Seismik: Marine 2D- und 3D-Reflexionsseismik

Marine 2D-Reflexionsseismik

Zur Erkundung des Meeresbodens und der darunter liegenden geologischen Strukturen werden häufig reflexionsseismische Methoden eingesetzt. Hier macht man sich zu Nutze, dass Schallwellen an geologischen Schichtgrenzen teilweise reflektiert werden. Mit der marinen 3D Reflexionsseismik ist man in der Lage ein Querschnittsprofil der geologischen Strukturen unterhalb des Meeresbodens zu erstellen.

Die marine 2D-Reflexionsseismik ist ein akustisches Verfahren das mit Hilfe von reflektierten Schallwellen geologische Strukturen abbildet. Zur akustischen Signalanregung werden in der Regel sogenannte Luftpulser eingesetzt. Je nach der Zielstellung können verschiedene Luftpulser bzw. Luftpulserkonfigurationen zum Einsatz kommen (z.B. hochfrequente Luftpulser für hoch aufgelöste seismische Abbildungen, oder großvolumige Luftpulser für große Eindringtiefen der seismischen Signale). Die seismischen Signale werden an geologischen Schichtgrenzen teilweise wieder zurück an die Meeresoberfläche reflektiert. Zur Erfassung der reflektierten Signale werden Hydrophone benutzt. Mehrere tausend Hydrophone sind in einem bis zu 4000 Meter langem Messkabel (sog. Streamer) angeordnet, der hinter dem Forschungsschiff geschleppt wird. Diese Messkonfiguration ermöglicht es jeden Untergrundspunkt mehrfach zu erfassen. Durch die mehrfache Überdeckung kann das Signal zu Rausch Verhältnis entscheidend verbessert werden. Außerdem kann ein wichtiger gesteinsphysikalischer Parameter, die Schallausbreitungsgeschwindigkeit, bestimmt werden und einer Schicht zugeordnet werden.

Seismisches Abbild aus dem östlichen Mittelmeer (Eratoshenes Seamount und Levante Becken). Bei der Reflexionsseismik werden die registrierten Signale, die mit dem Messkabel (Streamer, grüne Box) aufgezeichnet werden benutzt, um ein strukturelles Abbild des Untergrundes zu erstellen. Um tiefere Strukturen zu erfassen, werden jedoch auch Ozeanboden-Seismometer eingesetzt. Sie registrieren Signale aus bis zu 200 km Entfernung Quelle: BGR

In der Abbildung 1 ist die Aufzeichnung der seismischen Signale skizziert anhand eines 2D-reflexionsseismischen Querschnitts aus dem Bereich des Eratosthenes Seamounts und des angrenzenden Levante Beckens im östlichen Mittelmeer. Hier konnte das Levante Sedimentbecken bis in eine Tiefe von 12 Kilometern abgebildet werden.

Abb. 2: Auszüge aus einem Datenbearbeitungs-Ablauf. (A) Einzelregistrierung: (B) Bestimmung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit; (C) Berechnung des seismischen Abbilds Quelle: BGR

Abbildung 2 skizziert Auszüge aus dem Bearbeitungsablauf der reflexionsseismischen Daten ausgehend von einer Einzelregistrierung eines Signals (A) (entlang eines Querschnitts gibt es oft mehrere tausend Signalanregungen), der Bestimmung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit (B) bis hin zur Berechnung des reflexionsseismischen Abbilds (C).

Marine 3D-Reflexionsseismik

Die marine 2D-Reflexionsseismik hat den Nachteil, dass sie immer nur einen Querschnitt der geologischen Strukturen abbildet. Die geologischen Strukturen haben jedoch immer eine seitliche Ausdehnung, die durch die 2D-Reflexionsseismik nicht erfasst wird. Um alle drei Dimensionen korrekt zu berücksichtigen, werden in Spezialfällen 3D-Reflexionsseismische Untersuchungen durchgeführt.

Die marine 3D-Reflexionsseismik unterscheidet sich zur 2D-Reflexionsseismik dadurch, dass zwei Signalquellen und 2 Messkabel parallel hinter dem Forschungsschiff geschleppt werden. Abbildung 3 zeigt schematisch eine 2D-Reflexionsseismiche Messordnung, sowie die Umsetzung dieses Schemas auf einem Forschungsschiff.

Abb.3: (A) Schematischer Messaufbau für 2D Seismik. (B) Umsetzung des Schemas auf dem Forschungsschiff Quelle: BGR

Die BGR hat seit 2010 ein mobiles marines 3D-Reflexionsseismik System entwickelt, das auf verschiedenen Forschungsschiffen zum Einsatz kommen kann.

Abb.4: (A) Schematischer Messaufbau für 3D Seismik. (B) Umsetzung des Schemas auf dem Forschungsschiff Quelle: BGR

Abbildung 4 zeigt die schematische 3D Reflexionsseismische Anordnung sowie die Ausführung der 3D-Reflexionsseismik auf einem Forschungsschiff. Die Anforderungen an eine 3D-Reflexionsseismische Untersuchung unterscheiden sich jedoch deutlich von denen der 2D-Reflexionsseismik. Die Vermessung eines 100 km² großen Areals nimmt ca. 3 Wochen in Anspruch. Daher werden in der Regel mit der 3D-Reflexionsseismik Detailuntersuchungen vorgenommen, nachdem man mit der 2D-Reflexionsseismik eine Vorerkundung durchgeführt hat. Über die folgenden links gelangen Sie zu Dokumentationen über den Test-Einsatz der 3D-Reflexionsseismischen Geräte auf den Forschungsschiffen METEOR und SONNE.