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Seismik 2.0

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:37 — abgelaufen

Ob zur Materialprüfung, bei der Suche nach Gas und Erdöl oder dem Studium der Plattentektonik: Seismische Wellen sind ein bewährtes Mittel zur Erkundung verborgener Strukturen. Im Rahmen des Projektes TOAST entwickeln Geophysiker neue Softwarelösungen, um diesen Wellen noch mehr Informationen zu entlocken.

Seismische Wellen sind gewissermaßen der Ultraschall der Geowissenschaften: Ähnlich wie ihre medizinischen Pendants machen auch sie Dinge sichtbar, die sich dem direkten Blick entziehen. Während Ärzte anhand von Ultraschallbildern beispielsweise den Zustand innerer Organe beurteilen, können Geophysiker aus sogenannten Seismogrammen die Beschaffenheit des Untergrundes ablesen oder auch die strukturelle Integrität von Deichen, Talsperren und anderen Bauwerken begutachten. Je nach Situation analysieren sie dafür die natürlichen Signale von Erdbeben oder sie lösen die seismischen Wellen durch gezielte Erschütterungen aus – beispielsweise per Hammerschlag, Sprengung oder Rüttelmaschine. Die Verfahren sind erprobt, doch seit einigen Jahren findet eine Entwicklung statt, die eine noch genaure Erkundung ermöglicht. Im Rahmen von TOAST befasst sich auch ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen und Unternehmen mit diesen neuen Möglichkeiten. Das Projekt wird im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Programms gefördert.

Wellenbild

Die Animation zeigt die Ausbreitung seismischer Wellen. Je nach Beschaffenheit des Untergrunds zeigen sich unterschiedliche Wellenmuster. (Animation: Prof. Dr. Thomas Bohlen, Karlsruher Institut für Technologie (KIT))

„Klassischerweise hat man nur die Ankunftszeit der ersten Wellen berücksichtigt und damit das Potential einer seismischen Untersuchung nur teilweise ausgeschöpft“, sagt Thomas Bohlen, Projektkoordinator von TOAST und Professor für Angewandte Geophysik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). „Unser Ziel ist es, das komplette Seismogramm auszuwerten. Also die gesamte Information zu verwerten, die in den Wellen enthalten ist. Das ist ein Riesenfortschritt in der Abbildungsqualität, vergleichbar mit dem Wechsel von der Schwarz-Weiß-Fotografie zu hochauflösenden Farbbildern.“

Bei ihrer Analyse berücksichtigen die Geophysiker daher nicht nur die Ankunftszeit der ersten Wellen, sondern auch deren Signalform und auch alle später eintreffenden Wellen. „Das Verfahren nennt sich Wellenforminversion“, erläutert Bohlen. „Diese Methodik erzeugt in der Fachwelt schon seit einiger Zeit großes Aufsehen und liefert spektakuläre Ergebnisse, etwa bei der Suche nach Öl- und Gasvorkommen.“

 

Geballte Computerpower


Die „Wellenforminversion“ im Bereich der Exploration ist eigentlich ein Kind der 1980er, entwickelt von dem spanischen Geophysiker Albert Tarantola. Doch erst die Rechenpower heutiger Hochleistungscomputer macht es möglich, das Verfahren in der Praxis umzusetzen. Denn die Berechnungen, die der Wellenforminversion zugrunde liegen, sind äußert aufwändig. Ausgehend von den Messdaten der seismischen Wellen liefert das Verfahren Informationen über mechanische Eigenschaften wie Elastizität, Dämpfung oder Dichte – in einem Detailreichtum, zu dem klassische Methoden nicht in der Lage sind. „Aus solchen Kenngrößen kann man dann zuverlässiger Rückschlüsse ziehen, welches Material sich im Untergrund befindet“, so Bohlen.

 

Werkzeugkasten für seismische Untersuchungen

Ziel von TOAST – das Kürzel steht für Toolbox for Applied Seismic Tomography – ist es, diverse Softwaremodule für Praktiker zu entwickeln, verfügbar und nutzbar zu machen. Dieser „Werkzeugkasten“ soll die Basis für eine zukünftige zuverlässige und zugleich komfortable Auswertung seismischer Daten für die unterschiedlichsten Situationen ermöglichen. „Das Anwendungsspektrum der Wellenforminversion reicht von der Materialprüfung im Zentimeterbereich bis zur globalen Seismologie“, meint Thomas Bohlen. „Auch bei der Exploration oder zur Erkundung von Deponien lässt sich das Verfahren einsetzen. Die Wellenforminversion ist letztlich der Traum eines jeden Seismologen.“

MN, iserundschmidt 03/2012


Mehr Infos zum Projekt TOAST finden Sie hier und auf den Seiten der GEOTECHNOLOGIEN.