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Arbeitsbericht NAB 14-41

Vorbereitung 3D-Seismik für Etappe 3: Studie des Überdeckungsrisikos, Gebiet Jura-Südfuss

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Für Etappe 3 des Sachplanverfahrens geologische Tiefenlager sind in den Standortregionen vertiefende, geologische Untersuchungen (u. a. 3D-seismische Messungen und Sondierbohrungen) notwendig. 

Die Nagra bereitet sich darauf vor, die vier Standortgebiete Jura Ost, Jura-Südfuss, Nördlich Lägern und Südranden in der Etappe 3 des Sachplanverfahrens Geologische Tiefenlager 3D-seismisch zu untersuchen. Das Standortgebiet  Zürich Nordost wurde bereits in den 90er Jahren für den Entsorgungsnachweis 3D-seismisch untersucht. Im Standortgebiet  Wellenberg sind aufgrund der lokalen Topographie weitere seismische Messungen nicht sinnvoll. Die Planung und Vorbereitungen der 3D-seismischen Messungen werden für vier potenziell zu untersuchenden Gebiete durchgeführt und in separaten Berichten dokumentiert.

Scharf & Hertrich (2013) haben in ihrer Studie über Vibrations- und Sprengseismik im Gebiet Jura-Südfuss ein 3D Survey-Design entwickelt und die Basisparameter hierfür aufgelistet. Auf dieser Grundlage wurde von Kessler & Hertrich (2013) für das Messgebiet Jura-Südfuss das Liniennetz der Quell- und Empfängerlinien mit dem Softwarepaket OMNI Workshop von GEDGO erstellt und die Qualitätsparameter, wie Überdeckung, Offsets und Azimute, überprüft. Mit Hilfe von detaillierten Luftbildern, topographischen Karten, Shape-Files von Wegen und Flächen mit Einschränkungen und Hangneigungskarten wurden verschiedene Schusspunktplanungsszenarien1 simuliert. Die gleiche Studie beinhaltet auch ein 3D-Ray-Tracing und eine Illuminations-Analyse der Schusspunktplanungen auf Grundlage eines geologischen Modells des Messgebietes.

Die vorliegende Studie basiert auf den von Kessler & Hertrich (2013) berechneten Modellen und untersucht die mit der Durchführung der 3D-seismischen Messung verbundenen Überdeckungsrisiken. Hierzu wurde zwei grundlegenden Fragen nachgegangen:

  • Offset- und Mute-Abschätzungen anhand von vorliegenden seismischen Daten
  • Abschätzung der Datenqualität bei simuliertem Schusspunktausfall

Im ersten Teil der Studie wurde der Offset-Bereich verschiedener geologischer Schichtgrenzen analysiert. Dieser ist von grosser Bedeutung für die Qualitätsabschätzung eines Survey-Designs. Jede Schichtgrenze kann abhängig von ihrer Teufenlage nur von seismischen Spuren mit einem bestimmten maximalen Quell-Empfänger-Abstand (Offset) dargestellt werden. Die vorliegende Studie untersucht den maximalen Offset folgender zweier Schichtgrenzen:

  • Basis Malm
  • Top Lias (Basis Opalinuston)

Die Basis Malm stellt in einem grossen Teil des Messgebietes den ersten stark ausgeprägten Leithorizont dar. Die Schichtgrenze Top Lias kennzeichnet den Zielhorizont der geplanten Messung. Anhand von NMO-korrigierten und statisch korrigierten Einzelschüssen (Records) von der 2D-seismischen Messung 2011/12 im Messgebiet Jura-Südfuss wurden die Offset-Bereiche untersucht. Für die Basis Malm wurde ein maximaler Offset-Bereiche von rund 500 m und für den Top Lias ein maximaler Offset-Bereiche von rund 900 m festgestellt. Diese Offset-Bereiche hängen in erster Linie von der Teufe der Schichtgrenze ab. Diese variiert im Messgebiet, daher variiert der Offset Bereich in ähnlichem Umfang.

Im zweiten Teil der Studie wurde eine Schusspunktplanung mit Ausfallsflächen von Anregungspunkten simuliert. Bei der Durchführung einer seismischen 3D-Feldmessung können einzelne Betretungsgenehmigungen (Permits) von geplanten Flächen verweigert werden. Hiervon sind vor allem Anregungspunkte betroffen. Die ausfallenden Punkte beeinflussen den Überdeckungsgrad und die Offset- und Azimut-Verteilung der seismischen 3D-Messung.

Für eine Überdeckungsanalyse und der damit möglicherweise verbundenen Qualitätsbeeinträchtigungen wurde ein Szenario gewählt, in dem bis zu 5 % der Flächen im landwirtschaftlichen Bereichen, Siedlungen und speziell bei den Sprengpunkten ersatzlos ausfallen. Die zufällig ausgewählten Bereiche (Polygone) wurden als Shape-Files erzeugt und in OMNI Workshop als "Obstacle" im Survey-Design der oben zitierten Studie von Kessler & Hertrich (2013) angewandt. 

In der Schusspunktplanungssimulation von Kessler & Hertrich (2013) gab es 130 (1,1 %) Anregungspunkte, die aufgrund von Hindernissen und Sicherheitsabständen ausfielen. Durch die zufällig erzeugten Ausfallsflächen sind in der neuen Schusspunktplanungssimulation 706 (5,9 %) aller Anregungspunkte entfernt worden. Es entstanden vor allem in der Überdeckungsverteilung der Near-Offsets einige neue kleinräumige Bereiche niedriger Überdeckung. Dies ist bei der Überdeckungsanalyse der für die Abbildung der Basis Malm nötigen Offsets im Bereich von 0 bis 500 m erkennbar. Die Abbildungsqualität des Zielhorizontes  des Top Lias bleibt dagegen von Punktausfällen weitestgehend unberührt.

Die Ausfallsflächen beeinflussen die Qualität der geplanten 3D-seismischen Messung, jedoch ist bei einem Anregungspunkteausfall von rund 6 % die Qualität der Messung noch immer ausreichend um Ihre Ziele zur Erkundung des Untergrundes im Messgebiet Jura-Südfuss zu gewährleisten.

Vorrangige Aufgabe der Schusspunktplanung während der laufenden Messkampagne sollte die tägliche Überprüfung und Optimierung der Near-Offset-Verteilung sein. Durch geschickte Verschiebungen von nicht betroffenen Nachbarpunkten können Lücken in der Near-Offset-Verteilung verkleinert oder ganz vermieden werden. Insgesamt gilt die alte Regel der Seismik, dass dort, wo nicht angeregt und gemessen werden kann, der Nahbereich des Untergrundes nicht erforscht werden kann.

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