Fest wie ein Stein? Verbessertes Bewältigung des Erdbebenrisikos
Untertagebetriebe wie Bergbau, Öl- und Gasförderung, Nutzung von Geothermie und Erdgasspeicherung verändern häufig den Spannungszustand der umgebenden Geologie. Diese Verfahren können Erdbeben auslösen, die von Anwohnenden in der Nähe wahrgenommen werden, und sogar Schäden verursachen. „Erdbeben können überall auf der Welt auftreten, private sowie öffentliche Gebäude beschädigen und Leben in Gefahr bringen“, erklärt MEPHISTO-Projektkoordinator Francesco Grigoli, leitender Forscher und Dozent an der ETH Zürich in der Schweiz. „Der letzte bemerkenswerte Fall von induzierter Seismizität trat im November 2017 in Südkorea auf, als die Nutzung geothermischer Energie ein Erdbeben mit Stärke 5,5 auslöste. Ungefähr 70 Menschen wurden schwer verletzt und es gab umfangreiche Schäden.“ Infolgedessen haben sich in den letzten Jahren gründliche Debatten auf wissenschaftlicher, politischer und gesellschaftlicher Ebene eröffnet. Darüber hinaus hat die Abneigung gegen unterirdische industrielle Aktivitäten in der Öffentlichkeit stark zugenommen.
Verbesserte Überwachungswerkzeuge
Ein Hauptziel des mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführten MEPHISTO-Projekts war es, die durch induzierte Seismizität für die Gesellschaft entstehenden potentiellen Bedrohungen anzugehen. Auf diese Weise sollte das Projekt die Bedenken der Bevölkerung verringern und das Vertrauen in die Industrie stärken. „Viele Geo-Energieprojekte scheitern am Auftreten induzierter Erdbeben“, erklärt Grigoli. „Dies deutet darauf hin, dass vorhandene Werkzeuge für den Umgang mit induzierter Seismizität – das sogenannte Ampelsystem – nicht ausreichen, um die Sicherheit solcher Industrieanwendungen zu gewährleisten.“ Das MEPHISTO-Projekt erkannte die Notwendigkeit, effizientere Maßnahmen zur Risikominderung zu ergreifen. Ziel war es, neue Methoden zur Überwachung der Mikroseismizität zu entwickeln sowie neue Techniken zur Modellierung der Seismizität zu integrieren und zu testen. In einem ersten Schritt konzentrierte sich das Projekt darauf, die Auswirkungen der Flüssigkeitsinjektion und -extraktion auf das mögliche Versagen bereits bestehender Fehler in der Erdkruste besser zu verstehen. Geomechanische und statistische Modelle wurden zur Simulation der induzierten Seismizität in Bezug auf verschiedene Szenarien verwendet. Ausgehend von dieser Grundlage konnte das Projektteam Werkzeuge für die mikroseismische Überwachung verbessern. Ein wichtiges Ziel war es, die Entwicklung der seismischen Aktivität und die möglichen Auswirkungen auf den laufenden Industriebetrieb zu berücksichtigen. „Wir haben auch eine neue Methode zur Ortung seismischer Ereignisse entwickelt“, fügt Grigoli hinzu. „Dies ermöglicht es uns, auch bei schlechten Infrastrukturen für die seismische Überwachung qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen.“ Das Projekt gipfelte in der Erprobung eines fortschrittlichen Arbeitsablaufs zur Echtzeitminderung des induzierten Seismizitätsrisikos – einer Weiterentwicklung des Ampelsystems. Dieser Arbeitsablauf wurde während eines hydraulischen Stimulationsexperiments in Island angewendet.
Genaue Risikobewältigung
Das Projekt MEPHISTO hat eine Reihe wichtiger Ergebnisse erzielt, die sich positiv auf die Überwachung der induzierten Seismizität auswirken könnten. Das Projekt war erfolgreich darin, einen neuen Arbeitsablauf für die Bewältigung des induzierten Seismizitätsrisikos in einem realen Fall zu testen. Dadurch wurde seine Nützlichkeit bei der Früherkennung des Erdbebenrisikos gezeigt. „Tests mit dem fortschrittlichen Ampelsystem haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt und neue Möglichkeiten zur Minderung einiger mit Untertagebetrieben verbundenen Risiken eröffnet“, folgert Grigoli. „Die nächsten Schritte umfassen umfangreiche Tests dieses Arbeitsablaufs zur Risikominderung in verschiedenen Umgebungen und industriellen Anwendungen.“ Alle im Rahmen des Projekts entwickelten Überwachungswerkzeuge stehen der seismologischen Gemeinschaft jetzt frei zur Verfügung und können auf eine Reihe von Situationen angewendet werden.
Schlüsselbegriffe
MEPHISTO, Seismizität, Erdbeben, Bergbau, Geothermie, Hydraulik, Überwachung