Mots-clé
(Allemand)
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Die Umgebungsgeräuschtomographie (ANT) ist eine passive seismische Bildgebungstechnik, die keine aktive Quelle benötigt. Mit der jüngsten Entwicklung tragbarer und kostengünstiger seismischer Stationen bietet der Aufbau dichter seismischer Netze ein großes Potenzial, um hochauflösende Modelle des Untergrunds zu geringen Kosten zu erstellen. Scherwellengeschwindigkeitsmodelle sind besonders empfindlich gegenüber flüssigkeitsreichen und zerklüfteten Gesteinsstrukturen, was ANT für die geothermische Exploration sehr vielversprechend macht. Wir schlagen vor, die Methode in einem geothermischen Kontext zu testen und weiterzuentwickeln, mit einer Anwendung am Standort Riehen, und ihren Mehrwert gegenüber konventionellen Explorationsmethoden zu evaluieren.
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Mots-clé
(Anglais)
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geothermal energy, exploration, geophysics, ambient noise tomography
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Mots-clé
(Français)
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La tomographie à bruit ambiant (ANT) est une technique d'imagerie sismique passive qui ne nécessite aucune source active. Avec le développement récent de stations sismiques portables et économiques, le déploiement de réseaux sismiques denses présente un grand potentiel pour extraire des modèles de subsurface à haute résolution à faible coût. Les modèles de vitesse des ondes de cisaillement sont particulièrement sensibles aux structures rocheuses riches en fluides et fracturées, ce qui rend l'ANT très prometteur pour l'exploration géothermique. Nous proposons de tester et de développer la méthode dans un contexte géothermique, avec une application au site de Riehen, et d'évaluer sa valeur ajoutée par rapport aux techniques d'exploration conventionnelles.
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Description succincte
(Anglais)
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Ambient-Noise Tomography (ANT) is a passive seismic imaging technique that does not require any active source. With the recent development of portable and cost-efficient seismic stations, the deployment of dense seismic networks shows great po-tential to retrieve high-resolution subsurface models at low costs. Shear-wave velocity models are particularly sensitive to fluid-rich and fractured rock structures, making ANT very promising for geothermal exploration. We propose to test and develop the method in a geothermal context, with an application to the site of Riehen, and to evaluate its added value with respect to con-ventional exploration techniques.
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Rapport final
(Allemand)
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Ziel dieses Projekts war die Erprobung der Umgebungsgeräuschtomographie (ANT) mit dichten Knotennetzen als wirtschaftlich und wissenschaftlich wertvolles Instrument für die geothermische Exploration. Mit dieser Methode gelingt es, die Scherwellengeschwindigkeitsstruktur des Untergrunds großflächig abzubilden und die kristalline Grundgebirgsstruktur darzustellen. Nodal ANT wurde in zwei Gebieten mit hohem geothermischem Potenzial in der Schweiz erfolgreich getestet: im Kanton Aargau und im Gebiet um Riehen, Basel-Stadt. Die Feldkampagnen und die Einsätze verliefen selbst in dicht besiedelten Gebieten fast unbemerkt von den lokalen Gemeinden, was zeigt, wie nicht-invasiv und logistisch einfach diese Methode ist. Die von den temporären Sensoreinsätzen gewonnenen Daten zeichneten Umgebungsgeräusche auf, die trotz der sehr unterschiedlichen Standortbedingungen und der geringen Verschüttungstiefe zuverlässige Beobachtungen der Oberflächenwelleneigenschaften bei den für die Tiefenbildgebung erforderlichen niedrigen Frequenzen ermöglichten. Die aus diesen Daten entwickelten Untergrundmodelle reichen bis in eine Tiefe von 5 km und lassen sich gut mit der bekannten Geologie in diesen beiden Gebieten vergleichen, einschließlich der erwarteten großräumigen Kontraste zwischen tektonischen Einheiten, die durch große Grabenstrukturen verursacht werden, aber auch feinere Geschwindigkeitskontraste, die auf das Vorhandensein mehrerer Verwerfungen und Flüssigkeitsanomalien hindeuten. Ausgehend von unseren Modellen haben wir auch Interpretationen entwickelt, um die Geometrie der gemessenen Wärmestromanomalien und die niedrigen Scherwellengeschwindigkeiten im Hinblick auf den Flüssigkeitsstrom zu erklären. Die NANT-Methode erweist sich als vielversprechend für die geothermische Erkundung in der Schweiz.
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Rapport final
(Anglais)
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This project aimed to test ambient noise tomography (ANT) with dense nodal networks as an economically and scientifically valuable geothermal exploration tool. The method succeeds at imaging the shear wave velocity structure of the subsurface, over a large area and can image the crystalline basement structure. Nodal ANT was successfully tested in two areas of high geothermal potential in Switzerland: the canton of Aargau and the area surrounding Riehen, Basel-Stadt. The field campaigns and the deployments went almost unnoticed by the local communities even in densely urbanized areas, highlighting how non-invasive and logistically simple this method is. The data retrieved from the temporary sensor deployments recorded ambient noise characteristics that allowed confident observations of surface wave characteristics at the low frequencies required for deep imaging, despite the very varied site conditions and shallow depth of burial. The subsurface models developed from these data reach a depth of 5 km and compare favourably with the known geology in these two areas, including the expected large-scale tectonic unit contrasts caused by major graben structures but also finer scale velocity contrasts suggesting the presence of several faults and fluid anomalies. From our models, we have also developed interpretations to explain the geometry of measured heat flux anomalies and low shear wave velocities in terms of fluid flow. The NANT method is found to be promising for geothermal exploration in Switzerland.
Documents annexés
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Rapport final
(Français)
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Ce projet a pour objectif de tester la méthode de tomographie de bruit ambiant avec réseaux denses de capteurs (NANT) en tant que méthode économique et fiable pour l’exploration de ressources géothermiques. Cette méthode a démontré avec succès qu’il est possible d’imager la structure du sous-sol (plus particulièrement une propriété géophysique appelée la vitesse des ondes S) sur une grande superficie et à une profondeur qui pénètre le socle crystallin. La méthode NANT a été testée dans deux régions de la Suisse à haut potentiel géothermique: le canton de Argovie et la région multinationale qui entoure Riehen, à Bâle-Ville. Les campagnes de mesure sur le terrain se sont déroulées sans aucune incidence pour les populations locales, même dans la zone urbaine de Bâle. Cela souligne que cette méthode est non-invasive et logistiquement simple à planifier en comparaison avec les méthodes d’exploration conventionelles, telle la sismique réflexion, qui requiert des camions vibrateurs. Les données de bruit sismique ambiant que nous avons recueillies avec nos capteurs nous ont permis de faire des observations d’ondes de surface aux fréquences requises pour imager le soussol jusqu’à 5 kilomètres de profondeur. Les modèles du sous-sol que nous avons obtenus à partir de ces données se comparent favorablement aux données géologiques et géophysiques connues à ces deux localités, y compris des contrastes majeures entre unités géologiques (fossé rhénan) et des contrastes plus subtiles qui peuvent être associés à des failles connues et des anomalies causées par la présence de fluides en profondeur. La méthode NANT se révèle prometteuse pour l’exploration des ressources géothermiques en Suisse.
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