Gravimetrie, Magnetik, Elektromagnetik

DEA setzt verschiedene geophysikalische Messverfahren ein, die eine „Durchleuchtung“ der oberen Erdschichten ermöglichen. Diese Verfahren haben eines gemeinsam: Sie reagieren auf die unterschiedliche Zusammensetzung der Gesteinsschichten. Wir beschränken uns dabei nicht auf eine einzelne Methode, sondern kombinieren mehrere Verfahren. Dieses Vorgehen beseitigt Mehrdeutigkeiten und verbessert unser Untergrundmodell. Die Ergebnisse unserer Messungen bilden die Grundlage für eine erfolgreiche Suche nach Öl und Gas.

Messung des Erdschwerefeldes mit Landgravimeter

Gravimetrie: Wenn Schwerkraft zum Werkzeug wird

Die Gravimetrie war eine der ersten geophysikalischen Techniken, die man bei der Suche nach Erdöl und Erdgas einsetzte. Die Methode macht sich die Schwerkraft zunutze. Genaue Messungen des Erdschwerefelds ermöglichen es, horizontale und vertikale Unterschiede der Gesteinsdichte im Untergrund zu orten. Voraussetzung ist, dass sich die zu bestimmenden geologischen Strukturen durch deutliche Dichtekontraste auszeichnen. Das ist unter anderem in Bereichen mit Salzstöcken der Fall, wie sie zum Beispiel in der norwegischen Barentssee vorherrschen. Salz hat meist eine wesentlich geringere Dichte als das umliegende Gestein und erzeugt dadurch negative Schwereanomalien. Salzstockränder und Überhänge sind hervorragende Erdöl- oder Erdgasfallen.

Gravimeter messen oberirdisch die Gesteinsdichte im Untergrund

Die Messungen erfolgen mit Gravimetern, die über die Jahrzehnte hinweg deutlich leistungsfähiger geworden sind – moderne und handliche Geräte liefern heute innerhalb von Minuten ein Ergebnis. Gravimeter funktionieren wie eine extrem empfindliche Waage und werden an der Erdoberfläche, auf Schiffen und von Flugzeugen aus eingesetzt. Wird an der Erdoberfläche gemessen, hängt die Geschwindigkeit, mit der ein Gebiet untersucht werden kann, von den Geländeverhältnissen ab. Jeder Messpunkt muss nach seiner geographischen Position und seiner Höhe exakt eingemessen sein. Das Instrument ist jedes Mal sorgfältig zu justieren.

Ausschnitt aus einer Schwerekarte

Erhöhter Schwierigkeitsgrad: Messungen auf See und aus der Luft

Gravimetrie-Messungen auf See erfordern aufgrund der Eigenbewegungen des Schiffes eine kreiselstabilisierte Plattform, die die Bewegungen des Schiffes kompensiert. Messungen an Bord eines Flugzeugs müssen ebenfalls korrigiert werden. Seit einigen Jahren sind auch Satelliten-Missionen zur Vermessung des Erdschwerefelds im Einsatz. Die luft- und satellitengestützten Verfahren machen Gravimetriemessungen vor allem für die sensiblen Überganszonen zwischen Land und Meer sowie für abgelegene und schwer zugängliche Regionen interessant.

Magnetik: Auf der Suche nach schwachen Magnetfeldern

Bei der Magnetik handelt es sich – wie bei der Gravimetrie – um ein sogenanntes passives geophysikalisches Verfahren. Anders als bei der Seismik lösen die Experten kein Signal aus, sondern messen nur das, was ohnehin vorhanden ist: das Erdmagnetfeld.

Stellen wir Abweichungen im Erdmagnetfeld fest, die nicht auf äußeren Einflüssen beruhen, lässt dies Rückschlüsse auf unter der Erdoberfläche vorhandene magnetische Gesteine zu. Ablagerungen vulkanischen Ursprungs beispielsweise erzeugen stark positive Abweichungen. Stoßen wir auf Abweichungen in ausreichender Größenordnung, können diese ein Hinweis auf mögliche Erdöl- und Erdgasvorkommen sein. Rund um eine Lagerstätte ist das Magnetfeld schwächer, weil das Sedimentgestein, in dem Öl und Gas lagern, weniger magnetisch ist als anderes Gestein.

Untersuchungen von Magnetfeldern aus der Luft

Terrestrische, vom Boden aus durchgeführte Messungen, sind schon vor vielen Jahren von Aeromagnetikuntersuchungen verdrängt worden. Bei diesen messen speziell ausgerüstete Flugzeuge oder Hubschrauber das magnetische Feld in einem festgelegten Gebiet ohne Eingriffe in die Natur. Die Aeromagnetik erlaubt eine kontinuierliche Aufzeichnung des Magnetfelds und ist gänzlich unabhängig von Oberflächeneinflüssen. Wüste, Dschungel, Wasser – all diese Gebiete lassen sich gleichermaßen leicht und schnell untersuchen.

Das Mess- und Aufnahmegerät ist im Heck eines Flugzeugs oder in einem Hubschrauber untergebracht oder wird außerhalb des Fluggeräts an einem Kabel hängend mitgeführt. So überfliegen die Piloten dann das Messgebiet. Nach Auswertung der Ergebnisse lassen sich Karten erstellen, die Hinweise auf geologische Strukturelemente und Gesteinstypen liefern. Aeromagnetikverfahren sind also das Mittel der Wahl, wenn man zur Vorerkundung in relativ kurzer Zeit große Flächen untersuchen will.

Elektromagnetik: Durch Leitfähigkeit Sedimente charakterisieren

Mit der Elektromagnetik erkunden wir, wie sich die elektrische Leitfähigkeit im Untergrund verteilt. Die elektrische Leitfähigkeit beziehungsweise ihr Kehrwert, der elektrische Widerstand, ist ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung von Sedimenten. Natürliche Kohlenwasserstoffe wie Öl und Gas, aber auch Gashydrate sind schlecht leitend. Wo sie sich im Porenraum ansammeln, ist der Gesamtwiderstand der Formation erhöht.

Sonde zur Messung elektromagnetischer Felder

Änderungen des elektrischen Widerstands zeigen verschiedene Gesteinsschichten an

Änderungen des Widerstands ermöglichen es unseren Fachleuten also, unterirdische Schichtungen und verschiedene Gesteinsparameter zu bestimmen sowie wasserhaltige Schichten und Porenstrukturen zu erkunden. So ist es möglich, Öl- und Gasvorkommen mit relativ hoher Genauigkeit zu bestimmen.

DEA nutzt dabei auch aktive elektromagnetische Verfahren, sogenannte Controlled Source-Verfahren (CSEM). Dafür benötigen wir einen Sender von elektromagnetischen Wellen und die zugehörigen Sensoren. Wie bei der Seismik werden mit speziell entwickelten Geräten elektromagnetische Signale aktiv ausgesandt. Seismische und elektromagnetische Verfahren erreichen ähnliche Eindringtiefen und werden zunehmend komplementär eingesetzt. Während seismische Verfahren strukturelle Schichtgrenzen abbilden, liefern elektromagnetische Methoden Informationen zu den Volumeneigenschaften.