Einzelprojekt 2: Untersuchung von Mikro-Erdbeben in der bayerischen Molasse im Umfeld geothermischer Reservoire

Durch produktionsbegleitende, seismische Messungen sowie neo-tektonische Re-Interpretationen des Spannungs- und Störungssystems in der bayerischen Molasse südlich von München soll gezielt untersucht werden, inwieweit die Ausbeutung geothermaler Tiefenwässer zu einer Erhöhung der natürlichen Seismizität führen kann. Die seismische Überwachung wird dabei ab Beginn der Bohrtätigkeit angestrebt und gegebenenfalls mit den Bohrlochdaten im Verlauf des Betriebs (Druck, Temperatur etc.) korreliert. Ziel des Forschungsprojekts ist es, Hinweise bzw. Mechanismen zu untersuchen, die eine mögliche Erhöhung der natürlichen Seismizität durch die Ausbeutung geothermaler Aquifere erklären können. Im Vordergrund stehen dabei Geothermiebohrungen ohne Druckstimulation, wie sie in der bayerischen Molasse üblich sind.

Geothermiestandorte und Störungen im Malm Quelle: Bayerisches Landesamt für Umwelt, 2008

Um dieses Ziel zu erreichen, werden seismologische Überwachungsnetze an prospektierten Bohrungen im Süd-Westen Münchens, sowie in der östlichen bayerischen Molasse installiert. Es werden insgesamt sieben Oberflächenstationen installiert, wobei geplant ist, eine Station als seismisches Array, zur Senkung der Detektionsschwelle kleiner seismischer Ereignisse, auszubauen. Zusätzlich wird nahe des Bohrplatzes in einer etwa 100 m tiefen Bohrung ein 3-Komponenten Bohrlochseismometer installiert. Zusammen mit dem Array kann damit eine erhebliche Verbesserung der Lokalisierungsgenauigkeit, und auch der Tiefengenauigkeit erzielt werden. Das Bohrlochinstrument dient zusammen mit den Oberflächenstationen als wichtiger Baustein zur Entwicklung neuer Methoden, welche eine zeitlich hochauflösende Überwachung des Bohrlochumfeldes ermöglichen. Damit sollen Veränderungen des Spannungs- bzw. Deformationszustandes oder Fluidhaushaltes untersucht werden. Die Verwendung von 3D-Modellen der Untergrundstruktur ermöglicht zudem den Einsatz von hochauflösenden Simulationen der seismischen Quellvorgänge sowie der seismischen Wellenausbreitung. Dies kann in Folge wiederum zur deutlich präziseren Bestimmung des Herdmechanismus und der Ortsbestimmung benutzt werden. Der Vergleich mit den parallel erhobenen Produktionsdaten (Entnahmedruck, Re-Injektionsdruck, Schüttrate, Temperatur) ermöglicht abschließend eine Beurteilung der Ursachen, die zu etwaig beobachteten Erdbeben führen.

Durch eine luftbildgestützte und geologische Re-Interpretationen der tektonischen Situation der bayerischen Molasse kann zusammen mit bestimmten Hauptspannungsrichtungen und Deformationsakkumulation geklärt werden, ob Regionen bzw. Störungssysteme existieren, für die, bedingt durch ihre Orientierung zum rezent herrschenden Spannungsfeld, ein erhöhtes Risiko induzierter oder getriggerter Erdbebentätigkeit besteht. Dabei ist anzumerken, dass bisher nur vereinzelt Seismizität in der Umgebung von Produktionsbohrungen (Geothermie, Erdöl, Erdgas) in der bayerischen Molasse aufgetreten sind. Durch die Verwendung von rezenten Deformationsmessungen soll geklärt werden, inwieweit bekannte Störungssysteme für eine Erhöhung der sonst üblichen, natürlichen Seismizität verantwortlich gemacht werden können. Die Untersuchung, weshalb eine offensichtliche räumliche Beschränkung der bisher registrierten Mikrobeben (Unterhaching) existiert, stellt einen der Hauptpunkte der Forschungsarbeiten dar.

Eine weitere, in Zusammenarbeit mit den Einzelprojekten der Verbundpartner an der BGR (EP4) und FU Berlin (EP5) zu klärende Frage stellt die abschließende Gefährdungsanalyse einer in der bayerischen Molasse projektierten Bohrung dar. Diese Fragestellung soll in diesem Fall nicht an einer einzelnen Bohrung festgemacht werden, sondern vielmehr eine Fallstudie für das ganze Explorationsgebiet “bayerische Molasse” sein.

Zusammenfassend lassen sich folgende Kernfragen formulieren, welche dieses Projekt beantworten soll:

• Existieren tektonische und lagebedingte Voraussetzungen für das Auftreten von induzierter oder getriggerter Seismizität in der bayerischen Molasse?
• Können neue Verfahren (seismische, fernerkundliche) im Rahmen der Überwachung geothermaler Erlaubnisfelder eingesetzt werden?
• Wirken sich unterschiedliche Produktionsbedingungen auf die induzierte oder getriggerte Seismizität aus?
• Welche maximalen Erdbebenereignisse können in der bayerischen Molasse auftreten und welche Folgen können diese Ereignisse haben?
  

Balkenplan EP2 (PDF, 10 KB)
Einzelprojekt 2 - Stand der Arbeiten (03/2012) (PDF, 4 MB)
Einzelprojekt 2 - Stand der Arbeiten (10/2012) (PDF, 3 MB)
Einzelprojekt 2 - Stand der Arbeiten (04/2013) (PDF, 2 MB)
Einzelprojekt 2 - MAGS-Abschlussworkshop (09/2013) (PDF, 10 MB)
Abschlussbericht EP2 (LMU) - Untersuchung von Mikro-Beben in der bayerischen Molasse im Umfeld von geothermischen Reservoiren (PDF, 18 MB)