Seismik

Bevor sich der erste Meißel dreht, erstellt DEA ein Modell vom Untergrund, um den besten Punkt für eine Bohrung festzulegen. Je genauer unser Verständnis vom Aufbau der Erdschichten, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, direkt ins Schwarze zu treffen.

Seismische Wellen bewegen sich durch die Gesteinsschichten

Als weltweit wichtigstes Verfahren hat sich dabei die Seismik durchgesetzt. Die Methode basiert auf seismischen Wellen und funktioniert ähnlich wie ein Ultraschall beim Arzt oder ein Echolot in der Seefahrt. Auch wenn man einen Stein ins Wasser wirft, entstehen Wellen, die sich kreisförmig an der Wasseroberfläche ausbreiten. Stoßen sie an ein Hindernis, zum Beispiel einen Felsen, werden sie zurückgeworfen. Ähnlich funktioniert die Reflexionsseismik: Durch künstlich angeregte Erschütterungen an oder nahe unter der Erdoberfläche werden seismische Wellen erzeugt, die sich räumlich durch die Gesteinsschichten in die Tiefe fortbewegen – je nach Gesteinsart mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Im Untergrund werden die Wellen an den Gesteinsgrenzen reflektiert. Aus den gemessenen Laufzeitunterschieden der Schallwellen gewinnen wir Erkenntnisse über den Aufbau des Untergrunds bis in Tiefen von mehreren Kilometern.

Mit Schallwellen den Boden durchleuchten; Ergebnisse werden als seismische Profile dargestellt.

Von der Schallwelle zum elektrischen Impuls

Abhängig von den Gegebenheiten des Geländes werden die Wellen entweder durch spezielle „Vibro-Trucks“ oder durch das sichere Zünden von kleinen seismischen Sprengladungen in bis zu 25 Meter tiefen Bohrlöchern ausgelöst. Die reflektierten Wellen werden an der Erdoberfläche von hochempfindlichen Sensoren, sogenannten Geophonen, registriert und in elektrische Impulse umgewandelt. Über Messkabel werden sie zu einem Messwagen gesendet und dort für die spätere Auswertung aufgezeichnet.

Vibro-Trucks in Turkmenistan

Spezialschiffe für Seismik im Wasser

Offshore funktioniert die Seismik mit Hilfe von Spezialschiffen. Direkt hinter den Schiffen erzeugen Luftpulser („Airguns“), die mit Druckluft arbeiten, unterhalb der Wasseroberfläche die benötigten Schallwellen. Diese wandern durch das Wasser, dringen in die darunter liegenden Gesteinsschichten ein und werden von den Schichtgrenzen im Untergrund reflektiert. Aufgefangen werden die Reflexionen von Hydrophonen. Sie befinden sich in den bis zu zwölf Kilometer langen Messkabeln, die die Schiffe hinter sich herziehen.

Offshore-Seismik Prinzip

Know-how für Flachwassergebiete

DEA verfügt über eine besondere Expertise, technisch hochanspruchsvolle Seismikuntersuchungen in sogenannten Übergangszonen durchzuführen, die vom Land ins Wasser reichen. Diese Flachwassergebiete sind meistens besonders sensible Bereiche. Das Wattenmeer in Norddeutschland, das Nildelta am ägyptischen Mittelmeer oder die turkmenische Küste – in diesen ökologischen und archäologischen Schutzzonen haben wir Seismik-Kampagnen erfolgreich durchgeführt. Das ist nicht zuletzt auch eine logistische Herausforderung. Unterschiedliche Seismik-Teams müssen mit Geophonen und Hydrophonen gleichzeitig arbeiten, Vibrationen und Druckluft erzeugen sowie unterseeische Kabel verlegen, die viele Kilometer lang sind. Auch die Datenverarbeitung ist hochkompliziert: Fachleute stehen vor der Aufgabe, die offshore und onshore aufgezeichneten Signale in einem einzigen Datensatz zu prozessieren.

