Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Erdbeben, die durch Staudämme und Hydraulic Fracturing ausgelöst werden.
Es ist bekannt, dass menschliche Aktivitäten Erdbeben auslösen können. Die Nutzung von natürlichen Ressourcen geht auch mit einer Beanspruchung der Lithosphäre einher. Dabei wird Einfluss auf die naturgegebenen seismischen Prozesse genommen, indem beispielsweise im Zuge der Erdöl- und Erdgasförderung Fluide in den Gesteinsuntergrund injiziert werden oder große Staudämme zur Wasserspeicherung errichtet werden. Wie gefährlich ist allerdings die Einflussnahme des Menschen auf die Lithosphäre und welche Veränderungen lassen sich in dieser feststellen? Ziel der Untersuchung ist es, herauszufinden, welches Risiko anthropogen ausgelöste Erdbeben bergen.
Dabei soll der Fokus einerseits auf Fluidinjektionen durch Erdöl- und Erdgasförderung und andererseits auf Staudämme gerichtet werden. Erstens soll eruiert werden, ob Aktivitäten, die mit der Erdöl- und Erdgasförderung einhergehen, stärkere Schadensbeben auslösen können. Dabei wird angenommen, dass Fluidinjektionen insbesondere in seismisch aktiven Zonen zu Erdbeben führen. Folglich wird nach den Auswirkungen von Staudämmen auf die Lithosphäre gefragt. Im Zuge dessen soll untersucht werden, ob die Wasserlast bzw. der Wasserdruck Auslöser für schwere Erdbeben sein können. Ein weiteres Ziel ist es herauszufinden, welche Gegebenheiten vorherrschen müssen, um Erdbeben zu induzieren. So sollen die Hauptfaktoren, die die Entstehung von Erdbeben durch anthropogene Aktivitäten beeinflussen, identifiziert werden. Aus diesen Zielen leiten sich folgende Forschungsfragen ab, die am Ende beantwortet werden sollen: Können Flüssigkeitsinjektionen ins Gestein und Staudämme stärkere Schadensbeben auslösen? Welche Faktoren beeinflussen die Entstehung von Erdbeben durch anthropogene Aktivitäten?
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Ziele und Forschungsfragen
3. Methodik und Aufbau
4. Allgemeines über Erdbeben
4.1. Entstehung von Erdbeben und Begriffsklärungen
4.2. Plattentektonik
4.3. Messung von Erdbeben
4.4. Auswirkungen und Vorhersage von Erdbeben
5. Anthropogene Einflüsse auf seismische Prozesse – induzierte Erdbeben
5.1. Fluidinjektion (Hydraulic Fracturing)
5.1.1. Problembeschreibung
5.1.2. Empirische Befunde
5.2. Staudämme
5.2.1. Problembeschreibung
5.2.2. Empirische Befunde
5.3. Risikobewertung und Vorhersage
6. Synthese und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Risiko von durch menschliche Aktivitäten induzierten Erdbeben. Dabei stehen insbesondere die Auswirkungen von Fluidinjektionen bei der Erdöl- und Erdgasförderung sowie der Bau und Betrieb von Staudämmen im Fokus, um die Hauptfaktoren für die Entstehung solcher seismischen Prozesse zu identifizieren.
- Induzierte Seismizität durch Hydraulic Fracturing
- Einfluss von Staudämmen auf seismische Prozesse
- Analyse von Porendruckveränderungen im Gestein
- Zusammenhang zwischen industriellen Aktivitäten und Erdbebenhäufigkeit
- Risikobewertung und Möglichkeiten zur Erdbebenprävention
Auszug aus dem Buch
5.1.2. Empirische Befunde
Bell (1999) liefert schon weit zurückreichende Erdbebenereignisse, die durch Fluidinjektionen verursacht wurden. In Denver konnten von 1962 bis 1965 etwa 700 Erdbeben auf Fluidinjektionen zurückgeführt werden. Der Wasserdruck verringerte den Widerstand gegen Bewegungen entlang der Bruchebenen, wodurch elastische Wellenenergie freigesetzt wurde. Im Zuge der Ölförderung wird Wasser in das Gestein injiziert, der Porenwasserdruck steigt und der seismische Stress nimmt zu. (vgl. Bell 1999: 105)
Auch in der Rangely-Region in Colorado nahm der seismische Stress durch den Porenwasserdruck zu. Von 1962 bis 1972 konnten nahe den Fracking-Standorten 976 Erdbeben gemessen. (vgl. Gibbs et al. 1973, zit. n. Bell 1999: 105f.) Wasser wurde hier in bis zu 2 km Tiefe injiziert. Es konnte herausgefunden werden, dass die Seismizität durch die Veränderung des Porendrucks erhöht bzw. verringert werden kann. (vgl. Foulger et al. 2018: 467)
Ein durch die Aktivitäten am Inglewood-Feld ausgelöstes Erdbeben richtete erhebliche Schäden an. Über 1.000 Häuser wurden beschädigt sowie fünf Personen getötet. Das Inglewood-Ölfeld befindet sich in einer Verwerfungszone. Auf dem Feld kam es vor der Ölgewinnung zu einer Absenkung, die zwischen 1911 und 1963 1,75 m betrug. Am Rand des Feldes lag der Baldwin-Hills-Stausee. Als 1954 mit den Fluidinjektionen zur Ölgewinnung begonnen wurde, zeigte sich eine starke Verformung des Untergrundes. Nachfolgend war eine höhere Seismizität registriert worden und infolgedessen brach 1963 der Damm. (vgl. Foulger et al. 2018: 469) Dieses Beispiel verdeutlicht die Gefahr, die durch Fluidinjektionen in schon seismisch vorbelasteten Gebieten, ausgeht.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung führt in das Thema der induzierten Seismizität ein und erläutert die zunehmende Relevanz menschlicher Eingriffe in den Untergrund, wie etwa durch Staudämme oder Hydraulic Fracturing.
