Multikomponentenseismik in übertieften alpinen Becken

In diesem Projekt wird an zwei Lokationen in Deutschland und Österreich die Integration hochauflösender drei-dimensionaler (3-D) und Multikomponenten-Seismik für eine verbesserte strukturelle, fazielle und prozessbezogene Charakterisierung von übertieften Tälern und Becken betrieben. Die Untersuchungen sind Teil des ICDP-Projekts 'Drilling Overdeepened Alpine Valleys (DOVE)'.

Motivation

Die europäischen Alpen sind umgeben und durchzogen von Tälern und Becken, die hauptsächlich während der unterschiedlich alten Eiszeiten des Pleistozäns ausgeräumt und wieder verfüllt wurden. Ein Teil dieser Strukturen zeigt einen übertieften Charakter, d.h. der eiszeitliche Gletscher hat tiefer als die fluviale Basis erodiert. Es wird angenommen, dass Schmelzwässer mit hohem Druck unterhalb des Eises für die Erosion verantwortlich sind. Nach der Erosion wurden die übertieften Täler und Becken mit glazialen Sedimenten oder Schmelzwassersanden wieder vollständig oder teilweise verfüllt. In Deutschland ist der Bodensee das prominenteste Beispiel für ein noch nicht vollständig verfülltes, übertieftes Becken. Diese Strukturen sind unter verschiedenen Gesichtspunkten von wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Relevanz, zum Beispiel in Bezug auf Grundwasser, Tunnelbau oder Endlagersicherheit (Preusser et al. 2010).

Durch das ICDP-Projekt DOVE (Drilling Overdeepened Alpine Valleys; Anselmetti et al. 2016) werden Sedimente in verschiedenen übertieften Becken erbohrt, um Rückschlüsse auf die räumlich-zeitliche Ausdehnung der verschiedenen Vereisungen im alpinen Raum und somit die Klimageschichte zu erhalten. Weitere Fragen betreffen die Genese und Verfüllung der Becken.

Projekt 'Multikomponentenseismik'

Auf dem eigentlichen Bohrvorhaben baut ein angegliedertes Projekt auf, das im Vorfeld der wissenschaftlichen Bohrungen den möglichen Einsatz und Nutzen von Reflexionsseismik mit Mehrkomponenten-Technik untersucht. Dazu wurden in den letzten Jahren an zwei Lokationen, dem 50-km-nördlich der Alpen Tannwaldbecken und dem inneralpinen Lienzer Becken, Messkampagnen durchgeführt. Neben hochauflösender P-Wellenseismik zur Struktur- und Faziescharakterisierung wurden SH-Wellen Profile und 6-Komponenten (horizontale Quellanregung in zwei Richtungen und 3-Komponentenemfängern) Profile registriert.

Ziele

  • Bereitstellung eines strukturellen 3-D Modells mit Reflexionsseismik zur Bestimmung von Beckentiefe, möglichen Störungen und Hauptreflektoren,
  • Charakterisierung von mehrphasiger glazialer Ablagerung/Erosion, Fazies und Massenbewegung,
  • Anwendung von P-Wellen-, Scherwellen- und Multikomponentenseismik zur Untersuchung der Anisotropie.

Erste Ergebnisse

Tannwaldbecken

Die P-Wellenergebnisse zeigen die Struktur des Beckens, das sich in tertiäre Molasse einschneidet. Innerhalb der Beckenfüllung lassen sich verschiedene Faziesbereiche abbilden und geben Rückschlüsse auf die Verfüllung des Beckens. So identifizieren wir einen Block von Molasse innerhalb der Beckenfüllung, der nach der Beckenerosion dorthin verfrachtet wurde. Wenngleich die Auswertung der SH-Wellen und Mehrkomponentenprofile noch andauert zeigt sich bereits, dass wesentliche komplementäre Ergebnisse zur P-Wellenseismik zu erwarten sind.

Aufbauend auf den Ergebnissen wurde ein Modell der Beckenfüllung erstellt und eine Bohrlokation für die Forschungsbohrungen im Rahmen von DOVE gewählt.

Lienzer Becken

Im Lienzer Becken befinden sich die Daten derzeit in der Auswertung. Erste Ergebnisse der P-Wellen zeigen ein tief eingeschnittenes Tal von ca. 600 m. Zusätzlich lassen sich interne Strukturen erkennen, die für die Auswahl eines geeigneten Bohrpunktes maßgeblich sind.


Projektrelevante Literatur

  • Improving the processing of vibroseis data for very shallow high-resolution measurements. - Near Surface Geophysics, 5(3), 173-182.
    2007, BUNESS, H.
  • Finite difference modelling to Evaluate Seismic P-Wave and Shear Wave Field Data.  Solid Earth, 6, 33-47; doi: 10.5194/se-6-33-2015.
    2015, BURSCHIL, T., BEILECKE, T. & KRAWCZYK, C.M.
  • The Quaternary of the southwest German Alpine Foreland (Bodensee-Oberschwaben, Baden-Württemberg, Southwest Germany). E & G Quaternary Science Journal, 60 (2-3), 306-328; doi: 10.3285/eg.60.2-3.07.
    2011, ELLWANGER, D., WIELANDT-SCHUSTER, U., FRANZ, M. & SIMON, Th. 
  • The Heidelberg Basin, Upper Rhine Graben (Germany): a unique archive of Quaternary sediments in Central Europe. Quaternary International, 292, 43-58.
    2013, GABRIEL, G., ELLWANGER, D., HOSELMANN, C., WEIDENFELLER, M., WIELANDT-SCHUSTER, U. & The Heidelberg Basin Project Team
  • Shear-wave reflection seismics as valuable tool for near-surface urban applications. The Leading Edge, 32 (3), 256-263; doi: 10.1190/tle32030256.1.
    2013, KRAWCZYK, C.M., POLOM, U. & BEILECKE, T.
  • Surveying near-surface depocentres by means of shear wave seismics. First Break, 31 (8), 63-75.
    2013, POLOM, U., BAGGE, M., WADAS, S., WINSEMANN, J., BRANDES, C., BINOT, F. & KRAWCZYK, C.M.

