Tiefengeothermie und induzierte Seismizität

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Ewald Koch
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1 Tiefengeothermie und induzierte Seismizität Christian Bönnemann Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Fachbereich Seismologisches Zentralobservatorium, Kernwaffenteststopp Stilleweg 2, D Hannover Ottomar Krentz Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie Halsbrücker Str. 31a, D Freiberg Inhalt Begriffe und Grundlagen Seismizität in Deutschland Induzierte Seismizität in der Geothermie: Erfahrungsstand Schlussfolgerungen

2 Natürliche Erdbeben Überwiegend tektonische Beben: Spannungen, die sich durch natürliche tektonische Kräfte im Erdinnern aufbauen, führen zu einem Zerbrechen des Gesteins entlang von vorhandenen Schwächezonen Getriggerte Erdbeben Natürliche Erdbebentätigkeit, die durch den Ausbau und Betrieb der Geothermieanlage beeinflusst werden kann. Induzierte Erdbeben Erdbebenaktivität, die durch den Ausbau und Betrieb der Geothermieanlage unmittelbar im geothermischen Reservoir ausgelöst wird. Quelle: Deep Heat Mining Basel, Seismische Risikoanalyse (SERIANIX) Weitere Ursachen: Bergbau, sonstige Entnahme/Injektion von Fluiden, Staudämme Stärke von Erdbeben Magnitude: logarithmisches Maß für die Stärke eines Erdbebens aus Messungen der Maximalamplitude seismischer Phasen. M L Richter-Magnitude: nur für Flachbeben, Herdtiefe bis 20 km, Entfernungsbereich bis 1000 km Zahlreiche weitere Magnitudenskalen: M S Oberflächenwellen-Magnitude m b Raumwellen-Magnitude (kurzperidisch) M W Momenten-Magnitude Magnitude 7 ~ Anzahl/Jahr ~ >50000

3 Auswirkung von Erdbeben Intensität: Maß für die Auswirkungen eines Erdbebens auf Landschaft, Straßen oder Gebäude, die ohne Instrumente wahrgenommen werden können (Makroseismik). Ein Beben gleicher Magnitude kann sich mit unterschiedlicher Intensität auf die Oberfläche auswirken (je nach Herdtiefe, Oberflächengeologie und Bebauung). Europäische Makroseismische Skala EMS-98 I nicht fühlbar II kaum bemerkbar III schwach IV deutlich V stark VI leichte Gebäudeschäden VII Gebäudeschäden VIII schwere Gebäudeschäden IX zerstörend X sehr zerstörend XI verwüstend XII vollständig verwüstend Seismizität in und um Deutschland Zeitraum: 2000 bis 2010 Magnituden: 2 und größer Anzahl: 4935 Ereignisse - Tektonische Ereignisse - Induzierte Ereignisse - Steinbruchsprengungen

4 Seismizität in und um Deutschland Zeitraum: 2000 bis 2010 Magnituden: 2 und größer Anzahl: 4935 Ereignisse - Tektonische Ereignisse - Induzierte Ereignisse - Steinbruchsprengungen DIN 4149 (April 2005) Probabilistische Erdbebengefährdungskarte Wiederkehrperiode 475 Jahre Hannover Groß Schönebeck Erdbebenzone 0 Intensitätsintervall 6 I < 6,5 Dresden Freiberg Aue ,5 I < 7 7 I < 7,5 7,5 I 8 Landau Soultz Basel

5 Durch Bergbau induzierte Seismizität Weitgehende Akzeptanz der Seismizität: Bergbau wirtschaftliche Grundlange der Region Langzeit-Gewöhnung Effiziente Schadensregulierung durch Fonds Seismizität im Ruhrgebiet (Quelle: Ruhr-Universität Bochum) Stärkste seismische Ereignisse an Geothermie-Anlagen Site The Geysers, USA Cooper Basin, Australien Basel, Schweiz Rosemanowes, UK Soultz-sous-Forêts, Frankreich Landau, Deutschland Max. Magnitude Quelle: und Ergänzung

6 Freiberg Dresden Aue Tiefe Geothermie in Sachsen: Vorzugsgebiete

7 Europäisches Geothermie-Projekt Soultz-sous-Forêts Europäisches Geothermie- Projekt Soultz-sous-Forêts Hydraulische Stimulation in kristallinen Gesteinen: Seismische Aktivität im wesentlichen während hydraulischer Stimulation Maximale Magnitude: 2.9 Mikroseismik sehr wichtige Informationsquelle zur Geometrie der durch Stimulation geschaffenen unterirdischen Wärmetauscher Quelle: GEIE Exploitation Minière de la Chaleur

8 Geothermie-Forschungsbohrung Groß Schönebeck Quelle: Hydraulische Stimulation in tiefen Vulkaniten: Kaum Mikroseismik (70 Ereignisse mittels 500 m entferntes Bohrlochseismometer registriert) Mikroseismisches Monitoring GeneSys Hannover

9 Sprengung 250kg-Bombe 4,5 km Entfernung , 14:00 UT Innenring-Stationen Geophone: SM- 6/U-B 4.5 Hz, Sensor (I/O) Geothermie-Projekt GeneSys (BGR, Hannover): Hohe Akzeptanz durch Anwohner: Regelmäßige Bürgerversammlungen; bereits vor Projektbeginn Quasi-Echtzeit- Darstellung des seismischen Monitorings im Internet Glaubwürdiges Konzept zur schnellen Schadensregulierung

10 MAGS - Konzepte zur Begrenzung der Mikroseismischen Aktivität bei der energetischen Nutzung Geothermischer Systeme im tiefen Untergrund Ziele: Messen und charakterisieren der an deutschen Geothermiestandorten aufgetretenen Seismizität. Abschätzung der seismischen Gefährdung Entwicklung von Strategien zur Vermeidung spürbarer Erdbeben Verbessertes Prozessverständnis zum Entstehen induzierter Erdbeben Förderung: Koordination: BGR Laufzeit: Mai 2010 bis April 2013 Themenfeld 1: Charakterisierung der Seismizität Projekte bei: Karlsruhe Institute of Technology Ludwig-Maximilians-Universität München BGR Hannover TU BA Freiberg Themenfeld 2: Modellierungen zur Gefährdungsanalyse und zum Prozessverständnis Projekte bei: BGR Hannover Freie Universität Berlin Technische Universität Clausthal Seismizität in Deutschland (BGR-Katalog)

11 Zusammenfassung Fluid-induzierte Seismizität Wichtiges diagnostisches Werkzeug während der Schaffung des geothermischen Reservoirs Spürbare Ereignisse an der Erdoberfläche möglich Zahlreiche Forschungsprojekte zur Beherrschung der induzierten Seismizität Empfehlungen: Seismische Gefährdungsanalyse vor Projektbeginn Monitoring: Seismische Ereignisse und Immissionen (kontinuierlich und Echtzeit) Transparenz schaffen

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