Die Natur hat immer Priorität

Ob an Land, im Flachwasserbereich oder Offshore – bei sämtlichen Untersuchungen nehmen wir in Abstimmung mit den zuständigen Behörden auf spezielle Belange des Natur- und Umweltschutzes Rücksicht, etwa bei der Zeit- und Ablaufplanung einer Seismik-Kampagne. Wenn sich zum Beispiel von Januar bis Juni die Wasserschildkröten vor Trinidad und Tobago paaren, sind Seismikuntersuchungen ausgeschlossen. Um Beeinträchtigungen für Mensch und Natur zu begrenzen, bereiten wir die Seismik-Arbeiten sorgfältig vor und berücksichtigen bei der Auswahl der Schallquellen die örtliche Beschaffenheit des Geländes. Die eingesetzten Fahrzeuge rüsten wir so aus, dass Flur- und Wegeschäden so gering wie möglich gehalten werden. Seismikuntersuchungen verändern nichts an der Umgebung, alle Geräte und Kabel werden wieder eingeholt.

2D-Seismik bietet Schnittbild der Erdschichten

Nutzen wir die herkömmliche 2D-Seismik, werden die seismischen Signalquellen und die Geo- oder Hydrophone entlang einer Linie angeordnet. Die Auswertung liefert ein zweidimensionales vertikales Schnittbild der Erdschichten nur unterhalb dieser Linie. Dieses Bild kann oftmals nicht alle geologischen Aspekte erfassen, die für uns von Interesse sind. Die räumliche Geometrie der Schichtgrenzen wird nur ungenau bestimmt.

3D-Seismik: Endergebnis einer Messung und Grundlage für die Interpretation

3D-Seismik ermöglicht Gesteinsschichten lückenlos zu erforschen 

Wesentlich aussagefähigere Ergebnisse ermöglicht die 3D-Seismik, bei der die Experten mehrere Linien von Schallquellen und Geophonen auf einer Fläche rasterförmig anordnen. Aus verschiedenen Richtungen werden diese Messpunkte vielfach überdeckt. Auf diese Weise lässt sich ein dreidimensionales Bild des Untergrunds erstellen. Die Informationsdichte ist bei diesem Verfahren so hoch, dass sich die Sicherheit der Vorhersage gegenüber der 2D-Seismik vervielfacht. Mit der 3D-Seismik ist es möglich, von der Erdoberfläche aus die Lage der Gesteinsschichten großräumig und lückenlos zu erforschen und detailliert abzubilden.

Dateninterpretation liefert Basis für zukünftige Bohrungen

Nach Abschluss der Messungen erfolgt eine aufwändige Datenverarbeitung. Nur mit Hochleistungsrechnern lassen sich die riesigen Datenmengen zeitnah verarbeiten. Wenn dann die Datensätze vorliegen, sind unsere Geophysiker und Geologen am Zug. Sie interpretieren die seismischen Daten und erstellen Profile und Karten der Schichtgrenzen im Untergrund. Diese Interpretationen liefern die Grundlage, um die Bereiche zu identifizieren, in denen eine erste Bohrung auf Erdgas oder Erdöl stoßen könnte.

Weitere Verfahren vervollständigen das Bild des Untergrundes

Qualität und Auflösung der Seismik hängen nicht zuletzt davon ab, wie gut sich die Wellen im Untergrund ausbreiten können. So bilden zum Beispiel Salzstöcke erhebliche Barrieren, die von den Schallwellen schwer zu durchdringen sind und die Ergebnisse stark beeinträchtigen. Um ein detailliertes Untergrundmodell zu erhalten, nutzen unsere Geophysiker daher zusätzlich zur Seismik weitere spezielle geophysikalische Verfahren wie Gravimetrie, Magnetik und Elektromagnetik.

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Mitarbeiter vor Vibro-Trucks
Vibro-Trucks in der Wüste