Das GECOS-Projekt: Verringerung der Unsicherheiten im Untergrund durch den intelligenten Einsatz von feldbasierten integrierten geophysikalischen Untersuchungen

Das Projekt Geothermal Energy Chance of Success GECOS (Projekt Nr. 26728.1 PFIW-IW), das von Innosuisse, Services Industriels de Geneve und Geo2X S.A. mitfinanziert wird, hat zum Ziel, die Explorationsuntersuchungen zu verbessern, die für die Entwicklung von geothermischen Ressourcen und Projekten zur unterirdischen Speicherung thermischer Energie (UTES) konzipiert und durchgeführt werden.

Das GECOS-Projekt basiert auf dem Bedürfnis der Industriepartner, die Unsicherheit der Untergrundexploration und die mit den Bohrungen verbundenen Risiken zu reduzieren. Der Untergrund des Genfer Beckens und das gesamte Schweizer Molasse-Plateau bieten günstige Bedingungen für die geothermische Wärmeproduktion (und - wo möglich - die Speicherung) in den zerklüfteten und verkarsteten Karbonaten des Mesozoikums. Es handelt sich dabei um potenziell hochproduktive Reservoirs, wie die 744 Meter tiefe Bohrung GEo-01 zeigt, die kürzlich im Rahmen des Programms Geothermie2020 im Jahr 2018 in Genf abgeschlossen wurde.

Die Unsicherheiten im Zusammenhang mit der Verwerfungsarchitektur und dem Bruchnetz könnten jedoch trotz Investitionen in die geophysikalische Standardexploration (d.h. aktive Seismik) immer noch hoch sein. Zudem handelt es sich beim Genfer Becken um ein aktives Petroleumsystem, was bedeutet, dass Kohlenwasserstoffe wie Erdgas im Untergrund vorhanden sind. Das Vorkommen von Kohlenwasserstoffen ist ein Risikoelement, das die Entwicklung von geothermischen Projekten behindern kann, wenn es nicht ordnungsgemäss eingeschränkt und gehandhabt wird.

Der im Projekt GECOS eingesetzte integrierte Workflow.

Schwerkraftstationen in der gesamten Genfer Region. Schwarze Punkte sind die Daten aus dem Gravimet-Ric-Atlas der Schweiz und aus dem Bureau International de Gravimetrie. Blaue und violette Punkte zeigen die Neuerwerbungen an (blau: 2018; violett: 2019-2020).

Die Forschung von GECOS konzentriert sich auf drei Aspekte. Erstens die Verringerung der unterirdischen Unsicherheit durch die Erfassung hochauflösender und kostengünstiger Daten, wie z.B. 3D Distributed Acoustic Sensing Vertical Seismic Profiling (DAS VSP), Scherwellen und hochauflösende Schwerkraft. Zweitens: Quantifizierung der Unsicherheit von Daten aus dem Untergrund durch die Integration geophysikalischer und geologischer Daten unter Verwendung von Geostatistiken. Der dritte Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Reduzierung der Interpretationszeiten und der Gesamtprojektkosten durch die Anwendung maschineller Lernverfahren. Dieser Ansatz ermöglicht die Integration neuer mit bereits vorhandenen Daten und verbessert das Verständnis des Untergrundes auf kostengünstige Weise.

Die Wissenschaftler verwendeten Gravitationsdaten, um die Geometrie der quartären Sedimente einzuschränken und die Basis der känozoischen Molasseabfolge zu definieren. Sie kombinierten die aktive S-Wellen-Seismik mit der Schwerkraft, um die Definition der Geometrie der quartären Sedimente zu verbessern und das Potenzial der Sedimente für die Identifizierung von flachen Kohlenwasserstofftaschen zu testen. Darüber hinaus werden sie VSP-Daten sammeln, um eine grössere Tiefe innerhalb der Molassesequenz und der Einheiten des oberen Mesozoikums zu charakterisieren. Die VSP-Untersuchung wird in einer Bohrung durchgeführt, die speziell für die GECOS-Projekte gebohrt wurde, einige Dutzend Meter neben dem Bohrlochstandort GEo-01, der als Kalibrierpunkt dienen wird. Die seismischen Signale werden sowohl mit Standardempfängern als auch mit Glasfasern aufgezeichnet, die in dem speziellen Bohrloch installiert sind. Die Anwendung von DAS-Empfängern ist ein innovativer Ansatz, der das Potenzial hat, eine sehr hohe räumliche Auflösung im Vergleich zu herkömmlichen Strängen von (wenigen) Bohrloch-Geophonen und robusten Glasfaserkabeln zu bieten, die zur Zeitraffer-Überwachung fest im Bohrloch installiert werden können. Für die in GECOS geplante Untersuchung beschlossen die Wissenschaftler jedoch, beide Arten von Empfängern zu installieren, um die Ergebnisse der DAS-Empfänger durch Vergleich mit Standardempfängern zu validieren. Zusätzlich beabsichtigen die Wissenschaftler, drahtlose Empfänger an der Oberfläche in einem 3D-Raster zu installieren, um die Ausleuchtung des Untergrundes zu verbessern.

Der erste Schritt wird zu einem Satz geophysikalischer Daten führen. Im zweiten Schritt werden die Wissenschaftler den Wert der neuen Daten in Bezug auf die vorhandenen Daten quantifizieren, indem sie berechnen, wie die neuen Daten zur Verringerung der Unsicherheit im Untergrund beitragen. Vorläufige Ergebnisse zeigen deutlich, wie die neue hochauflösende Erfassung die Auflösung des flachen Untergrundes verbessert hat.

Bohrgerät am Bohrloch GEo-01_DAS Installation des DAS-Kabels (grün) im Ringraum des Bohrlochs.

Konfiguration der Schusspunkte (blaue Symbole) und drahtlosen Empfänger (orangefarbene Punkte) und Beispiel einer Schusssammlung mit der Quelle in 99 m Entfernung vom ersten Empfänger.