Sektion 6.4: Zentrum für Wissenschaftliches Bohren

Einen Überblick über die Projekte, die im Rahmen des ICDP genehmigt worden sind, finden Sie hier: ››

Seismische Quellen für die Untertageerkundung müssen besonderen Anforderungen gerecht werden:

  • Erzeugung reproduzierbarer Signale in kurzen Zeitintervallen, um eine hohe Messpunktdichte und ein gutes Nutz/Stör-Signal Verhältnis zu realisieren
  • möglichst geringer Wartungsaufwand bei dauerhaftem Einsatz
  • handliche Abmessungen und geringes Gewicht, um den Einsatz unter beengten Bedingungen zu ermöglichen (Tunnel, Stollen, Tunnelbohrmaschine, ...)
  • hohe Signalfrequenz (bis mehrere kHz), um Auflösung im Bereich von wenigen Metern (1-2 m) zu ermöglichen.
Pneumatischer Hammer

Pneumatischer Hammer

Technische Daten zum pneumatischen Hammer:

  • Abmessungen: ca. 100 cm x 20 cm x 20 cm
  • Gewicht: ca. 47 kg
  • Maximalkraft: 149 kN

Magnetostriktiver Vibrator

Technische Daten zum magnetostriktiven Vibrator:

  • Abmessungen: 285 mm x 100 mm
  • Gewicht: 13,8 kg
  • Maximalkraft: 22 kN
  • Sweep-Frequenzen: 0-15 kHz
Regelung

Regelung

Bei der ungeregelten Sweep-Anregung kommt es zu Rückkopplungseffekten zwischen dem Vibrator und dem Medium (Resonanzen) bei bestimmten Frequenzen. Die Maximalamplitude der Anregung muss sich an den Resonanzamplituden orientieren, was außerhalb der Resonanzfrequenzen zu sehr geringen Signalamplituden führt. Wir verwenden deshalb eine elektronische Echtzeit-Regelung, die bei der Sweep-Anregung am Kopf des Vibrators das resultierende Beschleunigungssignal (Kopfsignal) misst und bei der Annäherung an eine Resonanz die Anregungsamplitude reduziert. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Amplitudenverteilung über einen großen Frequenzbereich.

Als Sweep wird ein seismisches Signal bezeichnet, bei dem über einen definierten Zeitraum ein quasi-periodisches Signal mit stetig steigender (Up-Sweep) oder fallender (Down-Sweep) Frequenz erzeugt wird.

Beispielparameter: Dauer 3 s, Frequenzen: 100 Hz bis 6000 Hz.

Ziel des Projektes COSC (Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides) ist das verbesserte Verständnis gegenwärtiger sowie abgeschlossener gebirgsbildender Prozesse, welche anhand der paläozoischen Kaledoniden in Skandinavien untersucht werden sollen. Die skandinavischen Kaledoniden sind ein gut erhaltenes Beispiel paläozoischer Plattenkollision, bei der allochtone Decken, deren Ursprung am laurentischen Kontinentalrand anzusiedeln ist, über ein autochtones Basement überschoben wurden Das COSC Projekt wird die Struktur und die physikalischen Eigenschaften dieser Einheiten, insbesondere der kaledonischen Decken („heiße“ allochtone Gesteine) und des Basements anhand von zwei bis zu 2.5 km tiefen Kernbohrungen untersuchen. Die Bohrlöcher werden nahe Åre und Mörsil im westlichen Jämtland (http://www.ssdp.se/projects/cosc/) abgeteuft.

Das von der DFG geförderte Projekt soll die bereits bestehenden seismischen Oberflächenmessungen durch zusätzliche auf Bohrlochmessungen basierende Erkenntnisse ergänzen. Hierdurch soll eine bessere Auflösung und Definition lithologischer Grenzen sowie kleinskaliger Strukturen wie z.B. steil einfallende Störungssegmente und Kluftzonen erreicht werden. Dies wird durch eine Kombination aus seismischen Transmission- und Reflektionsmessungen erreicht, für die eine 3-Komponenten-Geophonkette im Bohrloch und dazu ergänzend 3-Komponenten-Geophone an der Erdoberfläche positioniert werden. Um das Bohrloch herum werden dabei seismische Profile mit sternförmig angeordneten Quell- und Empfängerpositionen registriert. Zur Datenauswertung werden kürzlich entwickelte moderne Abbildungstechniken verwendet, wobei das Hauptaugenmerk unter anderem auf der Analyse von Anisotropieeffekten liegt.

Projektpartner:

  • TU Bergakademie Freiberg, Institut für Geophysik und Geoinformatik

Das Zentrum für Wissenschaftliches Bohren führt im Rahmen des Projektes ProSalz (-> Link) hochauflösende seismische Erkundungen untertage durch. Es soll entlang zweier Messprofile eine natürliche Kavernenstruktur im Untergrund untersucht werden. Weiterhin werden Messungen an einer kleinen in einem untertägigen Salzpfeiler angelegten künstlichen Kaverne durchgeführt, um simulierte kavernentypische Abläufe zu beobachten.

