Entwurf und Modellierung eines engmaschigen seismischen Netzes zur Überwachung der Konstruktion einer geothermischen Bohrung

Das Projekt ist Teil der Vorphase der DeepStor-Forschungsinfrastruktur, die auf dem Campus Nord des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) geplant ist. DeepStor untersucht die technische Machbarkeit der Wärmespeicherung in Hochtemperatur-Aquiferen (HT-ATES) unter Ausnutzung einer ehemaligen Kohlenwasserstoff-Lagerstätte. Der Bedarf an Hochtemperatur-Wärmespeichern wird mit dem saisonal schwankenden Wärmebedarf begründet, der im Sommer oft zu einem Wärmeüberschuss führt (der daher gespeichert werden soll). Die Bohrung der Explorationsbohrung DeepStor1 ist für 2025 geplant. Diese vertikale Bohrung mit einer Gesamttiefe von rund 1.300 m wird die Meletta-Schichten (Sandstein und Mergel) in Tiefen zwischen 800 und 1.300 m durchteufen, die für die DeepStor-Experimente genutzt werden sollen. 

Die DeepStor1-Bohrkampagne bietet die Möglichkeit, die elastischen Eigenschaften des Untergrunds in der Umgebung des Standorts anhand der während der Bohrarbeiten erzeugten seismischen Signale zu untersuchen. Durch die Verwendung des Bohrmeißels als aktive Quelle und die Aufzeichnung der Schwingungen dieser schwachen, aber kontinuierlichen Quelle auf der Ebene des Bohrmeißels und nahe der Oberfläche ist es möglich, die Ausbreitungsgeschwindigkeiten zwischen der Quelle, die entlang der Bohrlochtrajektorie beweglich ist, und den seismischen Sensoren an der Oberfläche genau zu modellieren. Nach Abschluss der Bohrung erhält man ein kalibriertes Geschwindigkeitsmodell und möglicherweise strukturelle Bilder, die für verschiedene Zwecke verwendet werden können, z. B. zur Lokalisierung möglicher seismischer Ereignisse während der Überwachung des Standorts. Interessanterweise kann dies auch Kosten und Zeit für spezielle aktive seismische Kampagnen sparen. 
Ein solcher Ansatz erfordert jedoch die Installation einer großen Anzahl von seismischen Sensoren an der Oberfläche. Für die DeepStor1-Bohrung ist geplant, mehr als 100 autonome Sensoren in einem Radius von ~1,5 km um die Bohrzone zu installieren. Daher ist eine Planungsphase erforderlich, die zur Auswahl der Sensorstandorte auf der Grundlage der geplanten Trajektorie des Bohrlochs und der örtlichen Umweltbedingungen (Wälder, landwirtschaftliche Felder, Straßen usw.) führt. 

• Abgrenzung des Untersuchungsgebiets
• Festlegung möglicher Messpunkte und deren Integration in ein GIS zur einfachen und effizienten Lokalisierung im Feld;
• Durchführung einer Felduntersuchung, um die Messpunkte zu validieren oder, falls erforderlich, entsprechend den tatsächlichen Feldbedingungen neu zu positionieren.
• Auf der Grundlage dieses Entwurfs wird die Auflösung des Netzes auf der Grundlage der geschätzten Lärmpegel und Bohrgeschwindigkeiten durch Vorwärtsmodellierung geschätzt. (Dieser Teil wird je nach der zur Verfügung stehenden Zeit mehr oder weniger stark ausgeprägt sein).

Die erwarteten Ergebnisse werden daher sein:

1. Ein Erfahrungsbericht mit dem GIS-Projekt (QGIS).
2. Ein Bericht über die erwartete Auflösung des Netzes.
3. Eine mündliche Präsentation der Ergebnisse vor den Mitgliedern des KIT-Forschungsteams.