Diss. sc. Zurich, 2003 ; ETH Nr. 15265. / Zusammenfassung in Deutsch. Literaturverz.

University, Diss., 2001--Kiel.

Universiẗat, Diss.--Bonn, 2007.

A VSP test experiment at the high temperature geothermal field Krafla in NE-Iceland has been carried out. In two boreholes a zero-, far-, and multi-offset VSP were applied to assess the applicability of VSP as a method for delineating subsurface structures like magmatic bodies, zones of supercritical fluids, superheated steam, and high permeability in volcanic geothermal fields. Because of high well temperatures (>150°C) and high attenuating surface layers, challenging field preparations were necessary. Three-component seismic data were recorded with a sufficient signal-to-noise ratio and dominant signal frequencies around 20 Hz and 40 Hz, down to 2200 m depth, for air gun and explosive sources, respectively. As a result, the data provide a good basis for several processing and imaging techniques. As part of this Master\'s thesis, standard and novel processing techniques of a subset of the data (zero and far-offset VSP in a single well) have been tested and show promising results in accordance with the lithology from well data. Besides velocity profiles and a corridor stack for both P- and S-waves were determined, a 3D Kirchhoff depth migration and Fresnel volume migration have been applied and tested. Already for a single source location, results show structures in the vicinity and below the well, and it can be assumed that further interpretation and data integration will provide a great potential in addition to hitherto applied teleseismic and potential methods. Especially, for geothermal sites it has been shown, that VSP can be applied and provide information of geometries where dipping faults and fracture zones are expected. The research leading to these results has received funding from the European Community\'s Seventh Framework Programme under grant agreement No. 608553 (Project IMAGE).

A VSP test experiment at the high temperature geothermal field Krafla in NE-Iceland has been carried out. In two boreholes a zero-, far-, and multi-offset VSP were applied to assess the applicability of VSP as a method for delineating subsurface structures like magmatic bodies, zones of supercritical fluids, superheated steam, and high permeability in volcanic geothermal fields. Because of high well temperatures (>150°C) and high attenuating surface layers, challenging field preparations were necessary. Three-component seismic data were recorded with a sufficient signal-to-noise ratio and dominant signal frequencies around 20 Hz and 40 Hz, down to 2200 m depth, for air gun and explosive sources, respectively. As a result, the data provide a good basis for several processing and imaging techniques. As part of this Master\'s thesis, standard and novel processing techniques of a subset of the data (zero and far-offset VSP in a single well) have been tested and show promising results in accordance with the lithology from well data. Besides velocity profiles and a corridor stack for both P- and S-waves were determined, a 3D Kirchhoff depth migration and Fresnel volume migration have been applied and tested. Already for a single source location, results show structures in the vicinity and below the well, and it can be assumed that further interpretation and data integration will provide a great potential in addition to hitherto applied teleseismic and potential methods. Especially, for geothermal sites it has been shown, that VSP can be applied and provide information of geometries where dipping faults and fracture zones are expected. The research leading to these results has received funding from the European Community\'s Seventh Framework Programme under grant agreement No. 608553 (Project IMAGE).

