Kern-Log-Seismik Integration in kristallinem Gestein am Beispiele des ICDP Bohrprojektes COSC-1, Schweden
Physik des Erdkörpers
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand des ICDP-Schwerpunktprogramms "Collisional Orogeny of the Scandinavian Caledonides (COSC)" ist die Untersuchung der seismischen Eigenschaften des Seve Nappe Complex anhand der 2,5 km tiefen Bohrung COSC-1 (Schweden). Unser Projekt hatte zwei Hauptziele. Das erste geologische und geophysikalische Ziel war die Erstellung einer hochauflösenden seismischen Stratigraphie unter Anwendung von Core-Log-Seismic-Integration (CLSI) in einer metamorphen Umgebung. Hierbei ging es darum, das Verständnis der tektonischen und strukturgeologischen Prozesse zu verbessern, die zur Bildung des Seve Nappe Complexes führten. Das zweite methodische Ziel bestand darin herauszufinden, in wie weit die CLSI-Methode auf metamorphe Gesteine angewendet werden kann, obwohl sie hauptsächlich für Kohlenwasserstoffreservoire in lithifizierten Sedimentgesteinen entwickelt wurde. Unsere Studie kombinierte Informationen vom nahezu vollständig erteuften Bohrkern, Bohrlochmessungen und Zero-Offset-VSPs mit 2- und 3-dimensionalen reflexionsseismischen Messungen. Zunächst analysierten wir die seismischen Geschwindigkeiten, die mit Hilfe von Multisensor-Core logger und Laboranalysen an ausgewählten Kernproben gewonnen wurden. Die Ergebnisse wurden mit In-situ-Geschwindigkeiten aus Sonic Logs und vertikalen seismischen Profilen (VSPs) verglichen. Hierbei stellte sich heraus, dass durch Druckentlastung erzeugte Mikrorisse an Mineralgrenzflächen die seismischen Geschwindigkeiten signifikant aber variabel reduzieren. Dies führt dazu, dass eine direkte Korrelation der in situ-Eigenschaften mit den Bohrkernmessungen für die meisten Lithologien nicht möglich ist. Eine Ausnahme stellen hierbei dichte, mafische Gesteine dar, die durch die Druckentlastung anscheinend weniger betroffen sind. Insbesondere die Analyse der seismischen Anisotropie in Kombination mit der mineralogischen Zusammensetzung und der mikrostrukturellen Analyse stellte sich im Weiteren als nützliches Werkzeug heraus, um lithologische Einheiten anhand ihrer strukturellen Eigenschaften zu unterscheiden. Die Berücksichtigung der im Projekt durchgeführten Geschwindigkeits- und Anisotropie-Messungen in der im letzten Projektabschnitt durchgeführten seismischen Datenverarbeitung der 3D-Seismik führte zu einem verbesserten Abbild des Untergrundes gekennzeichnet durch eine bessere Amplitudendynamik und eine bessere Kohärenz der Reflektoren. Dieses Abbild wurde dann für eine erneute seismische Interpretation des Untersuchungsgebietes genutzt. In einem weiteren Arbeitsschritt haben wir Informationen aus zwei Sätzen von Wireline-Logs verwendet und diese mit den 2D und 3D seismischen Daten, einem multi-azimutalen Walkaway-VSP und einem hochauflösenden Zero-Offset-VSP verknüpft und durch Log-Seismic-Integration kombiniert. Aus den Dichte- und Geschwindigkeitsmessungen wurden dazu synthetische Seismogramme generiert und diese mit Zero-Offset-seismischen Spuren und seismischen Spuren verglichen, die aus den prozessierten Oberflächen-3D-seismischen Daten am Ort des Bohrlochs extrahiert wurden. Dies zeigte, dass die prominentesten Reflexionen durch Amphibolit-Zonen hervorgerufen werden. Dies bedeutet, dass durch CLSI durchaus lithologische Rückschlüsse aus der Seismik gezogen werden können. Eine detaillierte Extrapolation der im Bohrloch gemessenen akustischen Eigenschaften war aber im Gegensatz zu den Anwendungen, die von der Öl- und Gasindustrie in Sedimentbecken durchgeführt werden, nicht möglich. Dies können wir in erster Linie auf die weitaus schlechtere seismische Datenqualität an Land zurückführen, die durch schwierige Geländeverhältnisse, aber auch durch die weitaus größeren seismischen Geschwindigkeitsunterschiede zustande kommt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2019). Challenges of Core-Log-Seismic Integration in metamorphic environments: A case study for the ICDP drilling project COSC-1, Sweden. Peru. Geophysical Research Abstracts Vol. 21, EGU2019-1306, EGU General Assembly 2019
Kästner, F., Pierdominici, S., Elger, J., Berndt, C., and Kück, J.
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(2020). Correlation of core and downhole seismic velocities in high-pressure metamorphic rocks: A case study for the COSC-1 borehole, Sweden, EGU General Assembly 2020, 4–8 May 2020, EGU2020-13955, 2020 (online)
Kästner, F., Pierdominici, S., Elger, J., Berndt, C., Zappone, A., Kück, J., and Schleicher, A.M.
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(2020). Correlation of core and downhole seismic velocities in high-pressure metamorphic rocks: A case study for the COSC-1 borehole, Sweden. Solid Earth, 11(2), 607-626
Kästner, F., Pierdominici, S., Elger, J., Zappone, A., Kück, J., Berndt C.
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(2021). Core-log-seismic integration in metamorphic rocks and its implication for the regional geology: A case study for the ICDP drilling project COSC-1, Sweden. G-Cubed
Elger, J., Berndt, C., Kästner, F., Pierdominici, S., Kück, J., Almqvist, B.S.G., Juhlin, C., Lorenz, H.
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(2021). Core-log-seismic integration in metamorphic rocks at the ICDP drilling project COSC-1, Sweden. Geophysical Research Abstracts, EGU2021-2321, EGU General Assembly 2021
Elger J., Berndt C., Kästner F., Pierdominici S., Kück J., Almqvist B.S.G., Juhlin C., Lorenz H.
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(2021). Seismic anisotropy of metamorphic rocks from the COSC-1 borehole, Sweden: the effects of microstructure and mineral composition. Journal of Geophysical Research-Solid Earth, 126, e2020JB021154
Kästner, F., Pierdominici, S., Zappone, A., Morales, L.F.G., Schleicher, A.M., Wilke, F.D.H., Berndt, C.
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(2021). Seismic anisotropy on metamorphic rocks from the COSC-1 borehole, Sweden: A crossscale investigation from thin section analysis to seismic scales. Geophysical Research Abstracts, EGU2021-12483, EGU General Assembly 2021 (online)
Kästner F., Pierdominici S., Zappone A., Morales L.F.G., Schleicher A.M., Wilke F.D.H, Berndt C.
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Core-log-seismic data integration at the COSC-1 borehole 2 in the Central Scandinavian Caledonides. Phd thesis, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel, 2021
Kästner F.
