[Buske] Seismic site characterization in and around the COSC-2 drillhole

German Title: Seismische Charakterisierung der COSC-2 Bohrlochumgebung

Abbreviation: 412

Current Status: approved


Main Applicant:Prof. Dr. Stefan Buske


Resources Recipient

Prof. Dr. Sebastian Krastel
Dr. Rüdiger Giese


Other Persons


Conveyor Begin: 1 March, 2021
Conveyor End:
Conveyor Duration: 36
Year: 2021


Description

The project COSC (Collisional Orogeny in the Scandinavian
Caledonides) focuses on the mid Paleozoic Caledonide Orogen in
Scandinavia in order to better understand orogenic processes. The
Scandinavian Caledonides provide a well preserved deeply eroded
example of a Paleozoic continent-continent collision of Himalayan
dimensions. The current structure consists of the allochthons and the
underlying autochthonous units, and the shallow 1-2 degrees
westdipping décollement surface that separates the two units and
consists of a thin skin of Cambrian black shales. The basement of the
Fennoscandian Shield, underlying the Caledonides is dominated by
crystalline rocks of Paleoproterozoic age. The structure of the
basement is highly reflective and dominated by either mafic sheets or
deformation zones of Caledonian or pre-Caledonian age. The COSC
project will examine the structure and physical conditions of these
units, in particular the Caledonian nappes and the underlying
basement, with two approximately 2.5 km deep boreholes, located in
western Jämtland. In addition to that, the boreholes will provide
unique information about the present temperature gradient in the
Caledonides, the porosity and permeability of the rock formations, and
the petrophysical properties of the rocks at depth. The borehole
COSC-1, drilled in 2014, investigated the emplacement of high-grade
metamorphic allochthons, the Seve Nappe Complex. The second
borehole COSC-2 will investigate the character of the underlying
lower allochthonous thrust sheets, the main Caledonian décollement
and the Precambrian basement. Existing regional seismic and
magnetotelluric data have imaged the geometry of the upper crust,
and several pre-site seismic reflection surveys were performed in
order to define the exact drill site locations. The surrounding of the
COSC-1 drill site was characterized 2014 through an extensive
seismic survey consisting of several borehole and surface based
experiments. The goal of this current proposal is to perform similar
investigations around the new COSC-2. This will be achieved by a
combination of seismic transmission and reflection experiments using
a borehole geophone system and complemented by two long offset
lines at the surface equipped with 3C geophones. Sources and
surface receivers will be aligned at different azimuths and centred
around the borehole location. These land-based investigations will be
complemented by an airgun and OBS profile within the adjacent lake.
Two supplementary experiments, a zero-offset VSP and a
highfrequency walkaway VSP will help to characterize the direct
vicinity of the borehole. The data processing will employ recently
developed advanced imaging techniques and will focus on the
analysis of anisotropic effects. The results of our investigations will be
high-resolution images of the fine-scale structures around the
borehole which is vital information for a reliable extrapolation of
structural and petrophysical borehole findings.

 

Ziel des Projektes COSC (Collisional Orogeny in the Scandinavian
Caledonides) ist das verbesserte Verständnis rezenter sowie
abgeschlossener orogener Prozesse in den paläozoischen
Kaledoniden von Skandinavien, die ein gut erhaltenes, tief erodiertes
Beispiel einer paläozoischen Kontinent-Kontinent Kollision darstellen.
Die heutige Struktur besteht aus Allochthonen und darunterliegenden
autochthonen Einheiten, sowie einem flach mit 1-2 Grad nach Westen
einfallendem basalen Décollement, welches diese beiden Einheiten
trennt und aus einer gering-mächtigen Schicht Schwarzschiefer
besteht. Das COSC Projekt untersucht diese Einheiten anhand von
zwei bis zu 2.5 km tiefen Kernbohrungen im westlichen Jämtland.
Zusätzlich zu den strukturgeologischen Informationen werden die
Bohrungen in einzigartiger Weise Aufschluss über den rezenten
Temperaturgradienten in den Kaledonien sowie über Porosität,
Permeabilität und die petrophysikalischen Eigenschaften der
Gesteine in größeren Tiefen geben können. Die Bohrung COSC-1
wurde 2014 abgeteuft und hatte dabei das Ziel, die hochgradig
metamorphen Allochthone des Seve Nappe Komplexes zu
untersuchen. Die zweite Bohrung, COSC-2, wird die
darunterliegenden unteren allochthonen Decken, das Haupt-
Décollement sowie das präkambrische Basement durchteufen.
Bereits existierende seismische und magnetotellurische Daten
wurden bisher genutzt, um die Struktur der oberen Kruste abzubilden.
Mehrere reflexionsseismische Voruntersuchungen wurden
durchgeführt, um geeignete Standorte für die Bohrungen festzulegen.
Die Umgebung der COSC-1 Bohrung wurde 2014 mittels
umfangreicher seismischer Untersuchungen, bestehend aus
mehreren bohrloch- und oberflächenbasierenden Experimenten,
charakterisiert. Das hier vorgeschlagene Projekt soll in ähnlicher
Weise auf die Umgebung der COSC-2 Bohrung angewandt werden,
um kleinskalige Strukturen besser aufzulösen und die
vorherrschenden Gesteine im Detail zu charakterisieren. Dies wird
durch eine Kombination aus seismischen Transmission- und
Reflexionsmessungen erreicht, für die eine Geophonkette im
Bohrloch platziert wird und dazu ergänzend Oberflächenprofile mit
Geophonen ausgestattet werden. Um das Bohrloch herum werden
dabei sich kreuzende seismische Profile angeordnet, wobei ein Teil
dieser Profile durch Airgun- und OBS-Profile im angrenzenden See
ergänzt werden. Zwei weitere Experimente, eine zero-offset VSP
Messung und eine hochfrequenz walkaway VSP Messung, werden
dazu beitragen, die direkte Umgebung der Bohrung zu
charakterisieren. Zur Datenauswertung werden kürzlich entwickelte
moderne Abbildungstechniken verwendet, wobei das
Hauptaugenmerk unter anderem auf der Analyse von
Anisotropieeffekten liegt. Das Ergebnis unserer Untersuchungen
werden hochauflösende seismische Abbildungen der krustalen
Strukturen sein, welche wichtige Informationen für eine verlässliche
Extrapolation der im Bohrloch beobachteten strukturellen und
petrophysikalischen Eigenschaften liefern.