HYDRA - A Bottom Towed Electric Multi Receiver System

HYDRA - A Bottom Towed Electric Multi-Receiver System Quelle: BGR

Im Rahmen des vom BMBF und BMWi finanziell gefördertenVerbundprojekts SUGAR ist an der BGR ein neues CSEM Messsystem, HYDRA, zur Erkundung der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung im Meeresuntergrund entwickelt worden. Das Messsystem eignet sich vorrangig für die Exploration submariner Gashydratvorkommen, die sich in Wassertiefen von mehr als 500m innerhalb der Gashydratstabilitätszone vom Meeresboden bis zu einigen hundert Metern darunter bilden können. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind zum Beispiel die Untersuchung von seismisch erfassten Gashorizonten im Flachwasser als auch Frischwasserlinsen.

HYDRA durchlebte mehrere Entwicklungsstadien und ist heute ein modulares Messsystem mit einem 100 m langen Sendedipol (TX) und vier Empfangsdipolen (R1, R2, R3, R4), die in Abständen von 150m (R1) bis 750m (R4) über ein Datenkabel verbunden sind und am Meeresboden geschleppt werden. Am vorderen Ende des Messstrangs befindet sich das „Pig“, welches zum einen als Gewicht und Pflug dient, um das System beim Schleppen am Meeresboden zu halten. Zum anderen ist es ein Geräteträger für den neu entwickelten Signalgenerator, der auch den Sendestrom aufzeichnet, die Kommunikationseinheit, mit der die Befehle und Daten über Lichtwellenleiter im Tiefseekabel an Bord und zum Gerät übertragen werden, sowie einen CTD-Sensor (engl. conductivity, density, temperature) und einen Akustikempfänger, mit dem der Abstand zwischen Pig und Forschungsschiff bestimmt werden kann. Die Signalform des Senders ist typischerweise ein Rechteck (100% duty cycle), dessen Polarität mit einer Periode zwischen 1s und 6s wechselt.

Bei jedem Schaltvorgang werden elektromagnetische Felder vom Sendedipol ausgestrahlt, die sich durch die leitfähige Wasserschicht oberhalb des Dipols und die schlechter leitenden Sedimente unterhalb des Dipols räumlich ausbreiten und von den Empfangsdipolen erfasst werden. Dabei gilt, je größer der Widerstand im Untergrund, umso schneller kommt das Feld am Empfangsdipol an und umso größer ist die Amplitude des elektrischen Feldes. Des Weiteren gilt: Je größer der Abstand zwischen Sende- und Empfangsdipol, umso tiefer liegende Bereiche werden erfasst.

Der Einsatz von mariner CSEM zur Untersuchung von submarinen Gashydraten ist neu und wurde bislang nur von wenigen Institutionen weltweit durchgeführt., darunter die University of Toronto in Kanada, SCRIPPS in San Diego, USA, Woods Hole Oceanographic Institute, USA, Geomar, Kiel und Jamstec und Kyoto University, Japan. In den letzten Jahren haben auch Forschergruppen in China CSEM Systeme entwickelt, die sie zur Gashydratexploration in der Südchina See einsetzen.
Die BGR hat mit der Entwicklung von HYDRA ein Alleinstellungsmerkmal in Deutschland und Europa. Ein wesentlicher Vorteil des geschleppten Systems ist der konstante und damit bekannte Abstand zwischen Sende- und Empfangsdipolen, der ein sensibler Parameter in der Auswertung ist. Das erübrigt das aufwendige Einmessen der Sende- und Empfangseinheiten und die Daten können nach dem Einsatz sofort ausgewertet werden.
HYDRA ist bislang zur Exploration von Gashydraten vor Neuseeland (Projekt NEMESYS), im Donau-Delta Schwarzes Meer (FS MERIAN Ausfahrt MSM35), und zur Untersuchung von flachen seismischen Reflektoren in der Deutschen Nordsee (FS METEOR Fahrt M88/2) eingesetzt worden.