Abschlussbericht nach der Stillegung nach Erdbeben während der Explorationsphase (Stärke 3) bei dem Geothermieprojekt in Basel: Klick! (Notiz 1.12.2010: neu unter www.seismo2009.ch zu finden)Hum_Ohr hat geschrieben:1. Was ist in Basel los? Dort ist die Geothermieanlage angeblich stillgelegt worden. Das Brummen ist aber nicht verschwunden.
Wie kann Wasser Erdbeben auslösen?
In der Diskussion um die Ursache für die durch das Einpressen von Wasser in den Untergrund ausgelösten Erdbeben darf man nicht vergessen, dass es nicht der Wasserdruck selber ist, der die Beben verursacht, sondern die schon natürlich vorhandenen tektonischen Spannungen. Das zusätzlich eingepresste Wasser trägt lediglich dazu bei, dass die Scherfestigkeit der im Untergrund vorhandenen Risse und Bruchflächen soweit verringert wird, dass es zu einem Bruch kommen kann.
Tatsächlich ist das Gestein in 5 km Tiefe von unzähligen Rissen und Brüchen aller Grössenordnungen und verschiedener Orientierung durchzogen. Die meisten dieser Risse sind mehr oder weniger geschlossen, und das natürlich vorhandene Grundwasser oder andere Fluide zirkulieren nur sehr langsam. Zu einem Erdbeben kommt es in der Regel dann, wenn die durch grossräumige tektonischen Bewegungen aufgebauten Spannungen die Scherfestigkeit dieser Risse und Klüfte übersteigt und so eine plötzliche ruckartige Verschiebung der zwei Seiten dieser Risse ausgelöst wird. Man spricht deshalb auch von Brüchen oder von Verwerfungen. Ob nun diese Bruchvorgänge im Erdinneren als starkes oder schwaches Erdbeben oder überhaupt wahrgenommen werden, hängt in erster Linie von der Grösse der bewegten Bruchfläche sowie vom Betrag und der Geschwindigkeit der darauf ablaufenden Bewegung ab. Kommt zusätzliches Wasser unter Druck in die vorhandenen Risse und Klüfte, dann verringert das den effektiven Reibungswiderstand zwischen den zwei Seiten dieser Risse, so dass es schon bei geringeren tektonischen Spannungen zu einer ruckartigen Bewegung kommt. Die Stimulation eines geothermischen Reservoirs macht sich die Tatsache zu Nutze, dass nach dem Bruchvorgang und auch nachdem der Wasserdruck wieder abgenommen hat, die zwei Seiten der Klüfte nicht mehr so gut aufeinander passen wie vorher und somit die Wasserdurchlässigkeit erhöht wird. Eine erfolgreiche Reservoir-Stimulation hängt also in erster Linie davon ab, dass die tektonischen Spannungen Bewegungen auf den vorhandenen Rissen und Klüften verursachen. Der durch die Injektion verursachte zusätzliche Wasserdruck dient lediglich dazu, diese Bruchvorgänge auszulösen. Fluide spielen nicht nur bei den von Menschenhand induzierten Beben eine Rolle, sondern es wird schon lange vermutet, dass Fluide auch bei der Auslösung von natürlichen Beben eine Schlüsselfunktion ausüben.
Haben die Beben zu einem Spannungsabbau in der Kruste unter Basel geführt?
Von verschiedener Seite wird die Meinung geäussert, dass die in Basel durch die Stimulationsversuche induzierten Beben zu einem Spannungsabbau geführt haben und somit dazu beitragen, das Auftreten eines nächsten Grossbebens im Raum Basel zu verzögern. Dem ist leider nicht so. Massgebend für den durch ein Erdbeben verursachten Spannungsabbau im Untergrund ist die Deformationsenergie. Von einer Magnitudeneinheit zur Nächsthöheren nimmt diese Deformationsenergie um das 30-fache zu. Das bedeutet, dass es 30 Beben der Magnitude 3 braucht, um die gleiche Wirkung wie ein einziges Magnitude 4 Beben zu entfalten. Folglich entspricht ein einziges Beben der Magnitude 6 rund 30'000 Beben der Magnitude 3. Dieses enorme Missverhältnis zwischen der Wirkung kleiner Beben im Vergleich zu derjenigen eines grossen Erdbebens lässt sich auch an Hand des Grössenunterschieds zwischen den jeweiligen Bruchflächen veranschaulichen: Die Ausdehnung der Bruchfläche eines Bebens der Magnitude 6 liegt in der Grössenordnung von 20 km, diejenige eines Magnitude 3 Bebens beträgt hingegen lediglich einige 100 Meter. Die bisher als Folge der geothermischen Reservoirstimulation aufgetretenen Beben haben also bestenfalls einen lokalen Spannungsabbau bewirkt. Zum Abbau der grossräumigen tektonischen Spannungen unter Basel und somit auch zur Verringerung der allgemeinen Erdbebengefährdung haben sie jedoch nichts beigetragen.
Tatsächlich bewirken Erdbeben nicht nur einen Spannungsabbau, insbesondere auf der Bruchfläche auf der das Beben stattgefunden hat, sondern sie führen auch zu einer Spannungsumlagerung. An den Rändern der Bruchfläche, dort wo der Bruchvorgang nicht stattgefunden hat, werden die Spannungen lokal erhöht, was sich in der Regel auch bei natürlichen Beben durch das Auftreten von sogenannten Nachbeben bemerkbar macht.
Gruss, schr