Sind Geothermiebohrungen nicht fündig, bedeutet dies, dass das Wasser im Untergrund nicht die während der Projektplanung prognostizierte Temperatur hat bzw. nicht in ausreichender Schüttung zu Tage gefördert werden kann. Die Folgen sind meist der Projektabbruch und hohe finanzielle Verluste für den Investor. Beim Bohren nach Öl und Gas bringt schon jetzt nur eine von sieben Erkundungsbohrungen das gewünschte Ergebnis. Da die noch vorhandenen Öl- und Gasvorkommen immer schwieriger zu erschließen sind, steigen mit dem Risiko von Fehlbohrungen die Kosten und damit folgerichtig auch die Brennstoffpreise. Ein Grund für die aufgezeigte Problematik ist, dass die bisher in Bohrgarnituren eingesetzten Messgeräte zwar das Umfeld um die Bohrung, nicht aber den Bereich vor dem Bohrmeißel erkunden können. Seit Ende 2007 arbeitet eine Forschergruppe an einem neuen Messgerät, das in der Lage sein soll, seismische Energie gezielt in Bohrrichtung zu verstärken. Für die Manipulation der Abstrahlrichtung wird das bisher noch nicht in der Seismik genutzte Phased Array Prinzip angewandt. Die bisherigen Versuche im Labormaßstab waren erfolgversprechend. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, wie ein seismisches Messgerät in eine Bohrgarnitur integriert und im Feld eingesetzt werden könnte. Behandelt werden drei wesentliche Fragestellungen: (1) In welchem Bereich vor dem Bohrmeißel soll die seismische Energie verstärkt werden? Eine Richtbohrgarnitur kann zwar durch den Untergrund gelenkt werden, ihr Aktionsradius hängt jedoch von verschiedenen Randbedingungen ab. (2) An welcher Stelle in der Bohrgarnitur soll das Messgerät platziert werden? Ganz vorne befindet sich der Bohrmeißel, dahinter typischerweise die Steuer- und Messgeräte zur Richtungssteuerung der Garnitur, denn der Bohrpfad lässt sich umso genauer steuern, je geringer die Distanz zwischen diesen Geräten und dem Bohrmeißel ist. (3) Wann und wie soll gemessen werden? Jede zusätzlich für Messungen benötigte Zeitspanne ist ein Kostenfaktor, der die Bohrung verteuert. Die Versorgung des Messgeräts mit Energie und die Ansteuerung hängen darüberhinaus von der technischen Ausstattung der Bohrgarnitur und dem Zeitpunkt der Messung im Bohrprozess ab. Angesichts der Fragestellungen wird eine Analyse der bestehenden und neuen Systeme der Tiefbohrtechnik und der Seismik vorgenommen und auf dieser Grundlage ein ganzheitliches Modell entwickelt. Anhand dieses zentralen Modells werden mehrere Konzepte für Richtbohrgarnituren mit integriertem seismischem Messgerät erarbeitet sowie bewertet und die Wechselwirkungen zwischen Mess- und Bohrprozess untersucht. Ein Ergebnis der Arbeit ist die Definition des Begriffs „Vorauserkundung“. Um eine Vorauserkundung durchführen zu können, ist es wichtiger, das Messgerät in eine Richtbohrgarnitur zu integrieren, die hohe Bohrlochkrümmungen ermöglicht, als es so nahe wie möglich hinter dem Bohrmeißel zu platzieren. Mit den im Modell erarbeiteten Bewertungskriterien kann die Weiterentwicklung sowie die praktische Anwendung des seismischen Messgeräts begleitet und beurteilt werden.