Produkte & Publikationen des Projekts

  • Seismic interpretation of the Quaternary Lienz Basin. - 78. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 11.-15.02.2018; Leoben.
    2018, BURSCHIL, T., BUNESS, H., TANNER, D.C. & GABRIEL, G.
  • Seismische Messungen an übertieften Alpinen Tälern. - Arbeitskreis Seismik der DGG, 20.-22.03.2018; Neustadt/Weinstrasse.
    2018, BUNESS, H., BURSCHIL, T., TANNER, D., GABRIEL, G.
  • Advanced seismic imaging of overdeepened alpine valleys preparatory to DOVE. - Gemeinsames IODP/ICDP Kolloquium, 14.-16.03.2017; Braunschweig.
    2017, BURSCHIL, T., BUNESS, H., TANNER, D., GABRIEL, G. & KRAWCZYK, C.M.
  • Arbeiten des LIAG zu übertieften Tälern und Becken - Fachvortrag am LGRB im Rahmen eines Arbeitstreffens, 21.02.2017, Freiburg.
    2017, BURSCHIL, T., TANNER, D.
  • High-resolution reflection seismics reveal the structure and the evolution of the Quaternary glacial Tannwald Basin. - Near Surface Geophysics, accepted.
    2017, BURSCHIL, T., BUNESS, H., TANNER, D.C., WIELANDT-SCHUSTER, U., ELLWANGER, D. & GABRIEL, G.
  • High-resolution seismic imaging of the internal structure of the Tannwald Basin: a distal branch basin of the Rhine Glacier. - GeoBremen, 25.-27.09.2017; Bremen.
    2017, BURSCHIL, T., BUNESS, H., TANNER, D.C., WIELANDT-SCHUSTER, U., ELLWANGER, D. & GABRIEL, G.
  • Seismic Facies Characterization of the Overdeepened Glacial Tannwald Basin. - In: Proceedings, EAGE Near Surface Geoscience, 03.-06.09.2017; Malmö, Sweden; 4p.
    2017, BURSCHIL, T., BUNESS, H., TANNER, D., GABRIEL, G. & KRAWCZYK, C.M.
  • Seismische Abbildungsmethoden von Übertieften Alpinen Tälern und Becken. - 77. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 27.-30.03.2017; Potsdam.
    2017, BURSCHIL, T., BUNESS, H., TANNER, D.C., GABRIEL, G. & KRAWCZYK, C.M.
  • Aktuelle Entwicklungen und Ergebnisse aus dem DFG-Projekt 'Mehrkomponentenseismik in übertieften Alpinen Tälern'. - DGG AK Seismik, 02.-04.03.2016; Freiberg.
    2016, BURSCHIL, T., BUNESS, H., GABRIEL, G. & KRAWCZYK, C.M.
  • Seismic imaging using multi-component techniques in overdeepened alpine valleys and basins. - FI:GEO Postdoc afternoon, 05.07.2016; Hannover, Germany.
    2016, BURSCHIL, T., BUNESS, H., GABRIEL, G. & KRAWCZYK, C.M.
  • Shallow P-wave and S-wave seismic imaging of overdeepened Alpine structures. - GeoTirol, 25.-28.09.2016; Innsbruck, Österreich.
    2016, BURSCHIL, T., BUNESS, H., GABRIEL, G.
  • The potential of P- and S- waves for seismic Imaging in overdeepened Valleys. 22nd European Meeting of Environmental and Engeneering Scientists, 4-8.9.2016 Barcelona, Spain.
    2016, BUNESS, H., BURSCHIL, T., GABRIEL, G.
  • Aktuelle reflexionsseismische Arbeiten im Tannwaldbecken. - DEUQUA Exkursion Allgäu 2015, 23.09.2015; Messgebiet Unteressendorf.
    2015, BURSCHIL, T., BUNESS, H. & GABRIEL, G.

Projektmitarbeiter

Förderung

DFG

Laufzeit

2015-2019

Messeinsätze

Lienzer Becken 2 (SH-Wellen und Mehrkomponenten Survey; 12.09.-23.09.2016)

Lienzer Becken 1 (P-Wellen Survey; 15.08.-27.08.2016)

Tannwaldbecken 3 (SH-Wellen und Mehrkomponenten Survey; 14.09.-29.09.2015)

Tannwaldbecken 2 (P-Wellen Survey; 22.06.-02.07.2015)

Tannwaldbecken 1 (P-Wellen Survey; 16.06.-26.06.2014)