Nur selten treten Erdöl und Erdgas von selbst aus der Erdoberfläche aus, wie einst das „St.-Quirinus-Öl“ am Tegernsee oder das Gas der „brennenden Quellen“ in nordamerikanischen Gewässern. Die meisten Vorkommen der beiden Rohstoffe verbergen sich unsichtbar unter der Erdoberfläche in Tiefen zwischen 500 und 5000 Metern. Sie zu entdecken, ist eine Herausforderung, die nur mit Hilfe modernster Technik und unter hohen Kosten bewältigt werden kann. Bei der Erschließung (Exploration) neuer Öl- und Gasfelder arbeiten Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen zusammen: Geologen, Geophysiker, Petrophysiker und Ingenieure.

Erste Hinweise auf ein mögliches Vorkommen liefern Luftaufnahmen von Flugzeugen oder Satelliten. Vor allem die Kuppeln von „Antiklinalen“ sind aus der Vogelperspektive gut zu erkennen – dort sind Öl und Gas unter der Wölbung einer undurchlässigen Gesteinsschicht gefangen. Seit kurzem können Satelliten sogar erkennen, ob sich unter der Erde Kohlenwasserstoffe – also Öl oder Gas – befinden. Dazu analysieren sie das von der Oberfläche reflektierte Licht bei verschiedenen Wellenlängen (Remote Sensing Direct Detection of Hydrocarbons, RSDD-H).

Auch das Magnetfeld erlaubt einen Blick ins Erdinnere: Rund um eine Lagerstätte ist es schwächer, weil das Sedimentgestein – in ihm lagern Öl und Gas – weniger magnetisch ist als vulkanisch entstandenes Gestein. Nach solchen Schwankungen des Erdmagnetfeldes suchen Flugzeuge, die mit einem Magnetometer ausgerüstet sind – im Prinzip ein langes Kabel, in dem das schwankende Magnetfeld eine elektrische Spannung erzeugt. Einen weiteren Hinweis liefert die variierende Anziehungskraft der Erde: Ein Gravimeter – eine extrem empfindliche Waage – an Bord eines Flugzeugs misst die Veränderungen der Schwerkraft und liefert den Geologen wichtige Hinweise auf die Zusammensetzung der Erdkruste.

Das wichtigste Explorations-Verfahren ist die Seismik. Sie verrät, welche verschiedenen Gesteinsschichten sich unter der Erdoberfläche befinden. Dazu erzeugen die Wissenschaftler Vibrationen und messen mit „Erdmikrofonen“ (Geophonen) die Reflexionen der Schallwellen an der Grenze zwischen unterirdischen Gesteinsschichten. Je nach Gestein schwankt die Geschwindigkeit, mit der sich die Wellen ausbreiten. Darum kommen sie an den regelmäßig verteilten Geophonen zu unterschiedlichen Zeiten an – aus diesem Muster von Verzögerungen können Computer ein zwei- oder dreidimensionales Bild der unterirdischen Gesteinsschichten berechnen.

Aber wie erzeugt man die Vibrationen? Früher wurden dazu kleine Sprengladungen eingesetzt, heute übernehmen spezielle Lastwagen diese Aufgabe: An ihrer Unterseite ist ein hydraulisches Vibrationssystem, das den Boden fünf- bis 80 Mal pro Sekunde erschüttert. Mit Hilfe solcher „Vibro-Trucks“ untersuchte Wintershall im Sommer 2010 die beiden Taoudeni-Explorationsblöcke in der Wüste von Mauretanien. Alle 25 Meter steckten die Wissenschaftler an 61.400 Punkten jeweils zwölf Geophone in den Boden und zeichneten die Reflexionen der Schallwellen auf. Dafür mussten die 180 Teilnehmer der Expedition monatelang in der Sahara kampieren.

Wenn auch die seismischen Untersuchungen vielversprechend verlaufen sind, folgt als letzter Schritt der Exploration eine Probebohrung – nur sie kann Gewissheit liefern, ob an der untersuchten Stelle tatsächlich Öl oder Gas lagern. Mit Bohrmeißeln stoßen die Wissenschaftler tief in die Erde vor und untersuchen das zutage geförderte Gestein. Bohrkerne werden in hauchdünne Scheiben geschnitten und unter dem Mikroskop untersucht. Solche „Dünnschliffe“ liefern wichtige Informationen wie die Zusammensetzung des Gesteins und seine Speichereigenschaften. Dabei werden die Öl- und Gassucher oft enttäuscht: Trotz aller Vorarbeit mit modernsten Messverfahren bringt nur jede dritte bis vierte Probebohrung den gewünschten Erfolg.