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Seismizität in der tiefen Geothermie

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08/2009

Seit den seismischen Ereignissen im Zusammenhang mit dem Deep Heat Mining Projekt in Basel wird Seismizität immer wieder mit der tiefen Geothermie in Verbindung gebracht. Was genau versteht man unter Seismizität?

Die Gesteinsschichten der kontinentalen Erdkruste sind von unzähligen Rissen und Brüchen aller Größenordnungen und verschiedener Orientierung durchzogen. Durch tektonische Bewegungen der Erdkruste werden Spannungen im Gestein aufgebaut, die sich durch plötzliche ruckartige Verschiebungen entlang dieser Risse und Brüche entladen können. Gerade in hochgespannten bzw. tektonisch aktiven Regionen wie dem Oberrheingraben finden solche seismischen Ereignisse fast täglich statt, wobei die meisten nur mittels empfindlicher Messgeräte wahrgenommen werden können. Für den Menschen spürbar werden seismische Ereignisse erst ab einer gewissen Mindeststärke. Diese ist regionsabhängig und liegt in der Regel zwischen Magnitude 2 bis 2,5 auf der Richterskala. Werden die Beben in großer Tiefe ausgelöst, verspürt man sie in der Regel erst ab einer Magnitude von 3. Liegt der Herd der Erschütterung oberflächennah, werden von der Bevölkerung vereinzelt auch schwächere Beben wahrgenommen. Diese fallen auch deshalb auf, weil ein lauter Knall damit verbunden sein kann. Schäden treten meist erst ab Magnituden über 4,5 auf.

Die räumliche, zeitliche und energetische Verteilung von Erdbeben beschreibt die Seismizität in einem Gebiet. Von induzierter Seismizität im Gegensatz zu natürlicher Seismizität spricht man, wenn infolge menschlicher Aktivitäten, wie beispielsweise durch die Förderung von Erdöl- und Erdgas, durch Berg- und Tunnelbau, das Füllen von Staudämmen und auch durch hydro- und petrothermale Geothermie Mikro- und Schwachbeben erzeugt werden.

Bei Geothermieprojekten, deren Reservoir mit hydraulischem Druck erweitert wird, tritt in der Regel induzierte Seismizität auf. Im Besonderen während der so genannten hydraulischen Stimulation des Untergrunds. Dies ist beabsichtigt, da durch die Wassereinpressung unter hohem Druck bestehende Klüfte und Risse erweitert oder neue aufgebrochen werden sollen, um so ein Zirkulationssystem mit hoher Durchlässigkeit zu erzeugen. Der zusätzliche Wasserdruck in den vorhandenen Rissen verringert den effektiven Reibungswiderstand; es kommt zu lokal begrenzten Scherversatzbewegungen, die seismische Ereignisse oder Mikrobeben auslösen.

Auch in Basel bei dem Deep Heat Mining Projekt wurden bei der Reservoirstimulation im Dezember 2006 seismische Ereignisse mit Magnituden bis 3,4 ausgelöst, und führten zu einer starken Verunsicherung der Bevölkerung. Doch gerade im Oberrheingraben stellen Erdbeben der Magnituden zwischen 3 und 3,5 keine Seltenheit dar und verursachen in der Regel auch keine Schäden an der Erdoberfläche. Vergleichbar sind solche Beben mit dem Knall und den Erschütterungen eines Überschallflugzeuges, das die Schallmauer durchbricht. Aufgrund der Ereignisse im Zusammenhang mit dem Geothermieprojekt in Basel wurden die dortigen Arbeiten eingestellt, um die Ergebnisse der Untersuchungen und das weitere Vorgehen zu überprüfen. Die in diesem Zusammenhang erstellte Risikostudie von der SERIANEX Gruppe unter Leitung der Q-con GmbH steht kurz vor dem Abschluss.

Das jüngste seismische Ereignis mit einer Magnitude von 2,7 auf der Richterskala ist im Bereich des Geothermiekraftwerkes Landau am 15. August 2009 in einer Tiefe von 2,5 - 4 km aufgetreten. Eine Expertenkommission soll sich mit der Auswertung der Daten und der Prüfung des Ereignisses beschäftigen.

Mit diesem Ereignis ist die Diskussion über die induzierte seismische Aktivität neu entfacht. Vor allem in dem seismisch vergleichsweise aktiven Oberrheingraben stellt sich die Frage nach dem seismischen Risiko – wobei in der Vergangenheit keine Schäden durch ähnliche Geothermieanlagen verursacht wurden. Die im Umfeld von anderen Geothermieanlagen aufgetretenen seismischen Ereignisse waren in der Regel Schwachbeben, deren Stärke weit unter dem vom Menschen wahrnehmbaren Bereich lag. Wie Basel zeigt, ist ein Zusammenhang zwischen hydraulischer Druckerzeugung zum Herstellen und Erweitern von Zirkulationspfaden und seismischen Ereignissen erwünscht und auch erkennbar. Für einen möglichen Zusammenhang zwischen induzierter Seismizität und dem Bohrvorgang zur Erschließung eines geothermischen Reservoirs gibt es derzeit allerdings keine Hinweise. Bei über 1000 Kohlenwasserstoffbohrungen, die im Oberrheingraben ausgeführt wurden, konnte man keine seismischen Ereignisse feststellen.

(ag)
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