2. Ziele und Forschungsfragen: Hier werden die zentralen Fragestellungen der Arbeit definiert, insbesondere ob menschliche Aktivitäten schwere Erdbeben auslösen können und welche Faktoren dabei maßgeblich sind.
3. Methodik und Aufbau: Das Kapitel beschreibt das Vorgehen der Literaturarbeit, die darauf abzielt, den aktuellen Forschungsstand zu globalen induzierten Erdbeben zusammenzufassen.
4. Allgemeines über Erdbeben: Es erfolgt eine grundlegende Einführung in die geologischen Ursachen von Erdbeben, Mechanismen der Plattentektonik sowie Methoden zur Messung und Vorhersage.
5. Anthropogene Einflüsse auf seismische Prozesse – induzierte Erdbeben: Der Hauptteil analysiert detailliert, wie Fluidinjektionen (Hydraulic Fracturing) und Staudämme Spannungszustände im Gestein verändern und damit Erdbeben initiieren können.
6. Synthese und Ausblick: Abschließend werden die Ergebnisse der Analyse zusammengefasst, die Hypothesen überprüft und zukünftige Herausforderungen hinsichtlich Forschung und Risikoeindämmung aufgezeigt.
Schlüsselwörter
Induzierte Erdbeben, Seismizität, Hydraulic Fracturing, Staudämme, Porendruck, Lithosphäre, Erdölförderung, Spannungsänderungen, Gesteinsfestigkeit, Risikobewertung, Anthropogene Einflüsse, Mikroseismizität, Geologische Gefahren.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Seminararbeit untersucht den Einfluss menschlicher Aktivitäten auf seismische Prozesse, speziell die Entstehung induzierter Erdbeben durch Eingriffe in den Untergrund.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Schwerpunkte liegen auf den Auswirkungen von Fluidinjektionen im Rahmen des Hydraulic Fracturing sowie den Auswirkungen großer Staudämme auf die Erdkruste.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Identifikation der Hauptfaktoren, die zur Induktion von Erdbeben durch anthropogene Aktivitäten führen, um das Risiko solcher Ereignisse besser bewerten zu können.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Bei der Arbeit handelt es sich um eine Literaturarbeit, die den aktuellen Forschungsstand und diverse empirische Studien zu induzierten Erdbeben zusammenfasst und analysiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Analyse von Fluidinjektionen und Staudämmen, wobei für beide Bereiche die physikalischen Prozesse der Spannungsänderung im Gestein sowie konkrete empirische Fallbeispiele erläutert werden.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind induzierte Seismizität, Hydraulic Fracturing, Porendruckänderung, Staudämme, Lithosphäre und anthropogene Erdbeben.
Warum spielt die Permeabilität des Gesteins bei Fluidinjektionen eine so große Rolle?
Die Permeabilität bestimmt, wie leicht Fluide in den Porenraum oder Klüfte des Gesteins eindringen können, was den Porendruck erhöht, die Gesteinsfestigkeit reduziert und somit die Bruchgefahr steigert.
Gibt es einen klaren Zusammenhang zwischen dem Wasserstand von Stauseen und Erdbeben?
Ja, in vielen Fällen konnte eine Korrelation nachgewiesen werden, wobei jedoch weniger die Wasserlast selbst, sondern primär das Eindringen von Flüssigkeit in das Gestein und der damit verbundene Porenwasserdruckanstieg für die Erdbebeninduktion ausschlaggebend sind.
Warum ist die Vorhersage anthropogen induzierter Erdbeben so schwierig?
Es existiert derzeit noch keine zuverlässige Methode zur präzisen kurzfristigen Vorhersage, da der Spannungszustand der Erdkruste und die geologischen Bedingungen sehr komplex sind und oft erst nach den Aktivitäten erkannt werden.
- Arbeit zitieren
- Dominik Prinz (Autor:in), 2019, Die Einflussnahme des Menschen auf seismische Prozesse. Erdbeben durch Fluidinjektionen für Erdöl- und Erdgasförderung und Staudämme, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/975794
