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  • 2012 | DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen | Folie 1 www.dmt.de

    DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen

    Dr. R. Fritschen Dipl.-Geophys.Leiter der DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen

    DMT GmbH & Co. KGExploration & GeosurveyAm Technologiepark 145307 EssenTel.: 0201 172 1944

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    GTV Richtlinie 1101: Seismizitt bei GeothermieprojektenBlatt 1: Seismische berwachung

    Gliederung Zielsetzung, fachliche Verantwortung und fachliche Basis

    Hintergrund

    Induzierte Seismizitt

    Messung induzierter Seismizitt

    Gutenberg-Richter Beziehung

    Messtechnische Erfassung induzierter Seismizitt (GTV Richtlinie 1101 BL.1) Messgenauigkeit Betrieb eines Messnetzes Datenintegration Transparenz

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    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Zielsetzung

    Ziel der Richtlinie

    Qualittssicherung bei der Erfassung, Auswertung und Beurteilung induzierter Seismizitt bei Geothermieprojekten

    Formulierung von Mindeststandards zu Untersttzung von Betreibern, Dienstleistern und Behrden

    Vorgehen

    Orientierung an der Position des FKPE e.V. zur Induzierten Seismizitt

    Orientierung am aktuellen Stand der Technik

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    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachungVerantwortlichkeit, Fachliche Basis

    Verantwortung

    GtV-Bundesverband Geothermie e.V.

    Fachliche Basis

    FKPE Arbeitsgruppe Seismizitt (www.fkpe.org)Sprecher: Prof. Dr. Manfred Joswig (Universitt Stuttgart)

    Milestone Seismische berwachungDr. Stefan Baisch, Q-con GmbH, Bad BergzabernDr. Ralf Fritschen, DMT GmbH & Co. KG, EssenDr. Jrn Groos, Karlsruher Institut fr Technologie, Geophysikalisches InstitutDr. Toni Kraft, Schweizer Erdbebendienst, ZrichDr. Thomas Plenefisch, Bundesanstalt fr Geowissenschaften und Rohstoffe, HannoverPriv.-Doz. Dr. Joachim Ritter, Karlsruher Institut fr Technologie, Geophysikalisches InstitutDr. Joachim Wassermann, Ludwig-Maximilians Universitt, Mnchen

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    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Inhalt der Richtlinie

    Messgenauigkeit Detektionsschwelle Zeitbasis Instrumentierung

    Betrieb des Netzwerkes Messkonfiguration Erreichbare Ortungsgenauigkeit Datenbertragung

    Datenintegration Integration von Messdaten nach DIN 4150 Integration verschiedener seismologischer Messnetze

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    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachungInduzierte seismische Ereignisse Sind Bruchvorgnge im Untergrund

    Knnen immer dann entstehen, wenn das Spannungsfeld im Untergrund verndert wird

    Entstehen dann, wenn die Festigkeit des Gesteins (bzw. die Reibung auf existierenden Bruchflchen) berschritten wird

    Beispiele

    Talsperren Tunnelbau Bergbau Erdl- und Erdgasfrderung CO2 Speicherung Tiefe Geothermie

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    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Messung induzierter Seismizitt - Motivation

    Steinkohlenbergbau Beweissicherung (knnen Schden eingetreten sein?) Zuordnung zu Abbaubetrieben (Verursacher)

    Geothermie Beweissicherung (knnen Schden eingetreten sein?) Unterscheidung zwischen natrlichen Erdbeben und induzierten Ereignissen Vermeidung von potentiell schdigenden Ereignissen Vermeidung von sprbaren Ereignissen! Untersuchung der Reservoireigenschaften

    GTV Richtlinie 1101Sichere Erfassung aller induzierten Ereignisse, die eine Grenordnung schwcher als die Sprbaren sind

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    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachungInduzierte seismische EreignisseGutenberg-Richter Beziehung: log(N>M) = a bM

    Induzierte Seismizitt im RuhrgebietQuelle: Ruhruniversitt Bochum

    Fr jedes seismisches Ereignis einer bestimmten Magnitude gibt es eine vielfache Zahl von Ereignissen, deren Magnitude kleiner ist

    Kurve ist zu groen M durch die maximal mgliche Magnitude begrenzt (im Ruhrgebiet wurde die Magnitude 3,3 seit ber 100 Jahren nicht berschritten)

    Kurve ist zu kleinen M durch die Empfindlichkeit der Seismographen begrenzt

    Zusammenhang wird beobachtet im Labor, bei natrlichen Erdbeben und bei induzierten Ereignissen

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    Emission(Magnitude)

    Immission(Schwinggeschwindigkeit)

    Oberflche

    Isoseisten

    Obere Kruste AusbreitungswegTief

    e

    Epizentrum Beobachtungspunkt

    Seismisches Ereignis

    Erschtterung

    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Unterschied zwischen Emission und Immission

  • 2012 | DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen | Folie 10 www.dmt.de

    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Messgenauigkeit: Detektionsschwelle

    Erfassung und Auswertung aller seismischen Ereignisse, deren Magnitude um eins kleiner als das kleinste sprbare Ereignisse ist

