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Seismic characterization of geothermal reservoirs by application of the common-reflection-surface stack method and attribute analysis

Seismische Charakterisierung von geothermischen Reservoiren mittels “Common-Reflection-Surface” Stapelungs-Methode und Attribut-Analysen

  • An important contribution of geosciences to the renewable energy production portfolio is the exploration and utilization of geothermal resources. For the development of a geothermal project at great depths a detailed geological and geophysical exploration program is required in the first phase. With the help of active seismic methods high-resolution images of the geothermal reservoir can be delivered. This allows potential transport routes for fluids to be identified as well as regions with high potential of heat extraction to be mapped, which indicates favorable conditions for geothermal exploitation. The presented work investigates the extent to which an improved characterization of geothermal reservoirs can be achieved with the new methods of seismic data processing. The summations of traces (stacking) is a crucial step in the processing of seismic reflection data. The common-reflection-surface (CRS) stacking method can be applied as an alternative for the conventional normal moveout (NMO) or the dip moveout (DMO) stack. TheAn important contribution of geosciences to the renewable energy production portfolio is the exploration and utilization of geothermal resources. For the development of a geothermal project at great depths a detailed geological and geophysical exploration program is required in the first phase. With the help of active seismic methods high-resolution images of the geothermal reservoir can be delivered. This allows potential transport routes for fluids to be identified as well as regions with high potential of heat extraction to be mapped, which indicates favorable conditions for geothermal exploitation. The presented work investigates the extent to which an improved characterization of geothermal reservoirs can be achieved with the new methods of seismic data processing. The summations of traces (stacking) is a crucial step in the processing of seismic reflection data. The common-reflection-surface (CRS) stacking method can be applied as an alternative for the conventional normal moveout (NMO) or the dip moveout (DMO) stack. The advantages of the CRS stack beside an automatic determination of stacking operator parameters include an adequate imaging of arbitrarily curved geological boundaries, and a significant increase in signal-to-noise (S/N) ratio by stacking far more traces than used in a conventional stack. A major innovation I have shown in this work is that the quality of signal attributes that characterize the seismic images can be significantly improved by this modified type of stacking in particular. Imporoved attribute analysis facilitates the interpretation of seismic images and plays a significant role in the characterization of reservoirs. Variations of lithological and petro-physical properties are reflected by fluctuations of specific signal attributes (eg. frequency or amplitude characteristics). Its further interpretation can provide quality assessment of the geothermal reservoir with respect to the capacity of fluids within a hydrological system that can be extracted and utilized. The proposed methodological approach is demonstrated on the basis on two case studies. In the first example, I analyzed a series of 2D seismic profile sections through the Alberta sedimentary basin on the eastern edge of the Canadian Rocky Mountains. In the second application, a 3D seismic volume is characterized in the surroundings of a geothermal borehole, located in the central part of the Polish basin. Both sites were investigated with the modified and improved stacking attribute analyses. The results provide recommendations for the planning of future geothermal plants in both study areas.show moreshow less
  • Ein wichtiger Beitrag der Geowissenschaften zur Bereitstellung erneuerbarer Energien besteht in der Nutzbarmachung von geothermischen Ressourcen. Für die Entwicklung von geothermischen Anlagen in großen Tiefen ist in der ersten Phase eine detaillierte geologisch-geophysikalische Erkundung erforderlich. Hierbei werden Informationen über das Temperaturfeld, zur Litho-Stratigraphie und Strukturgeologie, Geomechanik, Hydrogeologie sowie petrophysikalische Eigenschaften im Reservoir-Maßstab benötigt. Mit Hilfe aktiver seismischer Methoden können hochauflösende Abbilder des geothermischen Reservoirs geliefert werden. Dadurch können potentielle Transportwege für Fluide sowie Regionen mit hohem Wärmeabsorptionspotential identifiziert und kartiert werden. Die vorgelegte Arbeit untersucht, inwieweit mit neuen Methoden der seismischen Datenbearbeitung eine verbesserte Charakterisierung von geothermischen Reservoiren erreicht werden kann. Die Stapelung ist ein entscheidender Schritt bei der Bearbeitung von seismischen Felddaten. Die sogenannteEin wichtiger Beitrag der Geowissenschaften zur Bereitstellung erneuerbarer Energien besteht in der Nutzbarmachung von geothermischen Ressourcen. Für die Entwicklung von geothermischen Anlagen in großen Tiefen ist in der ersten Phase eine detaillierte geologisch-geophysikalische Erkundung erforderlich. Hierbei werden Informationen über das Temperaturfeld, zur Litho-Stratigraphie und Strukturgeologie, Geomechanik, Hydrogeologie sowie petrophysikalische Eigenschaften im Reservoir-Maßstab benötigt. Mit Hilfe aktiver seismischer Methoden können hochauflösende Abbilder des geothermischen Reservoirs geliefert werden. Dadurch können potentielle Transportwege für Fluide sowie Regionen mit hohem Wärmeabsorptionspotential identifiziert und kartiert werden. Die vorgelegte Arbeit untersucht, inwieweit mit neuen Methoden der seismischen Datenbearbeitung eine verbesserte Charakterisierung von geothermischen Reservoiren erreicht werden kann. Die Stapelung ist ein entscheidender Schritt bei der Bearbeitung von seismischen Felddaten. Die sogenannte “common-reflection-surface” Stapelung ist eine Erweiterung des klassischen Stapelungs-Konzepts. Durch ihre Anwendung können detailliertere und zuverlässigere Abbilder des Untergrundes gewonnen werden. Als wichtige Neuerung habe ich in der Arbeit aufgezeigt, dass durch diese modifizierte Art der Stapelung insbesondere die Qualität von Signalattribut-Darstellungen der seismischen Abbilder signifikant verbessert wird. Signalattribute sind ein wichtiges Werkzeug bei der Untersuchung von Reservoiren. Variationen der lithologischen und petrophysikalischen Eigenschaften spiegeln sich in Variationen in bestimmten Signalattributen (z.B. Frequenzeigenschaften, Amplitudeneigenschaften) wieder. Daraus kann auf die Qualität des geothermischen Reservoirs, z.B. hinsichtlich der Aufnahmefähigkeit von Fluiden zur Wärmeabsorption in Kreislaufsystemen, geschlossen werden. Das vorgeschlagenen methodische Konzept wird an Hand von 2 Fallstudien demonstriert. Im ersten Beispiel analysierte ich eine Reihe von 2D seismischen Profilschnitten durch das Alberta-Sedimentbecken am Ostrand der kanadischen Rocky Mountains. Bei der zweiten Anwendung wird ein 3D seismisches Volumen im Umfeld einer Geothermie-Bohrung im Zentralteil des Polnischen Sedimentbeckens mit Hilfe der modifizierten Stapelung und verbesserten Attribut-Analysen charakterisiert. Die Ergebnisse ermöglichen Empfehlungen für die Planung zukünftiger Geothermie-Anlagen in beiden Untersuchungsgebieten.show moreshow less

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Metadaten
Author:Marcin Pussak
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77565
Advisor:Michael H. Weber
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2014
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2015/01/09
Release Date:2015/06/29
Tag:Attribut-Analysen; Common-Reflection-Surface; Verarbeitung seismischer Daten; geothermischer Reservoire; seismische Stapelungs-Methode
seismic
Page Number:viii, 140
RVK - Regensburg Classification:UT 2500
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften
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