CLSI ist eine interdisziplinäre Strategie, die Bohrkernmessungen, geophysikalische Messungen im Bohrloch und seismische Daten integriert. Die Kombination von Kern-, Bohrloch - und seismischen Messungen fasst Labordaten mit in-situ Logging Informationen und Felddaten zusammen und überbrückt Skalen von der Sub-Millimeter-Skala von Kernuntersuchungen bis hin zur Dezimeter-Skala (Logging-Daten) und letztlich der Meter-zu-Kilometer-Skala von seismischen Daten. Das Projekt zielt darauf ab, die geophysikalischen Eigenschaften der Gesteine des Seve Nappe Complex und benachbarter Formationen im COSC-1-Bohrloch (Schweden) und in den nahe gelegenen Gebieten zu untersuchen und eine hochauflösende seismische Stratigraphie mit einem disziplinübergreifenden Ansatz zu entwickeln.

Kern -Log -Seismik Integration in kristallinem Gestein am Beispiel des ICDP Bohrprojektes COSC -1, Schwed

Dieses Projekt sucht nach Zukunftsprespektiven für eine Weiterentwicklung des Drilling Information Systems (DIS) hinsichtlich moderner Technologien und Systemarchitekturen. Eine Nutzerbefragung in 2016 zeigt, dass das DIS im Großen und Ganzen als ‚gut‘ bewertet wird, aber auch Defizite bezüglich Professionalität und state-of-the-art Technologie, Plattformunabhängigkeit, Kosten und Lizensierung aufweist. Daraufhin wurde 2017 eine Begutachtung durchgeführt, mit der Zielstellung, welche existierenden und künftigen technologischen Entwicklungen für ein Re-Design oder gar einen Neuaufbau eines mobilen DIS in Fragen kommen könnten. Die Entwicklungsphase zur Umsetzung wird in 2018 beginnen.

Ein Projekt, um das wissenschaftliche Verständnis geologischer CO2-Speicherung sowie die Prozesse der unterirdischen CO2-Injektion und Migration an der Pilotanlage Ketzin voranzutreiben.

Das Projekt TRIDEC konzentriert sich auf neue Ansätze und Technologien für ein intelligentes Geoinformations-Management in komplexen und kritischen Entscheidungsprozessen der Erdwissenschaften.

Das Projekt INFlUINS ist ein großes Forschungsvorhaben, das die Bewegung von Fluiden im Untergrund untersucht.

Die DOIDatenbank Metadaten-Suche (DOIDB), früher Scientific Drilling Datenbank, ist eine Instanz der DataCite Metadaten-Suche, die die Suche von Metadaten zu Projekten ermöglicht. Dieser Dienst wird am Rechenzentrum des GFZ gehostet.

Das Deutsche Forschungsborhkonsortium, Gesep, wurde gegründet, um u.a. die Expertise und die Infrastruktur des wissenschaftlichen Bohrens in Deutschland zu vernetzen.

SPWD - Bring Up Seismic Data II

Akustische Wellenstimulation zur Erhöhung des Entölungsgrades

Seismic Prediction While Drilling; Entwicklung eines Messsystems zur vorausschauenden Erkundung beim Bohren insbesondere für die Erschließung von geothermischen Reservoiren.

Im Verbund mit dem Heinrich-Herz-Institut (Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik) in Berlin sowie der TU Bergakademie Freiberg soll mit dem Projekt SPWD - BUSData (SPWD - Bring Up Seismic Data) die Machbarkeit der kabellosen, praxistauglichen und schnellen Übertragung von seismischen Daten für Geothermiebohrungen nachgewiesen werden.

Online Seismic Imaging for Tunnel Excavation; Entwicklung eines neuartiges seismisches Vorauserkundungssystem zur hochauflösenden Erkundung geologischer Strukturen um und vor Tunnelbauwerken.

Seismic Observations for UNderground Development. Weiterentwicklung eines seismischen Vorauserkundungssystems für den Tunnelbau zu einer baustellentauglichen Komplettlösung, die realistische Risikoabschätzungen vor allem in komplexen geologischen Zusammenhängen ermöglicht.

TOolbox for Applied Seismic Tomography

Tiefbohrungen nach antarktischen Sedimenten zur Klimarekonstruktion - Datenmanagement bei der 2.Expedition im Southern McMurdo Sound Project.

Ein BMBF-Projekt zu hochauflösenden seismischen Messungen an Modelldeichen zur Analyse des Durchfeuchtungsvorgangs im Deich während eines Hochwassers.

Kernbohrungen in der Arktis (ACEX) und im Südpazifik (Tahiti) - Bohrlochmessungen, Datenmanagement

Seebohrungen im Lake Baikal, Russland, zur Gewinnung von Sedimentkernen zwecks Klimarekonstruktion -Datenmanagement

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Ulrich Harms
Sektionsleitung
Dr. Ulrich Harms
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