    Sprbarkeit etwa ab Schwinggeschwindigkeit v > 0,3 mm/s(entspricht M ~ 1,0 bei Herdtiefe um 2-5 km in Sedimentbecken)

    Eine Magnitude kleiner: v = 0,03 mm/s (ca. 10fach kleinere Amplitude)

    Zeit (s)0,0 5,0 10,0

    xs

    Ays

    Azs

    S

    Pd

    7 2011 22:18:51

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    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Messgenauigkeit: Detektionsschwelle

    Erfassung und Auswertung aller seismischen Ereignisse, deren Magnitude um eins kleiner als das kleinste sprbare Ereignisse ist

    Sprbarkeit etwa ab Schwinggeschwindigkeit v > 0,3 mm/s(entspricht M ~ 1,0 bei Herdtiefe um 2-5 km in Sedimentbecken)

    Eine Magnitude kleiner: v > 0,03 mm/s (ca. 10fach kleinere Amplitude)

    P-Wellen mssen ablesbar sein (wg. Ortung)v > 6 m/s (da Amplitude der P-Wellen oft um Faktor 0,2 kleiner als die der S-Wellen)

    Signal/Str-Verhltnis soll > 3 sein

    Detektionsschwelle 2 m/s (Bezugsgre I95)

    Zeit (s)0,0 5,0 10,0

    xs

    Ays

    Azs

    S

    Pd

    7 2011 22:18:51

  • 2012 | DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen | Folie 12 www.dmt.de

    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Noisemessungen

    Vor Installation eines seismischen Netzes sollten Testmessungen durchgefhrt werden

    Detektionsschwelle 2 m/s bedeutet:95% der Amplitudenwerte mssen im Frequenzintervall von 5 Hz bis 40 Hz kleiner als 2 m/s sein (Bohrloch bis 80 Hz)

    Dominierende Frequenz der Wellen, die von einem Bruchvorgang (seismisches Ereignis, Erdbeben) abgestrahlt werden

    Ml = 2 -> f = 15 HzMl = 3 -> f = 4,7 HzMl = 4 -> f = 1,5 HzMl = 6 -> f = 0,1 Hz

  • 2012 | DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen | Folie 13 www.dmt.de

    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Messgenauigkeit / Betrieb eines Messnetzes

    Sensor: Eigenfrequenz 4,5 Hz

    Zeitbasis: 1 ms (GPS)

    Abtastrate: 100 Hz

    Datenbertragung: kontinuierlich in Echtzeit

    Datenformat: SEED / miniSEED / GSE2(zumindest Schnittstellen hierzu)

    Konfiguration (Abhngig von Zielsetzung) Detektion von Einzelereignissen (eine Messstation) Przision der Hypozentralparameter (Messnetz, ggf. Nutzung

    benachbarter Netze)

  • 2012 | DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen | Folie 14 www.dmt.de

    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Betrieb eines Messnetzes: Lokalisierung

    Angestrebte Lokalisierungsgenauigkeit (2)500 m im Epizentrum

    2000 m in der Tiefe

    Mindestens 5 Messstationen (ggf. zustzliche Redundanz)

    Nicht alle Stationen in gleicher Herdentfernung

    Offener Azimutbereich 90

    Kalibriertes Geschwindigkeitsmodell Sonic / Full-Wave-Sonic VSP Messung Kalibrationsschsse Auswertung von Stimulationsereignissen

  • 2012 | DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen | Folie 15 www.dmt.de

    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Betrieb eines Messnetzes: Lokalisierung

    Nachweis der erreichbaren Ortungsgenauigkeit durch numerische Modellierungen

    -7000

    -6000

    -5000

    -4000

    -3000

    -2000

    Tie

    fe(m

    )

  • 2012 | DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen | Folie 16 www.dmt.de

    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Datenintegration, Transparenz

    Hinzunahme von Messungen nach DIN 4150 DIN Messungen mssen seismologisch verwertbar sein

    (przise Zeitsynchronisation, hohe Empfindlichkeit der Messsensorik)

    Teilweise nur fr strkere Ereignisse mglich, da DIN Messung in Gebuden mit oft hherem Noise erfolgen

    Zugriff staatlicher Institutionen auf ausgewhlte seismologische Betreiberdaten bzw. Offenlegung ausgewhlter Daten

    Verwendung seismologischer Messdaten von staatlichen Diensten durch die Betreiber von Geothermieanlagen

  • 2012 | DMT Fachstelle fr Erschtterungsmessungen | Folie 17 www.dmt.de

    GTV Richtlinie 1101 BL 1 Seismische berwachung Datenintegration, Transparenz

    Hinzunahme von Messungen nach DIN 4150 DIN Messungen mssen seismologisch verwertbar sein

    (przise Zeitsynchronisation, hohe Empfindlichkeit der Messsensorik)

    Teilweise nur fr strkere Ereignisse mglich, da DIN Messung in Gebuden mit oft hherem Noise erfolgen

    Zugriff staatlicher Institutionen auf ausgewhlte seismologische Betreiberdaten bzw. Offenlegung ausgewhlter Daten

    Verwendung seismologischer Messdaten von staatlichen Diensten durch die Betreiber vo