Virtuelle Seismik wird Realität
Seismometer im Inneren der Erdkruste würden eine genauere seismologische Messung von induzierten Erdbeben und geomechanischen Veränderungen erlauben und das Verständnis über die Struktur der Kruste an sich vertiefen. Zudem wäre es damit für Forschende leichter, die Überwachung der Fluidströmungen in Aquiferen, geothermischen Vorkommen und CO2-Speicherstätten deutlich zu verbessern. Das Anwendungsspektrum im Bereich der Energiegewinnung, Abfalllagerung und Energieträgerspeicherung wäre beachtlich. Doch leider wäre die Installation solcher Seismometer in Wirklichkeit übermäßig kompliziert, undurchführbar und unbezahlbar. Im Rahmen des Projekts VirtualSeis, das vom Europäischen Forschungsrat (ERC) finanziert wurde, haben Forschende nun eine innovative Methode entwickelt, mit der überall auf der Welt virtuelle Seismik möglich ist. VirtualSeis strebte ein bahnbrechendes Verfahren an, mit dem für jede beliebige Stelle im Erduntergrund virtuelle seismische Quellen (Erdbeben oder Vibroseis) und virtuelle Seismometer erzeugt werden können. Diese virtuelle Seismik stellt die Reaktionen nach, die bei tatsächlichen induzierten Erdbeben messbar wären. „Die Bildgebungs- und Überwachungsanwendungen der virtuellen Seismik fanden bereits viel Beachtung und kommen in der Forschung und in seismologischen Instituten auf der ganzen Welt zum Einsatz“, sagt Kees Wapenaar, Professor für Geophysik an der Technischen Universität Delft und VirtualSeis-Projektkoordinator.
Virtuelle Seismik
Die Methode der virtuellen Seismik stützt sich auf seismische Reflexionsmessungen aus einer bestimmten Region. Die Forschenden konnten zu diesem Zweck entweder vorhandene seismische Reflexionsmessungen heranziehen oder ein seismisches Überwachungssystem einrichten. Die erste Möglichkeit wurde für mehrere Untersuchungsgebiete genutzt, während Letzteres in der niederländischen Provinz Groningen erfolgte, wo Probleme durch induzierte Seismizität bekannt sind. Dort installierte das Team ein seismisches Netzwerk auf der Grundlage einer Glasfasertechnologie, die als Distributed Acoustic Sensing (DAS) bezeichnet wird. Dieses DAS-System des Projekts nutzt Glasfasern, die in Polyurethan-Streifen und -Schläuche eingebettet sind, und wurde im Labor sowie in Feldversuchen in Groningen weiterentwickelt. Koordiniert wurde die Arbeit am DAS-System von Guy Drijkoningen, der leitendes Teammitglied und außerordentlicher Professor für Angewandte Geophysik an der Technischen Universität Delft ist. Das Team konnte dann eine dieser Methoden nutzen, um anhand der seismischen Reflexionsmessungen an der Oberfläche virtuelle Quellen und/oder virtuelle Empfänger im Untergrund zu erzeugen. Auf dieser Grundlage prognostizierte das Projekt die Reaktionen auf tatsächlich induzierte Erdbeben und zog dieselbe Methode anschließend heran, um den Fluidstrom im Untergrund darzustellen und zu überwachen.
Eine Innovation, die das Interesse der seismologischen Gemeinschaft findet
Die VirtualSeis-Technologie stieß auf das rege Interesse zahlreicher Universitäten, darunter die ETH Zürich, die Universität Edinburgh, die Universität Leeds, die König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie (KAUST) und die Universität Utrecht. Das Projektteam arbeitete eng mit seinen Kolleginnen und Kollegen von der Colorado School of Mines zusammen. Außerdem bekundeten mehrere Unternehmen ihr Interesse an der Technologie, wie Senai Cimatec, CGG, Quantairra Delft und Aramco. „Die Technologie hat weitreichende Auswirkungen auf gleich mehrere interdisziplinäre Forschungsprogramme mit Relevanz für die Energiewende, beispielsweise in den Bereichen angewandte Geothermie, Untergrundspeicherung und Erforschung der Auswirkungen des Tiefbaus“, merkt Wapenaar an. Dieses ERC-Projekt diente als Impulsgeber für die Akquisition von Finanzmitteln für das Programm DeepNL der Niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO), das die Untergrunddynamik infolge menschlicher Aktivitäten erforscht.
Verbreitung des wissenschaftlichen Fortschritts
Die Forschungsergebnisse aus dem Projekt VirtualSeis wurden in zahlreichen Tagungsbänden vorgestellt und in 54 Fachzeitschriften veröffentlicht, von denen 12 derzeit begutachtet werden. „Dank der Fortschritte dieses ERC-Projekts und der Unterstützung durch NWO-finanzierte Programme ist unsere Forschungsgruppe für angewandte Geophysik und Petrophysik gut aufgestellt, um künftige Herausforderungen bei interdisziplinären Forschungsprogrammen im Zusammenhang mit der Energiewende anzugehen“, sagt Wapenaar.
Schlüsselbegriffe
VirtualSeis, Seismik, Seismologie, virtuell, Überwachung, Erde, Struktur, Erdkruste, Sensorik, Erdbeben
