Natürliche Seismizität im nördlichen Oberrheingraben bisherige Ergebnisse des Projektes SiMoN
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- Claus Krämer
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1 AG Seismologie 9. Tiefengeothermie-Forum Natürliche Seismizität im nördlichen Oberrheingraben bisherige Ergebnisse des Projektes SiMoN Benjamin Homuth Prof. Dr. Georg Rümpker Dr. Matthias Kracht (HLUG) AG Seismologie, Institut für Geowissenschaften Goethe Universität Frankfurt Darmstadt, 30. September 2014
2 Erlaubnisfelder Hessen 1
3 Übersicht Maße der Erdbebenstärke Historische Seismizität in Deutschland und im nördlichen Oberrheingraben Projekt SiMoN: Mikroseismisches Netzwerk und Analyse der natürlichen Seismizität Bebenserie bei Mühltal/Ober-Ramstadt im Odenwald Ausblick: Seismisches Monitoring mit Bohrlochstationen 2
4 Maße für die Erdbebenstärke Quelle: Schweizerischer Erdbebendienst 3
5 Intensitätsskala 4
6 Seismizität Oberrheingraben a) Karte des Oberrheingrabens mit Grabenrandstörungen (Homuth et al., 2014) b) Seismizität im Oberrheingraben und angrenzenden Gebieten (Homuth et al., 2014) Schwarze Dreiecke und Quadrate geben Standorte permanenter seismischer Stationen wieder (HLUG, GRSN und Erdbebendienst Südwest). 5
7 Historische Seismizität Hessen 6
8 Historische Seismizität Hessen Historische Seismizität ( ) inklusive Schwarmbeben in rot; keine Magnituden vorhanden; Intensitäten bis VII. Seismizität in Hessen (+ 50 km Umkreis) nach hessischem Erdbebenkatalog (Kracht, 2012) 7
9 Projekt SiMoN SiMoN = Seismisches Monitoring im Zusammenhang mit der geothermischen Nutzung des Nördlichen Oberrheingrabens Finanziert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). Laufzeit: Oktober 2011 bis Juni 2015 Forschungsziele Detektion und Lokalisierung seismischer Ereignisse zur Verbesserung der Charakterisierung der natürlichen Seismizität im nördlichen Oberrheingraben weit vor der Realisierung eines Projekts der Tiefen Geothermie Modellierung des lokalen Spannungsfeldes Detektion möglicher induzierter Seismizität Projektpartner Universität Frankfurt AG Seismologie (Projektleitung) Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG) in Kooperation mit Universität Stuttgart Institut für geothermisches Ressourcenmanagement (Bingen/Mainz) ÜWG / GeoT (Industriepartner) 8
10 Seismisches Monitoring SiMoN Netzwerk bestehend aus 13 Breitband Stationen (rote Dreiecke) mit Online- Anbindung (durch HLUG) Zusätzlich können Daten der Permanentstationen des Hessischen Erdbebendienstes (blaue Dreiecke) und der GRSN Station TNS (oranges Dreieck) genutzt werden. Schwarze Dreiecke repräsentieren Stationen, die während einer Pilotstudie zum SiMoN Projekt verwendet wurden. Die Pilotstudie fand zwischen November 2010 und September 2011 statt. Die Installation des SiMoN Netzwerkes begann im Dezember
11 Seismische Stationen 10
12 Echtzeit - Monitoring Ereignisdetektion und automatische Lokalisierung in Echtzeit mit RTQUAKE 11
13 Erdbeben-Lokalisierung Geschwindigkeitsmodell Kumulative Magnituden- Häufigkeitsverteilung Magnituden- Häufigkeitsverteilung Herdtiefenverteilung Seismizität zwischen November 2010 und August 2014 (SiMoN-Netzwerk + Pilotstudie); 195 Erdbeben im Untersuchungsgebiet lokalisiert. 12
14 Beben vom , 16:46 UTC Deutschlandweite Berichterstattung 13
15 Beben vom , 16:46 UTC Über 100 Schadensfälle gemeldet! 14
16 Beben vom , 16:46 UTC Ernsthofen Darmstadt Messel Hechtsheim Riedstadt 15
17 Beben vom , 16:46 UTC Maximale Intensität von VII beobachtet Spürbarkeitsschwelle: 0.3 mm/s Referenzwert für sensible Gebäude: 3 mm/s Referenzwert für Wohngebäude: 5 mm/s (nach DIN4150) Maximale Schwinggeschwindigkeiten von über 25 mm/s. DIN4150 Grenzwerte damit deutlich überschritten! 16
18 Bebenverteilung Bisher 110 Beben im Magnitudenbereich von ML = -0.4 bis 4.2 und im Tiefenbereich von 1 km bis 8 km seit Bebenverteilung mit Lokalisierungsgenauigkeit Relokalisierung mit hypodd 17