Sind Geothermiebohrungen nicht fündig, bedeutet dies, dass das Wasser im Untergrund nicht die während der Projektplanung prognostizierte Temperatur hat bzw. nicht in ausreichender Schüttung zu Tage gefördert werden kann. Die Folgen sind meist der Projektabbruch und hohe finanzielle Verluste für den Investor. Beim Bohren nach Öl und Gas bringt schon jetzt nur eine von sieben Erkundungsbohrungen das gewünschte Ergebnis. Da die noch vorhandenen Öl- und Gasvorkommen immer schwieriger zu erschließen sind, steigen mit dem Risiko von Fehlbohrungen die Kosten und damit folgerichtig auch die Brennstoffpreise. Ein Grund für die aufgezeigte Problematik ist, dass die bisher in Bohrgarnituren eingesetzten Messgeräte zwar das Umfeld um die Bohrung, nicht aber den Bereich vor dem Bohrmeißel erkunden können. Seit Ende 2007 arbeitet eine Forschergruppe an einem neuen Messgerät, das in der Lage sein soll, seismische Energie gezielt in Bohrrichtung zu verstärken. Für die Manipulation der Abstrahlrichtung wird das bisher noch nicht in der Seismik genutzte Phased Array Prinzip angewandt. Die bisherigen Versuche im Labormaßstab waren erfolgversprechend. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, wie ein seismisches Messgerät in eine Bohrgarnitur integriert und im Feld eingesetzt werden könnte. Behandelt werden drei wesentliche Fragestellungen: (1) In welchem Bereich vor dem Bohrmeißel soll die seismische Energie verstärkt werden? Eine Richtbohrgarnitur kann zwar durch den Untergrund gelenkt werden, ihr Aktionsradius hängt jedoch von verschiedenen Randbedingungen ab. (2) An welcher Stelle in der Bohrgarnitur soll das Messgerät platziert werden? Ganz vorne befindet sich der Bohrmeißel, dahinter typischerweise die Steuer- und Messgeräte zur Richtungssteuerung der Garnitur, denn der Bohrpfad lässt sich umso genauer steuern, je geringer die Distanz zwischen diesen Geräten und dem Bohrmeißel ist. (3) Wann und wie soll gemessen werden? Jede zusätzlich für Messungen benötigte Zeitspanne ist ein Kostenfaktor, der die Bohrung verteuert. Die Versorgung des Messgeräts mit Energie und die Ansteuerung hängen darüberhinaus von der technischen Ausstattung der Bohrgarnitur und dem Zeitpunkt der Messung im Bohrprozess ab. Angesichts der Fragestellungen wird eine Analyse der bestehenden und neuen Systeme der Tiefbohrtechnik und der Seismik vorgenommen und auf dieser Grundlage ein ganzheitliches Modell entwickelt. Anhand dieses zentralen Modells werden mehrere Konzepte für Richtbohrgarnituren mit integriertem seismischem Messgerät erarbeitet sowie bewertet und die Wechselwirkungen zwischen Mess- und Bohrprozess untersucht. Ein Ergebnis der Arbeit ist die Definition des Begriffs „Vorauserkundung“. Um eine Vorauserkundung durchführen zu können, ist es wichtiger, das Messgerät in eine Richtbohrgarnitur zu integrieren, die hohe Bohrlochkrümmungen ermöglicht, als es so nahe wie möglich hinter dem Bohrmeißel zu platzieren. Mit den im Modell erarbeiteten Bewertungskriterien kann die Weiterentwicklung sowie die praktische Anwendung des seismischen Messgeräts begleitet und beurteilt werden.

In dieser Arbeit werden bohrlochseismsiche Messungen sowohl mit Bohrlochmessungen als auch mit oberflächenseismischen Messungen ausgewertet und verglichen um das bohrlochnahe Umfeld der Forschungsbohrung COSC-1 (Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides) zu beschreiben. Die bohrlochseismischen Daten zeigen deutlich hohe Reflektivität und seismische Anisotropie der erbohrten geologischen Einheit, der Seve-Decke. Diese Decke zeichnet sich durch einen häufigen Wechsel von mafischen und felsischen Gesteinen aus, welcher auch durch eine Clusteranalyse der Bohrlochmessungen deutlich wird. Die Ergebnisse der Clusteranalyse korrelieren gut mit den seismisch abgebildeten Untergrundstrukturen und den seismischen Geschwindigkeiten. Abschließend wurde die virtual source method als Beispiel der seismischen Interferometrie an einem Teildatensatz erfolgreich getestet. Mit dem Ansatz wurde eine künstliche Messgeometrie mit seismischen Quellen und Empfängern im Bohrloch erzeugt, welche eine gute Datenqualität aufzeigen. / In this thesis, the vicinity of the scientific borehole COSC-1 (Collisional Orogeny in the Scandinavian Caledonides) is investigated by the combination of a borehole seismic survey with downhole logging data and a surface seismic survey. The borehole seismic data show a significantly higher reflectivity and seismic anisotropy within the drilled geological unit, the Seve Nappe. This nappe is characterised by frequent changes of mafic and felsic lithologies that are also highlighted by a cluster analysis. The results of the cluster analysis correlate well with structures of the subsurface as imaged by the surface seismic survey and with seismic velocities. Additionally, the virtual source method as example for seismic interferometry is applied to a data subset. This approach created a virtual survey geometry with seismic sources and receivers within the borehole and a good data quality.