzeugen, basieren auf aktiven Quellen, welche teuer in der Anwendung und nicht in jeder Umgebung (z.B. in Städten) praktikabel sind. Die Analyse seismischen Rauschens (Noise) durch passive seismische Methoden bietet die Möglichkeit den Untergrund kontinuierlich unter geringeren Kosten und minimalen Auswirkungen auf die Umwelt zu beobachten. Das Ziel dieses Projektes ist es, eine explizite Beziehung zwischen den beiden passiven Methoden der Frequenz-Wellenfeld (fk) Analyse und der seismischen Interferometrie herzustellen, und sie gemeinsam zur Charakterisierung und Überwachung geothermischer Reservoire zu nutzen. Die fk Analyse bestimmt aus den Daten seismischer Netzwerke Backazimuth und Slowness der registrierten Wellen und erlaubt damit Rückschlüsse auf den Ursprungsort der Noise-Quellen und die lokalen seismischen Geschwindigkeiten. Zusätzlich liefert sie Informationen über Anisotropie, welche in engem Zusammenhang mit der Dichte und der Orientierung von Störungszonen im Gestein steht. Dieser Aspekt der Methode wurde erst kürzlich erstmalig angewendet und bisher nicht systematisch untersucht. Anisotropie spielt jedoch eine entscheidende Rolle bei der Charakterisierung geothermischer Reservoire: Störungszonen dienen hier als Verbindung zwischen zwei Bohrlöchern, in denen sich eingebrachte Flüssigkeiten ausbreiten und erwärmen. Nutzt man das natürliche Vorkommen solcher Verbindungen kann dies die Notwendigkeit für künstliche Risserzeugung durch Einbringen hoher Wasserdrucke (so genanntes hydraulic fracturing) verringern. Dieses Projekt überprüft inwiefern die fk Analyse geeignet ist, Anisotropie anhand von Noise-Messungen festzustellen und bestimmt die Sensibilität der Methode gegenüber Veränderungen anisotroper Parameter. Mit Hilfe von synthetischen Daten, akustischen Labordaten und seismischen Daten werde ich die Bedingungen analysieren unter denen die Methode zuverlässig funktioniert. Eine weitere, relativ neue Methode zur Interpretation von seismischem Noise ist die seismische Interferometrie. Ähnlich wie die fk Analyse basiert sie auf der Kreuzkorrelation von seismischem Noise, aufgezeichnet an unterschiedlichen Empfängern. Das Ergebnis ist die sogenannte Greensche Funktion (die Antwortfunktion des Mediums auf eine Impuls-Quelle) zwischen zwei Empfängern. In diesem Projekt werde ich die Vorzüge beider Methoden herausstellen und aufzeigen inwiefern sie sich ergänzen. Letztendlich werde ich beide Methoden kombinieren um erstmalig die Anisotropie am Internationalen Geothermiezentrum Bochum aus Noise-Daten zu bestimmen. Zwar werden passive Methoden nicht die Genauigkeit aktiver Messungen erreichen, mein Ziel ist es aber zu zeigen, dass sie ein ausreichend gutes Bild erzeugen können auf dessen Basis folgende aktive Methoden effizienter und damit kostensparender und umweltschonender angewendet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Andrew Curtis; Dr. Kasper David Fischer; Professor Dr. Jörg Renner; Dr. Nima Riahi; Professorin Dr. Christine Thomas