19 Tiefensektion / Herdmechanismus Mühltal/ Ober- Ramstadt Groß- Bieberau/ Reinheim Unterschiedliche Herdflächenlösungen deuten auf zwei aktive Störungszonen hin! 18
20 Zeitlicher Verlauf März April Kein typisches Abklingverhalten, keine typische Nachbebenverteilung Mai Juni Juli August 19
21 Seismisches Rauschen I95 Stationskriterium: Rauschamplitude < 2 µm/s (5-40 Hz) Alle Stationen im SiMoN-Netz weisen I95-Werte unterhalb von 2 µm/s auf! Kriterium ist nicht ausreichend zur Detektion und Lokalisierung von Beben kleinster Magnituden < 1 Bohrlochmessungen notwendig 20
22 Bohrlochmessung Innenstadt Groß-Gerau Bohrlochsonde in 30m Tiefe; Breitband in 2m Tiefe und 4,5 Hz Geophon an Oberfläche 21
23 Bohrlochmessung Groß-Gerau - Noisespektrum Unterschied Bohrloch und Oberfläche im Bereich von 5-40 Hz im Mittel 9.4 db; bei Hz: 13.7 db; Amplitudenverhältnis: 2.95 bzw
24 Bohrlochmessung Groß-Gerau Vergleich Oberfläche/Bohrloch Detektion Bohrloch: 8 Erdbeben im Aufzeichnungszeitraum detektiert Magnitudenbereich: Entfernungsbereich: km Oberfläche: 5 Erdbeben im Aufzeichnungszeitraum detektiert Magnitudenbereich: Entfernungsbereich: km Detektionsverbesserung erkennbar, trotz mäßiger Anbindung! Jedoch nicht besser als SiMoN-Stationen (oberirdisch, stadtauswärts) 23
25 Bohrlochmessung GWM Geinsheim Tiefe: 52 m 24
26 Bohrlochmessung Geinsheim - Noisespektren Unterschied Bohrloch und Oberfläche im Bereich von 5-40 Hz im Mittel 14.6 db; bei Hz: 14.4 db; Amplitudenverhältnis: 5.37 bzw
27 Geplante Bohrlochstationen Betrieb von 4 Bohrlochmessstationen zur Untersuchung der Änderung der Rauschbedingungen mit der Tiefe geplant: 1 x bis 50 m Tiefe (kurzzeitige Messungen an verschiedenen Messstellen => laterale Variationen) 2 x bis 100 m Tiefe (dauerhafter Betrieb für Restlaufzeit) 1 x Hole Lock System (=> vertikale Variationen) Verwendung von bestehenden Bohrungen (vor allem Grundwassermessstellen) > großes Potential aufgrund kostengünstiger Nutzung m 2 BIEBRICH Nr DN 150 Stahlschutzrohr m it Kappe [m] [m] Gestein M eßpunkthöhe 0,7 0,0 Geländehöhe 0,0 : : : : Höhenbolzen Auffüllung : : : : Betonfundam ent -1,0 : : : : : : : : : : 2,0 : : : : : : : : : : : : Füllsand : : : : : : : : : : : : Bohrdurchm esser 300m m : : : : : : : : : : : : : -3,0 Sand : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Bohrdurchm esser 250m m : : : : : : : : : : -4,5 4,8 Kalk- und Mergelstein am ,3 Ton "Norip" 11,0 Rohr DN Quellton "Compactonit" 14, ,0 Filter- rohr (SW1) Filterkies (2 bis 5,6m m ) -20,0-22,0 22, Zentrierung ,5 0,2 m Rohrboden M aßstab 24,0 Endtiefe -24,0 250 m m 26
28 Zusammenfassung Charakterisierung der natürlichen Seismizität weit vor der Realisierung eines Projektes der Tiefen Geothermie Bisher keine Hinweise auf seismisch aktive Verwerfungen in Tiefen bis ca. 10 km im Bereich Groß-Gerau (in den letzten 3 Jahren) Bebenserie von Mühltal/Ober-Ramstadt mit über 110 Beben innerhalb von 3 Monaten mit SiMoN-Netzwerk zuverlässig lokalisiert Noisebedingungen im nördlichen Oberrheingraben erfordern Bohrlochstationen zur sicheren Detektion von Ereignissen mit Magnituden < 0.5 Erste Bohrlochtestmessungen zeigen vielversprechende Verbesserungen der Noisebedingungen 27
29 Publikationen zum SiMoN-Projekt Publikation in Tectonophysics: Homuth, B., et al. (2014), Seismicity of the northern Upper Rhine Graben Constraints on the present-day stress field from focal mechanisms, Tectonophysics, 632:8-20 dx.doi.org/ /j.tecto Homuth, B., et al. (2014), Mikroseismisches Monitoring im nördlichen Oberrheingraben, die Pilotstudie Monaseis, Geol. Jb. Hessen 138: 15 35, 26 Abb., 2 Tab.; Wiesbaden
30 AG Seismologie Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! weitere Informationen unter: Das Projekt SiMoN wird vom Bundeministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen A/B gefördert und durch den Projektträger Jülich (PtJ) begleitet. 29
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